DE102013216993A1

DE102013216993A1 - Schaltung für Millimeterwellensignale

Info

Publication number: DE102013216993A1
Application number: DE102013216993.0A
Authority: DE
Inventors: Juergen Hasch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US20150061925A1; US9575158B2; FR3010265A1; CN104427807A; CN104427807B; FR3010265B1

Abstract

Schaltung für Millimeterwellensignale, mit einem auf einer Platine (14) montierten Gehäuse (12), das ein Hochfrequenz-Bauelement (10) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12; 12') an mindestens einer von der Platine (14) abgekehrten Gehäusewand eine Koppelstruktur (18) für Millimeterwellensignale bildet, an die außerhalb des Gehäuses ein Hohlleiter (24) angekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für Millimeterwellensignale, mit einem auf einer Platine montierten Gehäuse, das ein Hochfrequenz-Bauelement aufnimmt.
Solche Schaltungen werden beispielsweise in Radarsensoren für Kraftfahrzeuge zur Erzeugung und/oder Verarbeitung der Radarsignale eingesetzt. Bei dem Hochfrequenz-Bauelement handelt es sich typischerweise um ein integriertes Halbleiter-Bauelement (MMIC; Monolithic Microwave Integrated Circuit), das in ein für die Oberflächenmontage geeignetes Gehäuse gekapselt ist, beispielsweise ein eWLB-Gehäuse (embedded Wafer Level Ball Grid). Die Befestigung und elektrische Kontaktierung des Hochfrequenz-Bauelements auf der Platine erfolgt beispielsweise mit kugelförmigen Lötkontakten. Über diese Kontakte werden sowohl Niederfrequenzsignale, die zur Spannungsversorgung und zur Ansteuerung des Bauelements dienen, als auch die eigentlichen Hochfrequenzsignale übertragen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung für Millimeterwellensignale zu schaffen, die sich einfacher herstellen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gehäuse an mindestens einer von der Platine abgekehrten Gehäusewand eine Koppelstruktur für die Millimeterwellensignale bildet, an die außerhalb des Gehäuses ein Hohlleiter angekoppelt ist.
Erfindungsgemäß erfolgt somit die Ein- und/oder Auskopplung der Millimeterwellensignale unmittelbar durch die Wand des Gehäuses hindurch, unter Umgehung der galvanischen Kontakte auf der der Platine zugewandten Seite.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass für die Platine kein hochfrequenztaugliches Substrat mehr benötigt wird, wodurch Kosten eingespart werden. Da die galvanischen Kontakte nur noch zur Übertragung niederfrequenter Signale dienen, brauchen auch sie nicht mehr hochfrequenztauglich zu sein, so dass größere Herstellungstoleranzen zugelassen werden können und somit weitere Ersparnisse erzielt werden.
Der Begriff "Hohlleiter" wird hier auch für hohle Leiterstrukturen verwendet, deren Hohlraum ein Dielektrikum enthält.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der Gehäusewand, an der die Koppelstruktur gebildet ist, kann es sich um eine Seitenwand des Gehäuses handeln, die rechtwinklig zu der Platine orientiert ist, oder vorzugsweise um die zu der Platine parallele Gehäusewand auf der der Platine entgegengesetzten Seite.
Die Koppelstruktur im Gehäuse wird vorzugsweise durch einen Wellenleiter gebildet, der mit einem Dielektrikum gefüllt sein kann und so gestaltet ist, dass er die Millimeterwellen zu der Gehäusewand leitet und durch diese hindurch auskoppelt, so dass die Weiterleitung dann über den außerhalb des Gehäuses angeordneten Hohlleiter erfolgen kann. Vorzugsweise weist der Hohlleiter zu diesem Zweck an seinem an das Gehäuse angrenzenden Ende eine Anpass-Struktur auf, die für eine starke und weitgehend stoßfreie Kopplung zwischen dem Gehäuse und dem Hohlleiter sorgt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Hohlleiter in einer Haube gebildet, die das Gehäuse abdeckt und unabhängig von dem Gehäuse auf der Platine montiert sein kann. Diese Haube kann zugleich eine Wellenfalle bilden, die eine Verringerung der Einfügedämpfung ermöglicht. An ein und demselben Gehäuse können mehrere Koppelstellen für mehrere Hohlleiter gebildet sein. In dem Fall wird durch die erwähnten Wellenfallen zugleich die Isolation der mehreren Koppelstellen voneinander bessert.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schaltung für Millimeterwellensignale, mit einer Platine, einem Hochfrequenz-Bauelement und einer dieses abdeckenden Haube;
2 eine Innenansicht der Haube;
3 eine perspektivische, aufgeschnittene Ansicht des Hochfrequenz-Bauelements und des Gehäuses; und
4 einen Grundriss einer Schaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
Die in 1 gezeigte Schaltung für Millimeterwellensignale weist ein Hochfrequenz-Bauelement 10 auf, beispielsweise ein integriertes Halbleiter-Bauelement, das allein oder gemeinsam mit anderen Hochfrequenz-Bauelementen in ein Gehäuse 12, beispielsweise ein eWLB-Gehäuse gekapselt ist. Das Gehäuse 12 ist durch SMD-Technik (Surface Mounted Device) auf der Oberfläche einer Platine 14 befestigt und kontaktiert und weist zu diesem Zweck in einer Gehäusewand, die der Platine 14 zugewandt ist, eine gitterförmige Anordnung von kugelförmigen Lötkontakten 16 auf. Diese Kontakte dienen jedoch nur zur Übertragung von Versorgungsspannungen und ggf. von niederfrequenten Steuersignalen und brauchen deshalb nicht hochfrequenztauglich zu sein. Auch für die Platine 14 kann ein preisgünstiges Substrat verwendet werden, das nicht hochfrequenztauglich zu sein braucht.
Zur Ein- oder Auskopplung der Millimeterwellensignale weist das Gehäuse 12 innenseitig Koppelstellen 18 auf, die als Wellenleiter mit oder ohne dielektrische Füllung ausgestaltet sind und die Millimeterwellensignale durch eine von der Platine 14 abgekehrte Gehäusewand, in diesem Fall die Gehäusewand auf der der Platine entgegengesetzten Seite, ein- oder auskoppeln. Im gezeigten Beispiel weist diese Gehäusewand eine Metallisierung 20 auf, die dort, wo sich die Koppelstellen 18 befinden, durch Fenster 22 unterbrochen ist. Die Millimeterwellensignale können somit durch Hohlleiter 24, die sich außerhalb des Gehäuses 12 rechtwinklig zu der metallisierten Gehäusewand erstrecken, durch die Fenster 22 ein- oder ausgekoppelt werden.
Im gezeigten Beispiel sind die Hohlleiter 24 in einer Haube 26 gebildet, die aus gut leitfähigem Material besteht oder zumindest eine leitfähige, z.B. mit leitfähigem Kunststoff beschichtete Oberfläche aufweist und eine Abdeckung für das Gehäuse 12 bildet. Die Haube 26 ist unmittelbar auf der Platine 14 befestigt, beispielsweise aufgeklebt, und so gestaltet, dass sie das Gehäuse 12 auf allen Seiten mit Ausnahme der der Platine 14 zugewandten Seite vollständig einschließt. Die Haube weist dabei jedoch einen gewissen Abstand zu dem Gehäuse 12 auf, so dass etwaige Maßtoleranzen bei der Fertigung und/oder Montage der Haube keine wesentlichen nachteiligen Auswirkungen auf die Qualität der elektromagnetischen Kopplung haben.
Im gezeigten Beispiel sind an den Enden der Hohlleiter 24 Anpass-Strukturen 28 gebildet, die durch geeignet geformte Hohlräume in der Wand der Haube 26 gebildet werden und dazu dienen, die Übertragungsverluste beim Übergang von der Koppelstelle 18 zu dem Hohlleiter 24 zu minimieren. Die Hohlleiter 24 schließen sich jeweils axial an die zugehörige Anpass-Struktur 28 an und können einen rechteckigen Querschnitt mit Abmessungen von 2,54 × 1,27 mm (WR-10-Standard) haben. Wahlweise können die Hohlleiter auch ein Dielektrikum enthalten.
Die in 1 gezeigten Hohlleiter 24 können außerhalb der Haube 26 in nicht gezeigte Anschluss-Hohlleiter übergehen, durch die die Millimeterwellensignale beispielsweise auf Antennen eines Radarsensors verteilt werden.
Im gezeigten Beispiel ist jede Anpass-Struktur 28 von einer Wellenfalle 30 in der Form eines rechteckigen Grabens umgeben. Durch diese Wellenfallen 30 werden elektromagnetische Streufelder, die im Zusammenhang mit der Übertragung der Millimeterwellen zwischen den Koppelstellen 18 und den Hohlleitern 24 entstehen können, an einer Ausbreitung in dem Zwischenraum zwischen dem Gehäuse 12 und der Haube 26 gehindert, so dass sie von der Anpass-Struktur 28 aufgenommen werden. Dadurch wird die Einfügedämpfung verringert, und bei dem hier beschriebenen Beispiel, bei dem das Gehäuse 12 zwei Koppelstellen für zwei Hohlleiter 24 aufweist, wird zugleich die Isolation zwischen den beiden Koppelstellen verbessert, so dass die Signale über die verschiedenen Koppelstellen unabhängig voneinander ein- und ausgekoppelt werden können.
2 zeigt die Haube 26 in einer Ansicht von unten in 1 und lässt den Verlauf der die Wellenfallen 30 bildenden Gräben um die Anpass-Strukturen 28 herum erkennen.
Einen räumlichen Eindruck der Anordnung vermittelt 3. In dem dort gezeigten Beispiel wird die Haube 26 durch zwei übereinander liegende, leitend miteinander verbundene Platten 26a, 26b gebildet, beispielsweise aus Aluminium, von denen eine die Hohlleiter 24 bildet und die andere die Anpass-Strukturen 28 und die Wellenfallen 30.
Die Zahl der Koppelstellen 18 des Gehäuses 12 und entsprechend die Zahl der Wellenleiter 24 kann nach Bedarf variieren. Als Beispiel zeigt 4 einen Grundriss einer Schaltung mit einem Gehäuse 12', das einen quadratischen Grundriss hat, und mit vier Koppelstellen 18, die jeweils mittig in Bezug auf die vier Seiten des Quadrats angeordnet sind.

Claims

Schaltung für Millimeterwellensignale, mit einem auf einer Platine (14) montierten Gehäuse (12; 12'), das ein Hochfrequenz-Bauelement (10) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12; 12') an mindestens einer von der Platine (14) abgekehrten Gehäusewand eine Koppelstruktur (18) für Millimeterwellensignale bildet, an die außerhalb des Gehäuses ein Hohlleiter (24) angekoppelt ist.
Schaltung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (12; 12') ein eWLB-Gehäuse ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, bei der mindestens eine Koppelstruktur (18) und ein Hohlleiter (24) an einer Gehäusewand angeordnet sind, die sich auf der der Platine (14) entgegengesetzten Seite des Gehäuses (12) parallel zu der Platine erstreckt.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Gehäusewand eine Metallisierung (20) aufweist, die dort, wo sich die Koppelstellen (18) befinden, durch Fenster (22) unterbrochen ist.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit mehreren elektromagnetisch voneinander isolierten Koppelstellen (18) und Hohlleitern (24) an demselben Gehäuse (12; 12').
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein Ende des Hohlleiters (24) über eine Anpass-Struktur (28) an die Koppelstelle (18) gekoppelt ist. Schaltung nach Anspruch 6, bei der die Anpass-Struktur (28) von einer Wellenfalle (30) umgeben ist.
Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das an die Koppelstelle (18) angrenzende Ende des Hohlleiters (24) in einer Haube (26) gebildet sind, die zusammen mit der Platine (14) das Gehäuse (12) einschließt.