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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes mit wenigstens einer Hochfrequenzantenne und wenigstens einem Hochfrequenzchip sowie ein entsprechendes Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement.
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Im Stand der Technik werden Hochfrequenz-Sende-/Empfangselemente häufig für Radaranwendungen genutzt und werden bspw. als Abstandswarner in PKW eingesetzt. Entsprechend bekannte Radarelemente weisen dabei eine Antenne und ein damit verbundenes Radarpackage – ein integrierter Schaltkreis in einem Chipgehäuse – auf. Die Antenne ist regelmäßig zweiteilig umfassend eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne aufgebaut, die häufig als Leiterbild auf einer Platine ausgebildet sind.
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Das Radarpackage wird getrennt von der Radarantenne hergestellt und kann seitlich neben dem Leiterbild für die Sendeantenne und für die Empfangsantenne auf deren Platine angeordnet werden.
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Nachteilig an den Radarelementen gemäß diesem Stand der Technik ist, dass die Radarpackages getrennt von den Radarantennen hergestellt werden müssen, wobei regelmäßig ein kostenintensives Packaging des integrierten Schaltkreises erforderlich ist.
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Außerdem kann das Radarpackage erst nach Fertigung der Platine auf dieser befestigt werden. Das Radarelement gemäß dem Stand der Technik erfordert also in seiner Herstellung einen Bestückungsvorgang. Sowohl der Bestückungsvorgang selbst als auch die daraus zwingend resultierende außenliegende Anordnung der Radarpackages auf der Platine kann für die Zuverlässigkeit des Radarelementes grundsätzlich nachteilig sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes sowie ein entsprechendes Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement zu schaffen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr oder nur noch in verminderten Umfang aufweisen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem Hauptanspruch sowie ein Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementgemäß dem nebengeordneten Anspruch 13. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes mit wenigstens einer Hochfrequenzantenne und wenigstens einem Hochfrequenzchip, mit den Schritten:
- a. Bereitstellen eines temporären starren Trägers;
- b. Aufbringen einer Leiterbildstruktur umfassend die Antennenstruktur der wenigstens einen Hochfrequenzantenne und damit über Zuleitungen verbundene Anschlusskontakte für den wenigstens einen Hochfrequenzchip;
- c. Anordnen des wenigstens einen Hochfrequenzchips an den Anschlusskontakten der Leiterbildstruktur;
- d. Aufbringen einer elektrisch isolierenden Schicht auf die Leiterbildstruktur, sodass der wenigstens eine Hochfrequenzchip von der elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist; und
- e. Entfernen des temporären starren Trägers.
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Weiterhin betrifft die Erfindung ein Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement mit wenigstens einer Hochfrequenzantenne und wenigstens einem Hochfrequenzchip, wobei die wenigstens eine Hochfrequenzantenne eine Antennenstruktur ist, die als Teil einer auf eine elektrisch isolierende Schicht aufgebrachten flächigen Leiterbildstruktur ausgebildet ist, und wobei die wenigstens eine Hochfrequenzantenne mit einem Hochfrequenzchip verbunden ist, wobei der wenigstens eine Hochfrequenzchip unmittelbar mit als Teil der Leiterbildstruktur ausgebildeten Anschlusskontakten, die über Zuleitungen mit der wenigstens einen Hochfrequenzantenne verbunden sind, verbunden und derart in die elektrisch isolierende Schicht integriert ist, dass er von der elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement wird der Hochfrequenzchip zur Erzeugung von über die Antennenstruktur abzugebenden Wellen im Hochfrequenzbereich (also in der Regel über 1 GHz) und/oder zur Auswertung von über die Antennenstruktur empfangenen hochfrequenter Wellen unmittelbar in die Trägerschicht der Hochfrequenzantenne integriert. Indem der Hochfrequenzchip in der elektrisch isolierenden Schicht unterhalb der die Antennenstruktur bildenden Leiterbildstruktur angeordnet ist, kann die Ausdehnung des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes in der Ebene der Antennenstruktur im Wesentlichen auf die Ausdehnung der Antennenstruktur und deren Zuleitungen beschränkt werden. Insbesondere ist die Anordnung weiterer Komponenten eines Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes seitlich neben der Antennenstruktur nicht erforderlich.
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Indem der Hochfrequenzchip erfindungsgemäß in die elektrisch isolierende Schicht des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes integriert wird, kann auch auf ein aufwendiges Packaging des Hochfrequenzchips verzichtet werden. Vielmehr kann der Hochfrequenzchip ohne gesondertes Gehäuse auf der Leiterbildstruktur angeordnet werden. Insbesondere wenn der Hochfrequenzchip vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht und evtl. weiterer Schichten umgeben ist, kann er gegenüber üblichen Umwelteinflüssen ausreichend geschützt sein. Durch diese Integration des Hochfrequenzchips in die elektrisch isolierende Schicht unterhalb der Leiterbildstruktur und durch die unmittelbare Anordnung des Chips an der Antennenstruktur wird eine hohe Zuverlässigkeit des Hochfrequenzchips sowie des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes als solches erreicht. Auch kann durch die unmittelbare Nähe von Antennenstruktur und Hochfrequenzchip die Länge der Übertragungswege, die für hochfrequente Signale ausgebildet sein müssen, äußerst kurz gehalten werden, womit auch der Einsatz von zur Reduzierung der Leitungsverluste erforderlichem hochfrequenztauglichen Material als Trägermaterial für die Leitungen verringert werden kann.
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Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes wird zunächst ein temporärer starrer Träger bereitgestellt. Durch die Angabe „temporär“ wird verdeutlicht, dass dieser starre Träger zwar während der Herstellung benötigt wird, bei dem fertiggestellten Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement aber nicht mehr vorhanden ist. „Starr“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Träger eine ausreichende Biegesteifigkeit aufweist, dass während der Herstellung des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes keine unerwünschte Biegung des Trägers und/oder der darauf angeordneten Komponenten auftritt. Die Biegesteifigkeit kann regelmäßig durch eine ausreichende Dicke des Trägers erreicht werden. Der temporäre starre Träger kann bspw. aus Kupfer, vernickeltem Kupfer oder verkupferten Aluminium bestehen, wobei das vernickelte Kupfer eine Schichtfolge von Kupfer-Nickel-Kupfer aufweisen kann, bei der insbesondere die erstgenannte Kupferlage dicker ist als die letztgenannte Kupferlage. Andere Materialkombinationen können ebenfalls verwendet werden. Ein Träger aus einem entsprechenden Material ist sowohl zum Aufbringen einer Leiterbildstruktur und einer elektrisch isolierenden Schicht – wie dies nachfolgend erläutert wird – als auch zum späteren Ablösen derselben, bspw. durch chemisches Auflösen bzw. Ätzen, geeignet. Auf der Seite, auf der wie nachfolgend beschrieben das letztendliche Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement hergestellt wird, weist der temporäre starre Träger vorzugsweise eine dünne Kupferschicht auf.
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Auf den bereitgestellten temporären starren Träger wird eine Leiterbildstruktur nach einem beliebigen für den Fachmann bekannten und üblichen Verfahren aufgebracht, bspw. aufplattiert. Die Leiterbildstruktur umfasst dabei die Antennenstruktur sowie Anschlusskontakte zur späteren Verbindung der Antennenstruktur mit dem Hochfrequenzchip. Die Antennenstruktur umfasst wenigstens eine als Antenne für Hochfrequenzsignale geeignete Leiteranordnung. Es ist jedoch bevorzugt, wenn die Antennenstruktur wenigstens zwei als Antenne für Hochfrequenzsignale geeignete Leiteranordnungen aufweist, sodass ein Teil der Leiteranordnungen für das Aussenden von Hochfrequenzsignalen, der andere Teil für den Empfang von Hochfrequenzsignalen vorgesehen werden kann. Über die Anschlusskontakte wird eine Verbindung der Antennenstruktur mit dem Hochfrequenzchip ermöglicht, wobei es ausreichend ist, wenn für jede als Antenne für Hochfrequenzsignale geeignete Leiteranordnung der Antennenstruktur ein über eine Zuleitung verbundener Anschlusskontakt vorgesehen ist. Die Leiterbildstruktur kann weiterhin Leitungen mit Anschlusskontakten für den Hochfrequenzchip umfassen, über die der Hochfrequenzchip mit weiteren externen Komponenten, wie bspw. einer Steuerungseinrichtung oder einer Energieversorgung, verbunden werden kann.
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Im nächsten Schritt wird wenigstens ein Hochfrequenzchip derart auf der Leiterbildstruktur angeordnet, dass der jeweilige Hochfrequenzchip mit den für ihn vorgesehenen Anschlusskontakten des Leiterbildes verbunden ist. Der Hochfrequenzchip kann auf eine dem Fachmann bekannte und übliche Weise mit der Leiterbildstruktur verbunden werden.
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Anschließend wird eine elektrisch isolierende Schicht auf die Leiterbildstruktur aufgebracht. Die Schicht kann dabei vorzugsweise aus hochfrequenztauglichen vorimprägnierten Fasermatten (Prepregs) oder aus Harzfolien aufgebaut sein, die auf dem Fachmann bekannte Art und Weise aufgebracht und anschließend verpresst werden. Die elektrisch isolierende Schicht kann dabei durch das Aufeinanderschichten mehrerer Lagen Prepregs oder Harzfolien gebildet werden, wobei die der Leiterbildstruktur nächstliegenden Lagen vorzugsweise Ausnehmungen für den wenigstens einen Hochfrequenzchip aufweisen, während wenigstens eine von der Leiterbildstruktur entfernte Lage bevorzugt ausnehmungsfrei ist. Durch eine entsprechende Anordnung der Lagen kann gewährleistet werden, dass der wenigstens eine Hochfrequenzchip auf allen von der Leiterbildstruktur abgewandten Seiten von der elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist. Es ist auch möglich, dass die elektrisch isolierende Schicht aus lediglich einer Lage Prepreg oder Harzfolie gebildet wird.
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Zum Ausfüllen des Bereichs zwischen dem Hochfrequenzchip und der Leiterbildstruktur – damit der Hochfrequenzchip auch auf dieser Seite von der elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist – kann bereits während des Verpressens der ggf. verwendeten Prepregs oder Harzfolien austretender und in den genannten Bereich fließender Harz ausreichend sein. Kann ein vollständiges Auffüllen des Bereichs zwischen dem Hochfrequenzchip und der Leiterbildstruktur so nicht sicher gewährleistet werden und/oder wird die elektrisch isolierende Schicht anders und insbesondere ohne Verwendung von Harz gebildet, können dem Fachmann allgemein bekannte sog. Underfilling-Verfahren angewendet werden, bei denen der genannte Bereich mit elektrisch isolierendem Material aufgefüllt wird, bevor die übrige elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird. Das Underfilling bildet dann einen Teil der elektrisch isolierenden Schicht.
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Es ist bevorzugt, wenn der Hochfrequenzchip vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht umgeben ist. Dies kann insbesondere bei einem Aufbau der elektrisch isolierenden Schicht aus mehreren Lagen Prepregs oder Harzfolien erreicht werden, wenn die wenigstens eine von der Leiterbildstruktur entfernte Lage Prepreg oder Harzfolie ausnehmungsfrei ist, und wenn – sofern erforderlich – ein Underfilling vorgesehen wird. Der Hochfrequenzchip ist dann gut gegenüber üblichen Umwelteinflüssen geschützt.
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Unabhängig davon, wie die elektrisch isolierende Schicht gebildet wird, ist bevorzugt, wenn sie aus hochfrequenztauglichem Material ist. Weiter bevorzugt ist es, wenn die fragliche Schicht biegsam ist, sodass eine Biegung der elektrisch isolierenden Schicht zerstörungsfrei möglich ist.
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Es kann eine Rückseitenleiterschicht vorgesehen werden, deren wenigstens eine Leiterbahn auf der elektrisch isolierenden Schicht angeordnet ist und vorzugsweise in wenigstens eine Kontaktstelle mündet, die durch die elektrisch isolierende Schicht zum Hochfrequenzchip ragt und mit diesem verbunden ist. Für die Rückseitenkontaktierung des Hochfrequenzchips kann bereits während der Herstellung der elektrisch isolierenden Schicht wenigstens ein geeigneter Durchbruch vorgesehen werden, bspw. als Leerstelle in den entsprechenden Lagen der Prepregs oder Harzfolien. Es ist aber auch möglich, die für die Rückseitenkontaktierung der Hochfrequenzchips erforderliche wenigstens eine Öffnung erst nach dem Anbringen der elektrisch isolierenden Schicht vorzusehen. Die Rückseitenleiterschicht kann aus Kupfer sein und mit dem Fachmann bekannten Verfahren aufgebracht werden.
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Die Rückseitenleiterschicht kann ein beliebiges, von dem Fachmann gewähltes Leitungsbild aufweisen. Es ist dabei bevorzugt, wenn die Rückseitenleiterschicht als Wärmespreizungsschicht ausgebildet ist. Dazu können wenigstens ein Teil der Leiterbahnen der Rückseitenleiterschicht insbesondere in Bereichen nahe den jeweiligen Kontaktstellen eine größere Breite aufweisen, als allein für die Durchleitung von elektrischem Strom notwendig wäre. Von dem Hochfrequenzchip ausgehende Wärme gelangt dann über die Kontaktstellen zu den Leiterbahnen und kann aufgrund der gewählten größeren Breite der Leiterbahnen besser abgegeben werden. Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Teil der Leiterbahnen der Rückseitenleiterschicht ausschließlich für die Abgabe von Wärme und also nicht zur Stromführung vorgesehen sind. So kann bspw. die Rückseite des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes vollflächig mit einer Leiterfläche belegt sein, die allein der Wärmespreizung dient.
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Es ist auch möglich, dass das Leitungsbild der Rückseitenleiterschicht eine durchgehende Fläche aufweist, die vorzugsweise an den Massekontakt des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes angeschlossen ist. Dadurch wird neben der Wärmespreizung noch eine Abfuhr unerwünschter kapazitiver Effekte erreicht. Insbesondere wenn keine elektrisch leitende Verbindung zwischen Rückseitenleiterschicht und Hochfrequenzchip erforderlich ist, kann auf das Vorsehen von Kontaktstellen verzichtet werden. Der Wärmeübergang zwischen Hochfrequenzchip und Rückseitenleiterschicht kann dabei grundsätzlich durch den im Bereich des Hochfrequenzchips dünnen Teil der elektrisch isolierenden Schicht zwischen Hochfrequenzchip und Rückseitenleiterschicht erfolgen.
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Auf die elektrisch isolierende Schicht und/oder die Rückseitenleiterschicht wird in einem nächsten Schritt vorzugsweise eine starre Stützschicht aufgetragen. Eine Stützschicht gilt dann als „starr“ im Sinne der Erfindung, wenn sie eine ausreichende Dicke aufweist, dass bei dem Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement nach Entfernung des temporären starren Trägers unter üblichen Belastungen keine unerwünschte Biegung der Stützschicht bzw. des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes auftritt. Die Stützschicht kann mit einem beliebigen, dem Fachmann bekannten Verfahren aufgebracht werden, wobei die starre Stützschicht vorzugsweise aus Verbundwerkstoff, wie bspw. einem FR4-Verbundwerkstoff, ist. Insbesondere wenn auf eine Rückseitenleiterschicht oder eine Rückseitenkontaktierung, also das Schaffen von Kontaktstellen zwischen Hochfrequenzschicht und Rückseitenleiterschicht verzichtet wird, kann die Stützschicht auch gleichzeitig mit der elektrisch isolierenden Schicht aufgebracht werden.
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Aus Symmetriegründen kann auf der starren Stützschicht noch eine weitere elektrisch isolierende Schicht aufgebracht werden, die vorzugsweise aus demselben vorzugsweise hochfrequenztauglichen Material ist, wie die elektrisch isolierende Schicht, welche unmittelbar auf der Leiterbildstruktur angeordnet ist. Die weitere elektrisch isolierende Schicht kann dabei insbesondere auch die Dicke der ersten elektrisch isolierenden Schicht aufweisen und gleichzeitig mit der oder anschließend an die Stützschicht aufgebracht werden.
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Es ist optional möglich, dass vor oder nach dem Entfernen des temporären starren Trägers wenigstens eine Vertiefung in die starre Stützschicht zur Bildung wenigstens eines Biegebereichs eingebracht wird, bspw. indem eine Tiefenfräsung der starren Stützschicht durchgeführt wird. Die Vertiefung kann dabei bis in die elektrisch isolierende Schicht ragen. In dem Bereich der Vertiefung wird die Biegesteifigkeit des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes derart reduziert, dass ein Biegen des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes nach Entfernung des temporären starren Trägers möglich ist. Dadurch ist es möglich, dass das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement mehrere zueinander in einem Winkel angeordnete Bereiche umfasst, um bei entsprechender Ausstattung der Bereiche mit Antennen eine räumliche Abdeckung zu erreichen. Es ist aber auch möglich, dass die Vertiefung nur bis zu Rückseitenleiterschicht reicht oder lediglich die Materialstärke der starren Stützschicht im Biegebereich durch Vertiefung derart reduziert wird (bspw. auf 30–50 μm), dass in diesem Bereich ein Biegen des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes möglich wird.
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Es ist dabei bevorzugt, wenn der wenigstens eine Biegebereich frei von Hochfrequenzchips, ist. In anderen Worten soll die Anordnung des wenigstens einen Hochfrequenzchips derart sein, dass sie nicht in dem wenigstens einen Biegebereich angeordnet sind. Ist der Biegebereich frei von Hochfrequenzchips, kann eine Beschädigung des wenigstens einen Hochfrequenzchips aufgrund einer Biegung in den dafür vorgesehenen Biegebereichen ausgeschlossen werden. Ist der wenigstens eine Biegebereich frei von Leiterbahnen sowohl der Leiterbildstruktur als auch der Rückseitenleiterschicht ist für jeden durch Biegebereiche abgetrennten, zueinander in einem Winkel anordenbare Bereich des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes bei entsprechender Ausstattung mit Antennen ein gesonderter Hochfrequenzchip vorzusehen.
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Erstrecken sich aber bevorzugt Leiterbahnen der Leiterbildstruktur und/oder der Rückseitenleiterschicht über einen Biegebereich ist es hingegen auch möglich, einen Hochfrequenzchip vorzusehen, der mit Antennen auf beiden Seiten des fraglichen Biegebereichs verbunden ist. Es ist so möglich, sämtliche Antennen des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes, selbst wenn diese auf zueinander in einem Winkel angeordneten verschiedenen Bereichen des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes angeordnet sind, mit einem gemeinsamen Hochfrequenzchip zu verbinden. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn sowohl Leiterbahnen der Leiterbildstruktur als auch Leiterbahnen der Rückseitenleiterschicht über den Biegebereich geführt werden. Ist bspw. die Leiterbahn der Rückseitenleiterschicht vollflächig ausgeführt, können auch im Biegebereich bei geeignetem Anschluss der Rückseitenleiterschicht an die Masse unerwünschte kapazitive Effekte vermieden werden.
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Abschließend wird der temporäre starre Träger, bspw. durch Ätzen, entfernt. Dafür geeignete Vorgehensweisen sind dem Fachmann bekannt. Gleiches gilt für das ggf. erforderliche Freilegen der Leiterbildstruktur nach dem Ablösen des Trägers, also dem Entfernen von möglichen Kupferresten. Auch können noch Durchkontaktierungen ausgehend von der Leiterbildstruktur umfassend die Antennenstruktur zu darunterliegenden Schichten, wie bspw. der Rückseitenleiterschicht, vorgesehen werden.
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Sofern das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement Biegebereiche aufweist, kann das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement nach Entfernen des starren Trägers entlang dieser Bereiche gebogen werden. Um die Biegebereiche vor unerwünschter Biegung bei Herstellung und Weiterverarbeitung zu schützen, kann ein stabilisierender Rahmen um das HF-Element angebracht werden, der die Weiterverarbeitung vereinfacht.
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Das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement kann bspw. für Kommunikationsanwendungen ausgebildet sein. Bei dem Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes handelt es sich aber vorzugsweise um ein Radarelement, bspw. für Einsatz als Abstandswarner in PKW. In diesem Fall kann die Hochfrequenzantenne auch als Radarantenne, der Hochfrequenzchip als Radarchip bezeichnet werden.
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Zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
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Die Erfindung wird nun anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:
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1: ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsmäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes;
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2a–g: schematische Darstellungen der Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsmäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes; und
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3a–c: schematische Darstellungen von Varianten zum Verfahren nach den 2a–f.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes 1 dargestellt. Das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 umfasst eine Leiterbildstruktur 2, die sich über die eine Seite des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes 1 erstreckt und eine Mehrzahl von Antennenstrukturen 3 umfasst, wobei ein Teil der Antennenstrukturen 3 als Sendeantennen, ein anderer Teil als Empfangsantennen für Hochfrequenzsignale ausgestaltet sind. Die Leiterbildstruktur 2 umfasst weiterhin Anschlusskontakte 4, die über Zuleitungen 5 mit den Antennenstrukturen 3 verbunden sind.
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Die Leiterbildstruktur 2 ist auf einer elektrisch isolierenden Schicht 6 aus hochfrequenztauglichem Material aufgebracht. Die elektrisch isolierende Schicht 6 ist dabei grundsätzlich biegsam. In den Bereichen, in denen die Antennenstrukturen 3 angeordnet sind, ist auf der von der Leiterbildstruktur 2 abgewandten Seite der elektrisch isolierenden Schicht 6 aber jeweils eine starre Stützschicht 7 angeordnet, sodass das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 letztendlich nur in den dazwischenliegenden Biegebereichen 8 – in denen nur die elektrisch isolierende Schicht 6, nicht jedoch eine starre Stützschicht 7 vorgesehen ist – biegsam ist. Wie dargestellt ist das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 in durch die Biegebereiche 8 abgetrennte, in einem Winkel zueinander anordenbare Bereiche 9 geteilt, die jeweils Antennenstrukturen 3 aufweisen.
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In dem einen starren Bereich 9 ist in die elektrisch isolierende Schicht 6 ein Hochfrequenzchip 11 integriert, der in 1 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Der Hochfrequenzchip ist unmittelbar mit den Anschlusskontakten 4 verbunden und vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht 6 umgeben.
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Der Hochfrequenzchip befindet sich dabei ausschließlich in einem der starren Bereiche 9 des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes 1 und erstreckt sich somit insbesondere nicht in den Biegebereich 8. Anders verhält es sich mit der Leiterbildstruktur 2: damit auch diejenigen Antennenstrukturen 3, die sich in dem anderen starren Bereich 9 befinden, mit dem dort angeordneten Hochfrequenzchip 11 verbunden werden können, erstrecken sich einzelne Zuleitungen 5 der Leiterstruktur von diesen Antennenstrukturen 3 über den Biegebereich 8 zu Anschlusskontakten 4, die mit dem Hochfrequenzchip 11 verbunden sind.
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In 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist die zwischen der elektrisch isolierenden Schicht 6 und der starren Stützschicht 7 in dem mittleren starren Bereich angeordnete Rückseitenleiterschicht 14, Zuleitungen zur Versorgung des Hochfrequenzchips 11 mit elektrischer Energie und Steuersignalen sowie von der Leiterbildstruktur 2 ausgehende Durchkontaktierungen.
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In 2a–g ist das Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes 1, ähnlich dem aus 1, schematisch in mehreren Schnittansichten dargestellt.
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Zu Beginn des Verfahrens wird auf einer aus einer dünnen Kupferschicht gebildete ebenen Oberfläche 10‘ eines bereitgestellten temporären starren Trägers 10 zunächst die Leiterbildstruktur 2 mit wenigstens einer Antennenstruktur 3 sowie Zuleitungen 5 und Anschlusskontakten 4 aufgebracht, bevor anschließend ein Hochfrequenzchip 11 unmittelbar auf den Anschlusskontakten 4 befestigt wird. Das Ergebnis dieser Schritte ist in 2a dargestellt.
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Der temporäre starre Träger 10 ist aus vernickeltem Kupfer mit einem Schichtaufbau Kupfer-Nickel-Kupfer, wobei die letztgenannte Kupferlage eine geringere Dicke aufweist als die erstgenannte. Der temporäre starre Träger 10 weist eine solche Dicke auf, dass er sich unter den bei den nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritten zur Herstellung des Hochfrequenz-Sende-/Empfangselementes 1 auftretenden Belastungen nicht unzulässig verformt.
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Die Leiterbildstruktur 2 umfasst eine Antennenstruktur 3 sowie Anschlusskontakte 4, wie dies beispielhaft in 1 gezeigt ist. Die Leiterbildstruktur 2 kann bspw. fotolithografisch und galvanisch mit dem Fachmann bekannten Techniken aufgebracht werden. Zum Bestückung der Leiterbildstruktur 2 mit dem wenigstens einen Hochfrequenzchip 11 können ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren angewendet werden. Die Anschlusskontakte des Chips werden für die jeweils verwendete Anschlusstechnik ggf. umgearbeitet.
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Anschließend wird eine elektrisch isolierende Schicht 6 auf die Leiterbildstruktur 2 aufgebracht. Wie in 2b angedeutet, ist die elektrisch isolierende Schicht 6 aus hochfrequenztauglichen vorimprägnierten Fasermatten 6‘ aufgebaut, die aufgeschichtet und anschließend auf bekannte Art und Weise verpresst sind. Die beiden der Leiterbildstruktur 2 näheren Fasermatten 6‘ weisen jeweils eine Ausnehmung 13 auf, während die dritte Fasermatte 6‘ vollflächig ist. Durch die Ausnehmungen 13 in einem Teil der Fasermatten 6‘ entsteht eine Kavität, in die der Hochfrequenzchip 11 aufgenommen wird. Auf der von der Leiterbildstruktur 2 abgewandten Seite wird elektrisch leitende Kupferfolie 12 aufgebracht.
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Durch das Verpressen der vorimprägnierten Fasermatten 6‘ und der Kupferfolie gelangt das Harz der Fasermatten 6‘ in die den Hochfrequenzchip 11 umgebenden Zwischenräume 13 zwischen dem Hochfrequenzchip 11 und den Fasermatten 6‘, aber auch zwischen dem Hochfrequenzchip 11 und der Leiterbildstruktur 2 bzw. der Oberfläche 10‘ des temporären starren Trägers 10. Nach dem Verpressen der Fasermatten 6‘ ist der Hochfrequenzchip 11 dann vollständig von der elektrisch isolierenden Schicht umgeben. Sollte das aus den Fasermatten 6‘ austretende Harz nicht ausreichen, um sämtliche den Hochfrequenzchip 11 umgebende Zwischenräume 13 zu füllen, kann auch vorgesehen sein, vor Aufbringen der elektrisch isolierenden Schicht 6 Underfilling-Verfahren auf den Hochfrequenzchip 11 anzuwenden, mit denen zumindest der Bereich zwischen Hochfrequenzchip 11 und der Leiterbildstruktur 2 bzw. der Oberfläche 10‘ des temporären starren Trägers 10 mit elektrisch isolierendem, hochfrequenztauglichem Material aufgefüllt wird. Die so hergestellte elektrisch isolierende Schicht 6 ist nach dem Verpressen grundsätzlich zerstörungsfrei biegsam.
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Nachdem die elektrisch isolierende Schicht 6 fertiggestellt ist, wird eine Rückseitenleiterschicht 14 mit Rückseitenkontaktierung vorgesehen. Dazu werden in die elektrisch isolierende Schicht 6 und die Kupferfolie 12 zunächst Durchbrüche eingebracht, bspw. durch Laserbearbeitung. Anschließend wird in einer dem Fachmann bekannten Prozessfolge eine Kupferschicht galvanisch aufgebracht, wobei das Kupfer einerseits die Durchbrüche ausfüllt, um so Kontaktstellen 15 mit dem Hochfrequenzchip 11 zu schaffen und ansonsten in Form wenigstens einer Leiterbahn 16 der Rückseitenleiterschicht 14 auf der elektrisch isolierenden Schicht 6 angeordnet ist. Es ist auch möglich, die Kupferschicht zunächst vollflächig aufzubringen und anschließend dort die Leiterbahnen 16, bspw. durch Fotolithografie und Ätzen, einzubringen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Rückseitenleiterschicht 14 der Wärmespreizung, also der Verteilung der von dem Hochfrequenzchip 11 erzeugten Wärme auf eine größere Fläche zwecks Kühlung, sowie zur Reduzierung kapazitiver Effekte. Dazu umfasst die Rückseitenleiterschicht 14 lediglich eine einzelne Leiterbahn 16, welche die gesamte Rückseite der elektrisch isolierenden Schicht 6 bedeckt.
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Auf die elektrisch isolierende Schicht 6 bzw. die Rückseitenleiterschicht 14 wird in einem nächsten Schritt eine Stützschicht 7 aus einem FR4-Verbundwerkstoff aufgetragen (siehe 2d). Die Stützschicht 7 ist dabei derart starr, dass sich das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 in den Bereichen, in denen die Stützschicht 7 vollständig besteht, unter den realistisch zu erwartenden äußeren Belastungen auf das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 keine unerwünschte Biegeverformung auftritt. Die Stützschicht 7 kann mehrlagig mit mehreren leitenden Schichten und in die Stützschicht 7 integrierten elektronischen Bauteilen aufgebaut sein.
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Zur anschließenden Bildung von Biegebereichen 8, an denen sich das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 biegen lassen soll (vgl. auch 1), wird eine Vertiefung 17 in Form einer Nut in das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 tiefengefräst, die sich durch die gesamte starre Stützschicht 7 und die Rückseitenleiterschicht 14 bis in die elektrisch isolierende Schicht 6 erstreckt. Da die elektrisch isolierende Schicht 5 biegsam ist und im Biegebereich 8 nach dem Ablösen (siehe 2f) des temporären starren Trägers 10 kein versteifendes Element mehr vorhanden ist, lässt sich das Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement entlang des Biegebereichs 8 zerstörungsfrei biegen.
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Das Ablösen des temporären starren Trägers 10 kann mit aus dem Stand der Technik bekannten Methoden erfolgen. Gleiches gilt auch für das evtl. erforderliche Freilegen der Leiterbildstruktur 2, also dem Entfernen von möglichen Kupferresten, die nach dem Ablösen des temporären starren Trägers 10 auf der Leiterbildstruktur 2 verbleiben.
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Wie in 2g dargestellt, kann noch eine Durchkontaktierung 18 von der Leiterbildstruktur 2 durch die elektrisch isolierende Schicht 6 bis zur Rückseitenleiterschicht 14 vorgesehen werden, deren Herstellung nach einem beliebigen bekannten Verfahren erfolgen kann. Dadurch ist es möglich, die Leiterbahn 16 der Rückseitenleiterschicht 14 mit der Masse zu verbinden.
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In 3a, b und c sind Varianten zu dem mit dem Verfahren gemäß 2a–f hergestellten Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 dargestellt.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 3a reicht die als tiefengefräste Nut ausgebildete Vertiefung 17 nur bis unmittelbar vor die Rückseitenleiterschicht 14, sodass die Leiterbahnen 16 der Rückseitenleiterschicht 14 sich über den Biegebereich 8 hinaus erstrecken können.
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Bei der Ausführungsvariante gemäß 3b ist auf der von der elektrisch isolierenden Schicht 6 abgewandten Seite der starren Stützschicht 7 eine weitere elektrisch isolierende Schicht 19 angeordnet, die aus demselben Material wie die elektrisch isolierenden Schicht 6 ist und außerdem die gleiche Dicke aufweist. Durch die weitere elektrisch isolierende Schicht 19 wird ein symmetrischer Aufbau erreicht.
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Außerdem reicht bei der Ausführungsvariante gemäß 3b die Vertiefung 17 nicht bis zur Rückseitenleiterschicht 14. Vielmehr bleibt auch im Bereich der Vertiefung 17 noch eine dünne Schicht (ca. 30–50 μm) der Stützschicht 7 bestehen. Aufgrund der geringen Materialstärke lässt sich die Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 im Biegeberiecht 8 aber dennoch gut biegen.
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Die Ausführungsvariante gemäß 3c unterscheidet sich von derjenigen aus 2a–g insbesondere darin, dass auf die Schaffung von Kontaktstellen 15 zwischen Rückseitenleiterschicht 14 und Hochfrequenzchip 11 verzichtet wurde. Aufgrund der geringen Materialstärke zwischen Rückseitenleiterschicht 14 und Hochfrequenzchip 11 im Bereich des Hochfrequenzchips 11 ist aber ein ausreichender Wärmeübergang zwischen Hochfrequenzchip 11 und Rückseitenleiterschicht 14 gegeben.
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Zur weiteren Erläuterung der Ausführungsvarianten gemäß 3a–c und insbesondere deren Herstellung wird auf die Ausführungen zu 2a–g verwiesen.
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In allen Ausführungsbeispielen handelt es sich bei dem Hochfrequenz-Sende-/Empfangselement 1 um ein Radarelement, womit der Hochfrequenzchips 11 ein Radarchip ist. Bei allen Ausführungsbeispielen – sofern nicht bereits dargestellt – können zwischen den einzelnen elektrisch leitenden Lagen Durchkontaktierungen vorgesehen sein, die dem Fachmann geläufig sind.
