EMV-Abschirmung für Automobildisplays: Anwendungen aus leitfähigem Schaumstoff

Wie wird die EMI-Abschirmung in Automobildisplays realisiert?

Da die Displays in Automobilen immer größer, dünner und stärker integriert werden, wird die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) zunehmend schwieriger zu handhaben.

Dieser Artikel befasst sich mit Infotainment-Displays in der Mittelkonsole, Instrumentenanzeigen, Bildschirmen für die Rücksitze und anderen Anzeigemodulen im Automobilbereich. Er erläutert die Verwendung von leitfähigem Schaumstoff zur Erdung des Displayrahmens, zur Abschirmung der Leiterplatte, zur Unterdrückung von Berührungsstörungen und zur Erdung der Fahrerplatine sowie die wichtigsten Faktoren, die Ingenieure bei der Auswahl eines EMI-Abschirmungsmaterials berücksichtigen sollten.

Warum ist die EMI-Abschirmung für Automobildisplays wichtig?

Die Displays in der Automobilindustrie erleben derzeit eine grundlegende Größenrevolution.

Frühere Fahrzeuge nutzten üblicherweise 7-Zoll-Displays in der Mittelkonsole. Heute sind 12,3-Zoll-Instrumentenanzeigen, 15,6-Zoll-Displays in der Mittelkonsole, Panoramabildschirme und Entertainment-Displays für die Rücksitze immer häufiger anzutreffen. Als eine der größten und am häufigsten verwendeten elektronischen Komponenten im modernen Cockpit ist das Display zu einem entscheidenden Bestandteil der EMV-Ausstattung des Fahrzeugs geworden.

Größere und dünnere Displays schaffen jedoch auch schwierigere Abschirmungsbedingungen.

Der verfügbare Installationsraum hinter dem Display ist stark begrenzt. Gleichzeitig kann das Display empfindlich auf Störungen reagieren. elektromagnetische Störungen (EMI) und eine potenzielle Quelle elektromagnetischer Strahlung.

Sind Abschirmung und Erdung unzureichend, kann dies unter anderem folgende Folgen haben:

• Bildschirmflackern
• Ausstellungsstücke
• Touchscreen-Fehlfunktion
• Berührungsdrift oder Fehlberührungen
• Signalstörungen
• Helle Linien oder abnormale Pixel

In vielen Fällen liegt das Problem an einer nicht korrekt konstruierten oder ausgewählten leitfähigen Dichtung.

Eine grundlegende Einführung in leitfähigen Schaumstoff finden Sie unter Was ist leitfähiger Schaumstoff? Verwendung, Anwendungen und Vorteile bei der elektromagnetischen Abschirmung Die

Konlida verfügt über umfangreiche Erfahrung im Bereich der Abschirmung von Automobildisplays. Der leitfähige Schaumstoff AIR LOOP und der schwarze leitfähige Schaumstoff von Konlida wurden in Serienproduktionsprojekten für Mittelkonsolen und Instrumentencluster führender chinesischer Automobilhersteller eingesetzt.

Anstatt nur Materialien zu liefern, arbeitet Konlida bereits in der Konstruktionsphase mit den Kunden zusammen, um die Dichtungsstruktur, die Erdungswege, die Materialauswahl und die EMV-Leistung zu optimieren.

1. Wichtigste EMV-Herausforderungen bei Automobildisplays

Im Vergleich zu Smartphones und Tablets arbeiten Fahrzeugdisplays unter deutlich anspruchsvolleren Bedingungen.

Herausforderung 1: Extrem begrenzter Installationsraum

Automobildisplays zeichnen sich durch schmale Ränder und ein schlankes Profil aus.

Beispielsweise kann ein 15,6-Zoll-Zentraldisplay einen nur 3–5 mm breiten Rahmen haben, während das gesamte Displaymodul weniger als 10 mm dick sein kann.

Innerhalb dieses begrenzten Raums muss das Modul Folgendes aufnehmen können:

• Anzeigetafel
• Berührungsschicht
• Hintergrundbeleuchtung
• Treiberplatine
• FPC/FFC-Kabel
• Erdungsstrukturen
• EMI-Abschirmmaterialien

Jeder Millimeter zählt.

Herausforderung 2: Eine rauere elektromagnetische Umgebung

Im Gegensatz zu Unterhaltungselektronik können Fahrzeugdisplays in der Nähe folgender Werte arbeiten:

• Motorsteuerungen
• DC/DC-Wandler
• Hochleistungs-Audioverstärker
• Drahtlose Kommunikationsmodule
• Hochgeschwindigkeits-Fahrzeugnetzwerke

Diese Systeme können elektromagnetische Störungen erzeugen, die sowohl über abgestrahlte als auch über leitungsgebundene Wege in das Display eingekoppelt werden.

Herausforderung 3: Höhere Zuverlässigkeitsanforderungen

Von Automobilkomponenten wird erwartet, dass sie 10 Jahre oder länger zuverlässig funktionieren.

Ein Anzeigemodul kann folgende Probleme aufweisen:

• Niedrige Temperaturen um −40°C
• Hohe Betriebstemperaturen
• Kontinuierliche mechanische Vibration
• Thermische Zyklen
• Sonneneinstrahlung und Wärmeentwicklung

Das Abschirmmaterial muss während seiner gesamten Lebensdauer einen stabilen elektrischen Kontakt, eine stabile Kompressionsrückstellung und eine stabile mechanische Leistungsfähigkeit gewährleisten.

Herausforderung 4: Probleme sind sofort sichtbar

Ein Abschirmungsausfall im Inneren eines Fahrzeugdisplays ist für den Benutzer selten unsichtbar.

Flimmern, Touch-Drift, abnormale Anzeigemuster und andere EMV-bezogene Probleme können die wahrgenommene Qualität des Fahrzeugs direkt beeinträchtigen.

2. Vier wichtige Anwendungsgebiete von leitfähigem Schaumstoff in Automobildisplays

Anwendung 1: Erdung des Displayrahmens

Die größte und häufigste Anwendung

Der Metallrahmen eines Automobildisplays, typischerweise aus Aluminiumlegierung oder Edelstahl, kann als wirksame elektromagnetische Abschirmung dienen.

Allerdings muss die Metallkonstruktion über eine niederohmige elektrische Verbindung zur Erde verfügen, um effektiv funktionieren zu können.

Wie leitfähiger Schaumstoff verwendet wird

Um den Umfang des Displayrahmens kann eine leitfähige AIR LOOP- oder D-förmige FOF-Dichtung angebracht werden.

Beim Einbau des Displays in die Armaturenbrettstruktur oder die Mittelkonsolenhalterung wird die Dichtung zwischen dem Metallrahmen und dem befestigten Strukturbauteil zusammengedrückt.

Dadurch wird eine kontinuierliche, flexible elektrische Verbindung hergestellt, wobei gleichzeitig Maßtoleranzen berücksichtigt werden.

Warum verwenden?AIR LOOP ?

Anzeigemodule reagieren empfindlich auf mechanischen Druck.

Eine herkömmliche FOF-Dichtung kann eine relativ hohe Kompressionskraft erfordern, wodurch möglicherweise übermäßige mechanische Spannungen am Displayrand entstehen.

Der leitfähige Schaumstoff AIR LOOP wurde entwickelt, um elektrische Leitfähigkeit bei deutlich geringerer Kompressionskraft zu gewährleisten. Laut Anwendungsdaten von Konlida beträgt die Kompressionskraft nur etwa 24 % herkömmlicher FOF-Konstruktionen , wodurch die Belastung dünner Displaymodule reduziert wird.

Bei einem Projekt mit zentralem Display trug der Austausch einer herkömmlichen FOF-Dichtung durch eine AIR LOOP-Dichtung dazu bei, periodisches Flackern des Displays zu beseitigen und gleichzeitig die Planheit des zusammengebauten Moduls zu verbessern.

Anwendung 2: FPC/FFC-Abschirmung und Erdung

Flexible Leiterplatten (FPCs) und flache flexible Kabel (FFCs) verbinden das Anzeigefeld mit der Treiberelektronik und übertragen Hochgeschwindigkeits-Videosignale.

Sie stellen auch häufige Wege für die elektromagnetische Kopplung dar.

Ein FPC kann sowohl externes elektromagnetisches Rauschen empfangen als auch von Hochgeschwindigkeitsschaltungen erzeugtes Rauschen abstrahlen .

Wie die Abschirmung implementiert wird

Je nach mechanischer Konstruktion können Ingenieure Folgendes verwenden:

• Leitfähiges Gewebe umwickelt das Kabel
• Miniatur-FOF-leitfähigen Schaumstoff
• Leitfähiges Gewebe in Kombination mit Erdungspunkten
• Leitfähiger Schaumstoff an Kabel-Metall-Schnittstellen

Leitfähiges Gewebe eignet sich besonders dann, wenn das Kabel wiederholt gebogen werden muss.

Warum nicht einfach verwenden? Kupferfolie ?

Kupferfolie bietet eine ausgezeichnete elektrische Abschirmung, ist aber relativ steif und kann nach wiederholtem Biegen dauerhafte Falten entwickeln.

Leitfähiges Gewebe ist weicher, dünner und flexibler und eignet sich daher besser für dynamisches FPC-Routing.

Einen umfassenderen Materialvergleich finden Sie unter Leitfähiger Schaumstoff vs. Kupferfolie vs. Aluminiumfolie vs. leitfähiges Gewebe: Wichtigste Leistungsvergleiche Die

Das leitfähige Gewebe von Konlida kann bis zu einer Dicke von 0,016 mm hergestellt werden, mit einem Oberflächenwiderstand von ≤0,03 Ω , und bietet elektrische Leitfähigkeit und Abschirmleistung dort, wo der Installationsraum extrem begrenzt ist.

Anwendung 3: Zwischenschichtabschirmung zwischen Touch- und Displayschicht

Moderne Automobildisplays verwenden üblicherweise eine laminierte Struktur, die aus einer Touch-Schicht und einer Anzeigeschicht besteht.

Das kapazitive Touchsystem erkennt Veränderungen in elektrischen Feldern, wodurch es besonders empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störungen ist.

Was passiert, wenn die Abschirmung unzureichend ist?

Störungen, die von der Treiberschaltung des Displays erzeugt werden, können in die Touch-Schicht einkoppeln.

Dies kann folgende Folgen haben:

• Fehlberührungen
• Touch-Drift
• Verringerte Berührungsempfindlichkeit
• Instabile Berührungsreaktion

Wie leitfähiger Schaumstoff hilft

Eine Miniatur-FOF-Dichtung oder ein omnidirektional leitfähiger Schaumstoff kann verwendet werden, um einen elektrischen Erdungspfad zwischen den entsprechenden Abschirmungsstrukturen herzustellen.

Der omnidirektionale leitfähige Schaumstoff bietet elektrische Leitfähigkeit in X-, Y- und Z-Richtung und ermöglicht so eine zuverlässige Erdung auch bei sehr geringem Kompressionsabstand.

Weitere Einzelheiten finden Sie unter Omnidirektionale leitfähige Schaumstoffdichtung vs. Standard-leitfähige Schaumstoffdichtung Die

Bei schmalen Zwischenschichtspalten kann eine dünne, leitfähige Schaumstruktur eine Kombination aus Folgendem bieten:

• Geringe Kompressionskraft
• Niedriger Kontaktwiderstand
• Kompakte Abmessungen
• Zuverlässige Erdung

Dadurch eignet es sich für Anwendungen, bei denen sowohl die elektrische Leistung als auch die mechanische Beanspruchung kontrolliert werden müssen.

Anwendung 4: Erdung der Treiberplatine

Die Displaytreiberplatine steuert die Verarbeitung und Übertragung von Videosignalen an das Panel.

Da die Leiterplatte typischerweise direkt hinter oder neben dem Display installiert wird, ist ihre Erdungsstruktur ein weiterer wichtiger Bestandteil des EMI-Abschirmungssystems.

Wie leitfähiger Schaumstoff verwendet wird

SMT-Leiterdichtungen können mittels Standard-Oberflächenmontageverfahren direkt auf die dafür vorgesehenen Erdungsflächen der Leiterplatte montiert werden.

Nach dem Reflow-Löten bildet die Dichtung eine flexible Erdungsverbindung zwischen der Leiterplatte und dem Metallrahmen bzw. Gehäuse des Displays.

Warum sollte man sich für ein SMT-Dichtung ?

Der Hauptvorteil liegt in der automatisierten Montage .

SMT-Dichtungen können mit herkömmlichen Bestückungsautomaten platziert werden, wodurch die manuelle Montage reduziert und die Positionsgenauigkeit verbessert wird.

Der elastische Kern trägt außerdem dazu bei, mechanische Toleranzen und Vibrationen auszugleichen.

Bei Treiberplatinen für Automobildisplays kann dies besonders nützlich sein, wenn der Platz auf der Leiterplatte begrenzt ist und eine automatisierte Produktion erforderlich ist.

3. Wie man EMI-Abschirmschaum für Automobildisplays auswählt

Die Materialauswahl sollte nicht allein auf der Leitfähigkeit basieren.

Ingenieure müssen Druckkraft, Maßtoleranzen, Schirmfrequenz, Temperaturbereich, Haltbarkeit, Aussehen, Gewicht und Umgebungsbedingungen berücksichtigen.

Der richtige EMI-Schaumstoff sollte daher nach dem tatsächlichen mechanischen Aufbau und den EMV-Zielvorgaben und nicht allein nach dem elektrischen Widerstand ausgewählt werden.

Die Beschichtung beeinflusst auch die elektrischen Eigenschaften, die Korrosionsbeständigkeit und das Aussehen. Je nach Anwendung können Nickel, Gold, Zinn oder andere leitfähige Beschichtungen zum Einsatz kommen.

4. Konlidas EMI-Abschirmungsfähigkeiten für Automobildisplays

Warum sollte man Konlida für die Abschirmung von Fahrzeugdisplays verwenden?

1. Erfahrung in der Massenproduktion mitAIR LOOP

Konlida ist einer der Hersteller, die sich auf leitfähigen AIR LOOP-Schaum spezialisiert haben.

Die Technologie wurde durch die Großserienproduktion in der High-End-Unterhaltungselektronik validiert und findet auch Anwendung in Projekten für Mittelkonsolen und Instrumentencluster in der Automobilindustrie.

Diese Produktionserfahrung trägt dazu bei, gleichbleibende Abmessungen, Kompressionseigenschaften und elektrische Leistung zu gewährleisten.

2. Vollständiges Portfolio an leitfähigen Schaumstoffprodukten

Konlida bietet verschiedene Abschirmungsstrukturen an, darunter:

• AIR LOOP
• FOF
• SMT-Leiterdichtungen
• Omnidirektionaler leitfähiger Schaumstoff
• Leitfähiges Gewebe
• vernickelte Produkte
• vergoldete Produkte
• verzinnten Produkten
• Leitfähige Materialien auf Kohlenstoffbasis
• Kundenspezifisch geformte Profile

Dies ermöglicht es den Ingenieuren, für verschiedene Positionen innerhalb desselben Anzeigemoduls unterschiedliche Strukturen auszuwählen.

3. Unterstützung für schnelles Prototyping und DFM

Konlida kann für geeignete Projekte Prototypen in nur 4 Stunden liefern.

Das Ingenieurteam kann sich während der Zeichnungsprüfungsphase beteiligen, um Folgendes zu bewerten:

• Dichtungspositionierung
• Kompressionsverhältnis
• Erdungswege
• Querschnittsgeometrie
• Montagetoleranz
• Anforderungen an die automatisierte Fertigung

Dieser DFM-orientierte Ansatz kann die Anzahl der Designiterationen vor der Validierung reduzieren.

4. EMV-Prüfung und -Simulation

Konlida betreibt ein eigenes EMV-Labor, das mit Geräten wie Spektrumanalysatoren und Vektornetzwerkanalysatoren ausgestattet ist.

Die Schirmwirkung kann im Frequenzbereich von 30 MHz bis 10 GHz bewertet werden.

Die elektromagnetische Simulation von ANSYS wird auch während der Produktentwicklung eingesetzt, um potenzielle Abschirmungsprobleme vor der physischen Validierung zu identifizieren.

5. Automobilorientiertes Qualitätsmanagement

Konlida arbeitet nach den Qualitätsstandards IATF 16949, ISO 13485 und ISO 9001 .

Die Produktionslinien beinhalten eine Online-CCD-Inspektion, während kritische Abmessungen mit einem Cpk-Zielwert über 1,33 kontrolliert werden können.

Diese Funktionen sind darauf ausgelegt, die Konsistenzanforderungen an elektronische Automobilkomponenten zu erfüllen.

5. Auswahlhilfe für EMI-Abschirmungsschaumdichtungen für Automobildisplays

Unterschiedliche Displaytypen erfordern unterschiedliche Erdungs- und Abschirmungsstrategien.

Für Anwendungen, die sowohl EMV-Abschirmung als auch mechanische Abdichtung erfordern, ein EMI-Abschirmungsschaumdichtung kann eine flexible Schnittstelle zwischen Metallstrukturen bereitstellen und gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit unter Druck aufrechterhalten.

6. Häufig gestellte Fragen

Worin besteht der Unterschied zwischen leitfähigem Schaumstoff für Automobildisplays und Smartphones?

Der Hauptunterschied liegt in den Anforderungen an Umweltverträglichkeit und Zuverlässigkeit .

Displays in der Automobilindustrie müssen lange Lebensdauern, Temperaturschwankungen, Vibrationen und einen breiten Betriebstemperaturbereich aushalten. Zudem unterliegen sie strengeren Anforderungen an Materialkonformität, Entflammbarkeit, Haltbarkeit und Fertigungskonstanz.

Wie breit sollte der leitfähige Schaumstoff für die Erdung des Displayrahmens sein?

Es hängt von der verfügbaren Rahmenbreite und dem mechanischen Aufbau ab.

Bei einer schmalen Lünette von 3–5 mm kann eine Dichtungsbreite von etwa 2–4 ​​mm als erster Auslegungsbereich geeignet sein.

Die tatsächliche Spezifikation sollte durch eine Analyse der mechanischen Toleranzen und eine EMV-Validierung ermittelt werden.

Für ultradünne Strukturen kann Konlida leitfähigen Schaumstoff mit einer Breite von bis zu ca. 1,5 mm herstellen, abhängig vom Profil und Herstellungsverfahren.

Unterscheidet sich schwarzer leitfähiger Schaumstoff von silbergrauem leitfähigem Schaumstoff?

Der Hauptunterschied liegt im Allgemeinen eher im Aussehen als in der grundlegenden Abschirmfunktion.

Schwarzer leitfähiger Schaumstoff ist nützlich, wenn die Dichtung um das Display herum sichtbar sein könnte, da er sich besser in die dunklen Komponenten des Fahrzeuginnenraums einfügt.

Kann der Austausch des leitfähigen Schaumstoffs die Touchscreen-Interferenzen beheben?

Nicht unbedingt.

Berührungsstörungen können aus verschiedenen Quellen stammen, darunter:

• Unzureichende Erdung
• Schlechte Zwischenschichtabschirmung
• Treiberschaltungsrauschen
• FPC-Kupplung
• Unzureichende Leiterplattenerdung
• Unzureichende Abschirmungsgeometrie

Eine sachgemäß ausgewählte leitfähige Dichtung kann einen wichtigen Teil des Erdungs- und Abschirmungspfads abdecken, aber eine EMV-Analyse auf Systemebene kann dennoch erforderlich sein.

Kann Konlida eine Komplettlösung zur Abschirmung von Automobildisplays anbieten?

Ja.

Konlida kann den gesamten Prozess von der Materialauswahl und dem Strukturdesign bis hin zu Prototyping, EMV-Prüfung, Validierung und Serienproduktion unterstützen.

Bei Projekten im Bereich Automobildisplays kann das Ingenieurteam frühzeitig in den Designprozess einbezogen werden und die geeignete Kombination aus Luftschleife, FOF, SMT-Dichtungen, leitfähigem Gewebe und anderen Abschirmungsmaterialien empfehlen.

Über Konlida

Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. wurde 2006 gegründet und ist auf die Entwicklung und Herstellung von EMI-Abschirmungs- und Wärmemanagementmaterialien spezialisiert.

Fertigungskapazitäten

• 45.000 m² Produktionsanlagen
• 300 Mitarbeiter
• 30 Produktionslinien für leitfähigen Schaumstoff
• 12 Rotationsstanzmaschinen
• Tageskapazität von bis zu 2 Millionen Stück
• Proprietäre, automatisierte Verpackungs- und Formanlagen der vierten Generation

Technische Fähigkeiten

• Fast 20 Jahre Erfahrung im Bereich EMI-Abschirmung
• Integrierte Materialentwicklungs- und Fertigungskapazitäten
• ANSYS elektromagnetische Simulation
• Spezielles EMV-Labor
• Fähigkeit zur schnellen Prototypenerstellung
• Erfahrung in der Belieferung internationaler Elektronikmarken und führender Automobilhersteller

Im Bereich der Automobildisplays wurden Konlidas AIR LOOP und schwarzer leitfähiger Schaumstoff in zahlreichen Serienprojekten für Mittelkonsolen und Instrumentencluster eingesetzt.

Ob Sie eine Standarddichtung für eine schnelle Lieferung oder ein miniaturisiertes, kundenspezifisches Profil für einen ultraschmalen Rahmen benötigen, die richtige EMI-Abschirmungsschaumdichtung sollte auf die mechanische Struktur des Displays, den Erdungspfad, das EMV-Ziel und die Produktionsanforderungen abgestimmt sein.

Für eine umfassendere Strategie zur Abschirmung intelligenter Cockpits siehe Intelligente Cockpit-EMI-Abschirmung: EMV-Schaumstoffanwendungen Die