Fraud Blocker
Nach ISO 9001 & IATF zertifiziert

Automotive-Leiterplatten

Hersteller von Automotive-Leiterplatten nach IATF 16949 / AEC-Q für EV, ADAS & Antriebselektronik

Ein Partner für alle Leiterplatten im Fahrzeug: starre High-Tg-Leiterplatten, Aluminiumkern-Leiterplatten, Dickkupfer-, HDI-, flexible und Starrflex-Leiterplatten sowie HF- und Keramikleiterplatten. Gefertigt nach den Anforderungen von IATF 16949, AEC-Q und IPC-6012DA, begleiten wir sie auf einer Fertigungslinie von der DFM-Analyse über die Leiterplattenfertigung und SMT-Bestückung bis zum Funktionstest.

Automotive-Leiterplatten von PCBark im Überblick

  • Starre Leiterplatten · MCPCB · Dickkupfer · HDI · Flex/Starrflex · HF · Keramik
    Leiterplattentechnologien für jedes Fahrzeugsystem
L1::CORE_LAYOUT
Kernaufbau einer Automotive-Leiterplatte
L2::HDI_ASSEMBLY
Moderne Bestückung von Automotive-Leiterplatten
[ SYSTEM BEREIT ]

16+ Jahre · 500.000 m²/Jahr

Schlüsselfertige EMS: DFM → Fertigung → Bestückung → Prüfung

AEC-Q100-Grade 0–3

Betriebsbereiche von −40 °C bis +150 °C

0,5–20 oz Kupfer · 1–40 Lagen

Von Signalen bis zu Hochstromanwendungen
IPC-6012-Klasse 2/3 · IPC-6012DA

10–20 Jahre Lebensdauer

Gefertigt nach IATF 16949 und AEC-Q-Anforderungen
Für eine längere Lebensdauer als das Fahrzeug ausgelegt

Warum Automotive-Leiterplatten anders gebaut werden: Hitze, Vibrationen und 15 Jahre Lebensdauer

Automotive-Leiterplatten sind dafür ausgelegt, die Bedingungen im Fahrzeug während seiner gesamten Lebensdauer zu überstehen – gewöhnlich 10 bis 20 Jahre. Dabei arbeiten sie bei Temperaturen von -40 °C (etwa beim Kaltstart an einem Wintermorgen) bis +150 °C (etwa bei einem Modul auf dem Motor), halten zugleich Vibrationen von 50 g und den in ISO 7637-2 definierten energiereichen elektrischen Transienten (Load-Dump-Impulse bis 40 V) stand, ohne dass auch nur eine Lötstelle versagt. Die meisten modernen Autos enthalten über 200 elektronisch gesteuerte Module; anders als ein Smartphone, das alle paar Jahre ersetzt werden kann, werden diese nicht gewartet – die Automotive-Leiterplatte muss daher ebenso lange halten wie das Fahrgestell.

Die Ausfallursachen sind hier spezifisch und zunächst mechanischer, bevor sie elektrischer Natur sind. Für 85 °C ausgelegte Bauteile für Verbrauchergeräte versagen im Motorraum, und selbst Industriebauteile für 105 °C reichen oft nicht aus; unter der Motorhaube werden Bauteile und Laminate benötigt, die mit Temperaturreserve für etwa 150 °C ausgelegt sind. Wiederholtes Erwärmen und Abkühlen dehnt die Leiterplatte aus und zieht sie wieder zusammen; weil sich FR-4 um 13–15 ppm/°C, ein Siliziumchip dagegen um 2,6 ppm/°C ausdehnt, schert dieser Unterschied die Lötstellen über Tausende Zyklen ab. Auf dem Motor montierte Leiterplatten sind zusätzlich Vibrationen von 50 g ausgesetzt, die hohe Bauteile zu Spannungsspitzen machen und Steckverbinder lockern. Entscheidend für Sie: Eine Leiterplatte kann den Labortest bestehen und dennoch nach Monaten im Einsatz ausfallen, wenn Substrat, Kupferstärke, Lötstellen und Wärmeableitung nicht gemeinsam ausgelegt wurden.

Der Punkt, den die meisten Datenblätter entgegen der Intuition auslassen: „Automotive-Grade“ ist nicht automatisch zuverlässiger als Commercial-Grade. Praxisingenieure berichten von Produkten für raue Umgebungen, die mit >70 % Bauteilen der Commercial-Grade-Klasse erfolgreich liefen, während die teuersten raumfahrtqualifizierten Bauteile teils die höchsten Ausfallraten im realen Einsatz zeigten – die Zuverlässigkeit hängt stärker vom Produktionsvolumen und der passenden Auslegung auf die Belastungen ab als von der Klassenbezeichnung. Deshalb stimmen wir bei jeder Automotive-Leiterplatte die Qualifizierung zunächst auf das tatsächliche Belastungsprofil des Fahrzeugsystems ab, statt pauschal die höchste Klasse und die höchsten Kosten anzusetzen.

Automotive-Leiterplattentypen nach Fahrzeugsystem: Zuordnung von System und Technologie

Kein einzelner Leiterplattentyp deckt ein ganzes Fahrzeug ab. Ein Leistungswechselrichter, eine ADAS-Radarantenne und ein Innenraumsensor haben elektrisch und thermisch kaum etwas gemeinsam; ein belastbares Automotive-Leiterplattenprogramm kombiniert daher je nach Fahrzeugsystem unterschiedliche Substrate: Keramik oder Dickkupfer für Leistungsteile, FR-4 für Steuerung und Infotainment sowie flexible Leiterplatten für Sensorverbindungen. Die folgende Übersicht ordnet jedem wichtigen Fahrzeugsystem die tatsächlich benötigte Leiterplattentechnologie, das Material und die Norm zu – auf Grundlage branchenüblicher Bauweisen und abgestimmt auf die Technologien, die PCBark im eigenen Haus einsetzt.

Zuordnung von Fahrzeugsystemen zu Automotive-Leiterplattentechnologien
ZUORDNUNG ERSTELLT

Zuordnung von Automotive-Leiterplattentechnologien – Fahrzeugsystem × Leiterplattentyp × Material × Grund

Fahrzeugsystem Leiterplattentechnologie Material Warum diese Technologie?
Batteriemanagement im EV (BMS) Multilayer-HDI-Leiterplatte + flexible Verbindung High-Tg-FR-4 + flexible Polyimid-Leiterplatte Dichte, rauscharme Zellmessung, Hochspannungsisolierung und vibrationsfeste Verbindungen zwischen Modulen
Traktionswechselrichter / Motorantrieb Dickkupfer und DBC-Keramik 2–20 oz Kupfer; Al₂O₃ / AlN für SiC/GaN Hohe Strom- und Wärmedichte; an den leistungsstärksten Stellen wirkt die unbestückte Leiterplatte als Wärmebarriere, daher wird die Wärme über direktgebondete Kupferkeramik abgeführt
Onboard-Ladegerät / DC-DC / PDU Dickkupfer-Multilayer-Leiterplatte High-Tg-FR-4, Dickkupfer oder IMS Hochstromverteilung mit EMV-Kontrolle und Spannungsregelung
LED-Scheinwerfer und Beleuchtung Aluminiumkern-Leiterplatte (MCPCB) Aluminiumsubstrat, wärmeleitendes Dielektrikum Leitet Wärme von Hochleistungs-LEDs ab; kostengünstig für Beleuchtung (nicht für Leistungschips ohne Gehäuse)
ADAS-Radar (77 GHz) HF / Mikrowellen + HDI Keramikgefülltes PTFE (Klasse Rogers RO3003) Geringe, stabile dielektrische Verluste für Signalintegrität im Millimeterwellenbereich
LiDAR, Kameras, Sensorfusion HDI High-Tg-FR-4, verlustarmes Hybridmaterial Hochgeschwindigkeits-Signalführung und Miniaturisierung mit kontrollierter Impedanz
Domänen- / Zonensteuergerät (VCU) Multilayer-HDI-Leiterplatte + Starrflex-Leiterplatte High-Tg-FR-4 + Polyimid Zentrale Rechenleistung, dichte Verbindungen und differenzielle Leitungspaare für Automotive-Ethernet
Infotainment, Displays sowie Karosserie- und Komfortsensoren Flexible und Starrflex-Leiterplatten Flexible Polyimid-Leiterplatte Platzsparender Einbau im Innenraum; flexible Leiterplatten senken das Gewicht der Fahrzeugverkabelung um 60–75 % und überstehen >100.000 Biegezyklen

Temperaturzonen unter der Motorhaube und Auswahl des Leiterplattenmaterials (FR-4-Tg, Polyimid, Keramik)

Den einen „Automotive-Tg“ gibt es nicht. Das passende Material hängt vom Einbauort der Leiterplatte im Fahrzeug ab; die pauschale Vorgabe „Automotive bedeutet mindestens Tg 170“ ist für Innenraumelektronik überzogen und für ein Modul im Motorraum unter Umständen unzureichend. Die folgende Tabelle setzt die Betriebstemperaturklassen nach AEC-Q100 mit den 5 Belastungsstufen für Temperaturwechsel in Beziehung, orientiert sich dabei an den Umgebungsprüfungen für Straßenfahrzeuge nach ISO 16750, die in der Branche häufig als Maßstab zur Definition von Fahrzeugzonen dienen, und nennt für jede Zone das geeignete Laminat.

Materialklassen nach Temperaturzone unter der Motorhaube

Fahrzeugzone AEC-Q100-Grade / TCT-Stufe Temperaturbereich Geeignetes Laminat
Geschützter Fahrgastraum Grade 3 / TCT A −40 °C bis +85 °C Standard-FR-4 (Tg 130–140 °C)
Innenraum- / Karosserieelektronik Grade 2 −40 °C bis +105 °C FR-4 mit mittlerem Tg (Tg 150–160 °C)
Fahrwerk, Karosserie, ADAS-Radar, Infotainment Grade 1 / TCT B −40 °C bis +125 °C High-Tg-FR-4 (Tg 170–180 °C)
Über dem Motor Grade 0 / TCT C −40 °C bis +145 °C High-Tg-FR-4 / Polyimid
Getriebe / im Motor Grade 0 / TCT D–E −40 °C bis +165 °C Polyimid (Tg 250 °C+) oder Keramik

Unsere Ingenieure halten die maximale Dauerbetriebstemperatur jedes Leiterplattenmaterials etwa 20 °C unter dem Tg des Laminats. Standard-FR-4 (Tg etwa 130 °C) kann sicher bis rund 110 °C betrieben werden, während ein High-Tg-Laminat (Tg etwa 170 °C) einen Betrieb bis rund 150 °C verträgt.

Der Tg allein beschreibt jedoch nicht alle Eigenschaften eines Laminats: Ebenso wichtig ist seine Zersetzungstemperatur, also der Punkt, an dem das Harz 5 Prozent seiner Masse verloren hat, denn beim bleifreien Reflow-Löten werden 240 bis 260 °C erreicht. Ein Laminat mit niedrigem Td kann sich schon während der Fertigung zersetzen und den Ausgangspunkt für Leckströme durch leitfähige anodische Filamente bilden, lange bevor das Fahrzeug auf die Straße kommt. IPC-4101 verknüpft diese Kennwerte in den Spezifikationsblättern /26 und /126, die die Materialklasse mit Tg 170 °C und Td 340 °C definieren, die häufig für Automotive-Anwendungen und IPC-Klasse 3 eingesetzt wird.

„Das teuerste Material im Regal ist selten das richtige. Ein Kunde spezifizierte Aluminiumoxidkeramik, weil er wegen einer LED-Anordnung mit 1 W Bedenken hatte; wir stellten auf High-Tg-FR-4 mit thermischen Vias um, hielten die Sperrschichttemperatur innerhalb der Spezifikation und sparten ihm etwa 65 % der Stückkosten. High-Tg-FR-4 deckt etwa 90 % der Automotive-Designs unter 5 W/cm² ab. Keramik setzen wir für die Leistungsknoten ein, die sie wirklich benötigen.“ Engineering-Team für Automotive-Leiterplatten bei PCBark

Ein Hinweis entgegen dem verbreiteten Instinkt, dass mehr Wärmeleitfähigkeit immer besser sei: Keramik ist starr, aber spröde; in einer Zone mit starken Vibrationen fängt FR-4 mechanische Stöße sogar besser ab, und ein Substratwechsel ist nie eine einfache Austauschlösung – Kupferverteilung, Randabstand, Anzugsmoment und Lötprofil müssen ebenfalls neu ausgelegt werden.

Die Wahl des Laminats ist ein Abwägen zwischen Wärmeübertragung, Vibrationsfestigkeit, Herstellbarkeit und Kosten, kein Wettlauf um einen einzelnen Kennwert. Weil PCBark alle 5 auf die Zonen abgestimmten Materialklassen – Standard- und High-Tg-FR-4, Polyimid sowie Al₂O₃/AlN-Keramik – bei einer Kapazität von 500.000 m²/Jahr im eigenen Haus auf Lager hält und verarbeitet, richtet sich unsere Empfehlung nach Ihrer Betriebszone und nicht nach dem Laminat, das eine einzelne Fertigungslinie gerade verarbeitet. Anders als ein auf ein Material festgelegter Betrieb sagen wir Ihnen offen, wann Standard-FR-4 die richtige Wahl ist und Sie sich den Aufpreis für Keramik sparen können.

Die Materialwahl prägt auch den übrigen Schaltungsentwurf im Fahrzeug. Auf einer Multilayer-Leiterplatte mit schnellen Digitalsignalen neben einer Hochfrequenzstufe stehen Wärmeableitung und Signalisolierung in einem Spannungsverhältnis: Die Leiterplatte muss Wärme abführen und zugleich verhindern, dass Hochfrequenzstörungen in empfindliche Netze einkoppeln. Leiterplatten der Klasse 3 erfüllen ihre hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit nur, wenn Laminat, Kupfer und Lagenaufbau gemeinsam ausgewählt werden; Standard-FR4 eignet sich für Digitaltechnik mit geringer Leistung, und die eigentliche Schwierigkeit liegt an der Schnittstelle – eine Frage des Entwicklungsprozesses, nicht des Materials.

Automotive-Leiterplatten von PCBark: vollständige Spezifikation der Fertigungsmöglichkeiten

Die meisten Seiten über Automotive-Leiterplatten versprechen „hochwertige, zuverlässige“ Leiterplatten. Nachfolgend finden Sie die Spezifikationen, auf deren Grundlage unsere Ingenieure Angebote erstellen; sie decken die Leiterplattentechnologien ab, die ein Automotive-Programm tatsächlich benötigt. Gleichen Sie Ihre Anforderungen vor der Angebotsanfrage mit den Tabellenzeilen ab, dann sparen Sie eine Rückfragerunde.

Fertigungsmöglichkeiten von PCBark für Automotive-Leiterplattentechnologien

Parameter Automotive-Fertigungsmöglichkeiten von PCBark
Leiterplattentechnologien Starre High-Tg-Leiterplatten, Aluminiumkern-Leiterplatten (MCPCB), Dickkupfer-, HDI- / Any-Layer-, flexible, Starrflex-, HF- / Rogers- und Keramikleiterplatten (Al₂O₃ / AlN)
Lagenzahl 1–40 Lagen (starre Leiterplatten); 1+N+1 bis Any-Layer-HDI
Basismaterial / Tg Standard (Tg 135 °C) → mittlerer Tg (150 °C) → hoher Tg (170–180 °C); Polyimid (Tg 250 °C+); PTFE der RO3003-Klasse für Radar; Al₂O₃- / AlN-Keramik
Kupferstärke 0,5 oz bis 20 oz (Dickkupfer)
Min. Leiterbahnbreite / Leiterbahnabstand 3 mil / 3 mil Standard; 2 mil / 2 mil (0.05 / 0,05 mm) HDI
Min. mechanische Bohrung / Laser-Via 0,15 mm mechanisch; 0,10 mm (4 mil) Laser-Microvia
Bohrpositionsgenauigkeit (Klasse 3) ±100 µm; Abstand zur Bohrlochwand ≤ 40 % des Dielektrikums; 75 % Hülsenfüllung; innerer Restring ≥ 1 mil
Parameter Automotive-Fertigungsmöglichkeiten von PCBark
Impedanzkontrolle ±10 % Standard, ±5 % möglich (per TDR geprüft)
Oberflächenfinish Bleifreies HASL, ENIG, ENEPIG, chemisch Silber, OSP, Hartgold
Betriebstemperaturklasse AEC-Q100-Grade 0–3 (−40 °C bis +150 °C); Ausführungen für die Motormontage bis +165 °C mit geeignetem Laminat
Norm für die Leiterplattenfertigung IPC-6012-Klasse 2/3 + Automotive-Zusatz IPC-6012DA; IPC-6013 (flexible / Starrflex-Leiterplatten)
Norm für die Bestückung IPC-A-610-Klasse 2/3; IPC J-STD-001; gefertigt nach Automotive-Anforderungen gemäß IATF 16949 / AEC-Q
Tests und Prüfungen AOI, Flying-Probe-Test, In-Circuit-Test, BGA-Röntgenprüfung, TDR, Temperaturwechselprüfung, Hochspannungsprüfung, ionische Sauberkeit
Fertigungsmöglichkeiten von PCBark für Automotive-Leiterplatten
Fertigungsmöglichkeiten
×
Vergrößertes Zertifikat

Normen und Qualität für Automotive-Leiterplatten: IATF 16949, AEC-Q, IPC-6012DA und ISO 26262

In der Automobilelektronik ist eine angegebene Zertifizierung noch kein Beleg: Erfahrene Einkäufer wissen, dass ein Lieferant „IPC-6012-Klasse 3“ auf eine Zeichnung schreiben kann, ohne die Qualifizierungs-, Konformitäts- oder Abnahmeprüfungen durchgeführt zu haben, die diese Angabe belegen – genau so entstehen Risse in der Galvanisierung und Rückrufe im Feld. Eine Werksbesichtigung mit anschließendem Mittagessen ist kein Qualitätsmanagementsystem. Die Lücke zwischen Behauptung und Vertrauen schließen Prüfnachweise zur Norm; deshalb zeigen wir hier die Zuverlässigkeitsprüfungen, nach denen jede Automotive-Leiterplatte von PCBark gefertigt und geprüft wird.

Zuverlässigkeitsprüfungen für Automotive-Leiterplatten

Prüfung Norm / Verfahren Prüfbedingung Was sie nachweist
Temperaturwechselprüfung JEDEC JESD22-A104 / IEC 60068-2-14 −40 °C bis +125–150 °C, 500–1500 Zyklen Lötstellen und galvanisierte Bohrhülsen überstehen Ausdehnung und Zusammenziehen
Temperaturschock Eintauchen in geschmolzenes Lot 260 °C oder 288 °C, 10 s, ×3 Keine Verpressung, Blasenbildung oder Kupferrisse bei extremen Reflow-Temperaturen
Feuchteprüfung unter elektrischer Vorspannung JEDEC JESD22-A101 85 °C / 85 % relative Luftfeuchte, 1000 h Kein Wachstum leitfähiger anodischer Filamente (CAF) zwischen Vias / Leiterbahnen
HAST unter elektrischer Vorspannung JEDEC JESD22-A110 130 °C / 85 % relative Luftfeuchte, 96 h Beschleunigter Nachweis der Isolationsintegrität bei Feuchte und elektrischer Vorspannung
Abnahmekriterien für unbestückte Leiterplatten Zusatz IPC-6012DA Durchbiegung und Verwindung ≤ 0,75 %; Kapillarwirkung ≤ 60 µm; Sauberkeit ≤ 0.75 µg/cm² Strengere Automotive-Verarbeitungsanforderungen als allgemein üblich nach 2× Vorbehandlung bei 260 °C

Qualität reicht über die Leiterplatte selbst hinaus. IATF 16949 ist das Automotive-Qualitätsmanagementsystem, das auf ISO 9001 aufbaut und zusätzlich Regeln zur Fehlervermeidung, das Dokumentationspaket APQP / PPAP / FMEA sowie eine vollständige Chargenrückverfolgbarkeit verlangt, damit eine nicht konforme Leiterplatte unbrauchbar gemacht wird, statt auf die Straße zu gelangen. Die Anforderungen reichen entlang der Lieferkette weiter: Die meisten OEMs schreiben sie Tier-1-Zulieferern vor, und weltweit gibt es mehr als 65.000 zertifizierte Fertigungsstandorte; maßgeblich ist jedoch ehrlich gesagt die vertragliche Vorgabe Ihres direkten Kunden, und die IATF-Regeln selbst verlangen lediglich, dass Kunden die Systeme ihrer nachgelagerten Zulieferer weiterentwickeln.

PCBark fertigt nach IATF 16949, IPC-6012-Klasse 3 und den Automotive-Anforderungen von AEC-Q unter Anwendung fortschrittlicher internationaler Qualitätsmanagementsysteme und IPC-Verarbeitungsstandards; wenn Ihr Programm ein gültiges Zertifikat auf einer bestimmten Zulieferstufe voraussetzt, bestätigen wir den aktuellen Zertifizierungsstatus, bevor Sie sich festlegen.

Eine höhere IPC-Klasse ist nicht zwangsläufig die bessere Entscheidung – sie muss zum Sicherheitsniveau des Fahrzeugsystems passen und sollte nicht um ihrer selbst willen maximiert werden. Nach ISO 26262 ordnet der Automotive-Zusatz zu IPC-6012 Leiterplatten für Motormanagement, Hochspannung, Scheinwerfer und Sicherheit der Klasse 3 zu, während für Karosserieelektronik, Niederspannungs-Steuergeräte und Rückleuchten berechtigterweise Klasse 2 gilt – pauschal Klasse 3 vorzugeben, erhöht die Kosten ohne Begründung anhand des ASIL. Für Bauteile gilt die AEC-Q-Reihe: AEC-Q100 für ICs, AEC-Q101 für diskrete Bauteile, AEC-Q102 für optoelektronische Bauteile und AEC-Q200 für passive Bauteile.

IATF 16949
Automotive-QMS (Fertigung nach Vorgaben)
IPC-6012-Klasse 2/3
Qualifizierung starrer Leiterplatten
IPC-6012DA
Automotive-Zusatz
An AEC-Q ausgerichtet
Q100 / Q101 / Q200
ISO 26262
Dem ASIL zugeordnete IPC-Klasse

Bestückung von Automotive-Leiterplatten (PCBA): SMT, THT-Bestückung, Schutzlackierung und schlüsselfertige Leiterplattenbestückung

01

Das mit Abstand größte Ärgernis beim Einkauf von Automotive-PCBA ist weder der Preis noch die Vorlaufzeit – sondern was passiert, wenn eine bestückte Leiterplatte defekt zurückkommt. Käufer berichten von kalten Lötstellen, fehlenden oder um 90° verdrehten Bauteilen und Lieferanten, die den Fehler einräumen und dem Kunden anschließend raten, eine Reparaturwerkstatt vor Ort zu suchen. Bei einer Fahrzeugleiterplatte ist das keine bloße Unannehmlichkeit, sondern ein Risiko für Ausfälle im Feld und Rückrufe. PCBark verankert die Verantwortung im Prozess, statt pauschal „null Fehler“ zu versprechen, ohne die dafür nötigen Prozessvorgaben festzulegen.

02

Jede Automotive-Bestückung folgt demselben klar geregelten Ablauf: vor der Werkzeugherstellung eine vorausschauende DFM-Analyse Ihres Automotive-Leiterplattendesigns, anschließend SMT- und THT-Bestückung, automatische optische Inspektion, BGA-Röntgenprüfung, elektrische Prüfung per Flying Probe oder In-Circuit-Test, Schutzlackierung gegen Feuchtigkeit und Chemikalien sowie bei Bedarf die Integration in ein Gehäuse – mit dokumentierter Chargen- und Materialrückverfolgbarkeit in jeder Phase anhand von Prüfberichten eines nach ISO/IEC 17025 akkreditierten Labors. Eine Durchgangsprüfung zu 100 % ist das Minimum, kein kostenpflichtiges Extra. Da Leiterplattenfertigung und Bestückung an einem Fertigungsstandort erfolgen, lässt sich ein Fehler bis zum jeweiligen Prozessschritt zurückverfolgen, statt zwischen 2 Lieferanten ungeklärt zu bleiben.

03

Ein fairer Hinweis zum Leistungsumfang: Nicht jede PCBA für ein Fahrzeug benötigt den vollständigen Automotive-Zertifizierungsprozess. Manche Projekte erfordern über die übliche PCBA hinaus eine strengere Rückverfolgbarkeit und eine offene Kommunikation zum Prozessablauf. Teilen Sie uns die tatsächlichen Konformitätsanforderungen Ihres Programms von Anfang an mit, damit wir den Umfang der Bestückung passend festlegen – ohne eine ergänzende Leiterplatte zu knapp auszulegen oder für eine Leiterplatte der Karosserieelektronik zu viel zu berechnen.

EV- und ADAS-Leiterplatten: Antriebsstrang, Batteriemanagement, Radar und Domänensteuergeräte

Bei Elektrifizierung und Fahrerassistenz weichen die Anforderungen an Automotive-Leiterplatten am stärksten von anderen Anwendungen ab. In den USA wurden 2023 mehr als 1,4 Millionen EV verkauft, 52 % mehr als im Vorjahr (U.S. DOE), und über 92 % der neuen Fahrzeuge des Jahres 2024 wurden mit mindestens einer ADAS-Funktion ausgeliefert (NHTSA) – dadurch kommen auf jeder neuen Plattform mehr Leiterplatten für hohe Leistungen und Frequenzen zum Einsatz.

EV-Leistungselektronik

EV-Leistungselektronik: Wechselrichter, OBC und PDU

SiC- und GaN-Bauteile mit großer Bandlücke werden so heiß, dass die unbestückte Leiterplatte zur Wärmebarriere wird; die Wärme fließt vom Chip → zur Keramik mit direktgebondetem Kupfer → zur Grundplatte → zur Kühlplatte. Dickkupfer übernimmt die Stromverteilung; DBC-Keramik die heißesten Stellen.

BMS

Batteriemanagement (BMS)

Dichte, rauscharme Zellmessung auf Multilayer-HDI-Leiterplatten mit Hochspannungsisolierung sowie flexible Verbindungen zwischen Modulen, die Vibrationen über eine Batterielebensdauer von 15 Jahren standhalten.

ADAS

ADAS-Radar (77 GHz)

Millimeterwellenradar benötigt ein keramisch gefülltes PTFE-Laminat wie Rogers RO3003 mit einer Dielektrizitätskonstante von 3.00 ±0.04, einem Verlustfaktor von 0.0010 bei 10 GHz und UL94 V-0, kombiniert mit HDI-Leiterbahnführung.

Domänensteuergerät

LiDAR, Kameras und Domänensteuergeräte

Schnelle HDI- und Starrflex-Leiterplatten für die Sensorfusion und zentralisierte Zonensteuergeräte, auf die softwaredefinierte Fahrzeuge zunehmend setzen.

Der teuerste Fehler bei Leiterplatten für Elektrofahrzeuge, den wir beheben sollen, betrifft das Wärmemanagement. Ein Kunde, der ein Ladegerät für Elektrofahrzeuge baute, versuchte aus Kostengründen, ein IGBT-Modul auf einer Leiterplatte mit Aluminiumkern zu kühlen; die dielektrische Lage versagte unter der gleichzeitigen Spannungs- und Wärmebelastung innerhalb von 48 Stunden. Nach der Umstellung auf ein AlN-Keramiksubstrat war der Engpass bei der Wärmeableitung behoben, und die Konstruktion bestand den Lebensdauertest für Automobilanwendungen. Bei einer Radarantenne für 77 GHz verzeiht die Materialwahl ebenso wenig: Die Toleranz der Dielektrizitätskonstante, der Verlustfaktor und die Rauheit der Kupferoberfläche beeinflussen bei Millimeterwellen die Signalverluste, weshalb die Antenne auf einem HF-Laminat statt auf FR-4 sitzt.

Über den Antriebsstrang und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) hinaus gelten dieselben Anforderungen an die Fertigung und Bestückung von Automotive-Leiterplatten auch für Karosserie- und Innenraumelektronik, an die Einkäufer oft erst denken, wenn etwas ausfällt — Beleuchtungssysteme, Infotainment- und Unterhaltungssysteme mit Touchscreen, Rückfahrkameras, Reifendrucküberwachung und die dahinterstehenden Motorsteuergeräte. Je nach Anwendung kommt eine andere Kombination aus flexiblen Schaltungen, Starrflex-Leiterplatten, HDI-Leiterplatten und Leiterplatten mit Metallsubstrat zum Einsatz, doch für alle gilt derselbe Maßstab für die Zuverlässigkeit im Automobilbereich.

01

Einkaufsleitfaden: vom Prototyp bis zur Serie auf einer Fertigungslinie für schlüsselfertige Leiterplattenbestückung

Der US-amerikanische Markt für Automotive-Leiterplatten wurde 2024 auf rund USD 586,85 Millionen geschätzt und soll bis 2030 auf USD 794,77 Millionen wachsen, was einem jährlichen Wachstum von 5,20 % durch Elektrofahrzeuge und ADAS entspricht. Bei der Beschaffung in diesem Markt steht viel auf dem Spiel, und wer sich auf die falsche Kennzahl konzentriert, zahlt am Ende drauf.

Was den Angebotspreis für Ihre Automotive-Leiterplatte bestimmt

Statt eines irreführenden Listenpreises finden Sie hier die Faktoren, die den Angebotspreis für eine Automotive-Leiterplatte tatsächlich beeinflussen — nennen Sie diese in Ihrer Angebotsanfrage, damit Sie einen genauen Preis und eine realistische Vorlaufzeit erhalten (für Standardprototypen aus FR-4 sind es 3-5 Tage; Keramikleiterplatten benötigen wegen des Brennens bei hohen Temperaturen 7-15 Tage):

  • Leiterplattentechnologie und Material — FR-4 mit hohem Tg, MCPCB, Dickkupfer, HDI, HF-Materialien und Keramik unterscheiden sich erheblich bei Material- und Prozesskosten.
  • Lagenzahl, Kupferdicke und Geometrie — Multilayer-Leiterplatten, 20 oz Kupfer und 2 mil breite Leiterbahnen erhöhen die Komplexität.
  • IPC-Klasse und Prüfumfang der Qualifizierung — Klasse 3 mit dokumentierten Qualifizierungs- und Konformitätsprüfungen kostet mehr als Klasse 2.
  • Stückzahl und Umfang der Bestückung — Prototypenserien unterscheiden sich von der Serienfertigung, und eine unbestückte Leiterplatte ist etwas anderes als eine vollständige schlüsselfertige SMT-Bestückung mit Schutzlackierung.
  • Umfang der Normkonformität — ein vollständiges IATF 16949-/AEC-Programm unterscheidet sich von erweiterter Rückverfolgbarkeit und Prozesskontrolle.

Zum Schluss noch ein Beschaffungshinweis aus den Empfehlungen der IPC zur Lieferantenauswahl: Geben Sie einen Leiterplattenlieferanten nicht allein aufgrund einer Betriebsbesichtigung frei, sondern verlangen Sie Nachweise zu Qualifizierung und Abnahmeprüfungen, etwa Mikroschliffe nach Wärmebelastung, und beziehen Sie kritische Teilenummern nicht ausschließlich von einem Lieferanten. Wir lassen uns gern nach diesen Maßstäben beurteilen.

01
TCO-Analyse
02

Warum der niedrigste Stückpreis das falsche Ziel ist.

Die unbestückte Leiterplatte macht meist nur einen kleinen Teil des Projekts aus, und die Behandlung eines Defekts kostet nach dem Einbau der Leiterplatte in ein Produkt ungefähr zehnmal so viel wie davor. Über eine Nutzungsdauer von fünf Jahren wird eine Leiterplatte mit einer viermal höheren Ausfallrate im Feld zur teureren Wahl, sobald Austausch- und Garantiekosten berücksichtigt werden; zudem zählen Elektronikfehler zu den Hauptursachen der von der NHTSA erfassten Rückrufe, was bei den Gesamtbetriebskosten dafür spricht, Material und Qualifizierung auf die Anwendung abzustimmen, statt dem billigsten Angebot nachzujagen.

Betrachtung der Gesamtbetriebskosten

Wir veröffentlichen keine feste ROI-Prozentzahl — denn ein ehrlicher Wert hängt von Ihrer Leistung, Ihrem Lastzyklus und den Kosten eines Ausfalls im Feld in Ihrem Subsystem ab — und eine für eine Webseite erfundene Zahl hilft niemandem. Die Felddaten zeigen durchweg: Wenn Zuverlässigkeit oder Wärmelast die eigentliche Grenze setzen, wird der höhere Anschaffungspreis einer passend ausgelegten Leiterplatte über die Lebensdauer des Fahrzeugs in der Regel durch vermiedene Rückrufe, weniger Rücksendungen aus dem Feld und den Wegfall zusätzlicher Kühlkörper ausgeglichen. Wenn FR-4 mit hohem Tg ausreicht, sagen wir Ihnen das, statt Ihnen eine unnötige Keramikleiterplatte zu verkaufen. Für eine bezifferte TCO-Berechnung Ihrer konkreten Leiterplatte erstellen unsere Ingenieure ein Modell für Ihr Programm.

Bei Automobilanwendungen werden Qualität und Zuverlässigkeit von Leiterplatten über ein gesamtes Programm hinweg beurteilt, nicht anhand eines einzelnen Musters — besonders bei sicherheitskritischen Funktionen, für die hochzuverlässige Leiterplatten und gleichbleibende Fertigungsprozesse wichtiger sind als ein auffälliger Preis. Deshalb bewerten erfahrene Einkäufer Leiterplatten für die Automobilindustrie danach, wie gut sie zum Fahrzeugdesign passen und wie ihre Qualifizierung dokumentiert ist.

Auswahlhilfen für Technik und Materialien von Automotive-Leiterplatten

Automotive-Leiterplatten: Auswahlhilfe für Einbauort und Material

Wählen Sie den Einbauort der Leiterplatte im Fahrzeug, um die zugehörige Temperaturklasse nach AEC-Q100 und ein Laminat zu sehen, das ihr standhält.

Werkzeug öffnen →

Auswahlhilfe: vom Fahrzeugsystem zur Leiterplattentechnologie

Wählen Sie ein Fahrzeugsystem aus, um zu sehen, welche Leiterplattentechnologie, welches Material und welchen Qualifizierungsstandard es üblicherweise benötigt.

Werkzeug öffnen →

Auswahlhilfe für das passende Substrat: FR-4 oder MCPCB oder Keramik

Die meisten Automotive-Leiterplatten benötigen keine Keramik. Beantworten Sie vier Fragen, um das Substrat zu finden, das zu Ihrer thermischen und mechanischen Belastung passt — ohne zu viel zu bezahlen.

Werkzeug öffnen →

Häufige Fragen von Einkäufern zu Automotive-Leiterplatten

Was ist eine Leiterplatte im Auto und welche Aufgabe hat sie?

Eine PCB (Leiterplatte) ist eine starre oder flexible Leiterplatte, auf der die elektronischen Bauteile für fast alle Fahrzeugfunktionen befestigt und miteinander verbunden sind: die Steuerung von Verbrennungs- und Elektromotoren, das Batteriemanagement, ADAS-Sensoren, Beleuchtung, Infotainment sowie Sicherheitsfunktionen wie Airbags und Bremsen. Ein modernes Fahrzeug enthält mehr als 200 elektronische Steuergeräte, die jeweils auf einer Leiterplatte aufgebaut sind, die für die gesamte Nutzungsdauer des Fahrzeugs von 10 bis 20 Jahren ausgelegt ist.

Worin unterscheidet sich eine Automotive-Leiterplatte von einer Standardleiterplatte?

Eine Automotive-Leiterplatte ist dafür qualifiziert, über 10–20 Jahre einem größeren Temperaturbereich (−40 °C bis zu +150–165 °C) sowie den Umgebungsbelastungen im Straßenfahrzeug standzuhalten: gemäß ISO 16750 dauerhaften Vibrationen bis zu 50 g, Temperaturwechseln, Feuchtigkeit und Spannungsspitzen durch Lastabwurf. Dafür braucht es in der Regel ein Laminat mit höherem Tg, einen kontrollierten Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine Leiterplattenfertigung nach IPC-6012 Klasse 2/3 mit dem Automotive-Zusatz IPC-6012DA sowie Bauteile der AEC-Q-Klasse und ein Maß an Prüfungen und Materialkontrolle, das bei einer Leiterplatte für Verbraucherprodukte nicht vorgesehen ist.

Ist ein ECU eine Leiterplatte?

Nicht ganz: Ein elektronisches Steuergerät (ECU) ist ein vollständiges Modul, das eine Leiterplatte samt Bauteilen, Steckverbindern und Gehäuse enthält. Die Leiterplatte im ECU trägt den Mikrocontroller, die Leistungsschaltungen und die Sensoren und verbindet sie miteinander. Ein Auto kann 200+ ECUs haben, die jeweils auf einer oder mehreren Automotive-Leiterplatten aufbauen.

Benötigt ein Lieferant von Automotive-Leiterplatten eine Zertifizierung nach IATF 16949?

Das hängt von Ihrer Position in der Lieferkette ab. Die meisten OEMs verlangen von Tier-1-Lieferanten IATF 16949, doch die Anforderung ergibt sich aus dem Vertrag mit Ihrem direkten Kunden, und ein Hersteller unbestückter Leiterplatten kann berechtigterweise nach ISO 9001 sowie kundenspezifischen Anforderungen arbeiten. Entscheidend sind nachprüfbare Nachweise zur Qualifizierung und zu Abnahmeprüfungen sowie lückenlose Rückverfolgbarkeit, nicht ein Logo auf der Startseite. Teilen Sie uns die Stufe Ihres Programms in der Lieferkette und Ihre Anforderungen an die Normkonformität mit, dann bestätigen wir Ihnen, was erforderlich ist.

Welche Temperaturklassen gibt es für Automotive-Leiterplatten?

Die Klassen richten sich nach der Betriebstemperatur gemäß AEC-Q100: Klasse 3 (−40 bis +85 °C) für den geschützten Fahrgastraum, Klasse 2 (−40 bis +105 °C) für die Innenraumelektronik, Klasse 1 (−40 bis +125 °C) für Karosserieelektronik, ADAS-Radar und Infotainment sowie Klasse 0 (−40 bis +150 °C) für Module im Motorraum und direkt am Motor. Anschließend werden der Tg-Wert des Laminats und die IPC-Klasse auf den Einbauort abgestimmt.

Ist Automotive-Qualität immer besser oder ihren Preis wert?

Nicht automatisch. Eine Qualifizierung für Automobilanwendungen lohnt sich, wenn das tatsächliche Belastungsprofil Ihres Subsystems — Wärme, Vibrationen, Spannung und Nutzungsdauer — sie erfordert. Erfahrungen aus dem Einsatz zeigen, dass eine überhöhte Temperaturklasse oder ein überdimensioniertes Substrat (etwa Keramik, obwohl FR-4 mit hohem Tg ausreichen würde) Budget und Vorlaufzeit kosten, ohne die Zuverlässigkeit zu erhöhen. FR-4 mit hohem Tg eignet sich für etwa 90 % der Automobildesigns unter 5 W/cm²; Keramik ist bei hoher Leistung und hohen Temperaturen gerechtfertigt. Wir legen die Leiterplatte passend zur Anwendung aus.

Was kostet die Bestückung einer Automotive-Leiterplatte?

Einen Pauschalpreis gibt es nicht: Der Angebotspreis für eine bestückte Automotive-Leiterplatte hängt von Leiterplattentechnologie und Material, Lagenzahl und Kupferdicke, IPC-Klasse und Prüfumfang der Qualifizierung, Stückzahl sowie davon ab, ob Sie eine unbestückte Leiterplatte oder eine vollständige schlüsselfertige Leiterplattenbestückung mit Schutzlackierung benötigen. Denken Sie daran, dass ein Defekt an einer Leiterplatte nach der Bestückung etwa 10× mehr kostet als davor; vergleichen Sie deshalb die Gesamtbetriebskosten und nicht nur den Stückpreis. Senden Sie uns Ihre Gerber-Daten, Ihre BOM und Ihre Programmanforderungen für ein verbindliches Angebot.