Der Schlüssel zu LiDAR-Sicherheit
Sicherheit ist das A und O für assistiertes und vollautonomes Fahren
LiDAR (Light Detection and Rangeing) ist eine der wichtigsten Technologien für autonomes Fahren. Es scannt mit augensicheren Lasern die Umgebung des Fahrzeugs bis zu einer Entfernung von mehr als 250 Metern. Während die Fotodioden Signale sammeln, erstellen leistungsstarke Prozessoren in Echtzeit ein hochauflösendes 3D-Punktwolkenbild der Umgebung. In vielen Systemen verbessern Kamera- und Radartechnologien die Details der Punktwolke und bieten die entscheidende Redundanz, die für höhere Stufen des autonomen Fahrens (Level 3 und darüber hinaus) erforderlich ist, die eine vollständige Automatisierung der Fahrfunktionen unter allen Bedingungen beinhaltet.
LiDAR-Sensoren im System erfassen Daten und erstellen eine hochauflösende 3D-Punktewolkenkarte der Umgebung in Echtzeit
Sicheres autonomes Fahren erfordert genaue LiDAR-Signale
Während bei der Entwicklung eines durchgängig sicheren und zuverlässigen autonomen Fahrsystems deutliche Fortschritte erzielt wurden, gilt es noch einige Probleme zu meistern. Ein Thema ist die Qualität der optischen Signalübertragung in LiDAR-Systemen. Die Herausforderung liegt darin, dass LiDAR-Sensoren extrem präzise sein müssen, doch vor allem außen an Fahrzeugen verbaut sind. Dadurch sind die Sensoren rauen Bedingungen wie extremen Temperaturen, hoher Luftfeuchtigkeit und UV-Strahlung sowie stärkeren Stößen und Vibrationen ausgesetzt. Diese Gefährdungen können die empfindlichen inneren Komponenten des Systems, wie Laserdioden, MEMS-Spiegel und signalempfangende Photodioden, beschädigen oder sogar zerstören.
Das Eindringen von Feuchtigkeit ist das, was viele Entwickler am meisten befürchten. Wenn ein Wassertropfen auf kritische und empfindliche Komponenten wie Laserstrahler, Linsen oder Galvo-Spiegel trifft, kann dies zu einer deutlichen Leistungsminderung, einem toten Winkel oder sogar zu einem katastrophalen Ausfall des Sensors führen. In einem selbstfahrenden Auto kann dies zu Fehlbedienungen und sogar Verkehrsunfällen führen, beides lebensbedrohliche Sicherheitsrisiken.
Hochwertige Gehäusekomponenten sind Voraussetzung für genaue optische Signale
Aufgrund der rauen Bedingungen in Fahrumgebungen und der hohen Anforderungen an die optische Leistung benötigen LiDAR-Komponenten ein vakuumdichtes und stabiles Gehäuse. Um die LiDAR-Technologie auch in der Automobilindustrie für den Massenmarkt zu etablieren, sind höchste Sicherheit, Zuverlässigkeit und Beständigkeit unerlässlich. Gehäuse für LiDAR-Sensoren müssen eine stabile und leistungsstarke optische Signalübertragung ermöglichen – nicht nur für wenige Stunden oder Tage, sondern kontinuierlich über viele Jahre hinweg.
Die Auswahl der richtigen Packaging-Technologie ist entscheidend für Anwendungen im Automobilbereich
Bei hermetischen Sensor-Gehäusen stehen unterschiedliche Technologien zur Verfügung. Eines der gängigsten Verfahren für Automobil- und optoelektronische Sensoren in rauen Umgebungen ist die Glas-Metall-Versiegelung, kurz GTMS. Hermetische Gehäuse mit GTMS-Technologie kapseln die Sensorkomponenten vollständig in anorganischen Materialien ein. Die Metallgehäusekomponenten werden mit elektrischen Leitern, unter Verwendung von technischem Glas und Metallloten, kombiniert, um eine undurchlässige und praktisch alterungsbeständige Umhüllung einer Komponente oder eines ganzen Sensors zu schaffen. Gas und Nässe können durch die Glasdichtung nicht eindringen, wodurch eine hohe Hermetizität nahezu dauerhaft aufrechterhalten wird. Nicht-hermetische Dichtmaterialien wie Polymere altern dagegen im Laufe der Zeit und können eine wirklich hermetische Umgebung nicht aufrechterhalten.Mit der Glas-Metall-Dichtungstechnologie können auch optische Fenster hinzugefügt werden, um einen optischen Weg durch die Sensorwände zu bieten. Es sind verschiedene hochwertige Glasfenster erhältlich, um die beste Durchlässigkeit für Ihre Materialkombination und Wellenlänge zu bieten. Bandpass- und Hochpassfilterbeschichtungen minimieren optische Störungen, um das Signal-Rausch-Verhältnis zu erhöhen.
Glas-Metall-versiegelte Gehäuse für Lichtquellen
Glas-Metall-versiegelte Gehäuse für MEMS-Spiegel
Glas-Metall-Dichtungen bieten außergewöhnliche Robustheit
Ein wichtiger Aspekt bei Glas-Metall-Dichtungen ist die Auswahl der richtigen Kombination aus Spezialglas und Metall. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die beiden Materialien passende Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) aufweisen, da Glas und Metall sich während des Versiegelungsprozesses in der Regel unterschiedlich ausdehnen oder schrumpfen. Durch eine sorgfältig ausgewählte Kombination lassen sich die Materialien auch ohne zusätzliche Materialien direkt miteinander verbinden. Einmal zusammengeschmolzen, hält das so entstandene Glas-Metall-Gehäuse selbst den extremsten Druck- und Temperaturschwankungen stand, denen ein Auto ausgesetzt ist.
Das typische Pin-Design eines GTMS-Gehäuses – auch als Durchgangsloch-Design bezeichnet – ermöglicht es, das Sensorgehäuse eng mit einer Leiterplatte (PCB) zu verbinden. Die elektrischen Kontaktstifte können in die Leiterplatte eingesteckt und mit Lötzinn fest verbunden werden, wodurch die Baugruppe sehr stoß- und vibrationsfest ist. Darüber hinaus können GTMS-Gehäuse als Surface Mount-Device (SMD) ausgeführt werden. Diese Bauform bietet kurze Stifte, die für die Pick-and-Place-Montage mit branchenüblichen Leiterplattenmontagetechniken verwendet werden können.
Der richtige Packaging-Partner kann Sie auf Ihrer gesamten Entwicklungsreise unterstützen
In diesem neu entstehenden Bereich befinden sich derzeit eine Reihe von LiDAR-Sensortechnologien im Rennen. Dazu gehören Rotationssensoren, MEMS-Scanner, Halbleiterarrays und photonische Systeme. Obwohl sich die Anforderungen an das Packaging von LiDAR-Sensoren je nach Technologie und Kunde unterscheiden, benötigen alle Unternehmen, die LiDAR-Systeme herstellen, einen Partner, der sich mit dem hochzuverlässigen elektronischen Packaging auskennt, über fortschrittliche Fähigkeiten verfügt und Erfahrung mit Methoden der Automobilindustrie hat. Dieser vertrauenswürdige Partner muss in der Lage sein, jeden Entwicklungsschritt – von der Forschung über die Prototypenfertigung bis hin zur Serienfertigung – mit gleichbleibend hoher Qualität zu unterstützen.
Kristina Gruber
Product/Sales Manager