CN108807285B - 用于高频芯片的壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于物位测量用雷达设备中的高频芯片(113)的壳体(100)。壳体(100)包括：高频芯片(113)，其具有高频端子(114)和电源端子(115)；多个水平金属层(104至107)；多个垂直金属连接线(110至111，116，117，120)；以及外部电源端子(101)，其用于将高频芯片(113)连接至物位测量用雷达设备的电路板。高频芯片(113)以导电的方式被附接至水平金属层中的一者(105)，并被嵌入在位于水平金属层(104至107)之间的聚合物化合物(108)中。高频芯片(113)的电源端子(115)经由水平金属层中的至少一者(106)并且经由垂直金属连接线中的至少一者(117，120，110)连接到外部电源端子(101)。而且，高频芯片(113)的高频端子(114)经由水平金属层中的至少一者(106，107)并且/或者经由垂直金属连接部(116，111)连接到用于解耦并接收雷达波的天线(123)。

Description

用于高频芯片的壳体
技术领域
本发明涉及用于高频芯片的壳体。特别地，本发明涉及用于在物位测量用雷达设备中使用的高频芯片的壳体。其它权利要求涉及物位测量用雷达设备、包括前述的用于高频芯片的壳体的雷达设备。
背景技术
EP2189765A1公开了一种用于物位测量并在高于75GHz的频率处使用的高频模块。该高频模块包括微波半导体、电路板和与电路板粘合地接合的壳体。为了减小所需功率，微波半导体以脉冲(或定时)方式操作。使用被粘合地固定在壳体罩上的阻尼材料来抑制壳体振荡，另外，壳体罩提供了机械损伤保护。然而，根据EP2189765A1，这类壳体相对复杂，需要使用专门材料、部件和技术，且因此不能以经济有效的方式生产。
发明内容
因此，本发明的目的在于能够特别地提供一种用于物位测量用雷达设备中的高频芯片的壳体，该壳体尤其能够简单地且经济有效地进行生产。
该目的是通过本发明的主题来实现的。下面的说明以及附图的主题给出了有利实施例。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于物位测量用雷达设备中的高频芯片的壳体。壳体包括具有高频端子和电源端子的高频芯片、多个水平金属层、多个垂直金属连接线以及用于将高频芯片连接到物位测量用雷达设备的电路板的外部电源端子。
高频芯片以导电的方式被附接至，特别地被粘合地接合至水平金属层中的一者，且被嵌入在位于水平金属层之间的聚合物化合物中。高频芯片的电源端子经由水平金属层中的至少一者并且经由垂直金属连接线中的至少一者连接到外部电源端子。另外，高频芯片的高频端子经由水平金属层中的至少一者并且/或者经由垂直金属连接部中的至少一者连接到用于解耦并接收雷达波的天线。
根据本发明的第一方面的壳体适用于高频。通过提供如上所述的水平层和垂直金属连接线，能够省掉EP2189765A1公开的通过接合线实现的与高频芯片的接触。于是，能够省略相应的额外的且复杂的制造步骤，这种节省带来了显著的成本优势。此外，能够省掉EP2189765A1公开的焊接玻璃导出体(leadthrough)，从而允许进一步的成本优势。
根据实施例，壳体还包括被集成在壳体中的天线，尤其是平面天线，高频端子经由水平金属层中的至少一者并且/或者经由垂直金属连接部中的至少一者直接连接到被集成在壳体中的天线。这种情况下，天线可以以平面的方式被布置水平金属层中的至少一者上，尤其被布置在被涂覆在壳体的上表面上的水平金属层上。
根据替代实施例，壳体还包括波导，高频端子经由水平金属连接部中的至少一者并且/或者经由水平金属层中的至少一者连接到波导，波导连接到用于解耦并接收雷达波的天线。优选地，水平金属层被设计成将高频信号发射到壳体内部的共振腔中，共振腔的尺寸被设定成使得高频信号被从水平金属层释放并被转换成能够被波导解耦的波导型波。
根据另一实施例，聚合物化合物形成直接位于高频芯片的上方的气隙。聚合物化合物的介电常数可具有大于1的值。于是，由于高频结构通常直接位于高频芯片的表面上，所以高频芯片的高频性能在某些环境下将受到不利影响。高频芯片上方的气隙有助于减小对高频芯片的高频性能的可能的不利影响。
此外，壳体可包括电容器。电容器可被布置在壳体的内部并位于高频芯片的电源端子的附近，并经由垂直连接线中的至少一者连接到高频芯片的电源端子。高频芯片的电源端子可经由电容器与电路接地分离。这种情况下，电容器可被设计成已知的单层电容器，且位于相对于电源端子尽可能近的位置处，能够以与高频芯片的方式将电容器嵌入在聚合物化合物中。
根据另一实施例，高频芯片被设计成使用脉冲电源进行操作。使用脉冲电源进行操作对于物位测量技术中的电路来说是常见的，在测量周期中存在当不必要的电路部分能够与电源断开连接以便节省能量时的时间或时间段。能够使高频芯片在根据本发明的壳体中无故障地并使用脉冲电源以节能的方式进行操作。
此外，水平金属层中的一者可形成为壳体的用于电磁屏蔽并用于保护壳体内部的电路结构免受机械损伤的屏蔽层。屏蔽层有助于保护高频芯片免受外部的电磁影响。而且，屏蔽层能够是从高频芯片或被布置在壳体内部的其它电路部分朝向外部的不期望的辐射。为此，特别优选地，屏蔽层可连接到电路接地。此外，屏蔽层能够防止对壳体内部的位于屏蔽层下方的电路结构的机械损伤。特别地，屏蔽层能够省掉EP2189765A1公开的用于电磁屏蔽并用于机械损伤保护的金属罩。特别地相对于这类金属罩，屏蔽层更加经济有效。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于物位测量用雷达设备的雷达模块。雷达模块包括根据本发明的第一方面的壳体。根据本发明的第三方面，提供了一种用于物位测量的雷达设备。雷达设备包括根据本发明的第二方面的雷达模块的雷达设备。对于根据本发明的第二方面的雷达模块和根据本发明的第三方面的雷达设备的效果、优点及实施例，为了避免重复，请参照上面结合根据本发明的第一方面的壳体给出的上面以及下面对附图的说明。
附图说明
在下面，将参照示意性附图更详细地说明本发明的实施例，在这些附图中：
图1是根据本发明的壳体的实施例的剖视图，
图2是根据本发明的壳体的另一实施例的剖视图，且
图3是根据本发明的物位测量用雷达设备的实施例的剖视图。
具体实施方式
图1示出了用于高频芯片113的壳体100。壳体100可以是物位测量用雷达设备300(参见图3)的部件。图1示出了高频芯片113。然而，可替代地，壳体100也可以容纳多个高频芯片113。
壳体100可包括金属基板150，金属基板可包括例如第一端子101、第二端子102和第三端子130。经由这三个端子101至103，壳体100可通过例如焊料连接被安装在经济有效的电路板(未示出)上，并电连接至所述电路板。
第一水平金属层104被涂覆在金属基板150上，在所示的实施例中，第一水平金属层包括三个部分104.1至104.3，这三个部分在相同的高度处并在开口的区域中相互间隔开。在上下文中，“水平”可被特别地理解为以与电路板或金属基板150平行的方式延伸的定向。第二水平金属层105被布置成与第一金属层104间隔开，且在所示的实施例中，第二水平金属层包括五个部分105.1至105.5，这五个部分在相同的高度处并在开口的区域中相互间隔部。部分105.1至105.5在金属层105内相互连接(在图1中的剖视图中未示出)。此外，第三水平金属层106被布置成与第二金属层105间隔开，且包括总共八个部分106.1至106.8，这八个部分在相同的高度处且在开口的区域中相互间隔开。部分106.1至106.4在金属层106内相互连接(在图1中的剖视图中未示出)。而且，这同样适用于两个部分106.5和106.6以及两个部分106.7和106.8。而且，第四水平金属层107在壳体100的上表面上被布置成与第三金属层106间隔开，且包括三个部分107.1至107.3，这三个部分在相同的高度处且在开口的区域中相互间隔开，两个部分107.2和107.3在金属层107内连接(在图1中的剖视图中未示出)。金属层104至107可特别地是平面金属层，且包括特别地用于实现电镀通孔(或用于执行直通连接)的局部开口，使得不管开口如何，金属层的各个部分在开口的外部相互连接。作为图1所示的实施例的替代实施例，可以在壳体100中插入任意数量的金属层，这些金属层能够以不同的垂直距离相互间隔开。
聚合物化合物108位于各个单独金属层104至107之间。在图1所示的实施例中，聚合物化合物108填充壳体100的除空隙118之外的整个可用内部。聚合物化合物108可在其生产期间被涂覆并固化成层。为了将金属层104至107引入到聚合物化合物108中，可使用金属来涂布每个暴露的聚合物表面，从而生产出水平金属层104至107中的一者。随后，可使用额外的聚合物层来覆盖水平金属层104至107。
除水平金属层104至107之外，在壳体100内部的聚合物化合物108中还引入了垂直金属连接线，这些连接线相对于水平金属层104至107垂直地延伸。所述垂直金属连接线分别使水平金属线104至107的两部分共同地相互连接，可以几乎以任何期望形状来设计垂直金属连接线。下文将更详细地说明垂直金属连接线中的一些垂直金属连接线。在图1和图2中，将垂直金属连接线设计成具有镀有金属膜的内壁的圆形电镀通孔(或圆形直通连接部)，内壁被聚合物化合物108填充。
例如，可以以导电的方式将高频芯片113粘合地接合到第二水平金属层105，并随后将其嵌入在聚合物化合物108中。在图1所示的实施例中，以导电的方式将高频芯片113粘合地接合到第二水平金属层105的第二部分105.2、第三部分105.3和第四部分105.4。
高频芯片113包括两个端面114和115，其中一个端面形成高频端子114，且另一个端面形成电源端子115。通过电容器119使高频芯片113的电源端子115与电路接地分离。在这种情况下，电容器119可被设计为单层电容器，并位于相对于电源端子115尽可能近的位置处，其中，电容器119也被嵌入在聚合物化合物108中。因而，电容器119直接位于高频芯片113的电源端子115的附近，且在所示的实施例中，电容器119经由第一垂直金属连接线117、第二垂直金属连接线120和位于两个连接线117和120之间的第三水平金属层106的第三部分106.3连接到高频芯片113。
例如，经由可被焊接至电路板的第一端子101从外部向高频芯片113供电。在此情况下，第一端子101可以以导电的方式连接到第一水平金属层104的第一部分104.1。在所示的实施例中，第一水平金属层104的第一部分104.1经由第三垂直金属连接线110连接到第三水平金属层106的第二部分106.2。此外，第二垂直金属连接线120将第三水平金属层106的第二部分106.2连接到电容器119。被嵌入在壳体100中的聚合物化合物108中的高频芯片113能够在使用脉冲电源的情况下无故障地操作。
被布置在高频芯片113的上方的第四金属层107或更精确地，第四金属层的第一部分107.1形成屏蔽层121，屏蔽层121用于保护高频芯片113免受外部的电磁影响。而且，屏蔽层121能够使从被布置在壳体100内的高频芯片113或其它电路部分朝向外部的不期望辐射减小至最低限度。为此，特别优选地，屏蔽层121可连接至电路接地(未示出)。而且，屏蔽层还可以防止对在壳体内部的位于其下方的电路结构的机械损伤。
在图1所示的实施例中，高频端子114经由第四垂直金属连接线116、第三水平金属层106的第六部分106.6、第五垂直金属连接线111以及第四水平金属层107的第二部分107.2和第三部分107.3连接到位于壳体100的上表面上的平面天线结构123。天线结构123包括第四水平金属层107的部分107.2和107.3，并且可以替代地被设置在位于壳体100内的其它水平金属层104至106上。
而且，聚合物化合物108的气隙118被保留在高频芯片113的上方。聚合物化合物108的介电常数可具有大于1的值。于是，由于高频结构通常直接位于高频芯片113的表面上，所以高频芯片113的高频性能将在某些环境下受到不利影响。高频芯片113上方的气隙118有助于减小对高频芯片113的高频性能的可能的不利影响。
图2示出了根据本发明的壳体100的另一实施例，该实施例类似于根据图1的壳体100，且大体上与图1的壳体100的不同之处在于设置有波导201以代替集成天线123，可以将波导201连接到天线(未示出)，经由天线可以发射高频信号并再次接收回波。另外，如下文所述，为了实现信号的解耦和接收，也对水平金属层104至107以及垂直金属连接线进行部分修改。
可经由装配的波导201来解耦高频信号，且经由装配的波导使回波反馈到高频芯片113。为此，高频芯片113的高频端子114经由第四垂直金属连接线116连接到第三水平金属层106的第六部分106.6。第三水平金属层106的第六部分106.6将高频信号引导至波导201的共振腔204中。
共振腔204的尺寸被设定成使得波被从第三水平金属层106的第六部分106.6释放并被转换成波导型波(waveguide wave)，进而波导型波被装配的波导201解耦。特别地，共振腔204的后边界205与第三水平金属层106的第六部分106.6的距离决定了接合部的高频性能。后边界205可以是额外的水平金属层，其在高度上位于第一水平金属层104和第二水平金属层105之间。为了将后边界205引入到聚合物化合物108中，可以使用金属涂布暴露的聚合物表面，从而生产出后边界205。随后，可使用另外的聚合物层来覆盖后边界205。例如，天线(未在图2中示出)可邻接波导201，经由该天线能够发射并再次接收高频信号。
图3示出了物位测量用雷达设备300。雷达设备300包括物位传感器301，物位传感器301被附接至容器305，容器305被部分地填充有填充材料306。物位传感器301朝向填充材料306的表面310发送雷达信号304。雷达信号304在填充材料306的表面310处被反射，并经由天线303被反馈至物位传感器301。能够根据雷达信号304从物位传感器301穿行至填充材料306的表面310并返回到物位传感器301所使用的时间来确定填充材料306的物位。物位传感器301包括雷达模块307，雷达模块307可以包括如图1或2所示的具有一个或多个集成高频芯片113的壳体100。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年3月8日提交的德国专利申请第102017203832.2号的权益，在此以引用的方式将其全部内容合并在本文中。

Claims (8)

1.一种用于物位测量用雷达设备(300)中的高频芯片(113)的壳体(100)，所述壳体(100)包括：
高频芯片(113)，其具有高频端子(114)和电源端子(115)；
多个水平金属层(104至107)；
多个垂直金属连接线(110至111，116，117，120)；以及
外部电源端子(101)，其用于将所述高频芯片(113)连接至所述物位测量用雷达设备的电路板，
其中，所述高频芯片(113)以导电的方式被附接至所述水平金属层中的一者(105)，
其中，所述高频芯片被嵌入在位于所述水平金属层(104至107)之间的聚合物化合物(108)中，
其中，所述高频芯片(113)的所述电源端子(115)经由所述水平金属层中的至少一者(106)并且经由所述垂直金属连接线中的至少一者(117，120，110)连接到所述外部电源端子(101)，
其中，所述高频芯片(113)的所述高频端子(114)经由所述水平金属层中的至少一者(106，107)并且/或者经由所述垂直金属连接线中的至少一者(116，111)连接到用于解耦并接收雷达波的天线(123)，且
其中，所述聚合物化合物形成直接位于所述高频芯片(113)的上方的气隙(118)，
其中，所述壳体还包括波导(201)，
其中，所述高频端子(114)经由所述垂直金属连接线中的至少一者(116)并且经由所述水平金属层中的至少一者(106)连接到所述波导(201)，所述波导连接到用于解耦并接收雷达波的所述天线，
其中，所述水平金属层中的至少一者(106)被设计成用于将高频信号发射到所述壳体(100)内部的共振腔(204)中，其中，所述共振腔(204)的尺寸被设定成使得所述高频信号被从所述水平金属层中的至少一者(106)释放并被转换成能够被所述波导(201)解耦的波导型波。
2.根据权利要求1所述的壳体(100)，所述壳体(100)还包括所述天线，所述天线是被集成在所述壳体(100)中的天线(123)，其中，所述高频端子(114)经由所述水平金属层中的至少一者(106，107)并且经由所述垂直金属连接线中的至少一者(116，111)直接连接到被集成在所述壳体(100)中的所述天线(123)。
3.根据权利要求2所述的壳体(100)，其中，所述天线(123)是平面的，且被布置在所述水平金属层中的一者(106，107)上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的壳体(100)，所述壳体(100)还包括电容器(119)，其中，所述电容器(119)被布置在所述壳体(100)的内部并位于所述高频芯片(113)的所述电源端子(115)附近，并经由所述垂直金属连接线中的至少一者(117，120)连接到所述高频芯片(113)的所述电源端子(115)。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的壳体(100)，其中，所述高频芯片(113)被设计成使用脉冲电源进行操作。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的壳体(100)，其中，所述水平金属层中的一者(107)形成所述壳体(100)的屏蔽层(121)，以用于电磁屏蔽并用于保护所述壳体(100)的电路结构免受机械损伤。
7.根据权利要求6所述的壳体(100)，其中，所述水平金属层中的所述一者(107)连接到电路接地。
8.一种用于物位测量用雷达设备(300)的雷达模块(307)，所述雷达模块(307)包括根据前述权利要求中任一项所述的壳体(100)。
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