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Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für eine Hochfrequenzantenne. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausbildung einer

Schaltungsanordnung, einen Substratträger mit einer Vielzahl von

Schaltungsanordnungen sowie die Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltungsanordnung.

Stand der Technik

Eine Schaltungsanordnung für eine Hochfrequenzantenne mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der DE 197 10 811 B4 bekannt. Die bekannte Schaltungsanordnung weist eine metallische Grundplatte auf, auf der ein aus dielektrischem Material in Form eines Quarzes bestehendes

Substratelement angeordnet ist. Auf der der Grundplatte abgewandten Seite des Substratelements ist mit dessen Oberseite ein elektronisches Bauelement verbunden, neben dem ebenfalls auf der Oberfläche des Substratelements Antennenelemente angeordnet sind. Die Oberseite der Grundplatte ist im Bereich des elektronischen Bauelements und der Antennenelemente mittels eines aus dielektrischem Material bestehenden Deckels überdeckt. Der Deckel stellt eine Kapselung dar, die das Substratelement bzw. die auf dem Substratelement befindlichen Bauelemente beispielsweise vor Oxidation schützt. Als nachteilig wird bei einer derartigen Kapselung angesehen, dass die Montage und beispielsweise das Evakuieren oder aber Fluten des Innenraums des

Deckelelements mit einem inerten Gas sowie das anschließende hermetische Verschließen des Innenraums des Deckels einen relativ großen

Montageaufwand darstellt, der darüber hinaus zur Sicherstellung der

Funktionalität der Schaltungsanordnung prozesstechnisch aufwendig überwacht werden muss. Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine Hochfrequenzantenne mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass sie sich in

fertigungstechnischer Sicht besonders einfach, kostengünstig und prozesssicher hersteilen lässt. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest das wenigstens eine elektronische Bauelement zu dessen Schutz von einer

Moldmasse als Kapselung umgeben ist. Derartige Moldmassen haben insbesondere den Vorteil, dass sie sich relativ einfach prozesstechnisch verarbeiten lassen und einen sicheren Schutz des elektronischen Bauelements gegenüber äußeren, die Funktionalität des Bauelements beeinflussenden Faktoren ermöglichen. Weiterhin ermöglicht es die Verwendung einer

Moldmasse, Substrate mit darauf angeordneten Bauelementen besonders einfach aus einem eine Vielzahl von Bauelementen aufweisenden Substratträger herzustellen, wobei die Substratelemente nach dem (vollflächigen) Umschließen der Bauelemente auf der Oberseite des Substratträgers aus diesem vereinzelt bzw. ausgetrennt werden. Somit ermöglicht es die Verwendung einer Moldmasse zum Schutz des wenigstens einen elektronischen Bauelements in besonders vorteilhafter Art und Weise, derartige Schaltungsanordnungen mit

Substratelementen in großtechnischer Fertigung hersteilen zu können. Derartige Schaltungsanordnungen können darüber hinaus besonders einfach mit einer größeren elektronischen Schaltung bzw. einem Schaltungsträger verbunden werden, um Teil einer elektronischen Baugruppe oder ähnliches zu sein.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für eine Hochfrequenzantenne sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Zur Erzielung optimaler Strahlungseigenschaften der Hochfrequenzantenne ist es besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Substratelement aus Glas oder Keramik ausgebildet ist.

Wie bereits erläutert, sieht es ein bevorzugter Anwendungsfall der

Schaltungsanordnung vor, dass diese zusätzlich zumindest mittelbar mit einem Schaltungsträger elektrisch verbunden ist. Ein derartiger Schaltungsträger kann beispielsweise eine elektronische Baugruppe oder ein Teil eines Steuergeräts sein, das als Bestandsteil eines Fahrerassistenzsystems zur Abstandswarnung oder ähnlichem in einem Fahrzeug dient.

Insbesondere in Verbindung mit dem angesprochenen Schaltungsträger ist es zur Erzielung optimaler Sende- bzw. Empfangseigenschaften der

Antennenelemente von Vorteil, wenn das wenigstens eine Antennenelement auf der dem Schaltungsträger abgewandten Seite auf dem Substratelement angeordnet ist, sodass der Schaltungsträger keine Abschirmung für die

Antennenelemente ausbildet.

Bei dem zuletzt angesprochenen Anwendungsfall kann es zur Minimierung der erforderlichen Baugröße des Substratelements vorgesehen sein, dass das wenigstens eine elektronische Bauelement auf der dem wenigstens einen Antennenelement gegenüberliegenden Seite auf dem Substratelement, d.h. auf der dem Schaltungsträger zugewandten Seite angeordnet ist. Zur elektrischen Kontaktierung zwischen dem wenigstens einen Antennenelement und dem elektronischen Bauelement auf dem Substratelement können beispielsweise Durchkontaktierungen oder elektrisch leitende Beschichtungen an dem Substrat vorgesehen sein.

In Weiterbildung des zuletzt gemachten Vorschlags kann es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine elektronische Bauelement unter Zwischenlage zumindest eines HF-Prepregelements mit dem Substratelement verbunden ist. Dieses HF-Prepregelement ist typischerweise über eine metallische

Beschichtung, die auf der dem elektronischen Bauelement abgewandten Seite des HF-Prepregelements angeordnet ist und mit dem Substrat wiederum elektrisch kontaktiert ist, mit dem wenigstens einen Antennenelement verbunden. Ein Prepregelement hat den Vorteil, dass auf dem Substratelement eine oder mehrere zusätzliche Umverdrahtungslage eingefügt werden kann/können, was einen Anschluss eines komplexen HF ICs beispielsweise als Flip Chip Element ermöglicht.

Unter einem Prepregelement (pregrep: englische Kurzform für preimpregnated fibres) kann ein vorimprägniertes Faserelement verstanden werden. Hierunter fallen beispielsweise mit Reaktionsharzen vorimprägnierte textile Faser-Matrix- Halbzeuge, die zur Herstellung von Bauteilen unter Temperatur und Druck ausgehärtet werden.

Um auf möglichst einfache Art und Weise die elektrische Kontaktierung des Substrats mit einem Schaltungsträger zu ermöglichen, wenn sich das mit der Moldmasse umgebene elektronische Bauelement auf der dem Schaltungsträger zugewandten Seite befindet, ist es vorgesehen, dass das Substratelement oder das HF-Prepregelement über Lötverbindungen mit dem Schaltungsträger verbunden ist, und dass das Substratelement im Bereich der Lötverbindungen moldmassenfrei ausgebildet ist, um die Kontaktierung möglichst einfach und sicher auszubilden. Dadurch wird eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Schaltungsträger und dem Substratelement ermöglicht.

Alternativ bzw. im Gegensatz zu einer Anordnung des wenigstens einen elektronischen Bauelements und des wenigstens einen Antennenelements auf unterschiedlichen Seiten des Substratelements kann es vorgesehen sein, dass das wenigstens eine elektronische Bauelement und das wenigstens eine

Antennenelement auf der gleichen Seite auf dem Substratelement angeordnet sind. Eine derartige Ausbildung ermöglicht es insbesondere, die elektrische Verbindung zwischen dem wenigstens einen Antennenelement und dem wenigstens einen elektronischen Bauelement einfacher auszubilden oder aber die Fertigung rationeller zu gestalten. Weiterhin wird dadurch die Bauhöhe der Schaltungsanordnung verringert, was insbesondere in Verbindung mit einer mit dem Schaltungsträger verbundenen Schaltungsanordnung von Vorteil sein kann, da dann der Abstand zwischen dem Schaltungsträger und dem Substratelement relativ gering ist, was die Ausbildung der elektrischen Verbindung bzw.

Kontaktierung vereinfacht.

Eine Weiterbildung des zuletzt gemachten Erfindungsgedankens, bei dem sowohl das wenigstens eine elektronische Bauelement als auch das wenigstens eine Antennenelement einerseits besonders gut gegenüber Umwelteinflüssen geschützt sind, und andererseits nichtsdestotrotz relativ gute Sende- bzw.

Empfangseigenschaften des wenigstens einen Antennenelements ermöglicht werden, sieht vor, dass das wenigstens eine Antennenelement mit Moldmasse überdeckt ist, und dass auf der Moldmasse auf der dem Substratelement abgewandten Seite wenigstens ein Strahlformungselement, vorzugsweise in Form einer metallischen Schicht, für das wenigstens eine Antennenelement angeordnet ist. Eine derartige Ausbildung hat insbesondere auch den Vorteil, dass die ansonsten durch die Moldmasse verschlechterten Sende- bzw.

Empfangseigenschaften des wenigstens einen Antennenelements nicht bzw. nur in geringem Ausmaß beeinflusst oder sogar verbessert werden können.

In alternativer Anordnung zum zuletzt gemachten Vorschlag kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest der Bereich, in dem das wenigstens eine Antennenelement auf dem Substratelement angeordnet ist, moldmassenfrei ausgebildet ist. Dadurch werden optimale Sende- und Empfangseigenschaften auch ohne zusätzliche Strahlformungselemente ermöglicht.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Ausbildung einer

Schaltungsanordnung, die vorzugsweise auf die oben beschriebene Art und Weise ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei zumindest folgende Schritte: Zunächst werden eine Vielzahl von

Antennenelementen auf der Oberfläche eines in einzelne Substratelemente vereinzelbaren Substratträgers ausgebildet. Danach erfolgen ein zumindest mittelbares Anordnen einer Vielzahl von jeweils identisch ausgebildeten elektronischen Bauelementen auf dem Substratträger und ein elektrisches Kontaktieren der Bauelemente mit den Antennenelementen. Anschließend erfolgt ein Ummolden der Seite des Substratträgers, auf dem sich die elektronischen Bauelemente befinden. Zuletzt findet ein Vereinzeln der Substratelemente aus dem Substratträger statt. Das zuletzt erwähnte Vereinzeln der Substratelemente aus dem Substratträger wird üblicherweise mittels Sägetechniken, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt sind, vorgenommen.

Eine Weiterbildung des zuletzt beschriebenen Verfahrens sieht vor, dass die vereinzelten Substratelemente anschließend mit jeweils einem Schaltungsträger verbunden werden.

Zur Optimierung der Sende- bzw. Empfangseigenschaften der

Antennenelemente ist es darüber hinaus vorgesehen, dass der Bereich der Antennenelemente vor dem Vereinzeln der Substratelemente durch Freistellen oder Schützen ohne Moldmasse ausgebildet wird, oder dass auf der Moldmasse im Bereich der von Moldmasse überdeckten Antennenelemente

Strahlformungselemente für die Antennenelemente angeordnet werden.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch einen Substratträger mit einer Vielzahl von auf die oben beschriebene Art und Weise hergestellten Schaltungsanordnungen.

Eine bevorzugte Verwendung erfindungsgemäßer Schaltungsanordnungen besteht darin, diese als Bestandteil eines Fahrassistenzsystems in einem

Fahrzeug zu verwenden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1

bis

Fig. 4 zeigt in jeweils vereinfachten Längsschnitten mit einem

Schaltungsträger verbundene, unterschiedlich ausgebildete Schaltungsanordnungen,

Fig. 5 zeigt einen Substratträger, der zur Ausbildung von

Substratelementen dient, wie diese in der Fig. 1 bis Fig. 4 dargestellt sind, in Draufsicht und

Fig. 6 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung der wesentlichen

Verfahrensschritte zur Ausbildung einer Schaltungsanordnung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. In der Fig. 1 ist eine erste Schaltungsanordnung 10 zur Ausbildung einer

Hochfrequenzantenne 1 dargestellt, die mit einem Schaltungsträger 12, zum Beispiel in Form einer eine (nicht gezeigte) elektronische Schaltung

aufweisenden Leiterplatte 14 oder ähnlichem über Lötverbindungen 16 verbunden ist. Die Lötverbindungen 16 in Form von sogenannten Lötbumps sind im Bereich von Metallisierungen 18 oder Lands auf der Oberseite des

Schaltungsträgers 12 angeordnet und verbinden die Schaltungsanordnung 10 mit der erwähnten elektronischen Schaltung des Schaltungsträgers 12. Der

Schaltungsträger 12 bzw. die Schaltungsanordnung 10 sind beispielsweise Bestandteil eines im Einzelnen nicht dargestellten Steuergeräts, das als

Fahrerassistenzsystem in einem Fahrzeug beispielsweise zur Abstandsmessung dient.

Die Schaltungsanordnung 10 umfasst ein im Ausführungsbeispiel Glaswerkstoff aufweisendes Substratelement 20, auf dessen dem Schaltungsträger 12 abgewandten Oberseite wenigstens ein (HF-) Antennenelement 22 in Form einer metallischen Leitungsstruktur durch Beschichten oder Bedrucken ausgebildet ist. Das wenigstens eine Antennenelement 22 ist elektrisch auf der dem wenigstens einen Antennenelement 22 abgewandten Seite des Substratelements 20 mit einer metallischen Beschichtung 24 (die eine elektrische Masse ausbildet) elektrisch kontaktiert. Die Beschichtung 24 ist wiederum mit einem HF- Prepregelement 26 verbunden, das beispielsweise aus einem PCB oder einem Laminat, wie Tachyon besteht. Auf der der Beschichtung 24 abgewandten Seite des HF-Prepregelements 26 ist wenigstens ein elektronisches Bauelement 30 in Form eines ICs o.ä. angeordnet und mittels Verbindungen 32 elektrisch zumindest mittelbar mit dem wenigstens einen Antennenelement 22 verbunden.

Das elektronische Bauelement 30 ist zumindest in seinem unmittelbaren Bereich an seiner Oberseite sowie den Seitenflächen von einer Moldmasse 34 umgeben bzw. geschützt angeordnet. Seitlich neben der Moldmasse 34 sind die

Lötverbindungen 16 angeordnet, welche die elektrische Verbindung zwischen dem Schaltungsträger 12 und dem HF-Prepregelement 26 ausbilden, wozu das HF-Prepregelement 26 entsprechend ausgebildete, nicht dargestellte metallische Beschichtungen oder ähnliches aufweist. Die in der Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung 10a unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 10 gemäß der Fig. 1 dadurch, dass die

Schaltungsanordnung 10a weder eine metallische Beschichtung 24 noch ein HF- Prepregelement 26 aufweist. Vielmehr ist das elektronische Bauelement 30 unmittelbar mit dem Substratelement 20 elektrisch leitend verbunden.

Während bei den Fig. 1 und 2 sich das wenigstens eine elektronische

Bauelement 30 und das wenigstens eine Antennenelement 22 auf

gegenüberliegenden Seiten des Substratelements 20 befinden, sind bei der Schaltungsanordnung 10b gemäß der Fig. 3 sowohl das wenigstens eine Antennenelement 22 als auch das wenigstens eine elektronische Bauelement 30 auf der dem Schaltungsträger 12 abgewandten Oberseite des Substratelements 20 angeordnet. Beispielhaft befindet sich das wenigstens eine Antennenelement 22 seitlich neben dem elektronischen Bauelement 30, wobei das elektronische Bauelement 30 über elektrische Verbindungen 36 mit dem Antennenelement 22 bzw. dem Substratelement 20 elektrisch leitend verbunden ist. Weiterhin ist es vorgesehen, dass die gesamte Oberseite bzw. der gesamte Bereich des

Substratelements 20 von der Moldmasse 34 überdeckt ist. Zur Verbesserung der Sende- bzw. Empfangseigenschaften des Antennenelements 22 sind auf der Moldmasse 34 in Wirkverbindung mit dem Antennenelement 22 angeordnete Strahlformungselemente 38 vorgesehen, die beispielsweise in Form einer metallischen Beschichtung oder ähnlichem ausgebildet sind.

Zuletzt ist in der Fig. 4 ein gegenüber Fig. 3 modifiziertes Ausführungsbeispiel mit einer Schaltungsanordnung 10c dargestellt. Die Schaltungsanordnung 10c unterscheidet sich von der Schaltungsanordnung 10b gemäß der Fig. 3 dadurch, dass der Bereich um das Antennenelement 22 von Moldmasse 34 befreit ist, indem dort keine Moldmasse 34 aufgebracht wurde. Somit ist lediglich der Bereich des elektronischen Bauelements 30 auf dem Substratelement 20 von Moldmasse 34 umgeben. Dadurch, dass das Antennenelement 22 nicht von Moldmasse 34 umgeben ist, kann auf die in der Fig. 3 dargestellten

Strahlformungselemente 38 verzichtet werden.

In der Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines Substratträgers 50 dargestellt, der zur Herstellung jeweils einer Vielzahl von Schaltungsanordnungen 10a bis 10c auf rechteckförmigen Substratelementen 20 dient. Die Substratelemente 20 bzw. Schaltungsanordnungen 10a bis 10c werden nach deren Ausbildung

beispielsweise durch Aussägen oder ähnliche, an sich aus dem Stand der Technik bekannte Trenntechnologien, aus dem Substratträger 50 abgetrennt bzw. vereinzelt.

Zur Erläuterung der wesentlichen Verfahrensschritte bei der Ausbildung der Schaltungsanordnungen 10, 10a bis 10c an dem Substratträger 50 wird nunmehr auf die Fig. 6 verwiesen: Darin ist erkennbar, dass zunächst in einem ersten Fertigungsschritt 101 eine Vielzahl von Antennenelementen 22 auf der

Oberfläche des in einzelne Substratelemente 20 vereinzelbaren Substratträgers 50 ausgebildet werden. Anschließend erfolgt in einem Fertigungsschritt 102 ein zumindest mittelbares Anordnen einer Vielzahl von jeweils identisch

ausgebildeten elektronischen Bauelementen 30 auf dem Substratträger 50 und ein elektrisches Kontaktieren der elektronischen Bauelemente 30 mit den Antennenelementen 22. Danach erfolgt in einem Fertigungsschritt 103 ggf. ein Freistellen bzw. Schützen von Bereichen, in denen keine Moldmasse 34 aufgebracht werden soll. Anschließend erfolgt in einem Schritt 104 ein

Ummolden mit Moldmasse 34 der Seite des Substratträgers 50, auf dem sich die elektronischen Bauelemente 30 befinden mit Ausnahme ggf. der Bereiche, die im Schritt 103 freigestellt worden sind. Die freigestellten Bereiche sind die Bereiche, in denen wenigstens eine elektrische Verbindung mit dem Schaltungsträger 12 oder die Anordnung der Antennenelemente 22 erfolgt ist. Anschließend erfolgt in einem Fertigungsschritt 105 ein Vereinzeln von Substratelementen 20 aus dem Substratträger 50. Ggf. kann vor dem Vereinzeln der Substratelemente 20 noch das Anordnen der Strahlformungselemente 38 erfolgen.

Nach dem Fertigungsschritt 105 erfolgt zum Beispiel das elektrische Verbinden der Substratelemente 20 mit jeweils einem Schaltungsträger 12 entsprechend der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Anordnungen.

Die soweit beschriebenen Ausführungsbeispiele können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.