DE102020216362A1 - Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors - Google Patents

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Armin Himmelstoss
Gustav Klett
Michael Schoor
Klaus Baur
Christian Hollaender
Minh Nhat Pham
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors. Es wird eine Leiterplatte (2) bereitgestellt. Eine Oberfläche der Leiterplatte (2) wird mit einem Radartransceiver (3) bestückt. Es wird eine Hohlleiterstruktur (1) aus Kunststoff bereitgestellt. Hohlleiterkanäle (10) mit wenigstens einer metallisch leitfähig beschichteten Seitenwand (12, 13, 14) in der Hohlleiterstruktur (1) und einer offenen Seite (15) werden ausgebildet. Schließlich wird die Hohlleiterstruktur (1) an eine Oberfläche der Leiterplatte (2) gelötet, wobei die offene Seite (15) in Richtung der Leiterplatte (2) gerichtet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors mit einer Hohlleiterstruktur, die auf eine Leiterplatte gelötet wird, sowie einen entsprechenden Radarsensor.
  • Stand der Technik
  • Heutzutage werden Radarsensoren beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt, um Komfortfunktionen, wie z. B. Adaptive Cruise Control, und Sicherheitsfunktionen, wie z. B. Notbremsassistenten, zu realisieren. Radarsensoren messen dabei direkt die relevanten physikalischen Größen, wie z. B. den Abstand zu einem Ziel, ohne auf eine Interpretation von Bildern, wie es z. B. bei einer optischen Kamera erfolgt, angewiesen zu sein.
  • Radarsensoren senden über eine Antennenstruktur hochfrequente Radarsignale in Richtung eines Objekts aus und empfangen die am Objekt reflektierten Radarsignale meist über dieselbe Antennenstruktur. Mit Hilfe der ausgesendeten und empfangenen Radarsignale kann ein Abstand und eine Richtung (d.h. ein Winkel) zum Objekt ermittelt werden. Zudem kann die relative Geschwindigkeit des Objekts zum Radarsensor ermittelt werden. Typische Radarsensoren arbeiten in einem Frequenzbereich zwischen 76 und 81 GHz.
  • Antennenstrukturen für Radarsensoren sind zum einen als Planarantennen auf einer Leiterplatte, vor allem als Mikrostreifenantennen, ausgebildet. Zum anderen kommen 3D-Hohlleiterantennen zum Einsatz, die gegenüber den Planarantennen höhere Performencefaktoren, wie z. B. einen geringeren Leistungsverlust, und eine hohe Breitbandigkeit aufweisen. Die 3D-Hohlleiterantennen bestehen typischerweise aus mehreren Schichten, die aufwendig miteinander verklebt oder verlötet werden müssen. Außerdem muss die Hohlleiterantenne bei der Montage an der Leiterplatte aufwendig mit Schrauben befestigt oder verklebt werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors vorgeschlagen, bei dem folgende Schritte ausgeführt werden:
    • Es wird eine herkömmliche Leiterplatte bereitgestellt, die als Basis für den Radarsensor dienen soll. Die Leiterplatte kann beispielsweise durch eine kostengünstige standardmäßige FR4-Technologie gefertigt werden. Die Leiterplatte weist ein Material auf, das zum Löten geeignet ist, beispielsweise eine Kupferstruktur, die typischerweise in einer Leiterplatte vorhanden ist, oder eine Lotpaste, die vor dem Löten aufgetragen wird.
  • Außerdem wird ein Radartransceiver bereitgestellt, der Radarsignale generiert, die von einer Antennenstruktur des Radarsensors ausgegeben werden, und der Radarsignale aufnimmt, die über die Antennenstruktur empfangen werden. Vorzugsweise ist der Radartransceiver ein oberflächenmontiertes Bauelement (SMD, surface-mounted device) und insbesondere eine Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC). Der Radartransceiver kann auch als getrennte Sende- und Empfangseinheit ausgebildet sein. Eine Oberfläche der Leiterplatte wird mit dem Radartransceiver bestückt.
  • Es wird eine Hohlleiterstruktur aus Kunststoff bereitgestellt. Die Hohlleiterstruktur ist zunächst einmal ein Kunststoffblock. In der Hohlleiterstruktur werden, wie nachfolgend beschrieben wird, Hohlleiterkanäle ausgebildet. Die Hohlleiterstruktur dient als Antennenstruktur für den Radarsensor und die Hohlleiterkanäle dienen als Wellenleiter für die Radarsignale, die vom Radarsensor ausgestrahlt und die vom Radarsensor aufgenommen werden sollen. Dabei werden die Hohlleiterkanäle derart ausgebildet, dass sie wenigstens eine metallisch leitfähig beschichtete Seitenwand in der Hohlleiterstruktur aufweisen und zudem eine offene Seite aufweisen, die nicht von der Hohlleiterstruktur begrenzt ist. Die metallisch leitfähige Beschichtung besteht aus einem Metall und ist elektrisch leitfähig. Die offene Seite ist für alle Hohlleiterkanäle auf der gleichen Seite der Hohlleiterstruktur ausgebildet. Die Hohlleiterkanäle können abhängig von ihrer Form jeweils mehrere Seitenwände aufweisen. Dabei können die Formen der einzelnen Hohlleiterkanäle untereinander verschieden sein. In der Hohlleiterstruktur sind alle Seitenwände, die die Hohlleiterkanäle bilden, mit der metallisch leitfähigen Beschichtung beschichtet. Die metallisch leitfähige Beschichtung kann nur an der wenigstens einen Seitenwand ausgebildet sein oder teilweise oder vollständig die Hohlleiterstruktur umgeben.
  • Die Hohlleiterstruktur wird an eine Oberfläche der Leiterplatte gelötet. Dabei wird die Hohlleiterstruktur so ausgerichtet, dass die offene Seite der Hohlleiterkanäle in Richtung der Leiterplatte gerichtet ist. Es werden an sich bekannte Lötverfahren verwendet, um die Hohlleiterstruktur mit der Leiterplatte zu verbinden. Beispielsweise kommt dabei Reflow-Löten mit Lotpastenmaskendruck zum Einsatz. Dabei kann die elektrisch leitfähige Beschichtung der Hohlleiterstruktur direkt mit dem Material der Leiterplatte, das zum Löten geeignet ist, also der Kupferstruktur oder einer Lotpaste, verlötet werden. Zudem können Löcher oder Schlitze neben den Hohlleiterkanälen vorgesehen sein, mit denen ein optimierter Wärmetransport zur Lötstelle, beispielswies durch Aufheizen mittels Infrarotstrahlung, erreicht wird. Durch das Verbinden der Hohlleiterstruktur und der Leiterplatte wird die offene Seite der Hohlleiterkanäle durch die Leiterplatte abgeschlossen, sodass vollständig umschlossene, leitfähige Hohlleiterkanäle gebildet werden.
  • Im Ergebnis werden die Wellenleiter also durch die zumindest eine Seitenwand in der Hohlleiterstruktur und die Leiterplatte gebildet, indem die Hohlleiterstruktur und die Leiterplatte miteinander verlötet werden. Dies bietet mehrere Vorteile: Durch Ausnutzung der Oberfläche der Leiterplatte, kann eine einteilige Hohlleiterstruktur verwendet werden. Diese bietet im Gegensatz zu den üblicherweise verwendeten, mehrschichtigen und komplexen Kunststoff- oder Blechstapelstrukturen, die meist verklebt, verlötet oder verschraubt werden müssen, einen weniger komplexen und kostengünstigen Aufbau. Durch die Reduktion der Anzahl der benötigten Bauteile, den Verzicht auf spezielle Hochfrequenzmaterialien in der Leiterplattenfertigung und die Reduktion der Prozessschritte bei der Montage der Baugruppe auf nur einen Lötprozess ergibt sich ein optimales Preis-Leistungsverhältnis mit stabilen und einfachen Montageprozessen. Durch die geringere Komplexität und die Reduktion der Prozessschritte wird zudem die Stabilität, die Qualität und die Lebensdauer erhöht. Gleichzeitig dient die Lötverbindung zur mechanischen Fixierung der Hohlleiterstruktur auf der Leiterplatte. Beim Lötvorgang entsteht eine Zugkraft, die dafür sorgt, dass die Hohlleiterkanäle rundum flächig ohne kritische Luftspalte geschlossen sind. Dadurch ergibt eine sehr gute Hochfrequenzanbindung. Darüber hinaus findet beim Lötprozess ein Aufschmelzen des Lots statt, sodass eine Oberflächenspannung im Lot entsteht. Dadurch findet während des Lötprozesses ein Selbstzentrieren Hohlleiterstruktur und der Leiterplatte statt, wodurch Montagetoleranzen beim Fügen in gewissem Maße kompensiert werden. Folglich können die Hohlleiterkanäle auch bei einer leichten Verdrehung oder einem leichten Versatz der beiden Komponenten zueinander in die richtige Position auf der Leiterplatte gezogen werden.
  • Generell sind verschiedenen Formen für den Hohlleiterkanal möglich. Bevorzugt weist der Hohlleiterkanal im Querschnitt die Form eines Rechtecks auf. In einem Rechteck-Hohlleiter kann das Radarsignal mit einfach zu realisierenden Moden eingespeist werden. In diesem Fall sind drei Seitenwände mit metallisch leitfähiger Beschichtung in der Hohlleiterstruktur ausgebildet und die vierte Seite ist die offene Seite, die nach dem Löten durch die Leiterplatte begrenzt ist. Es können auch (halb-)elliptische Hohlleiterkanäle vorgesehen sein, bei der nur eine Seitenwand mit metallisch leitfähiger Beschichtung in der Hohlleiterstruktur ausgebildet ist. Alternativ können auch polygonale Hohlleiterkanäle vorgesehen sein, die eine Vielzahl von Seitenwänden mit metallisch leitfähiger Beschichtung aufweisen.
  • Für den Lötprozess kann die metallisch leitfähige Beschichtung verwendet werden, wenn diese zum Verlöten geeignet ist und sich auch über die Lötstelle erstreckt. Falls dies nicht möglich ist oder wenn eine verbesserte Lötung erreicht werden soll, kann im Bereich der Lötstelle eine zusätzliche lötfähige Beschichtung vorgesehen sein. Diese wird aufgetragen, bevor die Hohlleiterstruktur an die Oberfläche der Leiterplatte gelötet wird. Vorteilhafterweise ist die lötfähige Beschichtung so angeordnet, dass sie beim Lötprozess mit einer Lotpaste der Leiterplatte in Kontakt kommt.
  • Wie oben bereits beschrieben, dienen die Hohlleiterkanäle als Wellenleiter. Um eine gezielte Abstrahlung zu erreichen, sind Abstrahlelemente vorgesehen. Vorzugsweise sind diese in Form von Öffnungen durch die zumindest eine beschichtete Seitenwand des Hohlleiterkanals zur Außenseite der Hohlleiterstruktur realisiert. Die Öffnungen sind z. B. schlitzförmig ausgestaltet.
  • Die Hohlleiterstruktur kann, wie oben beschrieben, separat von der Leitplatte hergestellt werden. Es ist daher auch möglich, die Hohlleiterstruktur als modulare Einheit auszubilden. Die modulare Einheit ist ein eigenständiges Modul, das eine geschlossene Funktionseinheit bildet und baulich getrennt von der Leiterplatte realisiert werden kann und dann an die Leiterplatte gelötet wird. Es können auch mehrere modulare Einheiten mit derselben Leiterplatte verbunden werden. Folglich kann die gleiche Leiterplatte für unterschiedliche modulare Einheiten verwendet werden. Die Größe der Hohlleiterstruktur kann unabhängig von der Größe der Leiterplatte gewählt werden. Dadurch kann je nach Anwendung und Anforderungen (z. B. in Bezug auf Reichweite, Winkelabdeckung, Winkelgenauigkeit usw.) eine entsprechende modulare Einheit ausgebildet werden. Außerdem ist es möglich, generische Module für unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen bereitzustellen. Vorzugsweise bleibt die Bestückungsposition auf der Leiterplatte für die unterschiedlichen modularen Einheiten gleich. Die Realisierung als modulare Einheiten bringt zudem weitere Vorteile:
    • - Geringere Anforderungen an die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen der Hohlleiterstruktur und der Leiterplatte;
    • - Geringere Anforderungen an die Toleranzen bezüglich einer Positionierung der Hohlleiterstruktur auf der Leiterplatte;
    • - Geringere Anforderungen an den Lagenaufbau der Leiterplatte hinsichtlich Verwindung und Vorwölbung sowohl beim Herstellungsprozess als auch bezüglich einer Alterung und eines Temperatureinflusses;
    • - Die Hohlleiterstruktur kann am Hohlleiterkanal besser an die Leiterplatte gelötet werden;
    • - Bei getrennt angeordneten Modulen können Überkopplungen zwischen den Hohlleiterkanälen, z. B. aufgrund von Oberflächenwellen, minimiert werden;
    • - Mehrwege-Reflexionen zwischen der Hohlleiterstruktur und anderen Komponenten, wie z. B. einer Abdeckung (Radom) oder einem Stoßfänger eines Fahrzeugs, werden proportional zur gesamten Oberfläche der Hohlleiterstrukturen reduziert;
    • - Zulassungs-, Umwelt- und Zuverlässigkeits-Erprobungen können deutlich reduziert werden, da die Antennenmodule einem Gleichteilekonzept entsprechen können (identische Außenmaße und Kontaktpositionen zur Leiterkarte).
  • Insbesondere ist vorgesehen, zumindest ein Sendemodul und zumindest ein Empfangsmodul jeweils als eigenständige Hohlleiterstruktur, wie oben beschrieben, auszubilden und separat voneinander bereitzustellen. Das zumindest eine Sendemodul und das zumindest eine Empfangsmodul werden an unterschiedlichen Stellen an die Oberfläche der Leiterplatte gelötet. Dadurch können das Sendemodul und das Empfangsmodul, wie oben beschrieben, unabhängig voneinander ausgebildet oder gewählt werden.
  • Typischerweise werden heutzutage Radarsensoren mit einer Vielzahl von Antennenkanälen verwendet. Es kann vorgesehen sein, dass mehrere Hohlleiterkanäle gemeinsam in einer Hohlleiterstruktur oder in den mehreren modularen Einheiten ausgebildet sind. Die Abstrahlelemente und damit auch die Hohlleiterkanäle können als Einzelstrahler ausgebildet sein oder in Arrays angeordnet sein und gewünschte Antennenparameter (wie z. B. Antennengewinn und Nebenkeulendämpfung) realisieren. Für die Performance des Radarsensors und insbesondere eine damit ausgeführte Winkelschätzung ist ein exakt bekannter Abstand und eine genaue Ausrichtung der Abstrahlelemente der einzelnen Sendemodule und Empfangsmodule entscheidend. Die Lage der Sendemodule und der Empfangsmodule ist dagegen frei wählbar und es gibt keine besonderen Positionsanforderungen.
  • Der Radartransceiver kann im Wesentlichen in zwei unterschiedlichen Varianten an einer Oberfläche der Leiterplatte bestückt werden. In einer Variante können die Hohlleiterstruktur und der Radartransceiver auf unterschiedlichen Oberflächen der Leiterplatte angeordnet sein. Vorzugsweise wird der Radartransceiver auf der der Hohlleiterstruktur gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet. Das Radarsignal wird dann durch die Leiterplatte hindurch in den Hohlleiterkanal eingespeist. Hierfür können Hohlleiterübergänge, Koppelstrukturen und/oder eine leitungsgebundene Speisung mit metallisierter Durchkontaktierung vorgesehen sein. Da eine Leiterplatte typischerweise relativ dünn ist, ist eine kurze, direkte Kopplung zwischen dem Radartransceiver und der Hohlleiterstruktur möglich. Weitere oberflächenmontierte Bauelemente (SMD, surface-mounted device) werden bevorzugt auf der gleichen Oberfläche wie der Radartransceiver angeordnet. Somit ist ein einseitiger Bestückungsvorgang ausreichend, wodurch die Herstellungskosten reduziert werden. Zudem wird die Leiterplatte nur auf einer Seite erwärmt und es kann ein Wärmeleitelement auf dieser Seite vorgesehen werden. Im Zusammenhang mit den oben beschriebenen modularen Einheiten bietet sich zudem der Vorteil, dass die modularen Einheiten der Hohlleiterstrukturen auf der kompletten Oberfläche angeordnet und verbunden werden können, da auf dieser Oberfläche keine weiteren Bauelemente vorgesehen sind. Zudem kann eine optische Qualitätskontrolle der SMD und vor allem der Lötstellen von einer Seite erfolgen. Rein Prinzipiell können die weiteren SMD auch an anderen, beispielsweise seitlichen Oberflächen oder an der gleichen Oberfläche wie die Hohlleiterstruktur, und gegebenenfalls auch unter der Hohlleiterstruktur angeordnet sein.
  • In einer weiteren Variante können die Hohlleiterstruktur und der Radartransceiver auf der gleichen Oberfläche der Leiterplatte angeordnet sein. Das Radarsignal kann dann direkt in einen oder mehrere Hohlleiterkanäle eingekoppelt bzw. aus diesem/n ausgekoppelt werden. Dadurch ist eine einfache Einkopplung und Auskopplung der Radarsignale möglich und es kann auf eine Durchkontaktierung durch die Leiterplatte verzichtet werden. Weitere oberflächenmontierte Bauelemente (SMD) können bevorzugt auf der gleichen Oberfläche und auf der gegenüberliegenden Oberfläche angeordnet werden. Dadurch ist eine höhere Packungsdichte möglich, was zu einer kleinen Leiterplatte uns somit zu einem kompakteren Radarsensor führt. Allerdings wird durch die Anordnung der SMD auf der Oberfläche der Hohlleiterstruktur der Platz für die Hohlleiterstruktur bzw. für die Hohlleiterkanäle reduziert. Rein Prinzipiell können die weiteren SMD auch an anderen Oberflächen angeordnet sein. Wenn der Radartransceiver und/oder die SMD auf der gleichen Oberfläche wie die Hohlleiterstruktur angeordnet sind und von der Hohlleiterstruktur überdeckt werden, sind diese durch die metallische Beschichtung der Hohlleiterstruktur abgeschirmt. Dadurch wirkt die Hohlleiterstruktur als Schirmkäfig auch im Sinne der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV).
  • Die einseitig offene Hohlleiterstruktur ermöglicht ferner weitere Möglichkeiten Übergänge in die Leiterplatte zur Ein- und Auskopplung des Radarsignals in und aus den Hohlleiterkanälen zu realisieren. Der Hohlleiterkanal kann partiell in der Leiterplatte weitergeführt werden. Dadurch wird eine gute Ein- und Auskopplung direkt im Hohlleiterkanal durch Strukturierung der Leiterplatte ermöglicht. Hierzu können Vias vorgesehen sein, die in die Hohlleiterkanäle hineinragen. Der Übergang in die Leiterplatte kann dabei in einer oder in mehreren Stufen im Hohlleiterkanal erfolgen oder kann durch Schrägen oder sonstige Anpassungsstrukturen erfolgen. Die Hohlleiterkanäle können nun über eine einfache Leitung gespeist werden.
  • Es wird außerdem ein Radarsensor vorgeschlagen, der eine Leiterplatte, eine Hohlleiterstruktur aus Kunststoff und einen Radartransceiver aufweist. Die Hohlleiterstruktur ist an eine Oberfläche der Leiterplatte gelötet. Außerdem weist die Hohlleiterstruktur Hohlleiterkanäle mit wenigstens einer metallisch leitfähig beschichteten Seitenwand auf. Eine weitere Begrenzung der Hohlleiterkanäle ist dabei durch die Leiterplatte gebildet. Der Radartransceiver ist auf einer Oberfläche der Leiterplatte ausgebildet. Für die Vorteile und mögliche Weiterbildungen des Radarsensors wird auf vorstehende Beschreibung verwiesen.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine geschnittene isometrische Ansicht auf einen Radarsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht auf eine Hohlleiterstruktur und eine Leiterplatte vor dem Lötprozess gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 3 zeigt einen weiteren Ausschnitt einer weiteren Schnittansicht auf die Hohlleiterstruktur und die Leiterplatte vor dem Lötprozess gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 4 zeigt einen Ausschnitt der Schnittansicht auf die Hohlleiterstruktur und die Leiterplatte nach dem Lötprozess gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 5 zeigt einen Ausschnitt auf eine Schnittansicht auf die Hohlleiterstruktur und die Leiterplatte nach dem Lötprozess gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
    • 6 a, b zeigen jeweils isometrische Ansichten von zwei Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Radarsensors.
    • 7 a - d zeigen jeweils Draufsichten von mehreren Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Radarsensors.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Die 1 zeigt eine geschnittene isometrische Ansicht auf einen Radarsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Radarsensor weist eine Hohlleiterstruktur 1 aus Kunststoff auf, die in Form eines Blocks ausgebildet ist, und eine Leiterplatte 2, die aus mehreren Schichten besteht (Multilayer-Leiterplatte) und die mittels standardmäßiger FR4-Technologie hergestellt wurde, auf. Die Hohlleiterstruktur 1 wurde durch einen Lötprozess, der nachfolgend im Detail beschrieben wird, mit einer Oberfläche der Leiterplatte 2 (im Folgenden als Oberseite bezeichnet) verbunden. Die Hohlleiterstruktur 1 weist mehrere Hohlleiterkanäle 10 mit einem rechteckigen Querschnitt auf, die zusammen mit der Oberfläche der Leiterplatte 2 als Wellenleiter für Radarsignale dienen. Somit wird eine Antennenstruktur für den Radarsensor gebildet. Für eine detaillierte Beschreibung der Hohlleiterkanäle 10 wird auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen. Es sind mehrere schlitzförmige Öffnungen in der Hohlleiterstruktur 1 ausgebildet, welche die Hohlleiterkanäle 10 mit der Oberfläche der Hohlleiterstruktur 1 verbinden und als Abstrahlelemente 11 für die Radarsignale dienen. Der Radarsensor weist zudem einen Radartransceiver 3 auf, der in diesem Beispiel als oberflächenmontiertes Bauelement (SMD, surface-mounted device) an der Oberfläche der Leiterplatte 2, die der Hohlleiterstruktur 1 gegenüberliegt (im Folgenden als Unterseite bezeichnet), angeordnet ist und als Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) ausgebildet ist. Der Radartransceiver 3 ist über mehrere Durchkontaktierungen 31 durch die Leiterplatte 2 mit den Hohlleiterkanälen 10 der Hohlleiterstruktur 1 verbunden. Der Radartransceiver 3 generiert Radarsignale, die vom Radarsensor ausgesendet werden, und speist diese über die Durchkontaktierungen 31 in die Hohlleiterkanäle 10 ein, welche die Radarsignale dann über die Abstrahlelemente 11 abstrahlen. Radarsignale, die vom Radarsensor über die Abstrahlelemente 11 und die Hohlleiterkanäle 10 aufgenommen werden, werden über die Durchkontaktierungen 31 zum Radartransceiver 3 geführt und dort verarbeitet. Der Radartransceiver 3 weist zudem ein Wärmeleitmaterial 32 auf, über das die im Radartransceiver 3 entstehende Wärme an ein nicht gezeigtes Gehäuse abgeführt wird.
  • Die 2 zeigt einen Ausschnitt einer Schnittansicht der Hohlleiterstruktur 1 und der Leiterplatte 2. Hier sind die Hohlleiterstruktur 1 und die Leiterplatte 2 noch nicht miteinander verlötet. In der Hohlleiterstruktur 1 ist ein Hohlleiterkanal 10 ausgebildet, der drei Seitenwände 12, 13, 14 aufweist, die von der Hohlleiterstruktur 1 gebildet werden. Im Querschnitt repräsentieren die drei Seitenwände 12, 13, 14 drei Seiten eines Rechtecks. Eine vierte Seite 15 des Rechtecks ist offen und in Richtung der Leiterplatte 2 ausgerichtet. Zumindest die Seitenwände 12, 13, 14 und in diesem Ausführungsbeispiel die gesamte Oberfläche der Hohlleiterstruktur 1 sind mit einer metallischen, elektrisch leitfähigen Beschichtung 18 beschichtet. Die obere Seitenwand 13 des Hohlleiterkanals 10 weist die schlitzförmige Öffnung auf, die als Abstrahlelement 11 dient. An den Ecken zwischen der offenen Seite 15 des Hohlleiterkanals 10 und den Seiten 12 bzw. 14 sind Lötstellen 16, 17 für die Verlötung mit der Oberfläche der Leiterplatte 2 vorgesehen. An den Lötstellen 16, 17 ist zusätzlich eine lötfähige Beschichtung 19 vorgesehen. Ist die metallische, elektrisch leitfähige Beschichtung 18 ebenfalls ausreichend lötfähig und erstreckt sich über die Lötstellen 16, 17, kann auf die zusätzliche lötfähige Beschichtung 19 verzichtet werden. Die Leiterplatte 2 weist zumindest an der Oberfläche, die der Hohlleiterstruktur 1 zugewandt ist, eine Kupferschicht 21 auf. An den Stellen, die den obengenannten Lötstellen 16, 17 entsprechen, ist auf der Oberfläche der Leiterplatte 2 eine Lotpaste 22 aufgetragen. Nach außen hin ist zudem ein Lötstopplack 23 vorgesehen, der die Lötung auf die Lötstellen 16, 17 begrenzt.
  • 3 zeigt einen weiteren Ausschnitt, der die Hohlleiterstruktur 1 und die Leiterplatte 2 in ganzer Höhe vor dem Lötprozess zeigt, in einer weiteren Schnittansicht senkrecht zu der aus 2. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und es wird insoweit auf vorstehende Beschreibung verwiesen. Der Radartransceiver 3 ist bereits vor dem Löten an der Unterseite - also der Oberfläche, die der Hohlleiterstruktur 1 gegenüberliegt - der Leiterplatte 2 bestückt. In weiteren Ausführungsformen kann der Radartransceiver 3 auch nach dem Löten bestückt werden. Die Hohlleiterkanäle 10 und die Durchkontaktierungen 31 sind so angeordnet, dass diese nach dem Löten miteinander gekoppelt sind. Die Hohlleiterstruktur 1 wird an die Oberfläche der Leiterplatte 2 mit der Lotpaste 22 bestückt. Anschließend werden die Hohlleiterstruktur 1 und die Leiterplatte 2 zumindest an den Lötstellen 16, 17 miteinander verlötet. Hierfür wird an sich bekanntes Reflow-Löten mit Hilfe der Lotpaste 22, die an den Lötstellen 16, 17 auf der Leiterplatte 2 angeordnet ist, verwendet. Beim Lötvorgang entsteht eine Zugkraft, die dafür sorgt, dass der Hohlleiterkanal 10 rundum flächig ohne kritische Luftspalte geschlossen wird. Darüber hinaus findet beim Lötprozess ein Aufschmelzen des Lots in der Lotpaste 22 statt, sodass eine Oberflächenspannung im Lot entsteht. Dadurch findet während des Lötprozesses ein Selbstzentrieren der Hohlleiterstruktur 1 und der Leiterplatte 2 statt.
  • In 4 ist der Ausschnitt aus der 3 nach dem Löten gemäß einer Ausführungsform dargestellt. Nach dem Lötprozess ist die Hohlleiterstruktur 1 und die Leiterplatte 2 fest verbunden. Die Kupferschicht 21 an der Oberfläche der Leiterplatte 2 schließt die offene Seite 15 des Hohlleiterkanals 15 ab, sodass ein vollständig geschlossener rechteckiger Hohlleiterkanal 10 entsteht, der als Wellenleiter dient. In dieser Ausführungsform sind weitere SMD 4 an der Unterseite der Leiterplatte 2 angeordnet.
  • In 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt. Es ist wiederum die Hohlleiterstruktur 1 und die Leiterplatte 2 nach dem Löten dargestellt. Die Ausführungsform unterscheidet sich von der vorstehend beschrieben dadurch, dass der Radartransceiver 3 an der Oberseite - also an der gleichen Oberfläche wie die Hohlleiterstruktur 1 - der Leiterplatte 2 bestückt ist. In diesem Beispiel ist der Radartransceiver 3 von der Hohlleiterstruktur 1 umgeben und somit abgeschirmt. Auf eine Durchkontaktierung 31 durch die Leiterplatte 2 kann verzichtet werden. Stattdessen ist der Radartransceiver 3 über eine direkte Kontaktierung 33 mit dem Hohlleiterkanal 10 gekoppelt. In dieser Ausführungsform sind weitere SMD 4 sowohl an der Unterseite als auch an der Oberseite (unter der Hohlleiterstruktur 1) der Leiterplatte 2 angeordnet. Diese Ausführungsform, bei der der Radartransceiver 3 an der Oberseite der Leiterplatte 2 bestückt ist, kann auf die weiteren Ausführungsbeispiele angewendet werden.
  • In den bisherigen Ausführungsbeispielen wurde nur ein Hohlleiterkanal 10 beschrieben. Typischerweise sind jedoch mehrere Antennenkanäle - z. B. bis zu 32 Kanäle - vorgesehen. In den 6a und 6b sind zwei Ausführungsbeispiele dargestellt, mit denen mehrere Antennenkanäle realisiert werden. Gleiche Elemente sind auch hier mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und es wird auf vorstehende Beschreibung verwiesen. In 6a ist die Hohlleiterstruktur 1 als modulare Einheit ausgebildet, welche eine geschlossene Funktionseinheit bildet und die Funktionen Senden von Radarsignalen und Empfangen von reflektierten Radarsignalen vereint. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Hohlleiterstruktur 1 hierfür vier Hohlleiterkanäle 10A mit entsprechenden Abstrahlelementen 11A zum Senden der Radarsignale und weitere drei Hohlleiterkanäle 10B mit entsprechenden Abstrahlelementen 11B zum Empfangen der Radarsignale auf, die separat mit dem Radartransceiver 3 verbunden sind. Die Größe der Hohlleiterstruktur 1 kann unabhängig von der Größe der Leiterplatte 2 gewählt werden, sodass in diesem Ausführungsbeispiel die Oberseite der Leiterplatte 2 mit SMD 4 bestückt ist.
  • In 6b sind anstelle einer modularen Einheit, welche die Funktionen Senden und Empfangen vereint, mehrere modulare Einheiten der Hohlleiterstruktur ausgebildet. Eine erste modulare Einheit 100 ist als Sendemodul ausgebildet und dient nur dazu, Radarsignale zu senden. Hierfür weist das Sendemodul 100 drei Hohlleiterkanäle 10A mit entsprechenden Abstrahlelementen 11A zum Senden der Radarsignale auf. Zwei weitere modulare Einheiten 101 und 102 sind als Empfangsmodule ausgebildet und dienen nur dazu, Radarsignale zu empfangen. Hierfür weist jedes Empfangsmodul 101, 102 einen Hohlleiterkanal 10B mit entsprechenden Abstrahlelementen 11B zum Empfangen der Radarsignale auf. Die modularen Einheiten 100, 101, 102 sind in ihrer Größe unabhängig voneinander und von der Größe der Leiterplatte 2, sodass in diesem Ausführungsbeispiel die Oberseite der Leiterplatte 2 mit SMD 4 bestückt ist.
  • Die Zahl der Hohlleiterkanäle und der Abstrahlelemente kann je nach Anwendung gewählt werden. Zudem können die modularen Einheiten je nach Anwendung ausgetauscht und unterschiedlich miteinander kombiniert werden. Es ist zudem möglich, mehrere generische Module bereitzustellen, sodass der Radarsensor aus einem Baukasten zusammengestellt werden kann. Dabei sind die Positionen der Module auf der Leiterplatte gleich, sodass die Lötstellen sich nicht verändern. Darüber hinaus können in den genannten Ausführungsbeispielen zusätzlich weitere SMD 4 auch an der Unterseite oder an einer der anderen Seiten der Leiterplatte 2 angeordnet sein.
  • Die 7a bis 7d zeigen jeweils Draufsichten auf den Radarsensor mehrerer Ausführungsbeispiele, die unterschiedliche Anordnungen von modularen Einheiten darstellen. In 7a ist die Anordnung aus 6a ohne die SMD 4 dargestellt. Die modulare Einheit übernimmt hier die Funktionen Senden und Empfangen. In 7b sind ein Sendemodul 100 und ein Empfangsmodul 101 wie in 6b beschrieben dargestellt. Das Sendemodul 100 ist zum Senden der Radarsignale ausgebildet und das Empfangsmodul 101 ist zum Empfangen der Radarsignale ausgebildet. Die Lage der beiden Module 100 und 101 kann beliebig gewählt werden und diese können zueinander verschoben werden, was durch die Pfeile dargestellt ist. Für die Auswertung, insbesondere eine Winkelschätzung durch den Radarsensor ist nur ein exakter Abstand und eine genaue Ausrichtung der Module 101 und 101 zueinander von Bedeutung. Somit kann auf der Oberfläche der Leiterplatte 2 Platz für mehrere SMD 4 geschaffen werden. Dies gilt auch für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele. In 7c sind ebenfalls ein Sendemodul 100 und ein Empfangsmodul 103 dargestellt. Das Empfangsmodul 103 weist im Gegensatz zu demjenigen in 7b eine andere Form auf. In 7d In 7c sind ebenfalls ein Sendemodul 100 und ein Empfangsmodul 104 dargestellt. Das Empfangsmodul 104 weist in diesem Beispiel neben den einzelnen Hohlleiterkanälen 10B auch ein Hohlleiterkanal-Array 10C mit einer Vielzahl von Abstrahlelementen 11C auf, das ebenfalls zum Empfangen der Radarsignale dient.
  • In allen Ausführungsformen kann zudem vorgesehen sein, dass der Hohlleiterkanal 10 partiell in der Leiterplatte 2 weitergeführt wird (nicht gezeigt). Hierzu können metallisierte Vias vorgesehen sein, die in den Hohlleiterkanal 10 hineinragen. Der Übergang in die Leiterplatte 2 kann dabei in einer oder in mehreren Stufen im Hohlleiterkanal 10 erfolgen oder kann durch Schrägen oder sonstige Anpassungsstrukturen erfolgen. Der Hohlleiterkanal 10 wird über eine einfache Leitung gespeist. Beispielsweise weist der Endpunkt der Leitung einen Abstand von einem Viertel der Wellenlänge zu den Seitenwänden 12, 14 auf, um damit die H10-Grundmode in dem rechteckigen Hohlleiterkanal 10 anzuregen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Radarsensors, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bereitstellen einer Leiterplatte (2); - Bestücken einer Oberfläche der Leiterplatte (2) mit einem Radartransceiver (3); - Bereitstellen einer Hohlleiterstruktur (1) aus Kunststoff; - Ausbilden von Hohlleiterkanälen (10, 10A, 10B, 11C) mit wenigstens einer metallisch leitfähig beschichteten Seitenwand (12, 13, 14) in der Hohlleiterstruktur (1) und einer offenen Seite (15); - Löten der Hohlleiterstruktur (1) an eine Oberfläche der Leiterplatte (2), wobei die offene Seite (15) in Richtung der Leiterplatte (2) gerichtet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiterkanäle (10) im Querschnitt in Form eines Rechtecks mit drei metallisch leitfähig beschichteten Seitenwänden (12, 13, 14) ausgebildet werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine lötfähige Beschichtung (19) im Bereich der Lötstelle auf die Hohlleiterstruktur (1) aufgetragen wird, bevor die Hohlleiterstruktur (1) an die Oberfläche der Leiterplatte (2) gelötet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abstrahlelemente (11, 11A, 11B, 11C) in Form von Öffnungen durch die zumindest eine beschichtete Seitenwand (13) des Hohlleiterkanals (10, 10A, 10B, 11C) zur Außenseite der Hohlleiterstruktur (1) realisiert werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiterstruktur (1) als modulare Einheit (1, 100,101, 102, 103, 104) ausgebildet ist, die an die Oberfläche der Leiterplatte (2) gelötet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sendemodul (100) und zumindest ein Empfangsmodul (101, 102, 103, 104) separat voneinander bereitgestellt werden und an unterschiedlichen Stellen an die Oberfläche der Leiterplatte (2) gelötet werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiterstruktur (1) und der Radartransceiver (3) auf unterschiedlichen Oberflächen der Leiterplatte (2) angeordnet sind.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlleiterstruktur (1) und der Radartransceiver (3) auf der gleichen Oberfläche der Leiterplatte (2) angeordnet sind.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hohlleiterkanal (10, 10A, 10B, 11C) partiell in der Leiterplatte (2) weitergeführt wird.
  10. Radarsensor aufweisend: - eine Leiterplatte (2); - eine Hohlleiterstruktur (1) aus Kunststoff, die an eine Oberfläche der Leiterplatte (2) gelötet ist, wobei die Hohlleiterstruktur (1) Hohlleiterkanäle (10, 10A, 10B, 11C) mit wenigstens einer metallisch leitfähig beschichteten Seitenwand (12, 13, 14) aufweist, und wobei eine weitere Begrenzung der Hohlleiterkanäle (10) durch die Leiterplatte (2) gebildet ist; und - einen Radartransceiver (3), der auf einer Oberfläche der Leiterplatte (2) angeordnet ist.
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