Wenn Apple Inc. ein neues iPhone herausgibt, nehmen Teardown-Analysefirmen wie IHS Inc., UBM und iFixit schnellstens auseinander und beleuchten die wichtigsten Komponenten wie Display, Prozessor, Akku und Speicherchips. Wie alle elektronischen Produkte enthält das iPhone auch kleinere Bauteile, die wesentliche Bestandteile des Designs sind – einschließlich der Kondensatoren.
Der IHS-Teardown des iPhone 6 illustriert die wichtige Rolle, die Kondensatoren in derartig hochwertigen Elektronikprodukten spielen – etwa 730 dieser passiven Bauteile wurden im Smartphone gefunden. Kondensatoren sind in jedem großen Subsystem des iPhone 6 zu finden, woran man erkennt, wie wichtig diese Bauteile sind.
BOMs weg
In einer vorläufigen Teardown-Analyse vom September 2014 hat IHS geschätzt, dass die Materialrechnung (BOM) des iPhone 6 mit 16 GB NAND-Flash-Speicher 196,10 $ beträgt.
In der Tat sind die großen Komponenten mit bahnbrechender Technologie für den Großteil der Kosten verantwortlich.
Zum Beispiel verwendet das Display-Subsystem des iPhone Apples hoch auflösende Retina-Technologie sowie moderne In-Touch-/In-Plane-Switching-LCDs. Der Anwendungsprozessor ist der A8 von Apple, der seinerzeit an vorderster Front war und in einem hypermodernen 20-Nanometer-Prozess hergestellt wurde. Er enthielt doppelt so viele Transistoren wie die Vorläufergeneration A7.
IHS hat keine Preise für diese Einzelkomponenten genannt, aber die Subsysteme Display und Anwendungsprozessor des iPhone 6 kosten jeweils 45,00 $ und 20,00 $.
Kondensatoren’ der Ruhm steht noch aus
Im Gegensatz dazu kosten die Kondensatoren eines iPhone 6 (mit Ausnahme eines einzigen) nur Bruchstücke von Cents. Alle 730 Kondensatoren dieses Smartphones kosten zusammen 2,13 $, was nur 1 Prozent der gesamten BOM darstellt.
Die Kondensatoren durchdringen jeden Teil des Designs, vom Mainboard bis zu Ein-/Ausgängen und Schnittstellenplatinen, von der Home-Tasten-Schaltung bis zu der des Mikrofons an der Vorderseite, vom Displaymodul bis zur Platine für Kamerablitz/Ruhezustand/Aufwachtaste.
Alle Kondensatoren im Produkt (bis auf einen) sind Multilayer-Keramik-Einheiten (MLCC). Dies illustriert, dass der MLCC der am meisten verbreitete Kondensator in elektronischen Geräten ist, mit geschätzt 1 Billion verwendeten Einheiten pro Jahr. IHS hat die MLCCs als X5R/X7R-Kondensatoren identifiziert, als C0G/NP0-Einheiten oder Durchführungsbauteile. Die Bezeichnungen NPO, X5R und X7R definieren den dielektrischen und Temperaturbereich und die tolerierte Kapazitätsänderung.
Keramische Feedthrough-Kondensatoren dienen der Umleitung. Sie haben eine Röhrenform, mit einer inneren Metallschicht, an die eine Leitung angeschlossen ist, und eine äußere Metallschicht für Lötzwecke. Das eine besondere Bauteil ist eine in Tantal eingekapselte Einheit von Rohm Co. Ltd. Diese Einheit, der teuerste Kondensator im iPhone 6, besaß einen Preis von etwa 0,02 $. Tantal-Kondensatoren werden in Sample-and-Hold-Geräten und als Filter in Stromversorgungen auf Computer-Motherboards und in Mobiltelefonen verwendet. Der Tantalkondensator von Rohm wird auf der Hauptplatine des iPhone 6 benötigt.
Die Kondensatoren auf der Platine
Die Kondensatoren im iPhone 6 befinden sich in allen verschiedenen Subsystemen des Smartphones.
Die Hauptplatine des Telefons enthält die zentrale Funktionalität des iPhone 6, einschließlich des A8-Prozessors, des DRAM, des drahtlosen Modem und der Kreisel- und Beschleunigungssensoren. Da sie all diese wichtigen Systemfunktionen enthält, besitzt die Hauptplatine mit 682 Einheiten von allen Subsystemen des Smartphones die weitaus größte Anzahl von Kondensatoren.
Die nächste Anzahl von Kondensatoren in einem einzelnen Subsystem besitzt mit 17 Einheiten die I/O- und Schnittstellenplatine. Danach folgt das Display/Touchscreen-Modul mit 11 Kondensatoren. Schließlich gibt es noch die Home-Taste mit 9 Stück, die Platine des vorderen Mikrofons mit 7 und die Platine mit Kamerablitz/Ruhezustand/Aufwachtaste mit 4 Einheiten.
Die Effizienz von Apple
Die große Anzahl der Kondensatoren des iPhone 6 ist besonders dann bemerkenswert, wenn man den hoch integrierten und effizienten Approach von Apple an das Design von Mobilelektronik betrachtet. Die mobilen Produkte von Apple sind bekannt dafür, dass sie die gesamte Funktionalität in großen ICs konzentrieren, was den Einsatz kleinerer Komponenten wie diskrete und passive Bauteile minimiert.
Das Geheimnis des eleganten Designs von Apple ist die strenge Kontrolle über das Design, die Software und die Komponentenauswahl für seine Produkte. Während Apple sein eigenes Betriebssystem (BS) produziert, verwenden andere Mobilgerätehersteller die BS’ von Drittfirmen. Apple entwickelt auch seine eigenen Baupläne, während andere Firmen häufig Referenz-Designs verwenden, die wiederum Referenz-Designs von Vertragsherstellern und Halbleiterherstellern verwenden. Die Firma führt auch das eigene Schaltungsdesign des wichtigsten integrierten Prozessorschaltkreises durch.
Diese Herangehensweise erlaubt es Apple, Mobilgerät-Designs mit einer Leistungsfähigkeit zu erzielen, die andere Tablet-Hersteller nicht erreichen können. Diese Leistungsfähigkeiten zeigen sich in vielen Bereichen wie Speicherdichte, Akkuverbrauch, Kosten, Platzbedarf, Leistung und Komponentenanzahl, so IHS.
Der weniger integrative Approach anderer Hersteller führt dazu, dass sich in deren Smartphones im Vergleich zu den Apple-Produkten noch mehr Kondensatoren befinden.
Ausblick für Kondensatoren
Während Apple ein großer Player im Smartphone-Markt ist, wird erwartet, dass die Produkte auf Basis des iOS-Betriebssystems der Firma weniger als 17 Prozent der 2015 weltweit ausgelieferten Geräte ausmachen, folgt man der Marktforschungsfirma IDC. Die große Mehrzahl der anderen ausgelieferten Geräte läuft unter Android. Das bedeutet, dass eine überwältigende Zahl von Smartphones jedes Jahr mit Designs ausgeliefert wird, die mehr diskrete und passive Komponenten besitzen als die iPhone-Baureihe.
Der Smartphone-Markt erweitert sich stetig, da diese Geräte den Marktanteil anderen Mobiltelefonen streitig machen. Die weltweiten Marktlieferungen für Smartphones werden erwartungsgemäß von weniger als 1,2 Milliarden Einheiten im Jahr 2015 auf 1,5 Milliarden im Jahr 2019 anwachsen, folgt man IDC. Dies alles bedeutet, dass de Gelegenheit für Kondensatoren in Smartphones in den kommenden Jahren ansteigt, was zu erhöhten Verkäufen der Hersteller von passiven Bauteilen führt.