DE60218101T2 - Hochfrequenzschaltungsmodul - Google Patents

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochfrequenzschaltungsmodul und insbesondere ein Hochfrequenzschaltungsmodul, in dem ein Hochfrequenzschaltungsteil, wie etwa eine monolithische integrierte Mikrowellenschaltung (nachstehend als MMIC bezeichnet), und eine Antenne auf der Oberseite bzw. Rückseite eines mehrschichtigen dielektrischen Substrats vorgesehen sind. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Hochfrequenzschaltungsmodul, das für ein Millimeterwellen verwendendes Fahrzeugradarmodul geeignet ist.
  • Beschreibung der verwandten Techniken
  • Als das effizienteste System eines intelligenten Transportsystems (IST) zur Behebung eines Verkehrsunfalls, eines Verkehrsstaus, von Umweltproblemen mit Abgas, Lärm usw., Ressourcenproblemen aufgrund hohen Ölenergieverbrauchs und dergleichen, die durch „Fahrzeuge" verursacht werden, ist ein Millimeterwellenradar entwickelt worden. Um so viele Fahrzeuge wie möglich mit Millimeterwellenradaren auszustatten, ist die Realisierung eines Fahrzeugradarmoduls mit verbesserter Flexibilität einer Fahrzeuganbringungsgestaltung durch Reduzierung der Größe und Dicke des Millimeterwellenradars, Zuverlässigkeit und geringen Kosten gefragt.
  • Als ein an das Fahrzeugradar angepasstes Hochfrequenzschaltungsmodul ist ein Hochfrequenzschaltungsmodul bekannt, in dem eine Antenne und eine MMIC auf der Oberseite bzw. Rückseite eines mehrschichtigen dielektrischen Substrats vorgesehen sind.
  • Wie beispielsweise in 10 gezeigt ist (konventionelle Technik 1) sind auf der Oberseite und Rückseite eines keramischen mehrschichtigen Substrats 38, in dem mehrere Metallschichten 30 bis 33 vorgesehen sind, eine Antenne 28 bzw. eine MMIC 29 vorgesehen. Als Hochfrequenzübertragungsleitungen zwischen der Antenne 28 und der MMIC 29 werden Mikrostreifenleitungen 34 und 35 und elektromagnetische Kopplungsschlitze 36 und 37 verwendet. Techniken, die elektromagnetische Kopplungsschlitze dieser Art verwenden, sind in den japanischen ungeprüften Patentanmeldungen Nr. 9-237867 und 8-250913 offenbart. In diesem Anbringungsbeispiel bleibt, wenn ein Schlitz mit derselben Struktur über einem Schlitz ausgebildet wird, um die Übertragungsleitungslänge am kürzesten zu machen, eine Mikrostreifenleitung mit einer Länge von um die λ/2 zwischen den Schlitzen und wirkt als Resonator. Wenn jedoch elektromagnetische Kopplungsschlitze über und unter der Mikrostreifenleitung vorgesehen sind, tritt ein Potenzgefälle zwischen der oberen und unteren Schlitzmetallschicht auf. Infolgedessen wird eine elektromagnetische Welle erzeugt, die sich parallel zwischen den Schlitzmetallschichten ausbreitet. Ein der Energie der elektromagnetischen Welle entsprechender Betrag wird zu einem Verlust, so dass es schwierig ist, die Übertragungsleitung mit geringem Verlust zu realisieren. Daher wird durch Einstellen des Abstands zwischen den elektromagnetischen Kopplungsschlitzen auf λ/2 oder länger die Interferenz zwischen den Schlitzen verhindert und der Verlust in der Übertragungsleitung minimiert. Aufgrund einer solchen Struktur benötigt das die elektromagnetischen Kopplungsschlitze verwendende Anbringungsverfahren einen Anbringungsbereich mit dem Abstand 2λ oder länger zwischen den Schlitzen, und die Gestaltung der oberen und unteren elektronischen Teile muss berücksichtigt werden, um keine Interferenz mit dem Übertragungsmodus des Schlitzkopplungsteils zu verursachen.
  • Wie in 11A gezeigt ist (konventionelle Technik 2), gibt es eine bekannte Technik, bei der die Verbindung zwischen mehreren leitenden Schichten 31 und 33 in dem mehrschichtigen dielektrischen Substrat 38 mit den mehreren leitenden Schichten 30 bis 33 und 39 durch einen Durchkontakt realisiert wird, der die Bedingung (R·r)/(2·h) ≤ L ≤ (5·R·r)/h erfüllt (in der R, r und L in 11C gezeigte Größen bezeichnen und h den Abstand zwischen den leitenden Schichten bezeichnet). Wenn ein zu übertragendes Signal sich in einem Millimeterwellenband befindet, kann die Verbindung zwischen leitenden Schichten in dem mehrschichtigen Substrat, das durch den die Bedingung erfüllenden Durchkontakt gebildet wird, durch ein Verbindungsverfahren mit geringem Verlust lediglich in dem Fall erfolgen, in dem es eine mit dem Durchkontakt verbundene Erdungsschicht gibt. Jedoch kann das Auftreten einer sich zwischen mehreren Erdungsschichten ausbreitenden elektromagnetischen Welle nicht unterdrückt werden. Infolgedessen kann das Verfahren nicht dazu angewendet werden, die Leiter zu verbinden, um einen geringen Verlust im Millimeterwellenband zu realisieren.
  • Weiterhin gibt es als Technik, die kein dielektrisches mehrschichtiges Substrat verwendet, wie in 12 gezeigt (konventionelle Technik 3), eine Technik, in der eine MMIC 43 und eine Antenne 44 auf der Oberfläche bzw. Rückseite einer Metallbasisplatte 42 vorgesehen sind und eine in der Basisplatte 42 ausgebildete koaxiale Struktur 45 zur Verbindung der MMIC 43 mit der Antenne 44 verwendet wird. In der Struktur sind das Hochfrequenzschaltungssubstrat einschließlich der MMIC 43 und der Antenne miteinander über die koaxiale Struktur verbunden, so dass ein dünnes kleines Millimeterwellenradar relativ einfach hergestellt werden kann. In dem Diagramm bezeichnen die Bezugszeichen 46, 47, 48, 49, 50 und 51 ein Schaltungssubstrat bzw. ein Isoliermaterial bzw. einen Außenanschluss bzw. ein Isolier material bzw. einen Kontaktierdraht bzw. eine Sendungs-/Empfangsschaltungsabdeckung.
  • Das Dokument FR 2 710 195 A offenbart auf beiden Seiten eines mehrschichtigen dielektrischen Substrats angebrachte Hochfrequenzschaltungsteile und Übertragungsleitungen, die Hochfrequenzschaltungsteile auf beiden Seiten desselben unter Verwendung einer gedruckten Triplate-Schaltung verbinden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, weisen die konventionellen Techniken Probleme bezüglich der einfachen Herstellung, der Herstellungskosten und Schaltungseigenschaften auf. Insbesondere hat eine Hochfrequenzschaltung im Allgemeinen eine hermetische Struktur, um die Außenluft zur Verwendung der Module für ein Fahrzeug-Millimeterwellenradar auszuschalten, da das Millimeterwellenradar eine Vorrichtung ist, die außerhalb eines Fahrzeugs angebracht ist und die Anwendungsumgebungen Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration und dergleichen schädlich sind. Da der Übertragungsverlust im Millimeterwellenband viel größer als im Vergleich mit demjenigen in einem Mikrowellenband ist, muss die Übertragungsleitung so gestaltet sein, dass sie so kurz wie möglich ist. Obwohl die Leitungslänge durch Anbringen des Hochfrequenzschaltungsteils auf derselben Seite des Substrats wie die Antenne verkürzt werden kann, ist es schwierig, das Hochfrequenzschaltungsteil und die Antenne aufgrund der begrenzten Größe des Hochfrequenzschaltungsteils und der hermetischen Struktur auf derselben Seite anzubringen.
  • Um das Hochfrequenzschaltungsteil und die Antenne des Millimeterwellenradars so nahe wie möglich anzubringen, sind das Hochfrequenzschaltungsteil und die Antenne auf beiden Seiten des Anbringungssubstrats so angebracht, dass sie überlappt sind, und ein Oszillator und ein Verstärker der Hochfrequenzschaltungsteile müssen so angeordnet sein, dass die Länge der Übertragungsleitung am kürzesten wird. Jedoch wird als Anbringungssubstrat des Millimeterwellenbands ein dünnes Substrat mit einer dielektrischen Dicke von 0,2 mm oder weniger verwendet, um einen Strahlungsverlust der Übertragungsleitung zu unterdrücken. Daher wird die Basisplatte 42 zum Sicherstellen der mechanischen Festigkeit, wie in 12 gezeigt, für das Millimeterwellenradar benötigt. Infolgedessen muss der Aufbau verwendet werden, dessen Montage- und Verarbeitungskosten hoch sind.
  • Im Allgemeinen wird ein beidseitiges zweischichtiges Substrat verwendet, um die Eigenschaften der Millimeterwellen-Übertragungsleitung für eine Hochfrequenzschaltung sicherzustellen. Eine Übertragungsleitung für ein Millimeterwellensignal, eine Leistungszufuhrleitung und eine Übertragungsleitung für ein Niederfrequenzsignal sind auf derselben Seite ausgebildet. Da die Hoch-/Niederfrequenzsignal-Übertragungsleitungen und die Leistungszufuhrleitung einander nicht kreuzen können, ist eine Antennenverdrahtung, wie etwa ein Kontaktierdraht, erforderlich. Je höher die Frequenz eines Signals ist, desto leichter strahlt das Signal und es verursacht ein Nebensprechen in einer anderen Leitung. Es macht das Millimeterwellenradar instabil. Da außerdem die Flexibilität beim Entwurf der Gestaltung der Hochfrequenzschaltung in dem zweischichtigen Substrat reguliert wird, ist die Kostenreduzierung durch Verringerung des Substratbereichs des teuren Hochfrequenzschaltungsteils begrenzt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Hochfrequenzschaltungsmodul zu realisieren, bei dem Hochfrequenzschaltungsteile, wie etwa MMICs für Millimeterwellen und Mikrowellen und eine Flächenantenne auf einem mehrschichtigen dielektrischen Substrat angebracht sind und der Verlust der Energie elektromagnetischer Wellen reduziert ist, und das zu geringen Kosten realisiert werden kann, und weiterhin, ein kleines, dünnes und leichtes Fahrzeugradarmodul mit hoher Entwurfflexibilität bereitzustellen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Hochfrequenzschaltungs(nachstehend als HF-Schaltung bezeichnet)-modul bereitgestellt, bei dem HF-Schaltungsteile auf beiden Seiten eines mehrschichtigen dielektrischen Substrats angebracht und Übertragungsleitungen zur Verbindung der HF-Schaltungsteile auf den beiden Seiten aufgebaut sind durch eine Gruppe von Durchkontakten mit periodischer Struktur oder durch Durchkontakte mit koaxialer Struktur, die sich in der Richtung rechtwinklig zur Fläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats erstreckten.
  • Die Durchkontaktgruppe mit der periodischen Struktur ist so aufgebaut, dass mehrere Durchkontakte um einen Mittenleiter mit einem vorgegebenen Abstand verteilt sind. Insbesondere ist der Abstand gleich oder kleiner als ein Viertel der Wellenlänge eines Signals der Übertragungsleitung. Der Durchkontakt mit der koaxialen Struktur wird durch einen Mittenleiter und einen zylindrischen Leiter gebildet, der den Mittenleiter umgibt und mit einer Erdungsleitungsschicht verbunden ist, die in dem mehrschichtigen dielektrischen Substrat vorgesehen ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind in einem HF-Schaltungsmodul eines Millimeterwellen verwendenden Fahrzeugradarmoduls HF-Schaltungsteile auf einer der Flächen des harten mehrschichtigen dielektrischen Substrats MMICs, wie etwa ein Oszillator, und ein HF-Schaltungsteil auf der anderen Fläche ist eine Antenne. Die Erfindung ist nicht auf ein Fahrzeugradarmodul beschränkt, sondern kann auf ein Mikrowellen und Millimeterwellen verwendendes HF-Schaltungsmodul angewendet werden, in dem HF-Schaltungsteile auf beiden Seiten eines harten mehrschichtigen dielektrischen Substrats angebracht sind.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Millimeterwellen-Übertragungsleitung, die sich vertikal zu einer Schicht mit einem kleinen Übertragungsverlust erstreckt, in einem harten mehrschichtigen dielektrischen Substrat vorgesehen und eine Metallschicht für ein Gleichstrom-/Zwischenfrequenzsignal ist durch Erdungsmetallschichten im Substrat abgeschirmt. Mit der Konfiguration wird das Nebensprechen eines Millimeterwellensignals zu einem Gleichstrom-/Zwischenfrequenzsignal verringert, der durch die HF-Schaltungen besetzte Bereich kann durch mehrschichtiges Verdrahten der HF-Schaltung reduziert werden und der Widerstand gegen Verzerrung und Zerstörung durch ein mechanisches Belastungsmoment des mehrschichtigen Substrats ist verbessert. Weiterhin ist die Fläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats flach und die Montagearbeit wird leicht durch einseitiges Rückfließen durchgeführt, so dass ein kleines, dünnes und kostengünstiges HF-Schaltungsmodul realisiert werden kann. Insbesondere ist die Erfindung wirksam bei der Realisierung eines Fahrzeugradarmoduls mit ausgezeichneter Kosteneffizienz und Widerstand gegen Vibration, der erforderlich ist, um eine hohe Leistung zu erzielen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Seitenschnittansicht, die eine erste Ausführungsform eines HF-Schaltungsmoduls gemäß der Erfindung zeigt.
  • 2A und 2B sind Diagramme zur Erläuterung der ersten Ausführungsform einer Millimeterwellen-Übertragungsleitung, die sich verti kal zu einer Schicht in einem mehrschichtigen dielektrischen Substrat erstreckt.
  • 3 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Millimeterwellen-Übertragungsleitung, die sich vertikal zu einer Schicht in einem mehrschichtigen dielektrischen Substrat erstreckt.
  • 4 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform einer Millimeterwellen-Übertragungsleitung, die sich vertikal zu einer Schicht in einem mehrschichtigen dielektrischen Substrat erstreckt.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Fahrzeugradarmoduls gemäß der Erfindung zeigt.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Sendungs-/Empfangsschaltung eines Millimeterwellenradars zeigt.
  • 7 ist eine Seitenschnittansicht eines weiteren Beispiels des Fahrzeugradarmoduls gemäß der Erfindung.
  • 8 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des Fahrzeugradarmoduls gemäß der Erfindung.
  • 9 ist ein Blockdiagramm, das die Schaltungskonfiguration des Radarmoduls der 8 zeigt.
  • 10 ist ein Querschnitt eines konventionellen Hochfrequenzpakets (1).
  • 11 ist ein Diagramm, das die Konfiguration eines konventionellen Hochfrequenzpakets (2) zeigt.
  • 12 ist ein Querschnitt eines konventionellen Hochfrequenz-Sendungs-/Empfangsmoduls (3).
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • 1 ist eine Seitenschnittansicht, die die Konfiguration eines Beispiels eines HF-Schaltungsmoduls gemäß der Erfindung zeigt. In der Ausführungsform wird, wie später vorliegend beschrieben wird, das HF-Schaltungsmodul für ein Fahrzeugradar verwendet, das eine Millimeterwelle benutzt.
  • In einem harten mehrschichtigen dielektrischen Substrat 2 der Ausführungsform sind vier harte dielektrische Schichten 2-1, 2-2, 2-3 und 2-4 ausgebildet, Metallschichten 9, 10 und 11 sind auf den Schichten 2-2 bzw. 2-3 bzw. 2-4 ausgebildet und ein Metallmuster 17 ist auf der Oberfläche der Schicht 2-1 ausgebildet. Durch das Metallmuster 17, die harte dielektrische Schicht 2-1 und die Metallschicht 9 wird eine Übertragungsleitung, wie etwa eine Mikrostreifenleitung, gebildet. Die Metallschicht 10 konstruiert eine Leistungszufuhrleitung und eine Niederfrequenzsignal-Übertragungsleitung, und die Metallleitung 11 wird als Erdungsmetallleitung eingesetzt. Auf der Oberfläche der harten dielektrischen Schicht 2-1 sind HF-Schaltungsteile 5-1 und 5-2, wie etwa MMICs, angebracht. Auf der Außenseite (Rückseite) der dielektrischen Schicht 2-4 ist ein Metallmuster 1 zum Ausbilden einer Antenne als eines der HF-Schaltungsteile ausgebildet.
  • Zwischen den HF-Schaltungsteilen 5 und dem Metallmuster 1 ist eine Millimeterwellen-Übertragungsleitung 16, die sich rechtwinklig zur Fläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 erstreckt, als Kopplungsübertragungsleitung ausgebildet. Die Millimeterwellen-Übertragungsleitung 16 nimmt die Form einer Übertragungsleitung an, die einen Durchkontakt mit periodischer Struktur oder einen Durchkontakt mit koaxialer Struktur verwendet, der später beschrieben wird, und überträgt ein Millimeterwellensignal zwischen dem Metallmuster 1 der Antenne und den HF-Schaltungsteilen 5. Das Metallmuster 1 der Antenne wird so verarbeitet, dass es an die Form eines Millimeterwellenübertragungs-Durchkontakts auf der Rückseite des HF-Schaltungsmoduls angepasst wird.
  • Auf der Oberfläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 sind nicht nur die mehreren MMICs 5-1 und 5-2, sondern auch andere HF-Schaltungsteile, wie etwa ein Monoschicht-Kondensator 13, ein Chipteil 14 und ein Metallmuster, die eine Mikrostreifenleitung aufbauen, angebracht. Die HF-Schaltungsteile sind mit einer hermetischen Kappe 4 hermetisch versiegelt, wodurch sie ein HF-Schaltungsmodul bilden. Ein Eingabe-/Ausgabe-Verbinder 15 ist auf der Außenseite der hermetischen Kappe 4 und auf der Oberfläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 vorgesehen.
  • Die hermetische Kappe 4 besteht aus einem Metall oder einem Isolator, der metallbeschichtet ist. Die hermetische Kappe 4 und das harte mehrschichtige dielektrische Substrat 2 sind mit einem eutektischen Lötmetall oder dergleichen luftdicht versiegelt, um eine Verschlechterung der Temperatur- und Feuchtigkeitsumgebungen der Millimeterwellen-HF-Schaltung zu unterdrücken, die durch die Millimeterwellen-MMIC 5 und dergleichen aufgebaut ist. Da die elektromagnetische Welle umso leichter in die Luft abstrahlt, je höher sie ist, ist insbesondere, um ein Nebensprechen in der Millimeterwellen-HF-Schaltung zu vermeiden, ein Wellenabsorber, dessen elektromagnetische Wellenabsorptionsmenge 10 dB oder mehr beträgt, oder eine vorstehende Struktur mit einem Projektionszyklus von λ/2 auf der Innenfläche der hermetischen Kappe 4 vorgesehen.
  • Die Millimeterwellen-MMIC 5 ist an die Oberfläche des harten mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 mit einem unisolierten Chip oder einem Flip-Chip kontaktiert. Im Fall der Anbringung mit einem unisolierten Chip kann, da sich die Schaltungsfläche in der Oberflächenschicht befindet, eine Drahtkontaktierung für eine Übertragungsleitung eines elektrischen Signals verwendet werden.
  • 2A und 2B sind Diagramme zur Erläuterung der Konfiguration eines Beispiels der Millimeterwellen-Übertragungsleitung (nachstehend auch als vertikale Übertragungsleitung bezeichnet) 16, die in der Richtung rechtwinklig zur Fläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 in 1 ausgebildet ist. 2A und 2B sind eine perspektivische Ansicht bzw. ein Teilquerschnitt der vertikalen Übertragungsleitung 16. Jede Schicht ist der Einfachheit halber in quadratischer Form gezeigt, besitzt aber tatsächlich eine große Breite. In der obersten Schicht 17 ist ein Metallmuster 17-1 durch die Oberflächenmetallschicht gebildet und mit der (nicht gezeigten) MMIC verbunden. Eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung ist durch das Metallmuster 17-1, die Erdungsmetallschicht 9 als Gegenelektrode und das zwischen dem Muster 17-1 und der Schicht 9 vorgesehene dielektrische Substrat 2-1 gebildet.
  • Die Metallschicht 10 ist ein Metallmuster einer DC (Gleichstrom)/IF (Zwischenfrequenz)-Signalleitung und die Metallschicht 11 ist ein Metallmuster zum Abschirmen der DC/IF-Signalleitung. Ein zylindrisches Metallmuster 18 wird verwendet, um die Erdungsmetallschichten 9 und 10 miteinander zu verbinden. Das zylindrische Metallmuster 18 und ein Mittenleiter 19 bilden einen Durchkontakt mit der koaxialen Struktur.
  • Die koaxiale Struktur wird durch Sintern des mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2, Bestrahlen der hinteren Fläche der Metallschicht 11 mit einem Laserstrahl, um ein die Metallschicht 9 erreichendes Loch zu bilden, und danach Durchführen einer Goldbeschichtungsfüllung ausgebildet. Der als Mittenleiter dienende Durchkontakt 19 und das Lötaugenmuster 17 in der Oberflächenschicht sind größer als die Lötaugenmuster der Metallschichten 9 bis 11. Ein metallfreies Muster der Metallschichten 9 bis 11 ist so entworfen, dass es ein Viertel der Wellenlänge oder weniger beträgt, und ein metallfreies Muster der Metallschicht 10 ist so entworfen, dass es die Außendurchmessergröße in dem Fall ist, in dem die charakteristische Impedanz der koaxialen Struktur fast gleich derjenigen der Übertragungsleitung 17-1 in der Oberflächenschicht ist, wodurch der Durchkontakt mit der koaxialen Struktur realisiert wird, durch die ein niedriger Übertragungsverlust erhalten wird.
  • 3A, 3B und 3C sind Diagramme zur Erläuterung der Konfiguration eines weiteren Beispiels der vertikal zu den Schichten erstreckten Millimeterwellen-Übertragungsleitung 16. 3A und 3B sind eine perspektivische Ansicht bzw. ein Querschnitt der vertikalen Übertragungsleitung 16. 3B ist eine Draufsicht auf eine Schicht. In der obersten Schicht 17 ist das durch die Oberflächenmetallschicht ausgebildete Metallmuster 17-1 ausgebildet und mit der (nicht gezeigten) MMIC verbunden. Die Funktionen der obersten Schicht 17, des Metallmusters 9 der Erdungsmetallschicht und der Metallmuster 10 und 11, in denen die DC/IF-Signalleitung ausgebildet ist, sind dieselben wie diejenigen der Teile, die durch dieselben Bezugszeichen in 2A und 2B bezeichnet sind.
  • Das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Gruppe von Durchkontakten, die die Erdungsmetallschichten 9 und 11 verbinden. Die Durchkon taktgruppe 20 ist so angeordnet, dass der Abstand benachbarter Durchkontakte gleich dem Zyklus ist, der gleich oder kleiner als ein Viertel der Wellenlänge λ eines Übertragungssignals ist. Durch Umgeben eines den Mittenleiter bildenden Durchkontakts 20c mit der Durchkontaktgruppe 20 fungiert die Durchkontaktgruppe 20 als elektromagnetische Wellenwand, um die sich parallel zwischen den Metallschichten 9 und 10 und zwischen den Metallschichten 10 und 11 ausbreitende elektromagnetische Welle zu begrenzen. Daher wird ein niedriger Übertragungsverlust erzielt, der fast gleich demjenigen in der vertikalen Übertragungsleitung ist, die in 2A und 2B gezeigt ist. Obwohl der Fall, in dem die Durchkontakte der Durchkontaktgruppe 20 in quadratischer Form verteilt sind, in dem Beispiel der 3A, 3B und 3C beschrieben worden ist, können die Durchkontakte in einer vieleckigen Form mit vier oder mehr Seiten, wie etwa einem Viereck, oder in einer kreisförmigen Form, wie in 4A und 4B gezeigt, verteilt sein.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht des HF-Schaltungsmoduls der 1, wobei die hermetische Kappe 4 entfernt ist. Auf dem mehrschichtigen dielektrischen Substrat 2 sind HF-Schaltungsteile, wie zum Beispiel eine MMIC 21 eines Oszillators, eine MMIC 22 eines Leistungsverstärkers, MMICs 23 und 24 eines Empfängers, ein Eingabe-/Ausgabe-Verbinder 15, ein Versiegelungsmuster 25 zum luftdichten Versiegeln, vertikale Millimeterwellen-Übertragungsleitungen 3-1, 3-2 und 3-3, ein Monoschicht-Kondensator 27 und ein Chipteil 26 angebracht. Die HF-Schaltungsteile bauen eine Sendungs-/Empfangsschaltung eines in 6 gezeigten Millimeterwellenradars auf. Die vertikalen Millimeterwellen-Übertragungsleitungen 3-1, 3-2 und 3-3 werden durch die koaxiale Leitung 19 in 2 oder die Durchkontaktgruppe 20 in 3 aufgebaut und sind mit der (nicht gezeigten) Antenne auf der Rückseite verbunden.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration der Sendungs-/Empfangsschaltung des Millimeterwellenradars zeigt. Um die Entsprechung mit den HF-Schaltungsteilen der 5 zu vereinfachen, sind in 6 die Blöcke mit denselben Zahlen wie diejenigen der MMICs in 5 bezeichnet. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet die MMIC für den Leistungsverstärker, 23 und 24 bezeichnen die MMICs für Empfänger und 3-1, 3-2 und 3-3 sind die vertikalen Millimeterwellen-Übertragungslinien. Ein durch den Oszillator 21 erzeugtes Millimeterwellensignal wird an den Leistungsverstärker 22 und die Empfänger 23 und 24 verteilt. Das durch den Leistungsverstärker 22 verstärkte Signal wird an die vertikale Millimeterwellen-Übertragungsleitung 3-1 ausgegeben, um an die Übertragungsantenne übertragen zu werden. Das durch die vertikalen Übertragungsleitungen 3-2 und 3-3 einer Doppler-Verschiebung unterworfene Millimeterwellen-Empfangssignal wird an die Empfänger 23 und 24 gesendet. In jedem der Empfänger 23 und 24 werden das empfangene Millimeterwellensignal und ein Signal als lokales Signal vom Oszillator 21 miteinander vermischt, um ein Zwischenfrequenzsignal zu erhalten.
  • Es wird wieder auf 5 Bezug genommen, die MMICs 21 bis 24 sind durch Kontaktieren mit einem unisolierten Chip, Kontaktieren mit einem Flip-Chip oder Rückfluss mit einem Fluss angebracht. Da das mehrschichtige dielektrische Substrat 2 ein einseitiges Substrat ist, können ein Verbinder, ein Monoschicht-Kondensator und ein Chipteil durch eine automatische Anbringungsvorrichtung angebracht und pauschal einem Rückflussvorgang unterzogen werden. Zur Ausführung der Vorgänge ist es wichtig, dass das mehrschichtige dielektrische Substrat 2 eine flache Fläche ungeachtet der kleinen Außenform aufweist. Im Fall der Chip-Montage der MMIC, obwohl sie nach der Ausbildung von Kontaktierdrähten erfolgt, können die HF-Schaltungsteile im Zustand der 5 arbeiten. Infolgedessen kann leicht ein Funktionstest ausgeführt werden. Wenn es ein fehlerhaftes Teil gibt, kann es leicht ersetzt werden, indem wieder ein Rückfluss durchgeführt wird. Nach dem Durchführen des Funktionstests der HF-Schaltungsteile wird die hermetische Kappe angebracht und der hermetische Vorgang wird durchgeführt, wodurch der Zusammenbau der Millimeterwellen-Schaltungsteile beendet wird. Daher kann der Preis auch bei dem Millimeterwellenradarmodul ebenfalls wie beim Verfahren des Anbringens eines Silicium-Halbleitermoduls stark reduziert werden. Das Versiegelungsmuster 25 ist metallbeschichtet, um leicht mit der hermetischen Kappe 4 durch eutektisches Lötmetall, Silberpaste oder dergleichen kontaktiert zu werden. Durch Umgeben der Millimeterwellen-HF-Schaltungen mit der Kappe 4 und der Erdungsmetallschicht 25 lässt die Struktur die Millimeterwellensignale nicht nach draußen austreten, ausgenommen die vertikale Millimeterwellen-Übertragungsleitung 3.
  • Im HF-Schaltungsmodul können durch Bereitstellen von fünf Metallschichten in dem harten mehrschichtigen dielektrischen Substrat 2 das Metallmuster 17-1 auf der obersten Fläche des dielektrischen Substrats 2-1, die Metallschicht 10 für ein DC/IF-Signal als interne Schicht, die Erdungsmetallschichten 9 und 11 zum Abschirmen des DC/IF-Signals auf und unter der Schicht 10 und das Metallmuster 1 für die Antennen auf der Rückseite sofort ausgebildet werden, so dass die Kosten von Teilen und die Montagekosten des HF-Schaltungsmoduls reduziert werden können. Durch Verwenden der mehrschichtigen Struktur kann der Widerstand gegen ein mechanisches Belastungsmoment verbessert werden. In dem Fall, in dem das Dielektrikum einer Schicht in dem mehrschichtigen Substrat 2 im Vergleich zur Wellenlänge unvernachlässigbar dick ist, wird, wenn ein Hochfrequenzsignal vertikal im mehrschichtigen Substrat übertragen wird, aufgrund verschiedener Potenziale der Metallschichten im mehrschichtigen Substrat jedes Mal, wenn das Signal durch die Metallschichten geht, eine elektromagnetische Welle erzeugt, die sich parallel zur Fläche der Metallschicht ausbreitet. In der Ausführungsform kann jedoch durch die vertikale Übertragungsleitung 16 die elektromagnetische Wellenwand 18 mit der koaxialen Struktur oder der periodischen Struktur, die die elektromagnetische Welle in der Querrichtung unterdrückt, ausgebildet werden.
  • Gemäß der Ausführungsform werden das Zwischenfrequenzsignal und die jeder der MMICs zuzuführende Leistung von außen über das Eingabe-/Ausgabe-Anschlussmuster zugeführt. Alle Niederfrequenzsignale werden über die durch die Erdungsmetallschichten 9 und 11 abgeschirmte Metallschicht 10 übertragen und von den HF-Schaltungsteilen räumlich abgeschirmt. Somit wird das über die Metallschicht 10 übertragene Millimeterwellensignal nicht als Nebensprechen vermischt.
  • Durch getrenntes Bereitstellen der Übertragungsleitung für HF-Schaltungen und der Signalleitungen für IF-Signale und Leistung in jeder der Schichten des mehrschichtigen Substrats werden die Übertragungsleitungen nicht miteinander gekreuzt, so dass Kontaktierdrähte zur Durchführung einer kubischen Leitungsanordnung reduziert werden können. Somit kann die Millimeterwellen-Übertragungsleitung linear ausgebildet werden, ohne unnötig verlegt zu werden, und der durch die HF-Schaltungen belegte Bereich kann verkleinert werden. Infolgedessen werden eine Reduzierung der Kosten durch Entwerfen der Gesamtgröße des mehrschichtigen dielektrischen Substrats, so dass es kleiner wird, und eine Verlängerung des Substratlebens wegen der Verbesserung des Widerstands gegen eine Zerstörung durch das mechanische Belastungsmoment erzielt.
  • Alle nach/von außen zu sendenden/empfangenden Signale sind über die Metallschicht 10 und das Muster für den Eingabe-/Ausgabeanschluss verbunden. Infolgedessen gibt es keine elektrische Leitung, die das Versiegelungsmuster 25 kreuzt. Da der Aufbau eines Kontaktbereichs der hermetischen Kappe 4 und des mehrschichtigen dielektrischen Substrats eine einfache flache Fläche ist, kann eine Erhöhung der Kosten für die Kappe 4 und die Teile des mehrschichtigen Substrats minimiert werden und auch die luftdichte Lebensdauer wird verbessert.
  • 7 ist eine Seitenschnittansicht eines weiteren Beispiels eines Fahrzeugradarmoduls gemäß der Erfindung.
  • Im Diagramm sind die Konfigurationen des Millimeterwellenteils 5, des harten mehrschichtigen Substrats 2, der hermetischen Kappe 4 und der Millimeterwellen-Übertragungsleitung 6 im Wesentlichen dieselben wie diejenigen des Beispiels des HF-Schaltungsmoduls.
  • Da die ebene Form der Flachantenne 1 größer als der Bereich des HF-Schaltungsmoduls (hartes mehrschichtiges Substrat 2) ist, ist eine Halteplatte 3 zum Sicherstellen der mechanischen Festigkeit der Antenne in dem Umgebungsbereich des HF-Schaltungsmoduls angeordnet. Weiterhin ist, um die Wärme der Millimeterwellen-MMIC 5 zum harten mehrschichtigen Substrat 2 wirksam zu zerstreuen, ein Wärmedurchkontakt 7 so ausgebildet, dass die Wärme zur Antenne 1 und zur Halteplatte 3 zerstreut wird.
  • Für die Antenne 1 wird ein doppelseitiges zweischichtiges Substrat mit einer Permittivität von 5 oder weniger aus Teflon oder dergleichen verwendet, um einen Strahlungsverlust der Millimeterwellen-Übertragungsleitung zu unterdrücken. Die Länge von einer der Seiten des harten mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 beträgt 5 cm oder weniger und die Dicke des Substrats 2 beträgt 0,5 mm oder mehr, so dass es gegen eine mechanische Belastung, wie eine Verdrehung oder Verbiegung, widerstandsfähig ist. Die Dicke des Dielektrikums einer Schicht im mehrschichtigen Substrat beträgt 150 μm oder weniger und es wird ein keramisches Material, wie zum Beispiel Glaskeramik oder Aluminiumoxidkeramik, verwendet. Die Millimeterwellen-MMIC 5 ist auf der Oberfläche des harten mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 angebracht und die Antenne 1 ist an der Rückseite des harten mehrschichtigen dielektrischen Substrats 2 angeheftet, so dass sie das Millimeterwellensignal an die/von der Antenne 1 über die Millimeterwellen-Übertragungsleitung 16 unter Verwendung des Durchkontakts sendet/empfängt.
  • Die Halteplatte 3 ist an der Antenne 1 angebracht, wodurch sie Wirkungen bei der Verstärkung der mechanischen Festigkeit der Antenne 1 und der Funktion einer Wärmezerstreuungsvorrichtung zum Zerstreuen von Wärme in dem harten mehrschichtigen dielektrischen Substrat erzeugt. Insbesondere wird, wenn die Wärmeleitfähigkeit von Bedeutung ist, eine Metallplatte verwendet. Zur Erhöhung der Strahlungswirkung werden Löcher einer Honigwabenstruktur geöffnet, um den Oberflächenbereich zu vergrößern, und auch das Gewicht der Halteplatte 3 kann reduziert werden. Zur Reduzierung der Kosten kann ein Druckelement, das durch Drücken einer Stahlplatte mit sowohl der Honigwabenstruktur als auch einem Buchstabe-H-Querschnitt erhalten wird und das eine Dicke von 1 mm oder weniger besitzt, ebenfalls verwendet werden. Im Fall der Herstellung der Halteplatte 3 durch ein Hartkunststoffmaterial oder ein organisches Substrat, wie etwa ein Glasepoxydsubstrat, das oft als elektronisches Substrat verwendet wird, kann eine elektronische Schaltung auf der Halteplatte 3 angebracht werden und eine Schaltung zum Verarbeiten eines von dem harten mehrschichtigen dielektrischen Substrat und einer Leistungsschaltung erhaltenen IF-Signals kann ausgebildet werden.
  • Das Fahrzeugradarmodul der Ausführungsform hat eine solche Struktur, dass das HF-Schaltungsmodul 2 an der Antenne 1 positioniert und angebracht wird und danach wird die Halteplatte 3 so angeheftet, dass sie das HF-Schaltungsmodul umgibt. Unter Verwendung des harten mehrschichtigen Substrats 2 wird die mechanische Festigkeit des HF-Schaltungsmoduls verbessert. Durch Hinzufügen der Halteplatte 3 wird die mechanische Festigkeit der Antenne 1 aufrechterhalten. In dem HF-Schaltungsmodul wird die Millimeterwellen-Hochfrequenzsignal-Übertragungsleitung auf der Oberfläche angeordnet und die Leistungszufuhrleitung und die Niederfrequenzsignal-Übertragungsleitung sind in den Zwischenschichten der Erdungsschichten angeordnet, wodurch ein Nebensprechen des Millimeterwellensignals reduziert und die mehrschichtige Verdrahtung realisiert wird. Infolgedessen nimmt die Flexibilität des Verdrahtungsgestaltungsentwurfs zu, der belegte Bereich kann reduziert werden und ein kleineres und billigeres HF-Schaltungsmodul kann hergestellt werden. Das Millimeterwellensignal des Millimeterwellenradars wird über die Übertragungsleitung unter Verwendung eines Durchkontakts mit der periodischen Struktur oder eines Durchkontakts mit der koaxialen Struktur zur Rückseite des HF-Schaltungsmoduls 2 übertragen, und die Leistungszufuhrleitung und die Niederfrequenzsignal-Übertragungsleitung werden wieder zur Oberfläche des HF-Schaltungsmoduls 2 über die Zwischenschichten der Erdungsschichten verlegt. Somit kreuzt die zum Erreichen der hermetischen Struktur verwendete Kappe 4 nicht die Signalleitungen und die Versiegelung kann sicher erreicht werden.
  • 8 ist eine Seitenschnittansicht eines weiteren Beispiels des Fahrzeugradarmoduls gemäß der Erfindung. In der Ausführungsform sind andere Teile einer Signalverarbeitungsschaltung (Basisbandsignalverarbeitungsschaltung) als das HF-Schaltungsmodul zusätzlich auf der Oberfläche (auf der dem Antennenleitmuster 1 gegenüberliegende Seite) der Halteplatte 3 des in 7 gezeigten Beispiels angebracht. Die Konfiguration der Basisbandsignalverarbeitungsschaltung ist eine konventionell bekannte. Wie in 9 gezeigt ist, beinhaltet das Modul: eine analoge Schaltung A zum Verarbeiten eines IF-Signals von einem HF-Schaltungsmodul 4, eine A/D-Umwandlungsschaltung C zum Umwandeln einer Ausgabe der analogen Schaltung A in ein digitales Signal, eine digitale Schaltung D zum Verarbeiten einer Ausgabe der A/D-Umwandlungsschaltung C und Zuführen eines Steuersignals zur HF-Schaltung, eine Aufzeichnungsschaltung R zum Senden/Empfangen von Daten an die/von der digitalen Schaltung D, einen Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 15 zum Steuern der Aufzeichnungsschaltung R, eine Schaltung 15' als eine zwischen den Eingabe-/Ausgabe-Anschluss 15 und die Aufzeichnungsschaltung R zwischengefügte Datenerzeugungseinheit, um Daten gemäß einer Anfrage einer anderen elektronischen Vorrichtung auf der Grundlage von Information der Aufzeichnungsschaltung R zu erzeugen, und eine Leistungsschaltung V zum Zuführen von Leistung zu den Teilen. In 8 sind dieselben Teile, die den Schaltungsteilen der 9 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Obwohl die Teile verbindende Leitungen auf der Oberfläche der Halteplatte 3 ausgebildet sind, sind sie zur Vereinfachung der Zeichnung nicht gezeigt.

Claims (8)

  1. Hochfrequenzschaltungsmodul, bei dem Hochfrequenzschaltungsteile (5, 13, 14) für ein Millimeterwellensignal auf beiden Seiten eines mehrschichtigen dielektrischen Substrats (2-1) und Übertragungsleitungen (16, 18, 19, 20) zur Verbindung der Hochfrequenzschaltungsteile auf den beiden Seiten angebracht sind, dadurch gekennzeichnet sind, dass das mehrschichtige dielektrische Substrat (2-1) mehrere Zwischenmetallschichten (9, 10) und Erdungsmetallschichten (9, 11) aufweist, wobei die Übertragungsleitungen (16, 18, 19, 20) aufgebaut sind, – entweder durch eine Gruppe von Durchkontakten (20) mit periodischer Struktur und so konstruiert, dass mehrere Durchkontakte (20) um einen Mittenleiter (19) herum mit Abständen verteilt sind, die gleich oder kleiner als ein Viertel der Wellenlänge des Signals der Übertragungsleitung sind, wobei sich der Mittenleiter durch die metallischen Schichten erstreckt, – oder durch einen Durchkontakt (18, 19) mit koaxialer Struktur und gebildet durch einen Mittenleiter (19) und einem zylindrischen Metallmuster (18), das sich in einer Richtung rechtwinklig zur Fläche des mehrschichtigen dielektrischen Substrats erstreckt, wobei zwischen dem Mittenleiter und den metallischen Schichten ein metallfreier Spalt von einem Viertel oder weniger der Wellenlänge des Signals der Übertragungsleitung ist, wobei ein Endbereich der Durchkontakte (19, 20) oder des zylindrischen Metallmusters (18) mit den Erdungsmetallschichten (9, 11) verbunden ist, die mit einer Übertragungsleitung (17-1) auf dem Substrat eine Mikrostreifen-Übertragungsleitungsschicht bildet, wobei die Übertragungsleitung mit dem Mittenleiter (19) verbunden ist und die Zwischenmetallschicht (10) ein Zwischenfrequenzsignal (IF) oder Gleichstrom (DC) in von der Erdungsmetallschicht (9, 11) abgeschirmter Weise überträgt und so Nebensprechen eines Millimeterwellensignals verringert.
  2. Modul nach Anspruch 1, bei dem der Durchkontakt mit der koaxialen Struktur mit einer Erdungsleiterschicht im mehrschichtigen dielektrischen Substrat verbunden ist.
  3. Modul nach Anspruch 1, bei dem ein Hochfrequenzschaltungsteil auf einer der Oberflächen des mehrschichtigen dielektrischen Substrats (2) ein eine Antenne bildendes metallisches Muster (1) ist.
  4. Modul nach Anspruch 1, bei dem das mehrschichtige dielektrische Substrat drei oder mehrere dielektrische Substratschichten (2-1, 2-2, 2-3) aufweist, wobei eine Mikrostreifen-Übertragungsleitung eines Millimeterwellen-Schaltungsteils durch ein Muster (17-1) einer Oberflächenmetallschicht (1) einer ersten Schicht (2-1) und einer metallischen Schicht (9) zwischen der ersten (2-1) und der zweiten (2-2) Schicht gebildet ist, und wobei eine metallische Schicht (10) einer anderen Zwischenschicht im dielektrischen Substrat eine Übertragungsleitung hat, auf die ein Zwischenfrequenzsignal, das vom Millimeterwellenschaltungsteil erzeugt wird, gelegt wird.
  5. Modul nach Anspruch 1, bei dem das mehrschichtige dielektrische Substrat (2) eine der Erdungsmetallschichten in der Weise hat, dass sie eine Schicht niedriger als eine andere der Erdungsmetallschichten (9) ist, die als Gegenelektrode der Mikro streifenleitung verwendet wird, die von der Oberflächenmetallschicht (17) als Millimeterwellenübertragungsleitung gebildet wird und wobei zwischen den Erdungsmetallschichten eine Metallschicht (11) für eine Leistungsversorgungsleitung für eine Millimeterwellenschaltung zur Vermeidung von Nebensprechen eines Millimeterwellensignals auf der Oberflächenschicht (17) vorgesehen ist.
  6. Modul nach Anspruch 1, bei dem das mehrschichtige dielektrische Substrat (2) mit einer Erdungsmetallschicht in der Weise versehen ist, dass sie eine tiefere Schicht als eine Erdungsmetallschicht (9), die als Gegenelektrode einer Mikrostreifenleitung verwendet wird, die von der Oberflächenmetallschicht (17) als Millimeterwellenübertragungsleitung gebildet wird und wobei eine Metallschicht (10) zum Übertragen eines Zwischenfrequenzsignals und eine Metallschicht (11) für eine Leistungsversorgungsleitung für eine Millimeterwellenschaltung zur Vermeidung von Nebensprechen eines Millimeterwellensignals der Oberflächenschichten (17) zwischen den Erdungsmetallschichten vorgesehen sind.
  7. Modul nach Anspruch 1 mit einer hermetischen Kappe (4), die die Hochfrequenzschaltungsteile (5, 13, 14) hermetisch versiegelt.
  8. Fahrzeugradarmodul mit einem Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Antennenmetallmuster (1) auf einer der Oberflächen des mehrschichtigen dielektrischen Substrats (2) des Moduls ausgebildet ist.
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