DE102014210826A1

DE102014210826A1 - Prüfverfahren für ein Platinensubstrat und Platine, die insbesondere zur Verwendung in einem solchen Prüfverfahren geeignet ist

Info

Publication number: DE102014210826A1
Application number: DE102014210826.8A
Authority: DE
Inventors: Miroslav Knezevic; Andrzej Samulak
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren für ein Platinensubstrat (4), insbesondere HF-Substrat für eine Platine (2) eines Radarsystems in einem Fahrzeug, wobei das Platinensubstrat (4) wenigstens einen zu prüfenden Materialparameter aufweist, bei dem der Materialparameter ausgewählt wird aus einer Anzahl von Parametern, umfassend einen Verlustwinkel und einen Dielektrizitätsparameter, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (2) mit einem aus dem Platinensubstrat (4) gefertigten Prüfbereich (20) bereitgestellt wird, in dem eine Messstruktur (22) ausgebildet ist, die einen Messeingang (24) und einen Messausgang (26) aufweist, dass an den Messeingang (24) ein Eingangssignal mit einer vorgegebenen Messfrequenz angelegt wird, dass wenigstens ein Wert (52, 54) eines Prüfparameters der Messstruktur (22) ermittelt wird, dass wenigstens ein Referenzbereich (60, 60‘, 60‘‘) für den Wert (52, 54) vorgegeben wird und dass geprüft wird, ob der Wert (52, 54) innerhalb des Referenzbereiches (60, 60‘, 60‘‘) liegt. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Platine (2), die für ein solches Prüfverfahren geeignet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Prüfverfahren für ein Platinensubstrat, insbesondere HF-Substrat für eine Platine eines Radarsystems in einem Fahrzeug, wobei das Platinensubstrat wenigstens einen zu prüfenden Materialparameter aufweist, bei dem der Materialparameter ausgewählt wird aus einer Anzahl von Parametern, umfassend einen Verlustwinkel und einen Dielektrizitätsparameter. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Platine, die insbesondere zur Verwendung in einem solchen Prüfverfahren geeignet ist.
Ein solches Prüfverfahren ist beispielsweise in dem IPC-TM-650 Handbuch für Testmethoden im Abschnitt 2.5.5.5 angegeben.
Radarsysteme für Fahrzeuge, beispielsweise Personenkraftfahrzeuge oder Baumaschinen und dergleichen, umfassen typischerweise Elektronikkomponenten, die insbesondere hochfrequente Signale, sogenannte HF-Signale übertragen und/oder verarbeiten. Solche Elektronikkomponenten sind üblicherweise auf einer Platine aus einem geeigneten Platinensubstrat, das heißt einem HF-Substrat gefertigt. Auf oder in diesem Platinensubstrat sind Leitungen angeordnet, welche die Elektronikkomponenten zur Führung oder Übertragung der Signale miteinander verbinden. Unter HF-Substrat wird dabei ein Substrat verstanden, welches zur Leitung von HF-Signalen geeignet ist.
Da das einem Signal zugeordnete elektromagnetische Feld üblicherweise nicht auf die jeweilige Leitung beschränkt ist, sondern sich auch in einen die Leitung umgebenden Raum erstreckt, ist die Übertragung des Signals insbesondere auch durch das Platinensubstrat beeinflusst. Dabei ist das Platinensubstrat insbesondere durch Materialparameter charakterisiert, die oft auch frequenzabhängig sind. Von besonderem Interesse sind hierbei der Dielektrizitätsparameter und der sogenannte Verlustwinkel. Unter Dielektrizitätsparameter wird insbesondere die elektrische Permittivität des entsprechenden Materials verstanden. Die Permittivität und allgemein der Dielektrizitätsparameter werden auch mit ∊_r oder Dk bezeichnet. Weiterhin stellt der Verlustwinkel ein Maß für die Absorption des Signals in dem Platinensubstrat dar. Der Verlustwinkel wird auch mit tand oder Df bezeichnet. Ein HF-Substrat weist dabei vorteilhafterweise einen möglichst geringen Verlustwinkel für hochfrequente Signale auf; ein herkömmliches Platinensubstrat weist für solche Signale typischerweise einen größeren Verlustwinkel als ein HF-Substrat auf. Üblicherweise weist ein HF-Substrat einen Verlustwinkel auf, der deutlich geringer ist als 0,01. Dagegen weist ein herkömmliches, das heißt ein nicht-HF-Substrat üblicherweise einen Verlustwinkel größer als 0,01 auf. Zum Beispiel ist der Verlustwinkel des mit der Materialkennung FR4 bezeichneten Platinensubstrates bei einer Frequenz von 76.5 GHZ deutlich größer als 0,02.
Bei der Fertigung mehrerer Platinen ist es möglich, dass das jeweils bereitgestellte Platinensubstrat zwar nominell vom gleichen Typ ist, sich jedoch insbesondere bei verschiedenen Chargen die Materialparameter tatsächlich unterscheiden. Um die beabsichtigte Funktionalität jeder der Platinen wenigstens in einem vorgegebenen Toleranzbereich zu gewährleisten müssen die Materialparameter allerdings in vorgegebenen Wertebereichen liegen. Daher ist es notwendig, die Materialparameter vorzugsweise jeder Platine, wenigstens jedoch jeder Charge des Platinensubstrates zu prüfen.
Ein mögliches Prüfverfahren zur Ermittlung der tatsächlichen Materialparameter eines Platinensubstrates mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruchs 1 ist beispielsweise in dem IPC-TM-650 Handbuch für Testmethoden angegeben. Dort wird insbesondere im Abschnitt 2.5.5.5 ein Streifenleitertest zur Ermittlung der Permittivität, das heißt des Dieletriktrizitätsparameters und des Verlustwinkels beschrieben. Die dortige Bezeichnung der Methode ist: stripline test for permittivity and loss tangent, im Folgenden auch als IPC-Methode bezeichnet.
Hierbei wird ein Testaufbau verwendet, bei dem ein Resonatorschaltkreis mit vorgegebenen Abmessungen zwischen zwei Lagen eines zu untersuchenden Platinensubstrates eingeklemmt wird; dieser Stapel wird wiederum zwischen zwei Masselagen eingeklemmt. Hierdurch wird ein Streifenleiter, sogenannte stripline ausgebildet, an dem im Folgenden eine Anzahl von Messungen vorgenommen werden.
Der Resonatorschaltkreis weist dazu einen Messeingang auf, der mit einem Eingangssignal mit einstellbarer Frequenz beaufschlagt wird. Weiterhin weist der Resonatorschaltkreis einen Messausgang auf, mittels dessen in Kombination mit dem Messeingang der sogenannte S_2,1-Parameter des Resonatorschaltkreises messbar ist. Dieser S_2,1-Parameter gibt insbesondere die Vorwärtstransmission des Resonatorschaltkreises an. Mit anderen Worten: der S_2,1-Parameter weist eine Amplitude auf, die dem Verhältnis von am Messausgang ausgegebenem Ausgangssignal zu am Messeingang eingehendem Eingangssignal entspricht. Zur Bestimmung der Materialparameter ist es notwendig, diese Amplitude bei bestimmten Messfrequenzen zu ermitteln und ebenfalls die zugehörigen Messfrequenzen festzuhalten. Diese Datenpunkte werden anschließend zur Berechnung des Dielektrizitätsparameters und des Verlustwinkels verwendet.
Bei der vorgestellten IPC-Methode werden Messungen der Amplitude des S_2,1-Parameters insbesondere nahe oder bei der Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises durchgeführt. Dabei ist dessen Verhalten nahe der Resonanz jedoch besonders stark von den tatsächlichen Abmessungen des Resonatorschaltkreises abhängig. Insbesondere gehen diese Abmessungen daher auch in die Berechnungen zur Ermittlung der Materialparameter ein. Das heißt insbesondere auch, dass das Ergebnis durch Fertigungsungenauigkeiten des Testaufbaus entsprechend beeinflusst wird. Insbesondere beeinflussen Ungenauigkeiten die sich durch Ätzen von Leiterstrukturen zur Ausbildung des Resonatorschaltkreises ergeben dessen Abmessungen und entsprechend das Messergebnis. Daher ist eine möglichst genaue Ermittlung der tatsächlichen Abmessungen notwendig und insbesondere auch ein Teil der IPC-Methode; diese ist dadurch entsprechend aufwendig in der Durchführung.
Zum Prüfen bei verschiedenen Frequenzen müssen die Abmessungen des oben beschriebenen Resonatorschaltkreises insbesondere frequenzabhängig angepasst werden. Die Resonanzfrequenz des Resonatorschaltkreises ist dabei insbesondere an die Frequenz der gedachten Anwendung anzupassen. Bei hohen Frequenzen sind die Abmessungen des Resonatorschaltkreises typischerweise kleiner und Ungenauigkeiten bei der Fertigung führen zu größeren Messfehlern. Daher ist die IPC-Methode auf die Bestimmung der Materialparameter bis zu einer bestimmten Frequenz, insbesondere von etwa 12 GHz beschränkt, das heißt, für höhere Frequenzen wird die IPC-Methode ungenauer. Es sind jedoch auch Radarsysteme bekannt, die bei Frequenzen beispielsweise in der Nähe von 24 GHz oder 77 GHz betrieben werden. Der durch die IPC-Methode zur Ermittlung der Materialparameter abgedeckte Frequenzbereich ist daher nicht ausreichend, insbesondere zur Prüfung von Platinensubstraten für Radarsysteme mit Betriebsfrequenzen deutlich über 12 GHz, beispielsweise 24 GHz oder 77 GHz.
Desweiteren ist die IPC-Methode in der Durchführung aufwendig, da der Testaufbau entsprechend obiger Beschreibung zusammengesetzt werden muss. Dazu müssen insbesondere Proben des Platinensubstrates ohne jegliche Beschichtung zur Verfügung gestellt werden. Die Methode eignet sich daher insbesondere nicht als Online-Prüfverfahren, das heißt zur Prüfung während der Herstellung einer Platine.
Alternativ zu dem in der IPC-Methode vorgeschlagenen Streifenleiter-Resonatorschaltkreis kann auch ein Resonatorschaltkreis verwendet werden, der auf einem Mikrostreifenleiter-Ringresonator basiert, auch microstrip ring resonator genannt. Ein Mikrostreifenleiter weist jedoch höhere Verluste als beispielsweise ein Streifenleiter auf, da der Mikrostreifenleiter typischerweise auf der Oberseite
einer Platine aufgebracht ist und entsprechend in den darüber liegenden Raum abstrahlen kann. Desweiteren gilt auch für den Mikrostreifenleiter-Ringresonator, dass eine genaue Kenntnis der Abmessungen zur Interpretation der Messergebnisse notwendig ist und sich Ungenauigkeiten insbesondere beim Ätzen des Mikrostreifenleiter-Ringresonators entsprechend auswirken. Auch hier müssen folglich zusätzliche Messungen zur Bestimmung der tatsächlichen Abmessungen der Leiterstrukturen vorgenommen werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Prüfverfahren für ein Platinensubstrat anzugeben, welches einfach durchzuführen ist und insbesondere wenigstens einen der oben genannten Nachteile vermeidet. Das Prüfverfahren soll insbesondere zur Prüfung eines Platinensubstrates für eine Platine eines Radarsystems in einem Fahrzeug geeignet ist. Weiterhin soll eine für ein solches Prüfverfahren geeignete Platine angegeben werden.
Die in Hinsicht auf das Prüfverfahren gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Prüfverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem Prüfverfahren für ein Platinensubstrat, insbesondere für ein HF-Substrat für eine Platine eines Radarsystems in einem Fahrzeug, weist das Platinensubstrat wenigstens einen zu prüfenden Materialparameter auf. Dabei wird dieser Materialparameter ausgewählt aus einer Anzahl von Parametern, umfassend einen Verlustwinkel und einen Dielektrizitätsparameter. Desweiteren wird die Platine mit einem aus dem Platinensubstrat gefertigten Prüfbereich bereitgestellt. Unter „aus dem Platinensubstrat gefertigt“ wird dabei insbesondere verstanden, dass der Prüfbereich insbesondere nicht ausschließlich aus dem Platinensubstrat gefertigt ist.
Das Prüfverfahren ist insbesondere dazu geeignet, die Platine bei einer Frequenz zu prüfen, die mittels bisheriger Verfahren, beispielsweise der eingangs beschriebenen IPC-Methode nicht zugänglich ist. Vorteilhafterweise ist es möglich, mittels des Prüfverfahrens die Platine mit gegenüber der IPC-Methode reduziertem Aufwand zu prüfen. Zweckmäßigerweise ist das Prüfverfahren nicht durch Fertigungsungenauigkeiten des Messleiters auf einen bestimmten Frequenzbereich limitiert, sondern Fertigungsungenauigkeiten bei der Erzeugung von zur Ausbildung des Messleiters aufgebrachten Leiterstrukturen wirken sich lediglich wenig oder gar nicht auf das Prüfverfahren aus. Beispielsweise sind Ungenauigkeiten beim Ätzen von zur Ausbildung des Messleiters vorgesehenen Leiterstrukturen im Vergleich zum Einfluss von Schwankungen des Materialparameters von untergeordneter Bedeutung. Insbesondere entfällt dadurch vorteilhaft die Notwendigkeit einer Ermittlung der genauen Abmessungen des Messleiters.
In dem Prüfbereich ist weiterhin eine insbesondere als Messleiter ausgebildete Messstruktur ausgebildet, die einen Messeingang und einen Messausgang aufweist. Die Messstruktur ist dabei ein fester, integraler Bestandteil der Platine. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit die Messstruktur als Messleiter bezeichnet. Bei dem Prüfverfahren wird an den Messeingang ein Eingangssignal mit einer vorgegebenen Messfrequenz angelegt und ein Prüfparameter, insbesondere ein S-Parameter des Messleiters wird ermittelt. Es wird mindestens ein Wert des Prüfparameters erfasst. Im Falle eines S-Parameters umfasst dieser eine Phase und eine Amplitude und es wird wenigstens ein Wert der Phase oder der Amplitude ermittelt. Desweiteren wird wenigstens ein Referenzbereich für den Wert vorgegeben und geprüft, ob der Wert innerhalb des Referenzbereiches liegt.
Zur Prüfung des Materialparameters auf Grundlage des gemessenen Wertes und zum Feststellen eines Prüfergebnisses wird der Referenzbereich verwendet. Dieser gibt zweckmäßigerweise einen Wertebereich an, in dem der Wert der Amplitude oder der Phase vorzugsweise liegen soll. Insbesondere erstreckt sich der Referenzbereich auch über ein vorgegebenes Frequenzintervall. Dabei ist dem Referenzbereich aufgrund der Abhängigkeit des S-Parameters von dem Materialparameter vorteilhafterweise ein Toleranzbereich dieses Materialparameters zugeordnet. Liegt der gemessene Wert außerhalb des Referenzbereiches ist das Prüfergebnis negativ, das heißt das Platinensubstrat erfüllt insbesondere nicht die Anforderungen der Anwendung. Liegt der gemessene Wert innerhalb des Referenzbereiches ist das Prüfergebnis dagegen positiv, das heißt, das Platinensubstrat ist insbesondere geeignet für die Anwendung. Auf diese Weise kann zum Beispiel eine mit negativem Prüfergebnis versehene Platine dem weiteren Fertigungsprozess entzogen oder generell aus dem Verkehr gezogen werden.
Die Platine ist häufig eine Mehrlagenplatine und umfasst mehrere Substratschichten aus jeweils einem dielektrischen Material zwischen denen jeweils eine Lage aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Stapel ausgebildet, wobei die Substratschichten aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sein können. Für Hochfrequenzanwendungen, wie beispielsweise Radarsysteme, ist typischerweise wenigstens eine Substratschicht aus einem HF-Substrat vorgesehen. Da solch ein HF-Substrat üblicherweise teurer ist als ein herkömmliches Platinensubstrat ist beispielsweise lediglich eine Substratschicht aus dem HF-Substrat gefertigt und weitere Substratschichten aus einem herkömmlichen Platinensubstrat. Jegliche vorgesehene Hochfrequenzelektronik und diese verbindende Leitungen sind dann vorzugsweise auf dem HF-Substrat oder auf einer auf dem HF-Substrat aufgebrachten Lage angeordnet. Auf diese Weise sind insbesondere hochfrequente Signale besonders verlustarm mittels der Leitungen übertragbar.
Als Leitungen werden dabei geeignete Hochfrequenzleiter verwendet, beispielsweise Streifenleiter, sogenannte striplines, Mikrostreifenleiter, sogenannte microstrip lines oder kurz microstrips oder in das Platinensubstrat integrierte Hohlleiter, sogenannte substrate integrated waveguides (SIW). Bei der Übertragung eines Signals mittels einer solchen Leitung wechselwirkt das zugehörige elektromagnetische Feld insbesondere mit dem die jeweilige Leitung umgebenden Platinensubstrat. Die Übertragungseigenschaften hängen folglich insbesondere auch von den Materialparametern des Platinensubstrates ab.
Beispielsweise ist ein Materialparameter der sogenannte Verlustwinkel, welcher ein Maß für eine durch das Platinensubstrat verursachte Absorption darstellt, das heißt eine Abschwächung des Signals beschreibt. Ein anderer Materialparameter ist der Dielektrizitätsparameter, welcher insbesondere die relative Permittivität oder dielektrische Leitfähigkeit des Platinensubstrates ist. Beide genannten Materialparameter sind typischerweise frequenzabhängig. Mit anderen Worten: der Wert des Materialparameters ist typischerweise eine Funktion der Frequenz des Signals. Insbesondere deshalb ist es vorteilhaft, den jeweiligen Materialparameter explizit bei der Frequenz der entsprechenden Anwendung zu Prüfen und ein dazu geeignetes Prüfverfahren anzugeben.
Da die Platine vorzugsweise für eine bestimmte Anwendung vorgesehen ist und entsprechend verbaut werden soll, ist zur Durchführung des Prüfverfahrens auf der Platine ein Prüfbereich vorgesehen. Dieser ist beispielsweise in einer Ecke der Platine angeordnet und umfasst einen Ausschnitt derjenigen Substratschicht, die aus dem zu prüfenden Platinensubstrat gefertigt ist. Zur weiteren Ausgestaltung des Prüfbereiches sind insbesondere auch Leiterstrukturen aus einem leitenden Material auf dem Platinensubstrat aufgebracht sowie möglicherweise zusätzliche Komponenten, beispielsweise mechanische oder elektronische Bauteile.
Der in dem Prüfbereich angeordnete Messleiter ist zweckmäßigerweise als sogenannter Zweiport ausgelegt, umfasst also einen Eingangsport und einen Ausgangsport, der hier als Messeingang beziehungsweise Messausgang bezeichnet wird. Der Messleiter verbindet den Messeingang und den Messausgang zur Übertragung eines Signals. Das an den Messeingang angelegte Eingangssignal wird dann bei Übertragung zum Messausgang insbesondere von dem Platinensubstrat beeinflusst. Dabei weist das Eingangssignal eine vorgegebene Messfrequenz auf, die vorzugsweise etwa der Frequenz der späteren Anwendung entspricht.
Zur Prüfung des Materialparameters des Platinensubstrates, im Folgenden auch kurz: zur Prüfung der Platine, wird vorzugsweise ein sogenannter S-Parameter gemessen. Im Falle eines Zweiportes sind dessen Übertragungseigenschaften insbesondere durch eine Streumatrix mit vier jeweils als S-Parameter bezeichneten Elementen charakterisiert. Diese beschreiben insbesondere jeweils das Verhältnis der an dem Messeingang und Messausgang ein- und ausgehenden Signale bezüglich des Eingangssignals. Dabei umfasst jeder S-Parameter typischerweise eine Amplitude und eine Phase zur Quantifizierung des Amplitudenverhältnisses und der Phasenrelation des jeweiligen Signals bezüglich des Eingangssignals.
Gemäß dem Prüfverfahren wird wenigstens ein Wert der Amplitude oder der Phase gemessen. Zweckmäßigerweise werden mehrere Werte gemessen, beispielsweise bei unterschiedlichen Frequenzen, wodurch die Platine insbesondere in einem bestimmten Frequenzbereich überprüfbar ist. Desweiteren werden vorteilhafterweise sowohl Werte der Amplitude wie auch der Phase gemessen. Dazu wird beispielsweise ein sogenannter Netzwerkanalysator verwendet, der mittels geeigneter Hochfrequenzkabel mit dem Messeingang und dem Messausgang verbunden wird.
Die Amplitude oder die Phase sind üblicherweise abhängig von dem Materialparameter, wodurch zweckmäßigerweise eine indirekte Bestimmung des Materialparameters ermöglicht wird. Dabei wird unter indirekt verstanden, dass anstelle eines Wertes des Materialparameters ein Wert eines von diesem abhängigen Parameters, nämlich beispielsweise der Amplitude oder der Phase des S-Parameters gemessen wird. Das heißt, abhängig von einer Veränderung des Materialparameters, beispielsweise aufgrund von Schwankungen des Mischverhältnisses der bei der Herstelllung des Platinensubstrates verwendeten Materialien, verändert sich auch der gemessene Wert der Amplitude oder der Phase.
Insbesondere aufgrund des auf der Platine angeordneten Prüfbereiches ist das oben beschriebene Prüfverfahren besonders zur Prüfung von Platinen geeignet, die bereits entweder für eine konkrete Anwendung oder Verwendung ausgebildet oder zumindest vorgesehen sind. Beispielsweise wird eine Platine in einem Radarsystem verbaut oder ist bereits im Betrieb und soll einer nachträglichen Inspektion unterzogen werden. Mit Hinblick auf die konkrete Anwendung oder Verwendung umfasst die Platine in einer vorteilhaften Ausgestaltung zusätzlich zu dem Prüfbereich einen Funktionsbereich. In diesem sind zweckmäßigerweise der Anwendung der Platine zugeordnete funktionale Elemente angeordnet. Im Falle einer Platine für ein Radarsystem eines Fahrzeuges sind dies beispielsweise HF-Sender und -Empfänger, geeignete Antennen, Verstärkerbauteile sowie geeignete Leitungen zur Verbindung dieser Elemente.
Vorzugsweise ist keines der Elemente des Funktionsbereiches mit dem Messleiter verbunden, wodurch insbesondere eine Beeinträchtigung des gemessenen Wertes durch die funktionalen Elemente verringert, vorzugsweise vermieden wird. Der Funktionsbereich und der Prüfbereich können nichtsdestoweniger eine oder mehrere gemeinsame Masselagen aufweisen.
In einer alternativen Ausgestaltung ist der Prüfbereich jedoch ein Teil des Funktionsbereiches und der Messleiter ist eine in dem Funktionsbereich angeordnete Leitung. Hierdurch ist ein besonders kompakter Aufbau der Platine möglich.
Der Messleiter wird bevorzugterweise als Hohlleiter bereitgestellt. Dieser weist einen Hohlleiterraum auf, der in dem Platinensubstrat angeordnet und mit diesem ausgefüllt ist. Insbesondere ist der Hohlleiter damit vorteilhaft als substrate integrated waveguide (SIW) ausgebildet. Der Hohlleiterraum wird seitlich von Hohlleiterwänden aus leitendem Material begrenzt. Beispielsweise sind eine obere und eine untere Hohlleiterwand jeweils Teil einer oberhalb beziehungsweise unterhalb auf das Platinensubstrat aufgebrachten Masselage. Seitliche Hohlleiterwände werden beispielsweise mittels Durchkontaktierungen, sogenannter Vias oder auch mittels innenwändig metallisierter Gräben, sogenannter grooves ausgebildet. Ein durch den Hohlleiter geführtes Signal wird damit insbesondere durch das zu prüfende Platinensubstrat geführt und in Abhängigkeit von dessen Materialparameter beeinflusst.
Vorteilhafterweise sind die Durchkontaktierungen der jeweiligen Hohlleiterwand in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet. Dieser ist insbesondere in Abhängigkeit der Messfrequenz ausgewählt. Im Falle einer höheren Messfrequenz ist der Abstand zweckmäßigerweise geringer ausgewählt.
Die Verwendung eines Hohlleiters als Messleiter hat den besonderen Vorteil, dass im Vergleich zur eingangs beschriebenen Methode der S-Parameter weniger abhängig von Fertigungstoleranzen des Hohlleiters ist. Mit anderen Worten: Beim Ätzen der zur Ausbildung des Hohlleiters verwendeten Leiterstrukturen, das heißt insbesondere den Hohlleiterwänden wirken sich Ungenauigkeiten weniger stark auf den S-Parameter aus, als beispielsweise bei einer der oben erwähnten Methoden mit einem einen Streifenleiter oder Mikrostreifenleiter umfassenden Resonatorschaltkreis. Zudem ist der S-Parameter und daher auch dessen Amplitude und Phase im Wesentlichen von dem Materialparameter abhängig. Dadurch ist das Prüfverfahren besonders vereinfacht, da insbesondere die genaue Kenntnis der Abmessungen des Hohlleiters und dessen einzelner Teile von untergeordneter Bedeutung ist.
Zum einfachen und unkomplizierten Prüfen der Platine sind der Messeingang und der Messausgang in einer bevorzugten Weiterbildung jeweils mit einem in dem Prüfbereich angeordneten Messanschluss verbunden. Dieser Messanschluss ist beispielsweise ein geeigneter Hochfrequenzsteckverbinder für ein Koaxialkabel oder ein Messkontakt zur Kontaktierung mittels einer Prüfspitze. Als Hochfrequenzsteckverbinder wird beispielsweise ein Koaxialsteckverbinder in SMA-Ausführung verwendet. Dagegen wird zur Ausbildung eines Messkontaktes vorzugsweise jeweils eine geeignet dimensionierte Leiterfläche mit dem Messeingang und dem Messausgang verbunden. Die Ausbildung des Messanschlusses als Messkontakt ist besonders geeignet, falls für die verwendete Frequenz kein geeigneter Hochfrequenzsteckverbinder verfügbar ist.
Bevorzugterweise wird an dem Messausgang ein Ausgangssignal gemessen und zur Ermittlung des S-Parameters das Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen. Mit anderen Worten: der S-Parameter ist zweckmäßigerweise der S_2,1-Parameter oder auch Vorwärtstransmissionsparameter. Der S_2,1-Parameter gibt dabei folglich das Verhältnis von dem an dem Messausgang ausgehenden Signal, das heißt dem Ausgangssignal zu dem in den Messeingang eingehenden Eingangssignal an. Insbesondere gibt in diesem Fall die Phase des S-Parameters die Phasenverschiebung an, welche das Eingangssignal beim Durchlaufen des Messleiters erfährt; die Amplitude gibt insbesondere die Abschwächung des Eingangssignales an.
Zweckmäßigerweise wird das Prüfverfahren als Online-Prüfverfahren während eines Herstellungsprozesses angewendet, insbesondere während der Herstellung eines Radarsystems für ein Fahrzeug. Dazu wird der Messleiter vorteilhafterweise zusammen mit den für die Anwendung der Platine vorgesehenen Leiterstrukturen aufgebracht. Dadurch wird insbesondere ein Prozessschritt derart eingespart, dass eine zur Prüfung der Platine geeignete Leiterstruktur nicht separat aufgebracht werden muss sondern bereits in die Platine integriert ist. Sämtliche Platinen innerhalb eines Produktionsprozesses weisen daher vorzugsweise den Prüfbereich auf.
Vorteilhafterweise wird das Prüfverfahren automatisch durchgeführt. An geeigneter Stelle im Verlauf des Produktionsprozesses, beispielsweise vor Aufbringen von Elektronikkomponenten ist es dann möglich, die Platine zu prüfen und insbesondere dem Produktionsprozess zu entziehen. Dadurch sind insbesondere die Produktionskosten reduzierbar. Außerdem ist es vorteilhaft möglich, jede Platine separat zu prüfen, anstatt eine Probe des Platinensubstrates stellvertretend für mehrere aus diesem gefertigte Platinen zu prüfen. Durch die Anwendung als Online-Prüfverfahren entfällt insbesondere auch der Bedarf eines separaten Prüfverfahrens, wodurch zweckmäßigerweise die Produktionskosten reduziert werden.
Vorteilhafterweise wird das Prüfverfahren zur Qualitätskontrolle einer Anzahl von Platinen angewendet, insbesondere Platinen eines Radarsystems für ein Fahrzeug. Insbesondere durch die Möglichkeit, jede Platine aufgrund des auf dieser angeordneten Prüfbereiches separat zu prüfen, ist das Prüfverfahren zur gezielten Qualitätskontrolle anwendbar, wobei unter gezielt verstanden wird, dass eine bestimmte Platine geprüft wird und insbesondere nicht ein stellvertretender Testaufbau.
Bevorzugterweise ist eine nachträgliche Prüfung der Platine möglich, beispielsweise zur Fehlersuche bei defekten Systemen, welche eine entsprechende Platine aufweisen. Alternativ ist die Qualitätskontrolle geeigneterweise auch in Kombination mit der oben genannten Ausgestaltung als Online-Prüfverfahren anwendbar.
Zweckmäßigerweise wird die Messfrequenz des Eingangssignales aus einem Frequenzbereich von 20 GHz bis 120 GHz ausgewählt, wodurch insbesondere der Materialparameter in einem anwendungsrelevanten, jedoch mit der eingangs beschriebenen Methode nicht prüfbaren Frequenzbereich überprüfbar ist. Dabei ist generell denkbar, dass das Prüfverfahren auch für Frequenzen unterhalb von 20 GHz und oberhalb von 120 GHz anwendbar ist. In diesem Fall ist die eingangs beschriebene IPC-Methode durch das hier beschriebene Prüfverfahren ersetzbar. Somit ist dieses Prüfverfahren insbesondere bezüglich des abgedeckten Frequenzbereiches gegenüber den bekannten Methoden verbessert.
Bevorzugterweise weist der Messleiter einen Arbeitsfrequenzbereich auf, der insbesondere durch eine untere und ein obere Grenzfrequenz charakterisiert ist. Wird die Messfrequenz aus dem Arbeitsfrequenzbereich gewählt, ist der Verlustwinkel vorteilhaft im Wesentlichen proportional zur Amplitude des S-Parameters. Zur Prüfung des Verlustwinkels wird die Messfrequenz des Eingangssignales daher vorteilhafterweise aus dem Arbeitsfrequenzbereich ausgewählt und ein Wert der Amplitude, auch Amplitudenwert genannt gemessen.
Zweckmäßigerweise ist die Phase des S-Parameters für Messfrequenzen aus dem Arbeitsfrequenzbereich proportional zum Dielektrizitätsparameter. Daher wird in einer vorteilhaften Weiterbildung zur Prüfung des Dielektrizitätsparameters die Messfrequenz des Eingangssignales aus dem Arbeitsfrequenzbereich ausgewählt sowie ein Wert der Phase, auch Phasenwert genannt, gemessen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Messleiter einen Cut-Off-Frequenzbereich auf. Dieser entspricht insbesondere nicht dem Arbeitsfrequenzbereich und überlappt auch nicht mit diesem. Das heißt, eine bestimmte Frequenz ist entweder dem Cut-Off-Frequenzbereich, dem Arbeitsfrequenzbereich oder keinem von beiden zugeordnet. Geeigneterweise ist im Cut-Off-Frequenzbereich der Dielektrizitätsparameter und die Amplitude jeweils im Wesentlichen proportional zur Messfrequenz. Zur Prüfung des Dielektrizitätsparameters wird daher zweckmäßigerweise die Messfrequenz des Eingangssignales aus dem Cut-Off-Frequenzbereich ausgewählt und ein Wert der Amplitude gemessen.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Messfrequenz des Eingangssignals verändert, zur Messung mehrerer Werte bei unterschiedlichen Messfrequenzen. Insbesondere wird hierbei die Amplitude oder die Phase als Funktion der Messfrequenz gemessen. Aus dem resultierenden Verlauf sind dann vorteilhafterweise der Cut-Off-Frequenzbereich und der Arbeitsfrequenzbereich identifizierbar. Insbesondere ist dabei der in Dezibel gemessene Amplitudenwert im Arbeitsfrequenzbereich im Wesentlichen konstant und fällt im Cut-Off-Frequenzbereich für kleiner werdende Frequenzen ab.
Zweckmäßigerweise wird der Referenzbereich in Abhängigkeit des geprüften Materialparameters ausgewählt. Dabei ist der Referenzbereich bei Prüfung des Dielektrizitätsparameters ein Wertebereich mit einem oberen und einem unteren Grenzwert. Mit anderen Worten: der Referenzbereich erstreckt sich von einer Untergrenze bis zu einer Obergrenze und definiert auf diese Weise ein Band. Entsprechend ist der Toleranzbereich für den Dielektrizitätsparameter ein Band mit einem oberen und einem unteren Grenzwert für den Dielektrizitätsparameter.
Da der Verlustwinkel bevorzugt so gering wie möglich sein soll, ist bei Prüfung des Verlustwinkels der Referenzbereich zweckmäßigerweise ein Wertebereich oberhalb eines Grenzwertes. Der Referenzbereich weist damit insbesondere lediglich eine Untergrenze auf, die einen maximal tolerierten Verlustwinkel definiert. Insbesondere gilt die Untergrenze für die Messwerte des S-Parameters.
Geeigneterweise ist der Referenzbereich durch zumindest einen Grenzwert charakterisiert, der frequenzabhängig ist. Da beispielsweise im Falle der Prüfung des Dielektrizitätsparameters die gemessene Phase oder Amplitude frequenzabhängig ist, ist auch der Grenzwert zweckmäßigerweise frequenzabhängig.
Die auf die Platine bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Platine mit den Merkmalen des Anspruches 15 gelöst. Die Platine ist insbesondere zur Verwendung in einem Prüfverfahren gemäß einer der oben genannten Ausführungsformen geeignet. Dabei ist die Platine aus einem Platinensubstrat gefertigt und umfasst einen Funktionsbereich sowie einen Prüfbereich. Letzterer ist aus dem Platinensubstrat gefertigt und umfasst eine insbesondere als Hohlleiter ausgebildeten Messstruktur. Diese weist einen Messeingang und einen Messausgang auf zur Messung eines Wertes eines Prüfparameters, insbesondere eines Wertes einer Phase oder eines Wertes einer Amplitude eines S-Parameters zwecks Prüfung eines Materialparameters des Platinensubstrates. Die Vorteile einer solchen Platine ergeben sich dabei sinngemäß aus den oben genannten Vorteilen für das Prüfverfahren. Entsprechend gelten auch die oben genannten Weiterbildungen und deren Erläuterungen sinngemäß.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
1 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt einer Platine mit einem Prüfbereich und einem Funktionsbereich,
2 den Prüfbereich der Platine gemäß 1 mit einem Messleiter,
3 eine Amplitudenmessung zur Prüfung der Platine gemäß 1, und
4 eine Phasenmessung zur Prüfung der Platine gemäß 1.
Eine Platine 2, die teilweise aus einem zu prüfenden Platinensubstrat 4 gefertigt ist, ist in 1 gezeigt. Die Platine 2 ist in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel als Mehrlagenplatine ausgeführt und umfasst mehrere Substratschichten, insbesondere eine obere Substratschicht 6 und eine untere Substratschicht 8. Die Platine 2 umfasst weiterhin mehrere Lagen, insbesondere eine erste Lage 10 und eine zweite Lage 12. Die Substratschichten 6, 8 sind dabei jeweils aus einem dielektrischen Material gefertigt und die Lagen 10, 12 jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer. Die Lagen 10, 12 sind insbesondere nicht vollflächig und durchgängig ausgeführt, sondern weisen hier nicht näher dargestellte Leiterstrukturen auf, zur Realisierung eines geeigneten Schaltungslayouts.
Die obere Substratschicht 6 ist insbesondere durch die erste und die zweite Lage 10, 12 eingefasst. Die zweite Lage 12 ist dabei zwischen den beiden Substratschichten 6, 8 angeordnet. Auf der Unterseite 14 der zweiten Substratschicht 8 kann eine dritte Lage angeordnet sein. Desweiteren kann die Platine 2 allgemein auch weitere Substratschichten und Lagen aufweisen.
Die obere Substratschicht 6 ist in der in 1 dargestellten Platine 2 aus einem zu prüfenden Platinensubstrat 4 gefertigt. Insbesondere ist die Platine 2 zur Verwendung in einem Radarsystem ausgelegt und das Platinensubstrat 4 ist ein HF-Substrat, während die untere Substratschicht 8 aus einem anderen, herkömmlichen Platinensubstrat gefertigt ist. Da die Platine 2 für eine konkrete Anwendung vorgesehen ist, weist die Platine 2 einen Funktionsbereich 16 auf, in dem Komponenten 18 zur Herstellung der entsprechenden Funktionalität mit Bezug auf die Anwendung angeordnet sind. Solche Komponenten 18 sind beispielsweise elektronische Bauteile und diese verbindende Leitungen. Im Falle eines Radarsystems weist der Funktionsbereich 16 beispielsweise geeignete HF-Sender und -Empfänger, Antennen oder sonstige Hochfrequenzbauteile auf.
Das Platinensubstrat 4 ist durch wenigstens einen Materialparameter charakterisiert. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel insbesondere durch zwei Materialparameter, nämlich den Dielektrizitätsparameter und den Verlustwinkel. Diese beiden Materialparameter sind insbesondere für eine Radaranwendung von Bedeutung. Mittels eines geeigneten Prüfverfahrens wird geprüft, ob die Materialparameter der Platine 2 den Anforderungen der Anwendung genügen und insbesondere, ob die Werte der Materialparameter in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegen.
Zur Durchführung des Prüfverfahrens umfasst die Platine 2 einen in 2 näher dargestellten Prüfbereich 20. In 1 ist dieser in einer Ecke der Platine 2 angeordnet; eine gestrichelte Linie markiert die Grenze zum Funktionsbereich 16. Der Prüfbereich 20 und der Funktionsbereich 16 sind voneinander vorzugsweise vollständig getrennt. Die obere Lage 10 ist im Prüfbereich 20 größtenteils aus leitendem Material gefertigt und weist lediglich in den Ecken des Prüfbereiches 20 Aussparungen auf. In dem Prüfbereich 20 ist ein Messleiter 22 angeordnet ist, der wiederum zur Prüfung der Materialparameter verwendet wird. Dazu weist der Messleiter 22 einen Messeingang 24 und einen Messausgang 26 auf, der jeweils mit einem Messanschluss 27 verbunden ist. Dieser Messanschluss 27 ist hier beispielhaft jeweils als Leiterfläche ausgeführt und durch Aussparungen im leitenden Material in den Ecken der oberen Lage 10 ausgebildet. Die Messanschlüsse 27 dienen hier insbesondere zum Anlegen oder Ansetzen einer hier nicht dargestellten Prüfspitze. Diese kann dann wiederum mittels eines geeigneten Hochfrequenzkabels an ein Messgerät, beispielsweise einen Netzwerkanalysator angeschlossen werden. Generell sind auch andere geeignete Ausführungen des Messanschlusses 27 denkbar, beispielsweise als Koaxialsteckverbinder in SMA-Ausführung.
Der Messleiter 22 ist in der in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsform als Hohlleiter 28, genauer gesagt als substrate integrated waveguide (SIW) ausgebildet. Dieser umfasst einen Hohlleiterraum 30, der insbesondere mit dem zu prüfenden Platinensubstrat 4 gefüllt ist. Der Hohlleiterraum 30 ist von einer Anzahl von horizontalen Hohlleiterwänden 32, sowie von vertikalen Hohlleiterwänden 34 eingefasst, die insbesondere aus einem leitenden Material gefertigt sind, vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Lagen 10, 12. Zweckmäßigerweise bildet jeweils ein Teil der beiden oberhalb beziehungsweise unterhalb der oberen Substratschicht 6 angeordneten Lagen 10, 12 eine der horizontalen Hohlleiterwände 32. Mit anderen Worten: der Hohlleiter 28 weist eine obere und eine untere Hohlleiterwand 32 auf, die in der ersten beziehungsweise zweiten Lage 10, 12 angeordnet sind.
Zur Ausbildung der seitlichen Hohlleiterwände 34 sind die beiden Lagen 10, 12 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel mittels mehrerer Durchkontaktierungen 36 elektrisch leitend verbunden. Die Durchkontaktierungen 36 sind hier als sogenannte Vias, das heißt innenwändig metallisierte Bohrungen ausgeführt. Alternativ ist eine Ausgestaltung der seitlichen Hohlleiterwände 34 als innenwändig metallisierte Gräben, sogenannte grooves denkbar.
Desweiteren ist der Hohlleiter 28 vorzugsweise gerade ausgeführt, weist also keine Biegungen oder Umlenkungen auf. Die Durchkontaktierungen 36 sind dann insbesondere in einer Reihe und mit einem bestimmten Abstand 38 zueinander angeordnet. Durch die Anzahl der Durchkontaktierungen 36 einer Reihe und den Abstand 38 ist auch eine Länge 40 des Hohlleiters definiert. Desweiteren sind die beiden Reihen zueinander beabstandet und definieren auf diese Weise eine Breite 42 des Hohlleiters 28. Die Materialstärke der oberen Substratschicht 6 definiert schließlich eine Höhe 44 des Hohlleiters 28.
Die Durchkontaktierungen 36 weisen dabei auch jeweils einen bestimmten Durchmesser 46 auf. Der Abstand 38 und der Durchmesser 46 sind zweckmäßigerweise frequenzabhängig ausgewählt; das heißt ausgewählt im Hinblick auf die Frequenz oder den Frequenzbereich, die beziehungsweise der in dem Prüfverfahren verwendet oder untersucht wird. Auch die Länge 40, die Breite 42 und die Höhe 44 des Hohlleiters 28 sind unter Berücksichtigung der in dem Prüfverfahren und insbesondere auch in der zugedachten Anwendung verwendeten Frequenz oder Frequenzen ausgewählt.
Zum Durchführen des Prüfverfahrens wird mittels des Messeinganges 24 ein Messsignal mit einer vorgegebenen Messfrequenz in den Messleiter 22 eingespeist oder eingekoppelt. Das Messsignal breitet sich im Wesentlichen entlang des Messleiters 22 aus, wobei die Ausbreitung durch das Platinensubstrat 4 entsprechend beeinflusst wird. Insbesondere in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Messsignal im Wesentlichen durch den mit dem zu prüfenden Platinensubstrat 4 gefüllten Hohlleiterraum 30 geführt. Dabei erfährt das Messsignal insbesondere eine Phasenverschiebung und eine Abschwächung, deren Ausmaß jeweils von dem Dielektrizitätsparameter und/oder dem Verlustwinkel des Platinensubstrates 4 abhängig ist.
Zur Prüfung der Materialparameter wird daher zweckmäßigerweise die Phasenverschiebung und/oder die Abschwächung des Eingangssignales ermittelt. Dazu wird in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der sogenannte S_2,1-Parameter des Messleiters 22 gemessen. Dieser weist eine Amplitude und eine Phase auf, welche die Abschwächung beziehungsweise Phasenverschiebung quantifizieren. Der S_2,1-Parameter wird insbesondere dadurch ermittelt, dass das am Messausgang 26 vorliegende sogenannte Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen wird. Dies wird beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten Netzwerkanalysators durchgeführt, welcher mit dem Messeingang 24 und dem Messausgang 26 verbunden ist. Insbesondere entspricht dann die Amplitude des S_2,1-Parameters dem Amplitudenverhältnis von Ausgangs- zu Eingangssignal und die Phase des S_2,1-Parameters entspricht dem Phasenunterschied zwischen Ausgangs-und Eingangssignal.
Zur weiteren Erläuterung des Prüfverfahrens zeigt die 3 eine Amplitudenmessung 48 und die 4 eine Phasenmessung 50 des S_2,1-Parameters. Die Amplitude A, auch mit |S_2,1| bezeichnet und die Phase P, auch mit ϕ bezeichnet sind dabei jeweils als Funktionen der Frequenz F, insbesondere der Messfrequenz des Eingangssignales dargestellt. Dazu ist die Frequenz F jeweils von links nach rechts aufsteigend auf der Abszisse dargestellt und die Werte 52 der Amplitude A sowie die Werte 54 der Phase P von unten nach oben aufsteigend auf der Ordinate. Dabei weist der Messleiter 22 einen sogenannten Arbeitsfrequenzbereich 56 und einen sogenannten Cut-Off-Frequenzbereich 58 auf, die in den 3 und 4 durch vertikale gestrichelte Linien gekennzeichnet sind. Dabei bezeichnet der Arbeitsfrequenzbereich 56 insbesondere einen aufgrund der ausgewählten Abmessungen des Messleiters 22 vorgesehenen Betriebsbereich. Dagegen entspricht der Cut-Off-Frequenzbereich 58 einem Frequenzbereich, auf dem die Funktionalität des Messleiters 22 im Vergleich zum Arbeitsfrequenzbereich 56 reduziert ist.
Um einen der Materialparameter zu prüfen wird nun wenigstens ein Wert 52, 54 der Phase P oder der Amplitude A gemessen und mit jeweils einem Referenzbereich 60, 60‘, 60‘‘ verglichen. Im Ausführungsbeispiel ist dem Wert 52 der Amplitude A im Arbeitsfrequenzbereich 56 ein Referenzbereich 60, im Cut-Off-Frequenzbereich 58 ein Referenzbereich 60‘ und dem Wert 54 der Phase P ein Referenzbereich 60‘‘ zugeordnet. Der Referenzbereich 60, 60‘, 60‘‘ gibt dabei allgemein einen Wertebereich an, der insbesondere dem Toleranzbereich des Materialparameters zugeordnet ist. Dabei kann der Referenzbereich 60, 60‘, 60‘‘ entweder lediglich bei einer bestimmten Frequenz F, also eindimensional oder für mehrerer Frequenzen F, also zweidimensional angegeben werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Referenzbereich 60, 60‘, 60‘‘ zweidimensional, umfasst also in den in 3 und 4 dargestellten Graphen eine Fläche, die insbesondere in horizontaler Richtung durch ein Frequenzintervall 62 und in vertikaler Richtung durch geeignete Grenzwerte 64, 66 beschränkt ist.
Zur Ermittlung der Referenzbereiche 60, 60‘, 60‘‘ wird vorzugsweise eine Messung ähnlich dem Prüfverfahren an einem hier nicht gezeigten Referenzsubstrat durchgeführt. Dieses ist derart ausgewählt, dass der Materialparameter einen bevorzugten, insbesondere idealen Wert aufweist. Bezüglich dieses Materialparameters wird dann wenigstens ein Wert 52, 54, insbesondere Referenzwert der Amplitude A oder der Phase P gemessen. Der Referenzbereich 60, 60‘, 60‘‘ wird dann als Wertebereich um den Referenzwert herum ermittelt. Beispielsweise wird ein Referenzwert für die Prüfung des Verlustwinkels mittels einer Amplitudenmessung 48 des S_2,1-Parameters ermittelt und der Referenzbereich 60 derart definiert, dass dieser alle Werte umfasst, die wenigstens 95 % des Referenzwertes 60 betragen.
Mit Verweis auf 3 wird zunächst die Prüfung des Verlustwinkels des Platinensubstrates 4 näher erläutert. Der Verlustwinkel, der auch als Df bezeichnet wird, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass dieser für Frequenzen F aus dem Arbeitsfrequenzbereich 56 des Messleiters 22 im Wesentlichen proportional zur Amplitude A des S_2,1-Parameters ist. Daher wird zur Prüfung des Verlustwinkels vorteilhafterweise eine Amplitudenmessung 48 auf einem Frequenzintervall 62, dass hier dem Arbeitsfrequenzbereich 56 entspricht durchgeführt. Mit anderen Worten: es werden Werte 52 der Amplitude A bei unterschiedlichen Frequenzen F aus dem Arbeitsfrequenzbereich 56 gemessen, wie in 3 dargestellt.
Ebenfalls in 3 gezeigt ist der Referenzbereich 60, mit dem die Amplitudenwerte 52 verglichen werden. Der Referenzbereich 60 umfasst hier einen unteren Grenzwert 64 und alle Werte, die größer sind als dieser Grenzwert 64. Ein oberer Grenzwert 66 ergibt sich in diesem Fall insbesondere automatisch dadurch, dass die Amplitude A des S_2,1-Parameters höchstens den Wert 0 dB annehmen kann, das heißt, es findet keine Abschwächung des Messsignals durch den Messleiter 22 statt. Zur Definition des Referenzbereiches 60 ist daher lediglich ein Grenzwert, insbesondere ein unterer Grenzwert 64 notwendig. Insbesondere gilt der untere Grenzwert 64 für den S_2,1-Parameter. Dem unteren Grenzwert 64 ist weiterhin ein unterer, mit Dk_ref,unten bezeichneter Grenzwert, für den Verlustwinkel Df zugeordnet. Wie aus der in 3 gezeigten Amplitudenmessung 48 deutlich hervorgeht, liegen die Amplitudenwerte 52 innerhalb des Referenzbereiches 60, die Prüfung des Verlustwinkels fällt damit positiv aus. Mit anderen Worten, das Ergebnis des Prüfverfahrens für den Verlustwinkel des Platinensubstrates 4 ist positiv; die Platine 2 ist damit wenigstens bezüglich des Verlustwinkels des untersuchten Platinensubstrates 4 für die vorgesehene Anwendung geeignet.
3 zeigt weiterhin eine Amplitudenmessung 48 im Cut-Off-Frequenzbereich 58 des Messleiters 22 zur Prüfung des Dielektrizitätsparameters, der auch mit Dk bezeichnet wird. Dieser ist im Cut-Off-Frequenzbereich 58 zweckmäßigerweise im Wesentlichen proportional zur Messfrequenz, das heißt Frequenz F, wodurch sich insbesondere ein ansteigender Verlauf der Werte 52 mit aufsteigender Messfrequenz ergibt. Dieser Messung ist der Referenzbereich 60‘ zugeordnet, der anders als der Referenzbereich 60 für den Verlustwinkel durch einen oberen und einen unteren Grenzwert 64‘, 66‘ definiert ist. Der dem oberen Grenzwert 66‘ zugeordnete Grenzwert für den Dielektrizitätsparameter wird auch als Dk_ref,oben bezeichnet, der dem unteren Grenzwert 64‘ zugeordnete Grenzwert für den Dielektrizitätsparameter als Dk_ref,unten. Bei Messung der Amplitude A bei unterschiedlichen Frequenzen F ergibt sich daraus ein entsprechendes Band. Wie aus 3 ersichtlich, liegen die gemessenen Werte 52 in dem durch die Grenzwerte 64‘ und 66‘ definierten Bereich. Die geprüfte Platine 2 erfüllt damit die Anforderungen bezüglich deren Dielektrizitätsparameter Dk. Für diesen gilt somit gemäß 3 Dk_ref,unten < Dk < Dk_ref,oben.
Weiterhin sind der obere und der untere Grenzwert 64‘, 66‘ hier jeweils frequenzabhängig, der Referenzbereich 60‘ erstreckt sich daher entsprechend schräg und aufsteigend für aufsteigende Frequenzen F.
Die in 4 dargestellt Phasenmessung 50 verdeutlicht die Prüfung des Platinensubstrates 4 bezüglich des Dielektrizitätsparameters durch Messung von Werten 54 der Phase P des S_2,1-Parameters insbesondere bei unterschiedlichen Frequenzen F. Vorteilhafterweise ist die Phase P im Arbeitsfrequenzbereich 56 des Messleiters 22 im Wesentlichen proportional zum Dielektrizitätsparameter. Zusätzlich ist die Phase P frequenzabhängig. Entsprechend ergibt sich für den zugeordneten Referenzbereich 60‘‘ ein schräger Verlauf ähnlich wie im Fall der in dem Cut-Off-Frequenzbereich 58 gemessenen Amplitude A, jedoch absteigend für aufsteigende Frequenzen F. Auch in dem in 4 gezeigten Fall der Phasenmessung 50 weist der Referenzbereich 60‘‘ einen oberen und einen unteren Grenzwert 64‘‘, 66‘‘ auf. Der dem oberen Grenzwert 66‘‘ zugeordnete Grenzwert für den Dielektrizitätsparameter wird auch als Dk_ref2,oben bezeichnet, der dem unteren Grenzwert 64‘‘ zugeordnete Grenzwert für den Dielektrizitätsparameter als Dk_ref2,unten. Liegt der Wert 54 der Phase P innerhalb des Referenzbereiches 60‘‘, ist das Prüfergebnis positiv; der Dielektrizitätsparameter liegt dann folglich innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches und erfüllt auf dem Arbeitsfrequenzbereich 56 insbesondere die Bedingung Dk_ref2,unten < Dk < Dk_ref2,oben.
Generell wird bei dem mittels der 3 und 4 beschriebenen Prüfverfahren der jeweilige Wert des Materialparameters in zugehörigen Einheiten nicht direkt gemessen, sondern das Prüfverfahren nutzt eine jeweilige Abhängigkeit des S-Parameters von dem Materialparameter. Insbesondere ist dabei der bei der Prüfung verwendete Frequenzbereich 62 von Bedeutung, da das Verhalten des Messleiters 22 im Arbeitsfrequenzbereich 56 und im Cut-Off-Frequenzbereich 58 unterschiedlich ist. Auch diese Tatsache wird insbesondere im Prüfverfahren verwendet, um unterschiedliche Materialparameter zu prüfen.
Bezugszeichenliste

2: Platine
4: Platinensubstrat
6: obere Substratschicht
8: untere Substratschicht
10: erste Lage
12: zweite Lage
14: Unterseite
16: Funktionsbereich
18: Komponente
20: Prüfbereich
22: Messleiter
24: Messeingang
26: Messausgang
27: Messanschluss
28: Hohlleiter
30: Hohlleiterraum
32: Hohlleiterwand (horizontal)
34: Hohlleiterwand (seitlich)
36: Durchkontaktierung
38: Abstand
40: Länge (des Hohlleiters)
42: Breite (des Hohlleiters)
44: Höhe (des Hohlleiters)
46: Durchmesser
48: Amplitudenmessung
50: Phasenmessung
52: Amplitudenwert, Wert (der Amplitude)
54: Phasenwert, Wert (der Phase)
56: Arbeitsfrequenzbereich
58: Cut-Off-Frequenzbereich
60, 60‘, 60‘‘: Referenzbereich
62: Frequenzintervall
64, 64‘, 64‘‘: unterer Grenzwert
66, 66‘, 66‘‘: oberer Grenzwert
A: Amplitude
F: Frequenz
P: Phase

Claims

Prüfverfahren für ein Platinensubstrat (4), insbesondere HF-Substrat für eine Platine (2) eines Radarsystems in einem Fahrzeug, wobei das Platinensubstrat (4) wenigstens einen zu prüfenden Materialparameter aufweist, bei dem der Materialparameter ausgewählt wird aus einer Anzahl von Parametern, umfassend einen Verlustwinkel und einen Dielektrizitätsparameter, dadurch gekennzeichnet, – dass die Platine (2) mit einem aus dem Platinensubstrat (4) gefertigten Prüfbereich (20) bereitgestellt wird, in dem eine Messstruktur (22) ausgebildet ist, die einen Messeingang (24) und einen Messausgang (26) aufweist, – dass an den Messeingang (24) ein Eingangssignal mit einer vorgegebenen Messfrequenz angelegt wird, – dass wenigstens ein Wert (52, 54) eines Prüfparameter der Messstruktur (22) ermittelt wird, – dass wenigstens ein Referenzbereich (60, 60‘, 60‘‘) für den Wert (52, 54) vorgegeben wird, – und dass geprüft wird, ob der Wert (52, 54) innerhalb des Referenzbereiches (60, 60‘, 60‘‘) liegt.
Prüfverfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfparameter ein S-Parameter ist und der der S-Parameter eine Phase (P) und eine Amplitude (A) umfasst und dass wenigstens ein Wert (52, 54) der Phase (P) oder der Amplitude (A) ermittelt wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (2) zusätzlich zu dem Prüfbereich (20) einen Funktionsbereich (18) umfasst.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstruktur (22) als Hohlleiter (28) bereitgestellt wird, der einen Hohlleiterraum (30) aufweist, der in dem Platinensubstrat (4) angeordnet und mit diesem ausgefüllt ist.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messeingang (24) und der Messausgang (26) jeweils mit einem in dem Prüfbereich (20) angeordneten Messanschluss (27) verbunden sind.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Messausgang (24) ein Ausgangssignal gemessen wird und zur Ermittlung des Prüfparameters das Ausgangssignal mit dem Eingangssignal verglichen wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Online-Prüfverfahren während eines Herstellungsprozesses angewendet wird, insbesondere während einer Herstellung eines Radarsystems für ein Fahrzeug.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zur Qualitätskontrolle einer Anzahl von Platinen (2) angewendet wird, insbesondere Platinen (2) für Radarsysteme für ein Fahrzeug.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfrequenz des Eingangssignales ausgewählt wird aus einem Frequenzbereich von 20 GHz bis 120 GHz.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messleiter einen Arbeitsfrequenzbereich (56) aufweist und zur Prüfung des Verlustwinkels die Messfrequenz des Eingangssignales aus dem Arbeitsfrequenzbereich (56) ausgewählt und ein Wert (52) der Amplitude (A) gemessen wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messleiter (22) einen Arbeitsfrequenzbereich (56) aufweist und zur Prüfung des Dielektrizitätsparameters die Messfrequenz des Eingangssignales aus dem Arbeitsfrequenzbereich (56) ausgewählt und ein Wert (54) der Phase (P) gemessen wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche und nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messleiter (22) einen Cut-Off-Frequenzbereich (58) aufweist und zur Prüfung des Dielektrizitätsparameters die Messfrequenz des Eingangssignales aus dem Cut-Off-Frequenzbereich (58) ausgewählt und ein Wert (52) der Amplitude (A) gemessen wird.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfrequenz des Eingangssignals verändert wird, zur Messung mehrerer Werte bei unterschiedlichen Messfrequenzen.
Prüfverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzbereich (60, 60‘, 60‘‘) in Abhängigkeit des geprüften Materialparameters ausgewählt wird, wobei der Referenzbereich (60, 60‘, 60‘‘) bei Prüfung des Dielektrizitätsparameters ein Wertebereich mit einem oberen und einem unteren Grenzwert (66‘, 64‘, 66‘‘, 64‘‘) ist und bei Prüfung des Verlustwinkels ein Wertebereich oberhalb eines Grenzwertes (64) ist.
Platine (2), die insbesondere zur Verwendung in einem Prüfverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche geeignet ist, wobei die Platine (2) aus einem Platinensubstrat (4) gefertigt ist und einen Funktionsbereich (18) sowie einen Prüfbereich (20) umfasst, wobei letzterer aus dem Platinensubstrat (4) gefertigt ist und einen insbesondere als Hohlleiter (28) ausgebildete Messstruktur (22) umfasst mit einem Messeingang (24) und einem Messausgang (26) zur Messung eines Wertes (52, 54) eines Prüfparameters, insbesondere eines Wertes (54) einer Phase (P) oder eines Wertes (52) einer Amplitude (A) eines S-Parameters zwecks Prüfung eines Materialparameters des Platinensubstrates (4).