Titel

Hochfreguenzbaugruppe für Radarsensoren

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzbaugruppe für Radarsensoren, mit einem Hochfrequenzbauelement in der Form eines Package, das einen Halbleiterchip enthält und an seiner Oberfläche Anschlüsse zur Kontaktierung des Halbleiterchips aufweist, sowie mit einer Systemplatine mit Leiterbahnen zur Ansteuerung des Package, und mit einer Hohlleiterstruktur zur Übermittlung von Mikrowellensignalen an das oder von dem Package.

Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einer Hochfrequenzbaugruppe für Radarsensoren in Kraftfahrzeugen.

Stand der Technik

Bei den bisher in Kraftfahrzeugen eingesetzten Radarsensoren wird die Mikro- Wellenleiterstruktur zumeist durch Streifenleitungen auf einer hochfrequenztauglichen Platine gebildet, und das Package des Hochfrequenzbauelements ist auf der Oberfläche der Platine montiert. Zunehmend kommen jedoch auch Mikrowellenleiterstrukturen in der Form von Hohlleitern in Gebrauch, die generell eine verlustarme Übertragung der Mikrowellenleistung ermöglichen.

Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochfrequenzbaugruppe zu schaffen, die sich kostengünstig herstellen lässt und eine verlustarme Übertragung der Mikrowellenleistung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Package auf einer Adapterkarte angeordnet ist, die ihrerseits auf der Systemplatine angeordnet ist und das Package mit den Leiterbahnen der Systemplatine verbindet, und dass die Adapterkarte eine Mikrowellenleiterstruktur ausbildet, die direkt an die Hohlleiterstruktur ankoppelt.

Bei der erfindungsgemäßen Hochfrequenzbaugruppe braucht nur die Adapterkarte aus hochfrequenztauglichem Material zu bestehen, während die Systemplatine nicht hochfrequenztauglich zu sein braucht. Dadurch wird eine kostengünstige Fertigung der Baugruppe ermöglicht. Bei dem Package kann es sich um ein handelsübliches Package handeln, dass sich mit bekannten Montage- und Kontaktierungstechniken so auf der Adapterkarte montieren lässt, wie die Packages bisher auf der Systemplatine montiert werden. Durch die in die Adapterkarte integrierte Mikrowellenleiterstruktur wird eine verlustarme Kopplung des Package an die Hohleiterstruktur ermöglicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Mikrowellenleiterstruktur in der Adapterkarte kann wahlweise durch Streifenleitungen oder durch Hohlleiterstrukturen gebildet werden. Sofern die Adap- terkarte Hohlleiterstrukturen aufweist, können diese beispielsweise in SiW

(Substrate-integrated Waveguide) Technik ausgeführt sein.

Bei dem Package kann es sich beispielsweise um ein eWLB (embedded Wafer- Level Ball Grid Array) Package oder ein WLP (Wafer-Level Packaging) Modul handeln. Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine Hochfrequenzbaugruppe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische transparente Darstellung einer Hohlleiterstruktur in einer Adapterkarte; und

Fig 3 bis 9 schematische Schnittdarstellungen von Hochfrequenzbaugruppen gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Hochfrequenzbaugruppe gemäß der Erfindung in einem schematischen Schnitt dargestellt. Die Baugruppe weist eine Systemplatine 10 auf, die in bekannter Weise durch eine abwechselnde Folge von leitenden und nichtleitenden Schichten gebildet wird, wobei jedoch die nichtleitenden Schichten nicht aus einem hochfrequenztauglichen Material zu bestehen brauchen. Im gezeigten Beispiel ist die Systemplatine 10 auf beiden Seiten mit elektronischen Baugruppen 12, Steckkontakten 14 und dergleichen bestückt. Auf der Seite, die in Fig. 1 die Oberseite der Systemplatine 10 bildet, ist ein Hochfrequenzbau- element in der Form eines Package 16 angeordnet, beispielsweise eines eWLB-Package, dessen elektrische Anschlüsse durch eine gitterförmige Anordnung von Lötkugeln 18 gebildet werden. Anders als bei herkömmlichen Hochfrequenzbaugruppen ist das Package 16 hier jedoch nicht unmittelbar auf der Oberseite der Systemplatine 10 montiert, sondern auf einer Adapterkarte 20a, die ihrerseits auf der Oberseite der Systemplatine 10 montiert ist. Die leitenden Schichten der Systemplatine 10 bilden jeweils eine Anzahl von Leiterbahnen, die durch Durchkontaktierungen mit Leiterbahnen in anderen Schichten verbunden sind, so dass ein Netzwerk geschaffen wird, das die elektronischen Baugruppen 12 und die Steckkontakte 14 miteinander sowie auch mit der Adapterkarte 20a verbindet. Ähnlich wie die Systemplatine 10 weist auch die Adapterkarte 20a eine abwechselnde Folge von leitenden und nichtleitenden Schichten auf, die ein Netz von über Durchkontaktierungen verbundenen Leiterbahnen bilden, durch das die Lötkugeln 18 des Package 16 elektrisch mit Kontakten 22 an der Unterseite der Adapterkarte und über diese dann mit den Leiterbahnen der Systemplatine 10 verbunden werden.

Das Package 16 enthält einen Halbleiterchip, beispielsweise einen MMIC Chip (Monolithic Microwave Integrated Circuit), der dazu dient, Mikrowellensignale zu erzeugen und/oder zu verarbeiten.

In Fig. 1 ist auf der Oberseite der Systemplatine 10 angrenzend an ein Ende der Adapterkarte 20a und des Package 16 eine Hohlleiterstruktur 24 angeordnet, die entweder selbst eine Antennenanordnung bildet oder dazu dient, die im Package 16 erzeugten Mikrowellensignale an eine oder mehrere Antennen wei- terzuleiten und/oder die von den Antennen empfangenen Signale an den MMIC

Chip weiterzuleiten. Die Adapterkarte 20 besteht aus hochfrequenztauglichem Material und weist im Inneren eine Mikrowellenleiterstruktur 26 auf, über die der MMIC-Chip an die Hohlleiterstruktur 24 gekoppelt ist. In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel weist das Package 16 eine Koppelstelle 28 zur elektromagnetischen Strahlungsankopplung des MMIC an ein Ende der Hohlleiterstruktur 26 auf. Am entgegengesetzten Ende bildet die Mikrowellenleiterstruktur 26 ein Fenster 30, das sich nach oben in die Hohlleiterstruktur 24 öffnet, so dass die Mikrowellensignale in die Hohlleiterstruktur 24 eingekoppelt oder auf aus dieser ausgekoppelt werden können. Für den Aufbau der Hohllei- terstruktur 24 sind zahlreiche Ausführungsformen bekannt, weshalb die Einzelheiten der Hohlleiterstruktur hier nicht näher gezeigt und beschrieben werden.

Die Mikrowellenleiterstruktur 26 kann beispielsweise eine Hohlleiterstruktur in SiW-Technik sein. Der allgemeine Aufbau einer solchen Hohlleiterstruktur 26 ist in Fig. 2 illustriert. Eine der elektrisch leitenden Schichten der Adapterkarte 20a bildet eine rechteckige, elektrisch leitende untere Abschlussfläche 32 der Hohlleiterstruktur, die hier die Mikrowellenleiterstruktur 26 bildet. Der Raum oberhalb dieser Abschlussfläche 32 ist durch Durchkontaktierungen 34 „eingezäunt. Die Abstände zwischen den benachbarten Durchkontaktierungen 34 sind dabei kleiner als die Wellenlänge der zu übertragenden Mikrowellen, so dass die Durchkontaktierungen 34 zusammen wie die leitenden Wände eines Hohlleiters wirken. Eine leitende Schicht an der Oberseite der Adapterkarte 20a bildet eine obere Abschlussfläche 36 der Hohlleiterstruktur. Die obere Abschlussfläche 36 hat ebenfalls einen rechteckigen Grundriss, ist jedoch kürzer als die untere Abschlussfläche 32, so dass an den entgegengesetzten Enden des Hohlleiters einerseits das bereits erwähnte Fenster 30 für die Ankopplung an die Hohlleiterstruktur 24 und andererseits ein weiteres Fenster 38 gebildet wird, das der Koppelstelle 28 (Fig. 1 ) gegenüberliegt. Es versteht sich, dass in dem von den Durchkontaktierungen 34 umschlossenen Raum alle elektrisch leitenden Schichten der Adapterkarte 20, die zwischen den Abschlussflächen 32 und 36 liegen, entfernt bzw. ausgenommen sind, so dass sie die Ausbreitung der Mikrowellen nicht behindern. Fig. 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Hochfrequenzbaugruppe mit einer Adapterkarte 20b, die sich von der Adapterkarte 20a nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass sich das Fenster 30 zur Ankopplung an die Hohlleiterbaugruppe 24 nicht an der Oberseite der Adapterkarte sondern in einer Stirnseite der Adapterkarte befindet. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem sich eine Hohlleiterstruktur 24c an der Unterseite einer Systemplatine 10c befindet. Die Systemplatine 10c unterscheidet sich von der Systemplatine 10 in den vorherigen Ausführungsbeispielen dadurch, dass sie an einer Stelle einen Durchbruch 40 aufweist, der von der Oberseite bis zur Unterseite durchgeht und nicht durch elektrisch leitende Schichten unterbrochen ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine Adapterkarte 20c eingesetzt, die sich von den zuvor beschriebenen Adapterkarten dadurch unterscheidet, dass sich das Fenster 30 zur Unterseite, nämlich zu dem Durchbruch 40 hin öffnet. Die Mikrowellenleiterstruktur 26 hat in diesem Fall eine L-förmige Konfiguration, mit einem waagerechten Ast, der sich von der Koppelstelle 28 bis zur Position des Durchbruchs erstreckt, und einem vertikalen Ast, der den waagerechten Ast mit dem Durchbruch 40 verbindet. Die Mikrowellenleiterstruktur 26 kann auch diesem Beispiel eine Hohlleiterstruktur in SiW-Technik sein. Der Durchbruch 40 kann eine mit Luft gefüllte Bohrung oder Ausfräsung der Platine sein, kann jedoch wahlweise auch mit einem Dielektrikum gefüllt sein. Die vertikalen Wände des Durchbruchs 40 können wahlweise metallisiert oder mit Durchkontaktierungen eingezäunt sein oder durch ein metallisiertes Plugin gebildet werden. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die in Fig. 1 gezeigte Adapterkarte 20a ersetzt ist durch eine Adapterkarte 20d. Der Unterschied besteht darin, dass die Mikrowellenleiterstruktur 26 anstelle der Hohlleiterstruktur einen Streifenleiter 42 aufweist. Die Auskopplung des Mikrowellensignals aus dem MMIC erfolgt in diesem Fall durch galvanische Kopplung zwischen der Streifenleitung 42 und einer oder mehreren der Lötkugeln 18 des Package 16. Das Fenster 30 aus Fig. 6 ist ersetzt durch ein Patch 44, das das über die Streifenleitung 42 übermittelte Signal in die Hohlleiterstruktur 24 einkoppelt.

Die Streifenleitung 42 kann wahlweise an der Oberseite oder im Inneren der Leiterkarte 20d geführt sein und kann auf irgendeine bekannte Weise ausgestaltet sein, beispielsweise als geschirmte oder ungeschirmte Mikrostreifenlei- tung, als „Triplate“-Leitung „Suspended-Substrate“-Leitung, Mikrostreifenleitung mit Masseschlitz, mehrere gekoppelte Mikrostreifenleitungen, koplanare Streifenleitung, Koplanarleitung, Schlitzleitung oder geschirmte Schlitzleitung bzw. Fin-Leitung.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das die in Fig. 4 gezeigte Hohlleiterstruktur 24c und die Systemplatine 10c mit einer Adapterkarte 20e kombiniert, bei der die Mikrowellenleiterstruktur 26 ähnlich wie in Fig. 5 eine Streifenleitung 42 und ein Patch 44 aufweist. In diesem Fall befindet sich jedoch an der Unterseite der Adapterkarte ein weiteres Patch 46, das zusammen mit dem Patch 44 einen Resonator zur Auskopplung der Mikrowellenleistung in den Durchbruch 40 bildet. In den zwischen dem beiden Patches 44, 46 liegenden Raum der Adapterkarte 20 sind alle leitenden Schichten entfernt bzw. ausgenommen, so dass ein ununterbrochener Resonanzraum gebildet wird.

Für den Durchbruch 40 sind auch in dieser Ausführungsform alle Ausgestaltungen denkbar, die weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 4 genannt wurden.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 dadurch unterscheidet, dass anstelle der Adapterkarte 20e eine

Adapterkarte 20f vorgesehen ist, die zur Übertragung des Mikrowellensignals zwischen der Streifenleitung 42 und dem Patch 46 anstelle eines Resonators eine Koaxialleitung 48 aufweist. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 dadurch unterscheidet, dass anstelle der Adapterkarte 20f eine Adapterkarte 20g vorgesehen ist, die anstelle der Koaxialleitung 48 eine Hohlleiterstruktur 50, z.B. einen SiW-SiW-Hohlleiterübergang aufweist, der beispielsweise entsprechend dem in Fig. 2 illustrierten Prinzip ausgebildet ist. Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dadurch unterscheidet, dass die Adapterkarte 20a ersetzt ist durch eine Adapterkarte 20h, bei der die Mikrowellenleiterstruktur 26 die galvanisch an eine der Lötkugeln 18 gekoppelte Streifenleitung 42 sowie eine Hohllei- terstruktur 52 (SiW-SiW-Hohlleiterübergang) aufweist, der ein sich nach oben öffnendes Fenster zur Ankopplung an die Hohlleiterstruktur 24 bildet.