ADAS-Sensor-EMI-Abschirmung mit elektrisch leitfähigem Schaumstoff

ADAS-Sensor-EMI-Abschirmung: Anwendungen von elektrisch leitfähigem Schaumstoff in Kameras, Radar und LiDAR

Sensoren von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) sind das Herzstück intelligenten Fahrens – und gehören zu den anspruchsvollsten Komponenten im Bereich der EMV-Ausführung für Automobile. Von Fahrzeugkameras und 77-GHz-Millimeterwellenradar bis hin zu LiDAR: Jeder Sensor stellt unterschiedliche Anforderungen an die EMV-Abschirmmaterialien.

Elektrisch leitfähiger Schaumstoff bietet eine flexible Lösung für Erdung, Spaltabdichtung und elektromagnetische Abschirmung in diesen kompakten Sensorbaugruppen. Basierend auf Konlidas Erfahrung mit Automobilsensorprojekten erläutert dieser Artikel, wo leitfähiger Schaumstoff in ADAS-Sensoren eingesetzt wird und wie Ingenieure die richtige Struktur und das passende Material auswählen können.

Die Einführung von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) schreitet rasant voran. Die Systeme haben sich von einfachen Rückfahrkameras zu adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystemen der Stufe 2 und Spurhalteassistenten weiterentwickelt, und automatisierte Fahrtechnologien der Stufe 3 finden nun Einzug in Serienanwendungen. Mit zunehmender Automatisierung steigen auch die Anzahl der Sensoren, die Signalempfindlichkeit und die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV).

Ein typisches L2+-Fahrzeug kann 8–12 Kameras, 3–5 Millimeterwellen-Radarsensoren, 1–2 LiDAR-Einheiten und etwa 12 Ultraschallsensoren umfassen. Diese Geräte sind im Fahrzeug verteilt und arbeiten in anspruchsvollen elektromagnetischen, thermischen und mechanischen Umgebungen. Gleichzeitig muss jeder Sensor Störungen anderer elektronischer Systeme vermeiden.

Die leitfähigen Schaumstofflösungen von Konlida werden in chinesischen Tier-1-Zulieferern in Automobilkameramodulen, Millimeterwellenradar und LiDAR-Projekten eingesetzt. Die Anwendungsbereiche reichen von miniaturisierten, omnidirektionalen leitfähigen Schaumstoffen für Kameramodule bis hin zu spezialisierten Hochfrequenz-Abschirmstrukturen für Radarsysteme.

Eine Einführung in das Material selbst finden Sie unter Was ist EMI-Schaumstoff? Ein umfassender Leitfaden zu EMI-Schaumstoff Die

Dieser Artikel untersucht die Rolle von elektrisch leitfähigem Schaumstoff bei vier wichtigen ADAS-Sensortypen.

1. Herausforderungen der elektromagnetischen Verträglichkeit bei ADAS-Sensoren

ADAS-Sensoren sind einer anderen elektromagnetischen Umgebung ausgesetzt als herkömmliche Kabinenelektronik.

Herausforderung 1: Sensoren werden an exponierten oder halbexponierten Stellen installiert

Kameras werden üblicherweise hinter der Windschutzscheibe, im Kühlergrill oder um die Außenspiegel herum installiert. Millimeterwellenradar befindet sich oft hinter dem vorderen Stoßfänger, während LiDAR auf dem Dach oder im Kühlergrill montiert sein kann.

Diese Standorte können sich relativ nahe an geräuschintensiven Quellen wie elektrischen Antriebssystemen und DC/DC-Wandlern befinden. Sie sind außerdem größeren Temperaturschwankungen und mechanischen Vibrationen ausgesetzt.

Herausforderung 2: Die Sensorsignale sind extrem schwach

Ein Millimeterwellenradar empfängt sehr schwache reflektierte Signale von Objekten in der Umgebung. Schon geringe Mengen an eingekoppeltem elektromagnetischem Rauschen können die Detektionsempfindlichkeit verringern.

LiDAR steht vor einer ähnlichen Herausforderung. Seine optoelektronischen Detektoren reagieren empfindlich auf elektrisches Rauschen, und unerwünschte elektromagnetische Kopplung kann zu Messfehlern oder Fehldetektionen führen.

Herausforderung 3: Die Sensoren müssen voneinander isoliert sein.

Mehrere Radarsensoren können gleichzeitig an ein und demselben Fahrzeug betrieben werden. Ohne ausreichende Isolation können sich die Sensoren gegenseitig stören.

Daher muss die ADAS-Abschirmung sowohl externe Störungen als auch interne Übersprechungen berücksichtigen.

Herausforderung 4: Hochfrequenzabschirmung wird immer anspruchsvoller

Die Fahrzeugradartechnik hat sich von 24-GHz-Systemen hin zu 77-GHz- und 79-GHz -Plattformen weiterentwickelt. Diese Frequenzen liegen deutlich über dem 3-GHz-Bereich, der üblicherweise in herkömmlichen Abschirmungsspezifikationen angegeben wird.

Daher können sich Ingenieure bei der Bewertung von leitfähigem Schaumstoff für Radaranwendungen nicht allein auf Niederfrequenz-Abschirmungsdaten verlassen. Kontaktwiderstand, Oberflächenleitfähigkeit, Materialstruktur, Verbindungsgeometrie und die gesamte Abschirmung beeinflussen die Hochfrequenzleistung.

Konlidas Hochfrequenzprüfkapazität

Das EMV-Labor von Konlida kann die Prüfung der Schirmdämpfung auf 40 GHz ausdehnen und unterstützt so die Validierung von Hochfrequenzmaterialien und -strukturen für fortschrittliche Sensoranwendungen.

Es ist wichtig, dies von direkten 77-GHz-Tests zu unterscheiden: Ein 40-GHz-Test stellt keine 77-GHz-Messung dar. Vielmehr liefert er nützliche Hochfrequenz-Charakterisierungsdaten und Vorvalidierungsdaten, die die Entwicklung von Radarabschirmungen und die Materialauswahl unterstützen können.

2. Elektrisch leitfähiger Schaumstoff in vier ADAS-Sensoranwendungen

Anwendung 1: Automobilkameramodule

Der am weitesten verbreitete ADAS-Sensor

Kameras gehören zu den am häufigsten verbauten Sensoren in modernen Fahrzeugen. Zu ihren Anwendungsbereichen zählen Rückfahrkameras, Frontkameras für Notbremsassistenten, Rundumsichtkameras und Kameras für Fahrerüberwachungssysteme (DMS).

Ein Kameramodul kann Folgendes enthalten:

• CMOS-Bildsensoren
• ISP-Chips
• Serialisierer
• Leistungsmanagementschaltungen
• Hochgeschwindigkeits-Signalschnittstellen

Die von Bildsensoren erzeugten analogen Signale können sehr empfindlich gegenüber elektrischem Rauschen sein. Gleichzeitig benötigen Videosignale, die über Koaxialkabel oder geschirmte Twisted-Pair-Kabel übertragen werden, eine geeignete Erdung und Abschirmung.

Wo leitfähiger Schaumstoff verwendet wird

Warum omnidirektional leitfähiger Schaumstoff gut für Kameramodule geeignet ist

Kameramodule sind extrem kompakt. Der verfügbare Platz für eine Abschirmdichtung beträgt möglicherweise nur 0,5–2 mm .

Der omnidirektionale leitfähige Schaumstoff bietet leitfähige Pfade in X-, Y- und Z-Richtung. Dies ermöglicht einen niederohmigen elektrischen Kontakt bei relativ geringer Kompression und minimiert gleichzeitig die mechanische Belastung der optischen Baugruppe.

Weitere Informationen zu dieser Struktur finden Sie unter Omnidirektionale leitfähige Schaumstoffdichtung vs. Standard-leitfähige Schaumstoffdichtung Die

Bei mehreren Projekten im Bereich Automobilkameras hat Konlida die Verwendung von dünnem, omnidirektional leitfähigem Schaumstoff empfohlen, der typischerweise etwa 0,5–1 mm dick ist und zwischen dem Metallgehäuse der Kamera und der Montagehalterung angebracht werden soll.

Diese Konfiguration ermöglicht eine elektrische Erdung, ohne die optische Ausrichtung übermäßig mechanisch zu belasten. Versilberter, omnidirektionaler Schaumstoff kann ebenfalls in Betracht gezogen werden, wenn höhere elektrische Frequenzen erforderlich sind.

Anwendung 2: Millimeterwellenradar

Eine neue Herausforderung für die Hochfrequenzabschirmung

Millimeterwellenradar ist ein zentraler ADAS-Sensor für:

• Adaptive Geschwindigkeitsregelung (ACC)
• Automatische Notbremsung (AEB)
• Totwinkel-Erkennung (BSD)
• Frontalkollisionswarnung (FCW)

Automobilradarsysteme arbeiten zunehmend bei etwa 77 GHz und 79 GHz .

Die Radarantenne sendet und empfängt elektromagnetische Wellen mit sehr hohen Frequenzen. Bei diesen Frequenzen reagiert die Abschirmung besonders empfindlich auf elektrische Leitfähigkeit, Geometrie der Verbindungen, Kontaktqualität und Materialeigenschaften.

Typische Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Materialauswahl bei hohen Frequenzen

Für eine 77-GHz-Radar-Anwendung reichen herkömmliche Niederfrequenz-Abschirmungsspezifikationen nicht aus.

Die leitfähige Schicht, die Oberflächenleitfähigkeit, der Kontaktwiderstand, das Kompressionsverhalten und die mechanische Stabilität beeinflussen die Schirmdämpfung. Vergoldeter leitfähiger Schaumstoff kann im Vergleich zu einigen vernickelten Strukturen Vorteile hinsichtlich Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bieten.

Einen detaillierten Vergleich leitfähiger Schaumbeschichtungen finden Sie unter Vergoldeter vs. vernickelter vs. verzinnter EMV-Schaum Die

Das EMV-Labor von Konlida kann die Schirmdämpfung bis 40 GHz für die Hochfrequenz-Materialcharakterisierung prüfen. Für 77-GHz-Radarsysteme lassen sich diese Daten mit anwendungsspezifischen Simulationen und Validierungen auf Systemebene kombinieren, um die Materialauswahl zu unterstützen.

Anwendung 3: LiDAR

Ausgewogene optische und elektromagnetische Leistung

LiDAR gewinnt in automatisierten Fahrsystemen der Stufe 3 und höher zunehmend an Bedeutung. Es sendet Laserimpulse aus und misst deren Laufzeit, um die Entfernung zu Objekten zu bestimmen. Dies erfordert eine hochpräzise optische und elektronische Signalverarbeitung.

In LiDAR-Systemen können APD- oder SPAD-Fotodetektoren empfindlich auf elektrisches Rauschen reagieren. Elektromagnetische Störungen können die Signalqualität beeinträchtigen und zu Messfehlern beitragen.

Mechanische LiDAR-Systeme bringen jedoch noch eine weitere Herausforderung mit sich: Bewegliche oder rotierende Komponenten erzeugen kontinuierliche Vibrationen und mechanische Bewegungen.

Typische Anwendungen von leitfähigem Schaumstoff

Drei besondere Anforderungen an LiDAR

1. Den optischen Pfad nicht blockieren.

Leitfähiger Schaumstoff muss außerhalb des optischen Strahlengangs und in ausreichendem Abstand zu kritischen optischen Oberflächen positioniert werden.

2. Vibrationen und Ermüdung widerstehen.

Mechanische LiDAR-Systeme können unter Vibrationen kontinuierlich betrieben werden. Die Dichtungsstruktur muss einen stabilen elektrischen Kontakt ohne übermäßigen Verschleiß oder dauerhafte Verformung gewährleisten.

3. Partikelkontamination kontrollieren

Optische Komponenten erfordern höchste Reinheit. Abschirmmaterialien sollten die Partikelbildung und die Kontamination durch Fremdkörper minimieren.

Die leitfähigen Schaumstoffprodukte von Konlida können in einer Reinraumumgebung der Klasse 1000 hergestellt werden und tragen so zur Kontrolle von Partikel- und Kontaminationsrisiken bei optischen Sensoranwendungen bei.

Anwendung 4: Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren werden häufig zur Hinderniserkennung im Nahbereich eingesetzt, unter anderem beim automatischen Einparken und bei der Totwinkelüberwachung.

Ihre Betriebsfrequenz ist typischerweise viel niedriger als die von Millimeterwellenradar, oft im Bereich von 40–58 kHz .

Obwohl Ultraschallsensoren selbst im Allgemeinen eine weniger anspruchsvolle Herausforderung hinsichtlich der Hochfrequenzabschirmung darstellen, können sie aufgrund ihrer Position am Stoßfänger Störungen durch elektrische Antriebssysteme und andere Fahrzeugelektronik ausgesetzt sein.

Die wichtigsten Anwendungsgebiete von leitfähigem Schaumstoff sind:

• Erdung des Sensorgehäuses
• Stecker- und Kabelschirmung
• Spaltabdichtung zwischen leitfähigen Bauteilen

Die Anforderungen an die Abschirmung sind möglicherweise weniger anspruchsvoll als bei Radargeräten, aber Langlebigkeit nach Automobilstandard, Temperaturbeständigkeit, Vibrationsfestigkeit und Langzeit-Kontaktstabilität bleiben wichtig.

3. Anforderungen an leitfähigen Schaumstoff je nach ADAS-Sensortyp

Die richtige elektrisch leitfähige Schaumstoffkonstruktion hängt von mehr als nur der Schirmdämpfung ab. Ingenieure sollten Betriebsfrequenz, verfügbaren Kompressionsraum, Vibrationen, Reinheit und optische Einschränkungen berücksichtigen.

Diese Frequenzbereiche sollten als Anwendungs- und Validierungsreferenzen und nicht als universelle Materialgrenzen betrachtet werden. Die tatsächliche Schirmdämpfung hängt von der gesamten Dichtung, dem Gehäuse, dem Erdungspfad, der Frequenz, der Geometrie und dem Prüfverfahren ab.

4. Warum Konlida für die EMI-Abschirmung von ADAS-Sensoren wählen?

1. Ein breites Portfolio an leitfähigen Schaumstoffen

ADAS-Sensoren stellen unterschiedliche mechanische und elektrische Anforderungen. Konlida bietet verschiedene leitfähige Schaumstoffstrukturen an, darunter:

• Omnidirektionaler leitfähiger Schaumstoff für Kompaktkameramodule
• Vergoldeter FOF- und SMT-Schaum für Radaranwendungen
• Maßgefertigter FOF-Schaumstoff für LiDAR-Gehäuse
• Leitfähige, gewebebasierte Strukturen zur Abschirmung von Signalen und Steckverbindern

Ein breites Produktportfolio ermöglicht es Kunden, mehrere Abschirmungsanforderungen bei einem einzigen Lieferanten zu bündeln.

2. Hochfrequenz-EMV-Prüfung

Das EMV-Labor von Konlida kann die Schirmdämpfungsprüfung auf 40 GHz ausdehnen und bietet damit eine Hochfrequenzcharakterisierung für fortschrittliche Automobilelektronik.

Bei 77-GHz-Radaranwendungen sollten 40-GHz-Daten eher als unterstützende Validierung denn als direkte 77-GHz-Zertifizierung oder -Messung betrachtet werden.

3. Reinraumproduktion der Klasse 1000

Kamera- und LiDAR-Module können empfindlich auf Partikel und Verunreinigungen reagieren. Die Fertigung im Reinraum trägt dazu bei, das Risiko von Fremdkörpern zu reduzieren und unterstützt Anwendungen optischer Sensoren.

4. Eigene Materialentwicklung

Konlida entwickelt spezialisierte leitfähige Materialien, darunter ultradünne leitfähige Gewebe bis hinunter zu 0,016 mm und silberbeschichteter omnidirektionaler leitfähiger Schaumstoff.

Diese Materialien ermöglichen immer kompaktere Sensorkonstruktionen, bei denen sowohl die Abschirmleistung als auch der verfügbare Installationsraum begrenzt sind.

5. Automobilqualität und Serienfertigung

Konlida betreibt 30 Produktionslinien für leitfähigen Schaumstoff mit einer täglichen Produktionskapazität von ca. 2 Millionen Stück .

Das Unternehmen verfügt über die Zertifizierungen IATF 16949, ISO 13485 und ISO 9001 und erfüllt damit die Anforderungen der Automobil- und Elektronikfertigung.

Durch Rapid Prototyping kann die Entwicklung in nur 4 Stunden abgeschlossen werden, was den Entwicklungsteams hilft, die Designverifizierung und Produktentwicklung zu beschleunigen.

5. Kurzanleitung zur Auswahl von leitfähigem Schaumstoff für ADAS-Sensoren

6. Häufig gestellte Fragen zu ADAS-Leitfähigkeitsschaum

Frage 1: Kann leitfähiger Schaumstoff 77-GHz-Millimeterwellenradar wirksam abschirmen?

Es kommt auf die gesamte Abschirmungsstruktur an. Die Spezifikationen herkömmlicher leitfähiger Schäume basieren häufig auf Testbedingungen mit niedrigeren Frequenzen, daher sollte eine 77-GHz-Radaranwendung nicht allein anhand einer 3-GHz-Bewertung beurteilt werden.

Hochfrequenzleitfähigkeit, Beschichtung, Kontaktwiderstand, Dichtungsgeometrie, Gehäusekonstruktion und Erdungsqualität beeinflussen das Endergebnis. Ein Labortest bei 40 GHz liefert zwar nützliche Hochfrequenzcharakteristika, sollte aber nicht als direkte 77-GHz-Messung interpretiert werden.

Frage 2: Warum wird für Kameramodule omnidirektionaler leitfähiger Schaumstoff bevorzugt?

Der Einbauraum für Kameramodule ist extrem begrenzt und liegt oft unter 1 mm.

Omnidirektional leitfähiger Schaumstoff ermöglicht die Herstellung eines elektrischen Kontakts mit relativ geringem Druck und reduziert so die mechanische Belastung optischer Komponenten. Dadurch eignet er sich für kompakte Baugruppen, bei denen die optische Ausrichtung erhalten bleiben muss.

Frage 3: Kann der Rotationsmechanismus von LiDAR leitfähigen Schaumstoff verwenden?

Ja, vorausgesetzt, die Schaumstoffstruktur ist für die mechanischen Bedingungen ausgelegt.

Bei beweglichen Bauteilen sollten Ingenieure Verschleißfestigkeit, Druckermüdung und langfristige elektrische Stabilität berücksichtigen. Silikonkern-FOF-Strukturen oder speziell entwickelter, omnidirektional leitfähiger Schaumstoff kommen infrage, wobei die mechanische Konstruktion übermäßige Rotationsreibung im Schaumstoff verhindern sollte.

Frage 4: Worin unterscheidet sich ADAS-leitfähiger Schaumstoff von herkömmlichen EMV-Dichtungen für die Automobilindustrie?

ADAS-Anwendungen legen im Allgemeinen größeren Wert auf:

• Hochfrequenzverhalten
• Extrem begrenzter Installationsraum
• Geringe Kompressionskraft
• Optische Reinheit
• Vibrationsfestigkeit
• Temperaturzyklen
• Beständigkeit gegen Salzsprühnebel und Umwelteinflüsse

Informationen zu den Anforderungen an die Leiterplattenabschirmung in der Automobilindustrie finden Sie unter Abschirmdichtungen für Leiterplatten in der Automobilindustrie: Warum Autos spezielle Materialien benötigen Die

Frage 5: Welche ADAS-Projekterfahrung hat Konlida?

Die leitfähigen Schaumstoffprodukte von Konlida wurden in Kameramodulen, Millimeterwellenradar und LiDAR-Projekten für mehrere Tier-1-Lieferanten in China eingesetzt.

Das Ingenieurteam kann den gesamten Prozess von der Materialauswahl und der Konstruktion der Dichtung bis hin zur Prototypenentwicklung und EMV-Validierung unterstützen.

Über Konlida

Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. wurde 2006 gegründet und ist auf die Entwicklung und Herstellung von Materialien zur elektromagnetischen Abschirmung und zum Wärmemanagement spezialisiert.

Fertigungskapazitäten

• 45.000 m² Produktionsanlagen
• 30 Produktionslinien für leitfähigen Schaumstoff
• 12 Rotationsstanzmaschinen
• Tageskapazität von ca. 2 Millionen Stück
• Eigene, automatisierte Verpackungs- und Formanlagen der vierten Generation
• IATF 16949-, ISO 13485- und ISO 9001-Zertifizierungen
• Reinraumproduktion der Klasse 1000

Technische Fähigkeiten

• Fast 20 Jahre Erfahrung im Bereich der elektromagnetischen Abschirmung
• EMV-Laborprüfung bis 40 GHz
• Eigene Herstellung von ultradünnem leitfähigem Gewebe bis zu 0,016 mm
• Versilberter, omnidirektional leitfähiger Schaumstoff
• Schnelles Prototyping in nur 4 Stunden
• Produktionserfahrung mit mehreren Tier-1-Automobilzulieferern

Für ADAS-Sensoranwendungen wurden Konlidas omnidirektionaler leitfähiger Schaumstoff, vergoldeter FOF/SMT-Schaumstoff und kundenspezifisch geformter FOF-Schaumstoff in Kamera-, Millimeterwellenradar- und LiDAR-Projekten eingesetzt.

Entdecken Sie die leitfähigen Schaumstofflösungen von Konlida für ADAS-Sensoranwendungen oder sehen Sie sich die Projekte im Bereich Automobilelektronik an, um zu verstehen, wie unterschiedliche Abschirmungsstrukturen auf spezifische Sensoranforderungen abgestimmt werden.

Suchen Sie den richtigen elektrisch leitfähigen Schaumstoff für einen ADAS-Sensor? Kontaktieren Sie Konlida für Materialauswahl, kundenspezifische Dichtungskonstruktion, Prototypenbau und Unterstützung bei der EMV-Validierung.