Schermatura EMI dei sensori ADAS con schiuma elettricamente conduttiva

Schermatura EMI dei sensori ADAS: applicazioni della schiuma elettricamente conduttiva in telecamere, radar e LiDAR

I sensori ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) sono al centro della guida intelligente e rappresentano uno dei componenti più esigenti in termini di progettazione EMC per il settore automobilistico. Dalle telecamere di bordo ai radar a onde millimetriche a 77 GHz, fino al LiDAR, ogni sensore ha requisiti diversi per i materiali di schermatura EMI.

La schiuma elettricamente conduttiva offre una soluzione flessibile per la messa a terra, la sigillatura degli spazi e la schermatura elettromagnetica in questi gruppi di sensori compatti. Basandosi sull'esperienza di Konlida nei progetti di sensori per il settore automobilistico, questo articolo spiega dove viene utilizzata la schiuma conduttiva nei sensori ADAS e come gli ingegneri possono selezionare la struttura e il materiale più adatti.

L'adozione dei sistemi ADAS sta accelerando rapidamente. I sistemi si sono evoluti dalle semplici telecamere posteriori ai sistemi di controllo adattivo della velocità di crociera e di mantenimento della corsia di livello 2, con le tecnologie di guida automatizzata di livello 3 che stanno entrando nelle applicazioni di produzione. Con l'aumento dell'automazione, aumentano di conseguenza anche il numero di sensori, la sensibilità del segnale e i requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC).

Un tipico veicolo L2+ può includere da 8 a 12 telecamere, da 3 a 5 sensori radar a onde millimetriche, da 1 a 2 unità LiDAR e circa 12 sensori a ultrasuoni . Questi dispositivi sono distribuiti intorno al veicolo e operano in ambienti elettromagnetici, termici e meccanici difficili. Allo stesso tempo, ogni sensore deve evitare di interferire con altri sistemi elettronici.

Le soluzioni di schiuma conduttiva di Konlida sono state utilizzate in moduli per telecamere automobilistiche, radar a onde millimetriche e progetti LiDAR per fornitori di primo livello in Cina. Le applicazioni spaziano dalla schiuma conduttiva omnidirezionale miniaturizzata per moduli di telecamere a strutture di schermatura ad alta frequenza specializzate per sistemi radar.

Per un'introduzione al materiale stesso, vedere Cos'è la schiuma EMI? Una guida completa alla schiuma EMI .

Questo articolo esamina il ruolo della schiuma elettricamente conduttiva in quattro principali tipologie di sensori ADAS.

1. Sfide di compatibilità elettromagnetica nei sensori ADAS

I sensori ADAS si trovano ad operare in un ambiente elettromagnetico diverso rispetto all'elettronica di bordo convenzionale.

Sfida 1: I sensori sono installati in luoghi esposti o semi-esposti

Le telecamere vengono comunemente installate dietro il parabrezza, nella griglia anteriore o intorno agli specchietti retrovisori laterali. Il radar a onde millimetriche è spesso posizionato dietro il paraurti anteriore, mentre il LiDAR può essere montato sul tetto o sulla griglia anteriore.

Questi ambienti possono trovarsi relativamente vicini a fonti di rumore elevato, come sistemi di azionamento elettrico e convertitori CC/CC. Sono inoltre soggetti a maggiori oscillazioni di temperatura e vibrazioni meccaniche.

Sfida 2: i segnali dei sensori sono estremamente deboli

Un radar a onde millimetriche riceve segnali riflessi a bassissima potenza dagli oggetti circostanti. Anche piccole quantità di rumore elettromagnetico accoppiato possono ridurre la sensibilità di rilevamento.

Anche il LiDAR presenta una sfida simile. I suoi rilevatori optoelettronici sono sensibili al rumore elettrico e l'accoppiamento elettromagnetico indesiderato può contribuire a errori di misurazione o a falsi rilevamenti.

Sfida 3: I sensori devono essere isolati l'uno dall'altro

Su un veicolo possono operare simultaneamente più sensori radar. Senza un adeguato isolamento, i sensori possono interferire l'uno con l'altro.

Pertanto, la schermatura dei sistemi ADAS deve affrontare sia le interferenze esterne che l'accoppiamento incrociato interno .

Sfida 4: La schermatura ad alta frequenza sta diventando sempre più impegnativa

I radar per autoveicoli si sono evoluti dai sistemi a 24 GHz verso piattaforme a 77 GHz e 79 GHz . Queste frequenze sono molto più elevate rispetto alla gamma di 3 GHz comunemente citata nelle specifiche di schermatura convenzionali.

Di conseguenza, gli ingegneri non possono basarsi esclusivamente sui dati di schermatura a bassa frequenza quando valutano le schiume conduttive per applicazioni radar. La resistenza di contatto, la conduttività superficiale, la struttura del materiale, la geometria delle giunzioni e l'intero involucro di schermatura influenzano le prestazioni ad alta frequenza.

Capacità di test ad alta frequenza di Konlida

Il laboratorio EMC di Konlida è in grado di estendere i test di efficacia della schermatura fino a 40 GHz , supportando la validazione ad alta frequenza di materiali e strutture per applicazioni di sensori avanzati.

È importante distinguere questo dai test diretti a 77 GHz: un test a 40 GHz non costituisce di per sé una misurazione a 77 GHz. Piuttosto, fornisce utili dati di caratterizzazione ad alta frequenza e di pre-validazione che possono supportare la progettazione della schermatura radar e la selezione dei materiali.

2. Schiuma elettricamente conduttiva in quattro applicazioni per sensori ADAS

Applicazione 1: Moduli per telecamere automobilistiche

Il sensore ADAS più utilizzato

Le telecamere sono tra i sensori più numerosi presenti nei veicoli moderni. Le applicazioni includono telecamere posteriori, telecamere anteriori per la frenata automatica d'emergenza (AEB), telecamere a 360° e telecamere per i sistemi di monitoraggio del conducente (DMS).

Un modulo fotocamera può contenere:

• sensori di immagine CMOS
• chip ISP
• Serializzatori
• Circuiti di gestione dell'alimentazione
• Interfacce di segnale ad alta velocità

I segnali analogici generati dai sensori di immagine possono essere estremamente sensibili al rumore elettrico. Allo stesso tempo, i segnali video trasmessi tramite cavi coassiali o cavi a doppino intrecciato schermato richiedono un'adeguata messa a terra e schermatura.

Dove viene utilizzata la schiuma conduttiva

Perché la schiuma conduttiva omnidirezionale funziona bene per i moduli delle fotocamere

I moduli delle telecamere sono estremamente compatti. Lo spazio disponibile per una guarnizione di schermatura può essere di soli 0,5–2 mm .

La schiuma conduttiva omnidirezionale fornisce percorsi conduttivi nelle direzioni X, Y e Z. Ciò consente un contatto elettrico a bassa impedenza con una compressione relativamente ridotta, minimizzando al contempo lo stress meccanico sul gruppo ottico.

Per ulteriori informazioni su questa struttura, vedere Guarnizione in schiuma conduttiva omnidirezionale vs. guarnizione in schiuma conduttiva standard .

In diversi progetti di telecamere per autoveicoli, Konlida ha raccomandato l'utilizzo di una sottile schiuma conduttiva omnidirezionale, in genere di circa 0,5-1 mm di spessore , da interporre tra l'alloggiamento metallico della telecamera e la staffa di montaggio.

Questa configurazione fornisce una messa a terra elettrica senza sottoporre l'allineamento ottico a sollecitazioni meccaniche eccessive. Quando sono richieste prestazioni elettriche ad alta frequenza, si può anche prendere in considerazione una schiuma omnidirezionale placcata in argento.

Applicazione 2: Radar a onde millimetriche

Una nuova sfida per la schermatura ad alta frequenza

Il radar a onde millimetriche è un sensore ADAS fondamentale per:

• Controllo adattivo della velocità di crociera (ACC)
• Frenata automatica di emergenza (AEB)
• Rilevamento dell'angolo cieco (BSD)
• Avviso di collisione frontale (FCW)

I sistemi radar per autoveicoli operano sempre più spesso a frequenze comprese tra circa 77 GHz e 79 GHz .

L'antenna radar trasmette e riceve onde elettromagnetiche ad altissime frequenze. A queste frequenze, la progettazione della schermatura diventa particolarmente sensibile alla continuità elettrica, alla geometria delle giunzioni, alla qualità dei contatti e alle proprietà dei materiali.

Applicazioni tipiche della schiuma conduttiva

Selezione dei materiali ad alte frequenze

Un'applicazione radar a 77 GHz richiede più di una semplice specifica di schermatura a bassa frequenza convenzionale.

Lo strato conduttivo, la conduttività superficiale, la resistenza di contatto, il comportamento alla compressione e la stabilità meccanica influenzano tutti le prestazioni di schermatura. La schiuma conduttiva placcata in oro può offrire vantaggi in termini di conduttività e resistenza alla corrosione rispetto ad alcune strutture nichelate.

Per un confronto dettagliato dei rivestimenti in schiuma conduttiva, vedere Schiuma EMC placcata in oro, nichel o stagno .

Il laboratorio EMC di Konlida è in grado di testare l'efficacia di schermatura fino a 40 GHz per la caratterizzazione dei materiali ad alta frequenza. Per i progetti radar a 77 GHz, questi dati possono essere combinati con simulazioni specifiche per l'applicazione e validazioni a livello di sistema per supportare la selezione dei materiali.

Applicazione 3: LiDAR

Bilanciamento delle prestazioni ottiche ed elettromagnetiche

Il LiDAR sta assumendo un'importanza crescente nei sistemi di guida automatizzata di livello 3 e superiori. Emette impulsi laser e misura il tempo di ritorno per determinare la distanza degli oggetti, richiedendo un'elaborazione del segnale ottico ed elettronico estremamente precisa.

All'interno di un sistema LiDAR, i fotorivelatori APD o SPAD possono essere sensibili al rumore elettrico. Le interferenze elettromagnetiche possono compromettere l'integrità del segnale e contribuire a errori di misurazione.

I sistemi LiDAR meccanici introducono anche un'ulteriore sfida: i componenti mobili o rotanti creano vibrazioni e movimenti meccanici continui.

Applicazioni tipiche della schiuma conduttiva

Tre requisiti speciali per il LiDAR

1. Non ostruire il percorso ottico

La schiuma conduttiva deve essere posizionata all'esterno del percorso ottico e lontano dalle superfici ottiche critiche.

2. Resistere alle vibrazioni e alla fatica

I sistemi LiDAR meccanici possono funzionare ininterrottamente in presenza di vibrazioni. La struttura della guarnizione deve mantenere un contatto elettrico stabile senza usura eccessiva o deformazioni permanenti.

3. Controllare la contaminazione da particolato

I componenti ottici richiedono una pulizia rigorosa. I materiali di schermatura devono ridurre al minimo la generazione di particelle e la contaminazione da materiali estranei.

I prodotti in schiuma conduttiva di Konlida possono essere fabbricati in un ambiente di camera bianca di Classe 1000 , contribuendo a controllare i rischi di particolato e contaminazione per le applicazioni di sensori ottici.

Applicazione 4: Sensori a ultrasuoni

I sensori a ultrasuoni sono comunemente utilizzati per il rilevamento di ostacoli a corto raggio, ad esempio nei sistemi di parcheggio automatico e di assistenza per l'angolo cieco.

La loro frequenza operativa è in genere molto inferiore a quella dei radar a onde millimetriche, spesso intorno ai 40-58 kHz .

Sebbene i sensori a ultrasuoni presentino generalmente una sfida di schermatura ad alta frequenza meno impegnativa, la loro posizione sul paraurti può esporli alle interferenze dei sistemi di trazione elettrica e di altri componenti elettronici del veicolo.

Le principali applicazioni della schiuma conduttiva sono:

• messa a terra dell'alloggiamento del sensore
• Schermatura del connettore e del cablaggio
• Sigillatura dello spazio tra i componenti conduttivi

I requisiti di schermatura possono essere meno stringenti rispetto a quelli dei radar, ma la durabilità di livello automobilistico, la resistenza alle alte temperature, la resistenza alle vibrazioni e la stabilità dei contatti a lungo termine rimangono importanti.

3. Requisiti della schiuma conduttiva in base al tipo di sensore ADAS

La scelta di una schiuma elettricamente conduttiva adatta non dipende solo dall'efficacia di schermatura. Gli ingegneri devono considerare la frequenza operativa, lo spazio di compressione disponibile, le vibrazioni, la pulizia e i vincoli ottici.

Questi intervalli di frequenza devono essere considerati come riferimenti per l'applicazione e la validazione, piuttosto che come limiti universali dei materiali . Le prestazioni di schermatura effettive dipendono dalla guarnizione, dall'involucro, dal percorso di messa a terra, dalla frequenza, dalla geometria e dal metodo di prova.

4. Perché scegliere Konlida per la schermatura EMI dei sensori ADAS?

1. Un'ampia gamma di schiume conduttive

I sensori ADAS hanno requisiti meccanici ed elettrici differenti. Konlida offre diverse strutture in schiuma conduttiva, tra cui:

• Schiuma conduttiva omnidirezionale per moduli di fotocamere compatte
• Schiuma FOF e SMT placcata in oro per applicazioni radar
• Schiuma FOF sagomata su misura per alloggiamenti LiDAR.
• Strutture conduttive in tessuto per la schermatura di segnali e connettori

Un'ampia gamma di prodotti consente ai clienti di consolidare molteplici esigenze di schermatura con un unico fornitore.

2. Test EMC ad alta frequenza

Il laboratorio EMC di Konlida è in grado di estendere i test di efficacia della schermatura fino a 40 GHz , fornendo una caratterizzazione ad alta frequenza per l'elettronica automobilistica avanzata.

Per le applicazioni radar a 77 GHz, i dati a 40 GHz devono essere considerati come dati di supporto alla convalida, piuttosto che come dati di certificazione o misurazione diretta a 77 GHz.

3. Produzione in camera bianca di classe 1.000

I moduli per fotocamere e LiDAR possono essere sensibili a particelle e contaminazioni. La produzione in camera bianca contribuisce a ridurre i rischi legati alla presenza di materiali estranei e supporta le applicazioni dei sensori ottici.

4. Sviluppo interno dei materiali

Konlida sviluppa materiali conduttivi specializzati, tra cui tessuti conduttivi ultrasottili fino a 0,016 mm e schiuma conduttiva omnidirezionale placcata in argento.

Questi materiali supportano la progettazione di sensori sempre più compatti, laddove sia le prestazioni di schermatura che lo spazio di installazione disponibile sono limitati.

5. Qualità e produzione di volume conformi agli standard automobilistici.

Konlida gestisce 30 linee di produzione di schiuma conduttiva con una capacità produttiva giornaliera di circa 2 milioni di pezzi .

L'azienda possiede le certificazioni IATF 16949, ISO 13485 e ISO 9001 , a supporto dei requisiti di produzione del settore automobilistico ed elettronico.

La prototipazione rapida può essere completata in sole 4 ore , aiutando i team di ingegneri ad accelerare la verifica del design e lo sviluppo del prodotto.

5. Guida rapida alla selezione della schiuma conduttiva per sensori ADAS

6. Domande frequenti sulla schiuma conduttiva ADAS

D1: La schiuma conduttiva può schermare efficacemente i radar a onde millimetriche da 77 GHz?

Dipende dalla struttura di schermatura completa. Le specifiche delle schiume conduttive convenzionali si basano spesso su condizioni di prova a bassa frequenza, quindi un'applicazione radar a 77 GHz non dovrebbe essere valutata solo in base a una classificazione a 3 GHz.

La conduttività ad alta frequenza, la placcatura, la resistenza di contatto, la geometria della guarnizione, la progettazione dell'involucro e la qualità della messa a terra influenzano il risultato finale. Un test di laboratorio a 40 GHz può fornire una caratterizzazione utile ad alta frequenza, ma non dovrebbe essere presentato come una misurazione diretta a 77 GHz.

D2: Perché la schiuma conduttiva omnidirezionale è preferibile per i moduli delle fotocamere?

I moduli delle fotocamere hanno uno spazio di installazione estremamente limitato, spesso inferiore a 1 mm.

La schiuma conduttiva omnidirezionale è in grado di stabilire un contatto elettrico con una compressione relativamente ridotta, diminuendo il carico meccanico sui componenti ottici. Ciò la rende adatta per assemblaggi compatti in cui è necessario preservare l'allineamento ottico.

D3: Il meccanismo di rotazione del LiDAR può utilizzare schiuma conduttiva?

Sì, a condizione che la struttura in schiuma sia progettata per resistere alle condizioni meccaniche.

Per i componenti mobili, gli ingegneri devono considerare la resistenza all'usura, la fatica da compressione e la stabilità elettrica a lungo termine. Si possono prendere in considerazione strutture FOF con anima in silicone o schiume conduttive omnidirezionali appositamente progettate, mentre la progettazione meccanica deve impedire che la schiuma sopporti un attrito rotazionale eccessivo.

D4: In che modo la schiuma conduttiva ADAS si differenzia dalle guarnizioni EMI convenzionali per autoveicoli?

Le applicazioni ADAS generalmente pongono maggiore enfasi su:

• Risposta ad alta frequenza
• Spazio di installazione estremamente limitato
• Bassa forza di compressione
• Pulizia ottica
• Resistenza alle vibrazioni
• Ciclo di temperatura
• Resistenza alla nebbia salina e agli agenti atmosferici

Per i requisiti di schermatura dei PCB per autoveicoli, vedere Guarnizioni di schermatura per circuiti stampati in ambito automobilistico: perché le auto necessitano di materiali speciali .

D5: Che esperienza ha Konlida nei progetti ADAS?

I prodotti in schiuma conduttiva di Konlida sono stati utilizzati in moduli per fotocamere, radar a onde millimetriche e progetti LiDAR per diversi fornitori di primo livello in Cina.

Il suo team di ingegneri è in grado di supportare l'intero processo, dalla selezione dei materiali e dalla progettazione della struttura della guarnizione fino allo sviluppo del prototipo e alla validazione EMC.

Informazioni su Konlida

La Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. è stata fondata nel 2006 ed è specializzata nello sviluppo e nella produzione di materiali per la schermatura elettromagnetica e la gestione termica.

Capacità produttive

• Impianti di produzione di 45.000 m²
• 30 linee di produzione di schiuma conduttiva
• 12 macchine fustellatrici rotative
• Capacità produttiva giornaliera di circa 2 milioni di pezzi.
• Attrezzature interne automatizzate di quarta generazione per l'avvolgimento e la formatura
• Certificazioni IATF 16949, ISO 13485 e ISO 9001
• Produzione in camera bianca di classe 1.000

Capacità tecniche

• Quasi 20 anni di esperienza nella schermatura EMI
• Test di laboratorio EMC fino a 40 GHz
• Tessuto conduttivo ultrasottile di produzione interna, con uno spessore fino a 0,016 mm.
• Schiuma conduttiva omnidirezionale placcata in argento
• Prototipazione rapida in sole 4 ore
• Esperienza di produzione con diversi fornitori di primo livello del settore automobilistico.

Per le applicazioni dei sensori ADAS, la schiuma conduttiva omnidirezionale, la schiuma FOF/SMT placcata in oro e la schiuma FOF di forma personalizzata di Konlida sono state utilizzate in progetti per telecamere, radar a onde millimetriche e LiDAR.

Scopri le soluzioni di schiuma conduttiva di Konlida per applicazioni con sensori ADAS o esamina i suoi progetti di elettronica automobilistica per comprendere come le diverse strutture di schermatura si adattano ai requisiti specifici dei sensori.

Cerchi la schiuma elettricamente conduttiva ideale per un sensore ADAS? Contatta Konlida per la selezione dei materiali, la progettazione di guarnizioni personalizzate, la prototipazione e il supporto per la validazione EMC.