Blindaje EMI para sensores ADAS con espuma conductora de electricidad

Blindaje EMI para sensores ADAS: Aplicaciones de espuma conductora eléctrica en cámaras, radares y LiDAR.

Los sensores ADAS (Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor) son fundamentales para la conducción inteligente y se encuentran entre los componentes más exigentes en el diseño de compatibilidad electromagnética (CEM) para automóviles. Desde cámaras de vehículos y radares de ondas milimétricas de 77 GHz hasta LiDAR, cada sensor tiene diferentes requisitos en cuanto a materiales de blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI).

La espuma conductora eléctrica ofrece una solución flexible para la conexión a tierra, el sellado de huecos y el blindaje electromagnético en estos conjuntos de sensores compactos. Basándose en la experiencia de Konlida en proyectos de sensores para la industria automotriz, este artículo explica dónde se utiliza la espuma conductora en los sensores ADAS y cómo los ingenieros pueden seleccionar la estructura y el material adecuados.

La adopción de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) se está acelerando rápidamente. Estos sistemas han evolucionado desde cámaras de visión trasera básicas hasta sistemas de control de crucero adaptativo de nivel 2 y sistemas de mantenimiento de carril, y las tecnologías de conducción automatizada de nivel 3 ya se están implementando en aplicaciones de producción. A medida que aumenta la automatización, también aumentan el número de sensores, la sensibilidad de la señal y los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC).

Un vehículo típico de nivel 2+ puede incluir entre 8 y 12 cámaras, entre 3 y 5 sensores de radar de ondas milimétricas, entre 1 y 2 unidades LiDAR y alrededor de 12 sensores ultrasónicos . Estos dispositivos se distribuyen por todo el vehículo y operan en entornos electromagnéticos, térmicos y mecánicos exigentes. Además, cada sensor debe evitar interferir con otros sistemas electrónicos.

Las soluciones de espuma conductora de Konlida se han utilizado en módulos de cámaras para automóviles, radares de ondas milimétricas y proyectos LiDAR para proveedores de primer nivel en China. Sus aplicaciones abarcan desde espuma conductora omnidireccional en miniatura para módulos de cámaras hasta estructuras de blindaje de alta frecuencia especializadas para sistemas de radar.

Para una introducción al material en sí, consulte ¿Qué es la espuma EMI? Una guía completa sobre la espuma EMI. .

Este artículo examina el papel de la espuma conductora de electricidad en cuatro tipos principales de sensores ADAS (Sistemas Avanzados de Asistencia al Conductor).

1. Desafíos de compatibilidad electromagnética en sensores ADAS

Los sensores ADAS se enfrentan a un entorno electromagnético diferente al de la electrónica convencional del habitáculo.

Desafío 1: Los sensores están instalados en ubicaciones expuestas o semi-expuestas.

Las cámaras suelen instalarse detrás del parabrisas, en la parrilla delantera o alrededor de los retrovisores laterales. El radar de ondas milimétricas se ubica a menudo detrás del parachoques delantero, mientras que el LiDAR puede montarse en el techo o en la parrilla delantera.

Estas ubicaciones pueden estar relativamente cerca de fuentes de ruido intenso, como sistemas de accionamiento eléctrico y convertidores CC/CC. Además, experimentan mayores fluctuaciones de temperatura y vibraciones mecánicas.

Desafío 2: Las señales de los sensores son extremadamente débiles.

Un radar de ondas milimétricas recibe señales reflejadas de muy baja potencia procedentes de los objetos circundantes. Incluso pequeñas cantidades de ruido electromagnético acoplado pueden reducir la sensibilidad de detección.

La tecnología LiDAR presenta un desafío similar. Sus detectores optoelectrónicos son sensibles al ruido eléctrico, y el acoplamiento electromagnético no deseado puede contribuir a errores de medición o detecciones falsas.

Desafío 3: Los sensores deben estar aislados entre sí.

En un mismo vehículo pueden funcionar simultáneamente varios sensores de radar. Sin un aislamiento suficiente, los sensores pueden interferir entre sí.

Por lo tanto, el blindaje de los sistemas avanzados de asistencia al conductor (ADAS) debe abordar tanto la interferencia externa como el acoplamiento cruzado interno .

Desafío 4: El blindaje de alta frecuencia se está volviendo más exigente.

Los sistemas de radar para automóviles han evolucionado desde sistemas de 24 GHz hacia plataformas de 77 GHz y 79 GHz . Estas frecuencias son mucho más altas que el rango de 3 GHz al que se suele hacer referencia en las especificaciones de blindaje convencionales.

En consecuencia, los ingenieros no pueden basarse únicamente en los datos de blindaje de baja frecuencia al evaluar la espuma conductora para aplicaciones de radar. La resistencia de contacto, la conductividad superficial, la estructura del material, la geometría de las juntas y el blindaje completo influyen en el rendimiento de alta frecuencia.

Capacidad de prueba de alta frecuencia de Konlida

El laboratorio de compatibilidad electromagnética (CEM) de Konlida puede ampliar las pruebas de eficacia de blindaje hasta 40 GHz , lo que permite la validación de materiales y estructuras de alta frecuencia para aplicaciones de sensores avanzados.

Es importante distinguir esto de las pruebas directas a 77 GHz: una prueba a 40 GHz no constituye en sí misma una medición a 77 GHz. En cambio, proporciona datos útiles de caracterización y prevalidación de alta frecuencia que pueden servir de base para el diseño de blindaje de radar y la selección de materiales.

2. Espuma conductora de electricidad en cuatro aplicaciones de sensores ADAS

Aplicación 1: Módulos de cámara para automóviles

El sensor ADAS más utilizado

Las cámaras se encuentran entre los sensores más numerosos en los vehículos modernos. Sus aplicaciones incluyen cámaras de visión trasera, cámaras frontales para frenado automático de emergencia (AEB), cámaras de visión periférica y cámaras para sistemas de monitoreo del conductor (DMS).

Un módulo de cámara puede contener:

• sensores de imagen CMOS
• chips ISP
• Serializadores
• circuitos de gestión de energía
• Interfaces de señal de alta velocidad

Las señales analógicas generadas por los sensores de imagen pueden ser muy sensibles al ruido eléctrico. Asimismo, las señales de vídeo transmitidas a través de cables coaxiales o cables de par trenzado apantallados requieren una conexión a tierra y un apantallamiento adecuados.

Donde se utiliza espuma conductora

Por qué la espuma conductora omnidireccional funciona bien para los módulos de cámara.

Los módulos de cámara son extremadamente compactos. El espacio disponible para una junta de blindaje puede ser de tan solo 0,5 a 2 mm .

La espuma conductora omnidireccional proporciona vías conductoras en las direcciones X, Y y Z. Esto permite un contacto eléctrico de baja impedancia con una compresión relativamente pequeña, minimizando al mismo tiempo la tensión mecánica en el conjunto óptico.

Para obtener más información sobre esta estructura, consulte Junta de espuma conductora omnidireccional frente a junta de espuma conductora estándar .

En varios proyectos de cámaras para automóviles, Konlida ha recomendado el uso de una fina espuma conductora omnidireccional, normalmente de entre 0,5 y 1 mm de espesor , entre la carcasa metálica de la cámara y el soporte de montaje.

Esta configuración proporciona conexión a tierra eléctrica sin ejercer una tensión mecánica excesiva sobre la alineación óptica. También se puede considerar la espuma omnidireccional plateada cuando se requiere un rendimiento eléctrico de alta frecuencia.

Aplicación 2: Radar de ondas milimétricas

Un nuevo desafío para el blindaje de alta frecuencia

El radar de ondas milimétricas es un sensor ADAS fundamental para:

• Control de crucero adaptativo (ACC)
• Frenado automático de emergencia (AEB)
• Detección de punto ciego (BSD)
• Sistema de advertencia de colisión frontal (FCW)

Los sistemas de radar para automóviles operan cada vez más a frecuencias de aproximadamente 77 GHz y 79 GHz .

La antena de radar transmite y recibe ondas electromagnéticas a frecuencias muy altas. A estas frecuencias, el diseño del blindaje se vuelve particularmente sensible a la continuidad eléctrica, la geometría de las uniones, la calidad del contacto y las propiedades del material.

Aplicaciones típicas de la espuma conductora

Selección de materiales a altas frecuencias

Una aplicación de radar de 77 GHz requiere más que una especificación de blindaje de baja frecuencia convencional.

La capa conductora, la conductividad superficial, la resistencia de contacto, el comportamiento a compresión y la estabilidad mecánica influyen en el rendimiento del blindaje. La espuma conductora chapada en oro ofrece ventajas en conductividad y resistencia a la corrosión en comparación con algunas estructuras chapadas en níquel.

Para una comparación detallada de recubrimientos de espuma conductora, consulte Espuma EMC chapada en oro, níquel o estaño. .

El laboratorio EMC de Konlida puede probar la eficacia del blindaje hasta 40 GHz para la caracterización de materiales de alta frecuencia. Para diseños de radar de 77 GHz, estos datos se pueden combinar con simulaciones específicas de la aplicación y validación a nivel de sistema para respaldar la selección de materiales.

Aplicación 3: LiDAR

Equilibrio entre el rendimiento óptico y el electromagnético

La tecnología LiDAR cobra cada vez más importancia en los sistemas de conducción automatizada de nivel 3 y superiores. Emite pulsos láser y mide el tiempo de retorno para determinar la distancia a los objetos, lo que requiere un procesamiento de señales ópticas y electrónicas de alta precisión.

En un sistema LiDAR, los fotodetectores APD o SPAD pueden ser sensibles al ruido eléctrico. Las interferencias electromagnéticas pueden afectar la integridad de la señal y contribuir a errores de medición.

Los sistemas LiDAR mecánicos también presentan otro desafío: los componentes móviles o giratorios generan vibraciones y movimientos mecánicos continuos.

Aplicaciones típicas de la espuma conductora

Tres requisitos especiales para LiDAR

1. No obstruya la trayectoria óptica.

La espuma conductora debe colocarse fuera de la trayectoria óptica y lejos de las superficies ópticas críticas.

2. Resistir vibraciones y fatiga

Los sistemas LiDAR mecánicos pueden funcionar de forma continua bajo vibración. La estructura de la junta debe mantener un contacto eléctrico estable sin desgaste excesivo ni deformación permanente.

3. Controlar la contaminación por partículas.

Los componentes ópticos requieren una limpieza estricta. Los materiales de blindaje deben minimizar la generación de partículas y la contaminación por materiales extraños.

Los productos de espuma conductora de Konlida se pueden fabricar en un entorno de sala limpia de clase 1000 , lo que ayuda a controlar los riesgos de partículas y contaminación en aplicaciones de sensores ópticos.

Aplicación 4: Sensores ultrasónicos

Los sensores ultrasónicos se utilizan habitualmente para la detección de obstáculos a corta distancia, incluyendo el estacionamiento automatizado y la asistencia en puntos ciegos.

Su frecuencia de funcionamiento suele ser mucho menor que la del radar de ondas milimétricas, a menudo en torno a los 40-58 kHz .

Si bien los sensores ultrasónicos en sí mismos generalmente presentan un desafío de blindaje de alta frecuencia menos exigente, su ubicación en el parachoques puede exponerlos a interferencias de los sistemas de propulsión eléctrica y otros componentes electrónicos del vehículo.

Las principales aplicaciones de la espuma conductora son:

• Conexión a tierra de la carcasa del sensor
• Conector y blindaje del cableado
• Sellado de espacios entre componentes conductores

Si bien los requisitos de blindaje pueden ser menos exigentes que los del radar, la durabilidad propia de la industria automotriz, la resistencia a la temperatura, la resistencia a las vibraciones y la estabilidad de contacto a largo plazo siguen siendo importantes.

3. Requisitos de espuma conductora según el tipo de sensor ADAS

La elección de una espuma conductora eléctrica adecuada depende de algo más que su capacidad de apantallamiento. Los ingenieros deben tener en cuenta la frecuencia de funcionamiento, el espacio de compresión disponible, las vibraciones, la limpieza y las limitaciones ópticas.

Estos rangos de frecuencia deben considerarse como referencias de aplicación y validación, en lugar de límites universales del material . El rendimiento real del apantallamiento depende de la junta, la carcasa, la ruta de conexión a tierra, la frecuencia, la geometría y el método de prueba.

4. ¿Por qué elegir Konlida para el blindaje EMI de los sensores ADAS?

1. Una amplia gama de espumas conductoras.

Los sensores ADAS tienen diferentes requisitos mecánicos y eléctricos. Konlida ofrece múltiples estructuras de espuma conductora, entre las que se incluyen:

• Espuma conductora omnidireccional para módulos de cámaras compactas
• Espuma FOF y SMT chapada en oro para aplicaciones de radar.
• Espuma FOF con forma personalizada para carcasas de LiDAR.
• Estructuras conductoras a base de tejido para el apantallamiento de señales y conectores.

Una amplia cartera de productos permite a los clientes consolidar múltiples necesidades de blindaje con un único proveedor.

2. Pruebas de compatibilidad electromagnética de alta frecuencia

El laboratorio EMC de Konlida puede ampliar las pruebas de eficacia de blindaje hasta 40 GHz , lo que proporciona una caracterización de alta frecuencia para la electrónica automotriz avanzada.

Para aplicaciones de radar de 77 GHz, los datos de 40 GHz deben considerarse como datos de apoyo para la validación, en lugar de para la certificación o medición directa de 77 GHz.

3. Producción en sala limpia de clase 1000

Los módulos de cámara y LiDAR pueden ser sensibles a las partículas y la contaminación. La fabricación en salas blancas ayuda a reducir los riesgos de materiales extraños y facilita las aplicaciones de sensores ópticos.

4. Desarrollo de materiales internos

Konlida desarrolla materiales conductores especializados, entre los que se incluyen tejidos conductores ultrafinos de hasta 0,016 mm y espuma conductora omnidireccional plateada.

Estos materiales permiten diseñar sensores cada vez más compactos, en situaciones donde tanto el rendimiento del blindaje como el espacio de instalación disponible son limitados.

5. Calidad y producción en volumen propias del sector automotriz.

Konlida opera 30 líneas de producción de espuma conductora con una capacidad de producción diaria de aproximadamente 2 millones de piezas .

La empresa cuenta con las certificaciones IATF 16949, ISO 13485 e ISO 9001 , lo que le permite cumplir con los requisitos de fabricación de los sectores automotriz y electrónico.

La creación rápida de prototipos puede completarse en tan solo 4 horas , lo que ayuda a los equipos de ingeniería a acelerar la verificación del diseño y el desarrollo del producto.

5. Guía de selección rápida de espuma conductora para sensores ADAS

6. Preguntas frecuentes sobre la espuma conductora ADAS

P1: ¿Puede la espuma conductora proteger eficazmente contra el radar de ondas milimétricas de 77 GHz?

Depende de la estructura de blindaje completa. Las especificaciones de la espuma conductora convencional suelen basarse en condiciones de prueba de baja frecuencia, por lo que una aplicación de radar de 77 GHz no debe evaluarse únicamente a partir de una clasificación de 3 GHz.

La conductividad de alta frecuencia, el recubrimiento, la resistencia de contacto, la geometría de la junta, el diseño de la carcasa y la calidad de la conexión a tierra influyen en el resultado final. Una prueba de laboratorio a 40 GHz puede proporcionar una caracterización útil de alta frecuencia, pero no debe presentarse como una medición directa a 77 GHz.

P2: ¿Por qué se prefiere la espuma conductora omnidireccional para los módulos de cámara?

Los módulos de cámara tienen un espacio de instalación extremadamente limitado, a menudo inferior a 1 mm.

La espuma conductora omnidireccional permite establecer contacto eléctrico con una compresión relativamente pequeña, lo que reduce la carga mecánica sobre los componentes ópticos. Esto la hace idónea para ensamblajes compactos donde es fundamental mantener la alineación óptica.

P3: ¿Puede el mecanismo giratorio del LiDAR utilizar espuma conductora?

Sí, siempre y cuando la estructura de espuma esté diseñada para las condiciones mecánicas.

Para los componentes móviles, los ingenieros deben considerar la resistencia al desgaste, la fatiga por compresión y la estabilidad eléctrica a largo plazo. Se pueden considerar estructuras de espuma flexible con núcleo de silicona o espuma conductora omnidireccional especialmente diseñada, mientras que el diseño mecánico debe evitar que la espuma genere una fricción rotacional excesiva.

P4: ¿En qué se diferencia la espuma conductora ADAS de las juntas EMI convencionales para automóviles?

Las aplicaciones ADAS generalmente hacen mayor hincapié en:

• Respuesta de alta frecuencia
• Espacio de instalación extremadamente limitado
• Baja fuerza de compresión
• Limpieza óptica
• Resistencia a la vibración
• Ciclo de temperatura
• Resistencia a la niebla salina y al medio ambiente

Para conocer los requisitos de blindaje de PCB para automoción, consulte Juntas de blindaje para placas de circuito impreso en la industria automotriz: ¿Por qué los automóviles necesitan materiales especiales? .

P5: ¿Qué experiencia tiene Konlida en proyectos ADAS?

Los productos de espuma conductora de Konlida se han utilizado en módulos de cámara, radares de ondas milimétricas y proyectos LiDAR para múltiples proveedores de primer nivel en China.

Su equipo de ingeniería puede brindar soporte durante todo el proceso, desde la selección de materiales y el diseño de la estructura de la junta hasta el desarrollo de prototipos y la validación de la compatibilidad electromagnética (CEM).

Acerca de Konlida

Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. se fundó en 2006 y se especializa en el desarrollo y la fabricación de materiales de blindaje electromagnético y gestión térmica.

Capacidades de fabricación

• Instalaciones de fabricación de 45.000 m²
• 30 líneas de producción de espuma conductora
• 12 máquinas troqueladoras rotativas
• Capacidad diaria de aproximadamente 2 millones de piezas
• Equipos automatizados de envoltura y conformado de cuarta generación de fabricación propia.
• Certificaciones IATF 16949, ISO 13485 e ISO 9001
• Producción en sala limpia de clase 1000

Capacidades técnicas

• Casi 20 años de experiencia en blindaje EMI.
• Pruebas de laboratorio EMC hasta 40 GHz
• Tejido conductor ultrafino de fabricación propia de hasta 0,016 mm.
• Espuma conductora omnidireccional plateada
• Prototipado rápido en tan solo 4 horas.
• Experiencia en producción con múltiples proveedores automotrices de primer nivel.

Para aplicaciones de sensores ADAS, la espuma conductora omnidireccional de Konlida, la espuma FOF/SMT chapada en oro y la espuma FOF con forma personalizada se han utilizado en proyectos de cámaras, radares de ondas milimétricas y LiDAR.

Explore las soluciones de espuma conductora de Konlida para aplicaciones de sensores ADAS o revise sus proyectos de electrónica para automóviles para comprender cómo se adaptan las diferentes estructuras de blindaje a los requisitos específicos de los sensores.

¿Busca la espuma conductora adecuada para un sensor ADAS? Contacte con Konlida para la selección de materiales, el diseño de juntas a medida, la creación de prototipos y la validación EMC.