O segredo da segurança LiDAR
Segurança é a chave para a direção totalmente autônoma assistida
A LiDAR, ou Light Detection and Ranging (detecção de luz e alcance), é uma das tecnologias mais importantes que permite a direção autônoma. Ela usa lasers seguros para os olhos para examinar o ambiente do veículo a uma distância superior a 250 metros. À medida que os fotodiodos coletam sinais, os processadores de alta potência criam uma imagem de nuvem de pontos 3D em tempo real e de alta resolução do ambiente. Em muitos sistemas, as tecnologias de câmera e radar melhoram os detalhes da nuvem de pontos e fornecem a redundância crucial necessária para níveis mais altos de direção autônoma (nível 3 e além), que inclui automação total das funções de condução em todas as condições.
Os sensores LiDAR no sistema coletam dados e criam um mapa de nuvem de pontos 3D em tempo real e de alta resolução do ambiente
A direção autônoma segura requer sinais LiDAR precisos
Embora tenham sido feitos progressos significativos no desenvolvimento de sistemas de direção autônoma consistentemente seguros e confiáveis, ainda há alguns problemas a serem superados. Um problema é a qualidade da transmissão do sinal óptico em sistemas LiDAR. O desafio é que os sensores LiDAR devem ser extremamente precisos, mas instalados principalmente na parte externa dos veículos. Isso deixa os sensores expostos a condições adversas, como temperatura extrema, alta umidade e raios UV, bem como maior choque e vibração. Esses perigos podem danificar ou até mesmo destruir os componentes internos sensíveis do sistema, incluindo diodos de laser, espelhos MEMS e fotodiodos de recepção de sinal.
A entrada de umidade é o que muitos desenvolvedores mais temem. Se uma gotícula de água acabar chegando a componentes críticos e sensíveis, como emissores de laser, lentes ou espelhos galvo, isso pode causar redução significativa do desempenho, um ponto cego ou até mesmo falha catastrófica do sensor. Em um carro autônomo, isso pode levar à operação incorreta e até mesmo a acidentes de trânsito, ambos riscos de segurança potencialmente fatais.
Componentes de embalagem de alta qualidade são essenciais para proporcionar sinais ópticos precisos
As condições adversas vivenciadas em ambientes de condução, combinadas com requisitos de desempenho óptico extremos, significam que componentes LiDAR sensíveis precisam de embalagens robustas e herméticas. Além disso, para estabelecer a tecnologia LiDAR em aplicações automotivas do mercado de massa, a segurança, a confiabilidade e a durabilidade absolutas são cruciais. As embalagens para sensores LiDAR devem permitir uma transmissão de sinal óptico estável e de alto desempenho – não apenas por algumas horas ou dias, mas consistentemente ao longo de muitos anos.
Selecionar a tecnologia de embalagem correta é essencial para aplicações automotivas
Quando se trata de embalagens herméticas de sensores, existem diferentes tipos de tecnologias disponíveis. Uma das tecnologias mais comuns de mais alto desempenho para embalagens de sensores automotivos e optoeletrônicos para ambientes adversos é a vedação vidro-metal, abreviada para GTMS. A embalagem hermética que usa a tecnologia GTMS encapsula totalmente os componentes do sensor em materiais inorgânicos. Os componentes da carcaça de metal são combinados com condutores elétricos que utilizam vidros técnicos e soldas de metal para fornecer um gabinete impermeável e que praticamente resiste ao tempo ao redor de um componente ou sensor inteiro. O gás e a umidade não podem penetrar pela vedação de vidro, o que mantém altos níveis de hermética quase permanentes. Comparativamente, materiais de vedação não herméticos, como polímeros, envelhecem naturalmente ao longo do tempo e não podem manter um ambiente verdadeiramente hermético.Usando tecnologia de vedação vidro-metal, janelas ópticas podem ser adicionadas para fornecer um caminho óptico através das paredes do sensor. Uma variedade de janelas de vidro de alta qualidade está disponível para fornecer a melhor transmissão para sua combinação de materiais e comprimento de onda. Os revestimentos de passa-bandas e de filtro passa-alto minimizam o ruído óptico para aumentar a relação sinal-ruído.
Embalagens com vedação vidro-metal para fontes de luz
Embalagens com vedação vidro-metal para espelhos MEMS
As vedações vidro-metal proporcionam robustez excepcional
Uma consideração importante para as vedações vidro-metal é selecionar a combinação certa de vidro especial e metal. É fundamental que os dois materiais tenham coeficientes de expansão térmica (CTE) adequados, pois o vidro e o metal geralmente se expandem ou encolhem de forma diferente durante o processo de vedação. Uma combinação cuidadosamente selecionada também possibilita a colagem direta dos materiais sem a necessidade de materiais de interface adicionais. Uma vez fundidos juntos, a embalagem resultante de vidro e metal pode suportar, de forma durável, até mesmo as pressões e variações de temperatura mais extremas experimentadas pelos automóveis.
O design de pino típico de uma embalagem GTMS – também chamado de design de furo passante – permite que a embalagem do sensor seja firmemente conectada a uma placa de circuito impresso (PCB). Os pinos de contato elétrico podem ser inseridos e firmemente fixados à placa de circuito impresso usando solda, o que torna o conjunto altamente resistente a choques e vibrações. Além disso, as embalagens GTMS podem ser projetadas em um estilo de dispositivo de montagem em superfície (SMD). Esse estilo fornece pinos curtos que podem ser usados para montagem "pick and place" com técnicas de montagem de placas de circuito padrão do setor.
O parceiro de embalagem certo pode dar suporte a toda a sua jornada de desenvolvimento
Neste novo campo emergente, uma série de tecnologias de sensores LiDAR estão atualmente em andamento. Isso inclui sensores rotativos, scanners MEMS, matrizes de semicondutores e sistemas fotônicos. Embora os requisitos de embalagem de sensores LiDAR variem entre tecnologias e clientes, as empresas que produzem sistemas LiDAR precisam de um parceiro que entenda de embalagens eletrônicas de alta confiabilidade, tenha recursos avançados e sejam experientes em métodos automotivos. Esse parceiro de confiança deve ser capaz de dar suporte em cada etapa do desenvolvimento – desde a pesquisa e a prototipagem até a produção de alto volume – com qualidade consistentemente alta.
Georg Mittermeier
Gerente técnico de vendas