DE102004040326A1

DE102004040326A1 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102004040326A1
Application number: DE102004040326A
Authority: DE
Inventors: Marc-Michael Dr. Meinecke; Wolfgang Weidmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-02-23

Abstract

Eine derartige Sensoreinrichtung weist passive und aktive Bauelemente auf, wobei die passiven Bauelemente wenigstens Sende- und Empfangsantenne sowie eine Grundplatine zum Anordnen der Bauelemente umfassen und wobei die aktiven Bauelemente wenigstens ein Sendeteil, ein Empfangsteil, eine Signalauswertung und ein Kommunikationsteil zum Übermitteln von Daten nach außen umfassen. Die aktiven Bauelemente sind dabei als wenigstens ein Halbleiterbauelement, wie z. B. Halbleiterbaustein ausgebildet. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die passiven Bauelemente in eine Trägerkeramik integriert sind, auf welche der wenigstens eine Halbleiterbaustein aufgebracht ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung. Es sind Sensoreinrichtungen bekannt, die Radarsender und -empfänger enthalten und in kommerziellen Anwendungen insbesondere des automotiven Bereichs Verwendung finden. Diese Radarsensoren und Sensoreinrichtungen werden insbesondere bei Anwendungen wie ACC (Adaptive Cruse Control), Totewinkelerfassung, Einparkhilfe und Pre-crash-Sensorik verwendet.

Derartige Sensoreinrichtungen bestehen aus einer Anzahl passiver und aktiver Bauelemente, wobei die passiven Bauelemente wenigstens Sende- und Empfangsantennen sowie eine Grundplatte zum Anordnen der Bauelemente umfassen. Als aktive Bauelemente sind wenigstens ein Sendeteil, ein Empfangsteil, eine Signalauswertung und ein Kommunikationsteil zum Übermitteln von Daten nach außen vorgesehen. Die aktiven Bauelemente sind dabei vorzugsweise als wenigstens ein Halbleiterbaustein ausgebildet.

Derartige Sensoreinrichtungen sind vom Bau her aufwändig. Die unterschiedlichen aktiven und passiven Bauelemente müssen auf der Grundplatine angeordnet und entsprechend den Erfordernissen miteinander verbunden und kontaktiert werden. Darüber hinaus müssen derartige Anordnungen in der Verbindungstechnik aufwändig gestaltet sein, um über Zugang zur Herstellung von Verbindungen und Verdrahtungen insbesondere beispielsweise von passiven Bauteilen wie Antennen und zu aktiven Bauteilen wie Signalerzeugern in der Produktion zu verfügen.

Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinrichtung gemäß der Erfindung gelöst.

Eine derartige Sensoreinrichtung weist passive und aktive Bauelemente auf, wobei die passiven Bauelemente wenigstens Sende- und Empfangsantenne sowie eine Grundplatine zum Anordnen der Bauelemente umfassen und wobei die aktiven Bauelemente wenigstens ein Sendeteil, ein Empfangsteil, eine Signalauswertung und ein Kommunikationsteil zum Übermitteln von Daten nach außen umfassen. Die aktiven Bauelemente sind dabei als wenigstens ein Halbleiterbauelement, wie z.B. Halbleiterbaustein ausgebildet. Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die passiven Bauelemente in eine Trägerkeramik integriert sind, auf welche der wenigstens eine Halbleiterbaustein aufgebracht ist.

Durch die Verwendung einer Trägerkeramik als Grundkörper wird die Integration sämtlicher Bauteile in einen einzigen Körper ermöglicht. Die einzelnen Bauteile, die über die Keramik miteinander verbunden sind, werden in ihr sicher gehalten. Bauteile sind insbesondere im Verbund der Keramik mit eingebracht. Die Keramik weist Anschlussstellen und einen Aufnahmeort für das wenigstens eine Halbleiterelement auf. Das wenigstens eine Halbleiterelement wird auf die Keramik aufgebracht und somit wird eine vollständige Sensoreinrichtung ausgebildet.

Gemäß bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weist die Keramik eine Linse zum gerichteten Abstrahlen von Strahlung auf. Durch die Integration der Linse als passives Bauelement wird Abstrahlung vorgegebener Streuung bzw. vorgegebener Abstrahlrichtung ermöglicht, ohne dass hierfür ein gesondertes Bauteil erforderlich wäre.

Es entspricht einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, wenn die passiven Bauelemente in der sogenannten LTCC Technologie hergestellt sind. Diese an sich bekannte Technologie ermöglicht es, sämtliche passiven Bauelemente und Leitungen in die noch weiche Keramik zu integrieren bevor sie gebacken wird Dies ist eine besonders einfache Art und Weise der Herstellung einer solchen Keramik mit passiven Bauelementen. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, wenn die passiven Bauelemente Leitungen, Kapazitäten, Induktivitäten, Teiler und Antennen und die Anbindungsstellen an die aktiven Bauelemente umfassen. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass sämtliche Teilelemente außer den passiven Bauelementen, welche Halbleiterstrukturen umfassen müssen, in die Keramik integriert sind.

Es entspricht einer weiterführenden vorteilhaften Ausgestaltung, wenn die aktiven Bauelemente der Sensoreinrichtung Halbleiterelemente sind, die auf Silizium-Germanium-Basis (SiGe-Basis) gestellt sind. Diese Bauelemente eignen sich insbesondere zur Verwendung und Anbindung an Keramiken. Es entspricht dabei einer vorteilhaften Ausgestaltung, wenn das wenigstens eine Halbleiterelement in der Flipchip-Technologie auf der Keramik befestigt ist.

Die Sensoreinrichtung kann entsprechend vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung insbesondere kompakt und raumsparend hergestellt sein. Die Abmaße der Sensoreinrichtung können dabei insbesondere unterhalb der Maße von 10 cm auf 6 cm Fläche und weniger als 2 cm Höhe, insbesondere auf weniger als 1 cm Höhe liegen. Durch diese besonders kompakte Gestaltung der Sensoreinrichtung ist ihre Verbaubarkeit und Anwendbarkeit in engen Bauräumen, beispielsweise im Bereich von Stoßstangen von Fahrzeugen, besonders günstig. Bei der Sensoreinrichtung kann es sich gemäß vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung insbesondere um einen Radarsensor handeln, wobei die Arbeitsfrequenzen eines solchen Radarsensors insbesondere im ISM-Band bei 24 GHz oder in einem freigegebenen Band bei 76 bis 81 GHz liegen. Diese Frequenzen sind für die Anwendung in technologischen Bereichen zugelassen und freigegeben.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Halbleiterelemente in der Reflow-Löttechnik auf der Keramik befestigt sind. Diese Technologie, welche alternativ zur Flipchip-Technologie verwendet werden kann, ermöglicht ebenfalls eine gute Anbindung der Halbleiterbauelemente an die Keramik und eine gute Kontaktierung zwischen den passiven Bauelementen inklusive den Leitungen und dem aktiven Bauelement des Halbleiterbausteins.

Im Übrigen ist die Erfindung auch im Folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; dabei zeigen:
1 die Blockdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensors mit aktiven und passiven Bauteilen;
2 die schematische Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung; und
3 die schematische Blockdarstellung einer Sensoreinrichtung in funktionalen Schichten.
Die 1 zeigt in Blockdarstellung und schematisch die Funktionselemente einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung 10. Die Sensoreinrichtung umfasst dabei aktive Bauelemente 20 und passive Bauelemente 30. In der vorliegenden schematischen Darstellung sind als passive Bauelemente 30 die Sendeantennen 31 und die Empfangsantennen 32 und die als durchgezogene Striche dargestellten Leitungen 33 gezeigt. Darüber hinaus sind als aktive Bauelemente das Mikrowellensendeteil 21, das zugehörige Empfangsteil 22, die Signalauswertung und Systemsteuerung 23 sowie das Interface 24 als Kommunikationsschnittstelle nach außen gezeigt.
2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Sensoreinrichtung 10, welche erfindungsgemäß eine Keramik 40 aufweist, in welche die passiven Bauelemente 30, insbesondere die Antennen 31, 32 integriert sind. Als passives Bauelement ist das Halbleiterelement 50 gezeigt, welches beispielsweise in der Flipchip-Technologie auf der Keramik 40 befestigt ist. Das Halbleiterelement 50 ist in dem Körper der Keramik eingebettet. Es ist erkennbar, dass das Halbleiterelement nicht über die Kontur der Keramik hinausragt und die Anbindung in den Kontaktierungsstellen 51 auch eine elektrische Kontaktierung in der Keramik und den in der Keramik enthaltenen Schaltkreisen und passiven Elemente erfolgt.
Eine solche Keramik weist eine Bauhöhe von insgesamt weniger als 20 mm auf und kann auch Funktionen der Linse enthalten.
Die 3 zeigt in schematischer Darstellung die Aufbaustruktur einer entsprechenden Sensoreinrichtung als Schichtmodell. Zunächst sind die passiven Bauelemente in der Keramik 40 enthalten, welche die Linse 34 und die Antennen 32, 33 umfasst. Darunter sind in Form von Halbleiterbauelementen 50 das Mikrowellensende- und -empfangsteil 21, 22 sowie die Signalauswertung und Steuerung 23 angeordnet, wobei diese als Halbleiterbauelemente 50 ausgeführt sein können und im Übrigen in den Körper der Keramik eingebettet sind.

10: Sensoreinrichtung
20: aktive Bauelemente
21: Sendeteil
22: Empfangsteil
23: Auswertung und Steuerung
24: Interface
30: passive Bauelemente
31: Sendeteil
32: Empfangsteil
33: Leitungen
34: Linse
40: Keramik
50: Halbleiterelement
51: Kontaktierungsstelle

Claims

Sensoreinrichtung (10), mit passiven und aktiven Bauelementen (30, 20), wobei die passiven Bauelemente (30) wenigstens – Sende- und Empfangsantennen (31, 32) und – eine Grundplatine zum Anordnen der Bauelemente und die aktiven Bauelemente (20) wenigstens – ein Sendeteil (21), – ein Empfangsteil (22) – eine Signalauswertung (23) und – ein Kommunikationsteil (24) zum Übermitteln von Daten nach außen umfassen und die aktiven Bauelemente (20) in wenigstens einem Halbleiterelement (50) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Bauelemente (30) in eine Trägerkeramik (40) integriert sind, auf welche das wenigstens eine Halbleiterelement (50) aufgebracht ist.
Sensoreinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerkeramik (40) eine Linse (34) zum gerichteten Abstrahlen von Strahlung umfasst.
Sensoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Bauelemente (30) in LTCC-Technologie hergestellt sind.
Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passiven Bauelemente (30) Leitungen (33), Kapazitäten, Induktivitäten, Teiler und Antennen (31, 32) und die Anbindungsstellen an die aktiven Bauelemente (20) umfassen.
Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aktiven Bauelemente (20) Halbleiterelemente (50) auf SiGe-Basis sind.
Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Halbleiterelement (50) in Flipchip-Technologie auf der Trägerkeramik (40) befestigt ist.
Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterelemente (50) in Löttechnik, insbesondere in Reflow-Löttechnik, auf der Trägerkeramik (40) befestigt sind.
Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Sensoreinrichtungen unterhalb von 10 cm auf 6 cm Fläche und weniger als 2 cm Höhe, insbesondere weniger al 1 cm Höhe, liegen.
Sensoreinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung ein Radarsensor ist, welcher vorzugsweise in einem Frequenzbereich im ISM-Band bei 24 GHz oder in einem freigegebenen Band bei 76 bis 81 GHz arbeitet.