提升汽車攝像頭模組：極端溫度耐受性的設計策略

汽車技術的快速演變，特別是在自動駕駛和先進駕駛輔助系統（ADAS）方面，對汽車提出了嚴格的要求。 相機模組. 由於這些系統在很大程度上依賴於環境感知，因此在極端溫度（-40°C 至 85°C）下確保可靠的性能至關重要。本文探討了創新的設計策略和技術，使汽車攝像頭模組能夠在惡劣的熱條件下保持精確性和耐用性。

汽車攝影機面臨由於溫度波動而帶來的獨特挑戰：

• 低溫風險：在 -20°C 以下，鏡頭結霜和感應器信號劣化可能會影響能見度。傳統系統可能需要超過 8 分鐘來除霜，這會增加延遲危險檢測的風險。

• 高溫降解：長時間暴露於熱源（例如，陽光引起的鏡頭溫度高達75°C）會加速元件老化，導致影像失真和動態範圍減少。

• 熱循環應力：極端之間的快速溫度變化會引起機械應力，可能導致焊接接頭開裂或基板變形。

這些問題突顯了對強健熱管理解決方案的需求。

極端溫度情境中的主要設計挑戰

• 材料相容性：光學元件必須抵抗熱膨脹不匹配。例如，玻璃鏡頭（具有低熱膨脹係數）在保持焦點穩定性方面優於塑料。

• 電子產品可靠性：影像感測器（CIS）和處理器在運作過程中會產生熱量，需要有效的散熱以避免過熱。

• 冷凝控制：温度差异可能导致湿气积聚，雾化镜头并阻碍能见度。

1. 先進熱調節技術

• 整合加熱元件：

• PI (聚酰亚胺) 加热膜：这些膜提供快速响应（在 -35°C 下解冻 2.5 分钟）和高耐用性（使用寿命超过 10,000 小时）。它们的纳米银墨水印刷实现了精确的电阻控制（10–50Ω/cm²）和双层石墨烯涂层，具有 150 W/mK 的热导率。

• PTC 熱敏電阻：自我調節的加熱元件，根據環境溫度調整功率，防止過熱。

• 被動冷卻系統：

• 散熱器由氮化鋁（AlN）等材料製成，將熱量從敏感元件中散發出去。

• 熱導電膠粘劑（例如，BERGQUIST TIMs）填補IC和散熱器之間的間隙，提高熱傳導效率。

2. 材料創新

• 混合鏡頭設計：結合玻璃和塑料基材平衡耐用性和成本。三星最新的汽車模組使用漸變折射率玻璃-塑料複合材料來抵抗熱衝擊並保持光學清晰度。

• 防腐塗層：在印刷電路板和連接器上的氟聚合物薄膜可抵禦潮濕和污染物，對於沿海或工業環境至關重要。

3. 結構增強

• 封裝技術：防水材料如矽膠可保護內部元件免受濕氣和熱循環的影響。例如，亨克爾的TECHNOMELT低壓成型化合物可保護PCB免受振動和熱應力的影響。

• 主動氣流管理：相機外殼中的微流體通道重新導向氣流，以冷卻關鍵區域而不引入灰塵。

• 三星的汽車攝像頭：具備自清潔的疏水塗層和1分鐘融冰加熱器，這些模組的壽命比競爭對手長6倍。

• ON Semiconductor的熱解決方案：先進的熱成像傳感器集成了溫度補償像素，確保在-40°C到105°C範圍內的準確性。

• 亨克爾的粘合系統：雙固化環氧樹脂（UV + 熱）在不變形的情況下粘合光學元件，耐受高達80°C的熱梯度。

• AI驅動的熱預測：機器學習算法預測溫度激增（例如，來自太陽輻射）並預先調整加熱/冷卻系統。

• 相變材料 (PCMs)：嵌入外殼中的微膠囊在熱循環過程中吸收和釋放熱量，穩定模組溫度。

• 模組化熱架構：可更換的加熱/冷卻單元允許OEM為特定氣候（例如，北極與沙漠車輛）定制解決方案。

隨著汽車攝像頭演變成為安全和自主駕駛不可或缺的“眼睛”，其熱穩定性設計成為可靠性的基石。通過利用先進材料、智能加熱/冷卻系統和預測分析，製造商可以確保攝像頭在最惡劣的條件下也能完美運行。對於OEM和Tier 1供應商來說，投資這些創新不僅僅是技術上的必要性——它是850億美元汽車攝像頭市場中的戰略必然。