Blindagem EMI de sensores ADAS com espuma eletricamente condutora

Blindagem EMI de sensores ADAS: Aplicações de espuma eletricamente condutora em câmeras, radares e LiDAR

Os sensores ADAS (Sistemas Avançados de Assistência ao Condutor) são essenciais para a condução inteligente e estão entre os componentes mais exigentes em termos de design de EMC (Compatibilidade Eletromagnética) automotiva. De câmeras veiculares e radares de ondas milimétricas de 77 GHz a LiDAR, cada sensor possui requisitos diferentes para materiais de blindagem EMI.

A espuma condutora oferece uma solução flexível para aterramento, vedação de folgas e blindagem eletromagnética nesses conjuntos de sensores compactos. Com base na experiência da Konlida em projetos de sensores automotivos, este artigo explica onde a espuma condutora é utilizada em sensores ADAS e como os engenheiros podem selecionar a estrutura e o material adequados.

A adoção de ADAS está se acelerando rapidamente. Os sistemas evoluíram de câmeras de ré básicas para controle de cruzeiro adaptativo de nível 2 e sistemas de manutenção de faixa, com tecnologias de direção automatizada de nível 3 agora entrando em aplicações de produção. À medida que a automação aumenta, a quantidade de sensores, a sensibilidade do sinal e os requisitos de EMC (compatibilidade eletromagnética) também aumentam.

Um veículo L2+ típico pode incluir de 8 a 12 câmeras, de 3 a 5 sensores de radar de ondas milimétricas, de 1 a 2 unidades LiDAR e cerca de 12 sensores ultrassônicos . Esses dispositivos são distribuídos ao redor do veículo e operam em ambientes eletromagnéticos, térmicos e mecânicos desafiadores. Ao mesmo tempo, cada sensor deve evitar interferir com outros sistemas eletrônicos.

As soluções de espuma condutora da Konlida têm sido utilizadas em módulos de câmeras automotivas, radares de ondas milimétricas e projetos LiDAR para fornecedores de nível 1 na China. As aplicações variam desde espuma condutora omnidirecional em miniatura para módulos de câmeras até estruturas de blindagem especializadas de alta frequência para sistemas de radar.

Para uma introdução ao próprio material, veja O que é espuma EMI? Um guia completo sobre espuma EMI .

Este artigo examina o papel da espuma eletricamente condutora em quatro tipos principais de sensores ADAS.

1. Desafios de compatibilidade eletromagnética em sensores ADAS

Os sensores ADAS enfrentam um ambiente eletromagnético diferente da eletrônica convencional da cabine.

Desafio 1: Os sensores estão instalados em locais expostos ou semi-expostos.

As câmeras são geralmente instaladas atrás dos para-brisas, nas grades dianteiras ou ao redor dos espelhos retrovisores laterais. O radar de ondas milimétricas costuma ser localizado atrás do para-choque dianteiro, enquanto o LiDAR pode ser montado no teto ou na grade dianteira.

Esses locais podem estar relativamente próximos de fontes de ruído intenso, como sistemas de acionamento elétrico e conversores CC/CC. Eles também estão sujeitos a maiores variações de temperatura e vibração mecânica.

Desafio 2: Os sinais dos sensores são extremamente fracos.

Um radar de ondas milimétricas recebe sinais refletidos de baixíssima potência provenientes de objetos ao redor. Mesmo pequenas quantidades de ruído eletromagnético acoplado podem reduzir a sensibilidade de detecção.

O LiDAR enfrenta um desafio semelhante. Seus detectores optoeletrônicos são sensíveis a ruídos elétricos, e o acoplamento eletromagnético indesejado pode contribuir para erros de medição ou detecções falsas.

Desafio 3: Os sensores devem ser isolados uns dos outros.

Vários sensores de radar podem operar simultaneamente no mesmo veículo. Sem isolamento suficiente, os sensores podem interferir uns com os outros.

Portanto, a blindagem ADAS deve abordar tanto a interferência externa quanto o acoplamento cruzado interno .

Desafio 4: A blindagem de alta frequência está se tornando mais exigente.

Os radares automotivos evoluíram de sistemas de 24 GHz para plataformas de 77 GHz e 79 GHz . Essas frequências são muito superiores à faixa de 3 GHz comumente referenciada nas especificações de blindagem convencionais.

Consequentemente, os engenheiros não podem confiar apenas em dados de blindagem de baixa frequência ao avaliar espumas condutoras para aplicações de radar. A resistência de contato, a condutividade superficial, a estrutura do material, a geometria das juntas e o invólucro de blindagem completo influenciam o desempenho em alta frequência.

Capacidade de teste de alta frequência da Konlida

O laboratório de EMC da Konlida pode estender os testes de eficácia de blindagem até 40 GHz , oferecendo suporte à validação de materiais e estruturas de alta frequência para aplicações de sensores avançados.

É importante distinguir isso de testes diretos em 77 GHz: um teste em 40 GHz não constitui, por si só, uma medição em 77 GHz. Em vez disso, ele fornece dados úteis de caracterização e pré-validação em alta frequência que podem auxiliar no projeto de blindagem de radar e na seleção de materiais.

2. Espuma eletricamente condutora em quatro aplicações de sensores ADAS

Aplicação 1: Módulos de câmeras automotivas

O sensor ADAS mais utilizado

As câmeras estão entre os sensores mais numerosos nos veículos modernos. Suas aplicações incluem câmeras de visão traseira, câmeras frontais para frenagem automática de emergência (AEB), câmeras de visão periférica e câmeras para sistemas de monitoramento do motorista (DMS).

Um módulo de câmera pode conter:

• sensores de imagem CMOS
• chips ISP
• Serializadores
• Circuitos de gerenciamento de energia
• Interfaces de sinal de alta velocidade

Os sinais analógicos gerados por sensores de imagem podem ser altamente sensíveis a ruídos elétricos. Ao mesmo tempo, os sinais de vídeo transmitidos por cabos coaxiais ou cabos de par trançado blindados requerem aterramento e blindagem adequados.

Onde a espuma condutora é utilizada

Por que a espuma condutora omnidirecional funciona bem para módulos de câmera

Os módulos de câmera são extremamente compactos. O espaço disponível para uma junta de proteção pode ser de apenas 0,5 a 2 mm .

A espuma condutora omnidirecional fornece caminhos condutores nas direções X, Y e Z. Isso permite contato elétrico de baixa impedância com compressão relativamente pequena, minimizando o estresse mecânico no conjunto óptico.

Para obter mais informações sobre esta estrutura, consulte Junta de espuma condutora omnidirecional vs. Junta de espuma condutora padrão .

Em diversos projetos de câmeras automotivas, a Konlida recomendou o uso de espuma condutora omnidirecional fina, geralmente com cerca de 0,5 a 1 mm de espessura , entre a carcaça metálica da câmera e o suporte de montagem.

Essa configuração proporciona aterramento elétrico sem impor estresse mecânico excessivo ao alinhamento óptico. Espuma omnidirecional banhada a prata também pode ser considerada quando for necessário um desempenho elétrico em frequências mais altas.

Aplicação 2: Radar de Ondas Milimétricas

Um novo desafio para a blindagem de alta frequência

O radar de ondas milimétricas é um sensor ADAS essencial para:

• Controle de Cruzeiro Adaptativo (ACC)
• Frenagem automática de emergência (AEB)
• Detecção de Ponto Cego (BSD)
• Aviso de Colisão Frontal (FCW)

Os sistemas de radar automotivos operam cada vez mais em frequências de aproximadamente 77 GHz e 79 GHz .

A antena de radar transmite e recebe ondas eletromagnéticas em frequências muito altas. Nessas frequências, o projeto de blindagem torna-se particularmente sensível à continuidade elétrica, à geometria das juntas, à qualidade do contato e às propriedades dos materiais.

Aplicações típicas de espuma condutora

Seleção de materiais em altas frequências

Uma aplicação de radar de 77 GHz requer mais do que uma especificação convencional de blindagem de baixa frequência.

A camada condutora, a condutividade superficial, a resistência de contato, o comportamento à compressão e a estabilidade mecânica influenciam o desempenho da blindagem. A espuma condutora revestida com ouro pode oferecer vantagens em termos de condutividade e resistência à corrosão em comparação com algumas estruturas revestidas com níquel.

Para uma comparação detalhada de revestimentos de espuma condutora, consulte Espuma EMC banhada a ouro, niquelada ou estanhada .

O laboratório de EMC da Konlida pode testar a eficácia da blindagem até 40 GHz para a caracterização de materiais de alta frequência. Para projetos de radar de 77 GHz, esses dados podem ser combinados com simulação específica da aplicação e validação em nível de sistema para auxiliar na seleção de materiais.

Aplicação 3: LiDAR

Equilibrando o desempenho óptico e eletromagnético

O LiDAR está se tornando cada vez mais importante em sistemas de direção autônoma de nível 3 e superiores. Ele emite pulsos de laser e mede o tempo de retorno para determinar a distância do objeto, exigindo processamento de sinal óptico e eletrônico de alta precisão.

Em um sistema LiDAR, os fotodetectores APD ou SPAD podem ser sensíveis a ruídos elétricos. A interferência eletromagnética pode afetar a integridade do sinal e contribuir para erros de medição.

Os sistemas LiDAR mecânicos também apresentam outro desafio: componentes móveis ou rotativos criam vibração e movimento mecânico contínuos.

Aplicações típicas de espuma condutora

Três requisitos especiais para LiDAR

1. Não obstrua o caminho óptico.

A espuma condutora deve ser posicionada fora do caminho óptico e longe das superfícies ópticas críticas.

2. Resistir à vibração e à fadiga

Os sistemas LiDAR mecânicos podem operar continuamente sob vibração. A estrutura da junta deve manter um contato elétrico estável, sem desgaste excessivo ou deformação permanente.

3. Controlar a contaminação por partículas

Os componentes ópticos exigem limpeza rigorosa. Os materiais de blindagem devem minimizar a geração de partículas e a contaminação por materiais estranhos.

Os produtos de espuma condutora da Konlida podem ser fabricados em um ambiente de sala limpa Classe 1000 , ajudando a controlar os riscos de partículas e contaminação para aplicações de sensores ópticos.

Aplicação 4: Sensores ultrassônicos

Sensores ultrassônicos são comumente usados ​​para detecção de obstáculos em curto alcance, incluindo estacionamento automático e assistência em pontos cegos.

Sua frequência de operação é normalmente muito menor do que a do radar de ondas milimétricas, geralmente em torno de 40–58kHz .

Embora os sensores ultrassônicos em si geralmente apresentem um desafio de blindagem de alta frequência menos exigente, sua localização no para-choque pode expô-los à interferência de sistemas de acionamento elétrico e outros componentes eletrônicos do veículo.

As principais aplicações da espuma condutora são:

• aterramento da carcaça do sensor
• Blindagem de conectores e fios
• Vedação de folgas entre componentes condutores

Os requisitos de blindagem podem ser menos exigentes do que os de radar, mas a durabilidade de nível automotivo, a resistência à temperatura, a resistência à vibração e a estabilidade de contato a longo prazo continuam sendo importantes.

3. Requisitos de espuma condutiva por tipo de sensor ADAS

A escolha da espuma condutora ideal depende de mais fatores do que apenas a eficácia da blindagem. Os engenheiros devem considerar a frequência de operação, o espaço disponível para compressão, a vibração, a limpeza e as restrições ópticas.

Essas faixas de frequência devem ser consideradas como referências de aplicação e validação, e não como limites universais de materiais . O desempenho real da blindagem depende da junta completa, do invólucro, do caminho de aterramento, da frequência, da geometria e do método de teste.

4. Por que escolher a Konlida para blindagem EMI de sensores ADAS?

1. Um amplo portfólio de espumas condutoras

Os sensores ADAS possuem diferentes requisitos mecânicos e elétricos. A Konlida oferece diversas estruturas de espuma condutora, incluindo:

• Espuma condutora omnidirecional para módulos de câmeras compactas
• Espuma FOF e SMT banhada a ouro para aplicações em radar
• Espuma FOF com formato personalizado para caixas de LiDAR
• Estruturas condutoras à base de tecido para blindagem de sinais e conectores.

Um amplo portfólio de produtos permite que os clientes consolidem múltiplas necessidades de blindagem com um único fornecedor.

2. Testes de EMC de alta frequência

O laboratório de EMC da Konlida pode estender os testes de eficácia de blindagem até 40 GHz , fornecendo caracterização de alta frequência para eletrônica automotiva avançada.

Para aplicações de radar de 77 GHz, os dados de 40 GHz devem ser considerados como validação complementar, e não como certificação ou medição direta em 77 GHz.

3. Produção em sala limpa classe 1.000

Os módulos de câmera e LiDAR podem ser sensíveis a partículas e contaminação. A fabricação em sala limpa ajuda a reduzir os riscos de materiais estranhos e oferece suporte a aplicações de sensores ópticos.

4. Desenvolvimento interno de materiais

A Konlida desenvolve materiais condutores especializados, incluindo tecido condutor ultrafino com espessura de até 0,016 mm e espuma condutora omnidirecional banhada a prata.

Esses materiais permitem o desenvolvimento de sensores cada vez mais compactos, em situações onde tanto o desempenho de blindagem quanto o espaço disponível para instalação são limitados.

5. Qualidade e produção em grande volume, padrão automotivo

A Konlida opera 30 linhas de produção de espuma condutora com uma capacidade de produção diária de aproximadamente 2 milhões de peças .

A empresa possui as certificações IATF 16949, ISO 13485 e ISO 9001 , atendendo aos requisitos de fabricação automotiva e eletrônica.

A prototipagem rápida pode ser concluída em apenas 4 horas , ajudando as equipes de engenharia a acelerar a verificação do projeto e o desenvolvimento do produto.

5. Guia de Seleção Rápida para Espuma Condutiva de Sensores ADAS

6. Perguntas frequentes sobre espuma condutiva ADAS

P1: A espuma condutora pode proteger eficazmente contra radares de ondas milimétricas de 77 GHz?

Depende da estrutura de blindagem completa. As especificações convencionais de espuma condutora são frequentemente baseadas em condições de teste de frequência mais baixa, portanto, uma aplicação de radar de 77 GHz não deve ser avaliada apenas com base em uma classificação de 3 GHz.

A condutividade em alta frequência, o revestimento, a resistência de contato, a geometria da junta, o projeto da caixa e a qualidade do aterramento afetam o resultado final. Um teste de laboratório de 40 GHz pode fornecer uma caracterização útil em alta frequência, mas não deve ser apresentado como uma medição direta de 77 GHz.

P2: Por que a espuma condutora omnidirecional é preferida para módulos de câmera?

Os módulos de câmera têm um espaço de instalação extremamente limitado, frequentemente inferior a 1 mm.

A espuma condutora omnidirecional pode estabelecer contato elétrico com uma compressão relativamente pequena, reduzindo a carga mecânica aplicada aos componentes ópticos. Isso a torna adequada para montagens compactas onde o alinhamento óptico deve ser preservado.

P3: O mecanismo de rotação do LiDAR pode usar espuma condutora?

Sim, desde que a estrutura da espuma seja projetada para suportar as condições mecânicas.

Para componentes móveis, os engenheiros devem considerar a resistência ao desgaste, a fadiga por compressão e a estabilidade elétrica a longo prazo. Estruturas FOF com núcleo de silicone ou espuma condutora omnidirecional especialmente projetada podem ser consideradas, enquanto o projeto mecânico deve evitar que a espuma suporte atrito rotacional excessivo.

Q4: Qual a diferença entre a espuma condutora ADAS e as juntas EMI automotivas convencionais?

As aplicações ADAS geralmente dão maior ênfase a:

• Resposta de alta frequência
• Espaço de instalação extremamente limitado
• Baixa força de compressão
• Limpeza óptica
• Resistência à vibração
• Ciclos de temperatura
• Durabilidade em névoa salina e em ambientes ambientais

Para requisitos de blindagem de PCBs automotivos, consulte Juntas de blindagem para placas de circuito impresso automotivas: por que os carros precisam de materiais especiais? .

Q5: Qual a experiência da Konlida em projetos ADAS?

Os produtos de espuma condutora da Konlida têm sido utilizados em módulos de câmeras, radares de ondas milimétricas e projetos LiDAR para diversos fornecedores de nível 1 na China.

Sua equipe de engenharia pode dar suporte ao processo desde a seleção de materiais e o projeto da estrutura da junta até o desenvolvimento de protótipos e a validação de EMC.

Sobre Konlida

A Suzhou Konlida Precision Electronics Co., Ltd. foi fundada em 2006 e é especializada no desenvolvimento e fabricação de materiais para blindagem eletromagnética e gerenciamento térmico.

Capacidades de fabricação

• Instalações de fabricação de 45.000 m²
• 30 linhas de produção de espuma condutora
• 12 máquinas de corte rotativas
• Capacidade diária de aproximadamente 2 milhões de peças.
• Equipamentos internos automatizados de quarta geração para embalagem e formação
• Certificações IATF 16949, ISO 13485 e ISO 9001
• Produção em sala limpa Classe 1000

Capacidades técnicas

• Quase 20 anos de experiência em blindagem EMI
• Testes de laboratório de EMC até 40 GHz
• Tecido condutor ultrafino fabricado internamente com espessura de até 0,016 mm.
• Espuma condutora omnidirecional banhada a prata
• Prototipagem rápida em apenas 4 horas
• Experiência em produção com múltiplos fornecedores automotivos de nível 1.

Para aplicações de sensores ADAS, a espuma condutora omnidirecional da Konlida, a espuma FOF/SMT banhada a ouro e a espuma FOF com formato personalizado têm sido utilizadas em projetos de câmeras, radares de ondas milimétricas e LiDAR.

Explore as soluções de espuma condutora da Konlida para aplicações de sensores ADAS ou analise seus projetos de eletrônica automotiva para entender como diferentes estruturas de blindagem são adequadas aos requisitos específicos dos sensores.

Procurando a espuma condutora ideal para um sensor ADAS? Entre em contato com a Konlida para seleção de materiais, projeto personalizado de juntas, prototipagem e suporte para validação de EMC.