DE69118060T2

DE69118060T2 - Mikrowellen-Radar-Sender und-Empfänger auf einem einzelnen Substrat mit Flip-Chip integrierten Schaltkreisen

Info

Publication number: DE69118060T2
Application number: DE69118060T
Authority: DE
Inventors: Jon Gulick; William D Higdon; Joseph J Maieron; Gregory S Mendolia; Mirio Siracusa; Cheng P Wen; John J Wooldridge
Original assignee: Delco Electronics LLC; Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1996-08-22
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: DE69118060D1; EP0474393A2; US5115245A; EP0474393A3; EP0474393B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrowellen-Radar- Sender und -Empfänger auf einem einzelnen Substrat mit Flip- Chip-montierten monolithischen integrierten Mikrowellen- Schaltkreis (MMIC) Chips zur Verwendung wie in Nahhindernis- Erkennungssystemen (NODS) für Kraftfahrzeuge.

Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

Übliche MMICs werden auf Galliumarsenid-(GaAS)-Substraten hergestellt, wobei die Mikrostrip-Leitung (Bandleiter) als Haupt-Mikrowellensignal-Übertragungsmedium verwendet wird. Eine allgemeine Abhandlung über MMIC-Technologie und Mikrowellen-Übertragungsleitungskonfigurationen steht in "Millimeter-Wave Integrated Circuits" (Millimeterwellen-integrierte Schaltkreise) von Kai chang, TRW Electronics & Defense Sector/Quest, Winter 1983/84, Seiten 43 bis 59. Radarsender und -empfänger, welche MMIC-integrierte Schaltkreise umfassen, sind in zahlreichen Anwendungsfällen einschließlich NODS, Sensoren zur Erfassung der wahren Grundgeschwindigkeit, Hindernisvermeidungssystemen (adaptive Flug/Fahrtlenkung) und aktiven Phasen-gekoppelten Radaranordnungen wünschenswert, die eine große Anzahl von Sendeempfängern in einer einzelnen Betriebseinheit verwenden.
Die Dicke des GaAS-Substrats ist typischerweise auf 100 µm in dem X-Band und bei höheren Frequenzen wegen der Streucharakteristiken, Modenwandlung, thermischen und Schaltkreisdichte- Gegebenheiten beschränkt. Diese MMIC-Chips sind zu zerbrechlich für eine automatisierte Chip-Handhabung, die von modernen Roboterherstellungstechniken wie Aufnehmen, Positionieren und Preßverbinden Gebrauch macht. Darüber hinaus werden generell Drahtverbindungen mit Golddrähten von 25 µm Durchmesser eingesetzt, die arbeitsintensiv sind und zu Zuverlässigkeitsproblemen führen. Auf Mikrostrips basierende MMICs sind nicht mit der kostengünstigen Flip-Chip-Montagetechnologie kompatibel, da die Erdfläche auf der entgegengesetzten Seite des Substrats bezogen auf die elektronischen Schaltkreiselemente für Mikrowellen-Frequenz liegt.
Mikrostrip ist die am umfangreichsten benutzte Übertragungsleitung sowohl bei hybriden als auch bei monolithischen integrierten Schaltkreisen für Mikrowellen. In Fig. 1 dargestellt wird ein elektrisch leitender Bandleiter 10 auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden oder dielektrischen Substrats 12 gebildet, während eine elektrisch leitende Elektrode oder Erdfläche 14 auf der entgegengesetzten Oberfläche gebildet ist. Die charakteristische Impedanz der Mikrostrip- Übertragungsleitung wird durch die Breite des Bandleiters 10 sowie die Dicke und Dielektrizitätskonstante des Substrats 12 bestimmt. Die Dicke des Substrats 12 beträgt gewöhnlich einen kleinen Bruchteil einer Wellenlänge der höchsten Signalfrequenz, die sich in dem Substrat 12 ausbreitet, um übermäßige Frequenzstreuung oder eine unerwünschte Moden-Anregung höherer Ordnung (abweichend von dem transversalen elektrischen und magnetischen (TEM) Grund-Mode) bei Signalfrequenz oder Harmonischen der Signalfrequenz zu vermeiden. Typische MMICs, die auf GaAs beruhen und im X-Band und höheren Frequenzen arbeiten, werden auf 100 µm dicken Substraten ausgebildet. Der Zugang zu der Erdfläche 14 wird durch einen metallisierten vertikalen Verbinder (Durchgangselement) geschaffen, welcher in einem Loch, welches sich durch das Substrat 12 erstreckt, ausgebildet ist.
Wie in Fig. 2 dargestellt, schließt eine übliche MMIC hybride Mikroschaltkreisanordhung individuelle MMIC-Chips 16, 18 und 20 ein, die auf einem gemeinsamen Metallsubstrat oder Träger 22 montiert sind, der auf Erdpotential gehalten wird. Verbinder zwischen den Chips 16, 18 und 20 sind durch Golddrähte oder Bänder 24 vorgesehen, deren Durchmesser typischerweise 25 µm beträgt. Die Verbindungen 24 sind häufig die erhebliche Quelle von Zuverlässigkeitsproblemen, wenn die Chips 16, 18 und 20 auf einem gemeinsamen Modul mit anderen integrierten Schaltkreisen zusammengesetzt werden. Die dünnen (100µm dikken) Chips 16, 18 und 20 sind für Herstellungsverfahren zu zerbrechlich, die automatisierte/ Roboter Aufnehm- und Positioniertechniken einsetzen. Weiterhin ist der auf Mikrostrip basierende Schaltkreis wie in Fig. 1 dargestellt, bei dem die Erdfläche 14 auf der entgegengesetzten Seite wie die Bandleiter 10 liegen, nicht mit Flip-Chip-Montagetechniken kompatibel, die von einem kostengunstigen Reflow-Lötverfahren Gebrauch machen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung sieht ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen von hybriden MMIC-Baugruppen oder -Modulen einschließlich Radar-Sender- und -Empfänger-Signalverarbeitungs- und Energienormalisierungs-integrierte Schaltkreis- Chips sowie Mikrowellen-Sende- und -Empfangsfelderantennen auf einem gemeinsamen Substrat vor. Sämtliche Verbindungen des integrierten Schaltkreises werden während eines einzelnen Reflow-Lötvorgangs erzeugt. Für den MMIC-Chip und das Substrat wird eine koplanare Wellenleiter- und/oder parallele Streifenleiter-Schaltkreistechnik angewendet.
Dies ermöglicht die Herstellung von Mikrowellen-Sender- und -Empfänger-Modul-Baugruppen zur Herstellung von Radar-Sensor- und -Nachrichtenausrüstung mit großem Volumen bei großer Ausstoßrate. Die vorliegende Erfindung ist mit kostengünstigen, automatisierten/Roboter-Hybrid-Schaltkreis-Baugruppenverfahren kompatibel, da die robusten koplanaren, integrierten Schaltkreis-Chips für Mikrowellen verwendet werden. Die vorliegenden Chips können mit einer Dicke von 600 µm und mehr hergestellt werden, im Unterschied zu üblichen 100 µm dicken MMIC-Chips, da die durch die Mikrostrip-Übertragungsleitungen auferlegten Beschränkungen entfallen sind. Teure manuelle Chip-Ausrichtungs- und -Verbindungsdrahtanschlußschritte sind während des Montageprozesses vermieden, bei dem viele Module gleichzeitig bearbeitet werden können. Genauer schließt ein Mikrowellen-Radar-Sender und -Empfänger einen monolithischen, integrierten Schaltkreis-Chip für Mikrowellen ein, der koplanare Wellenleiter-Übertragungsleitungen aufweist, die auf der gleichen Oberfläche wie dessen elektronische Elemente ausgebildet sind. Koplanare Wellenleiter-Übertragungsleitungen werden ebenfalls auf einer Oberfläche eines Substrats gebildet. Planare Sende- und Empfangsantennenelemente werden auf der abgewandten Oberfläche des Substrats gebildet und mit den Übertragungsleitungen durch vertikale Verbindungen verbunden, die sich durch das Substrat erstrecken. Der Sender- und Empfänger-Chip ist zusätzlich zu den Signalverarbeitungs- und Energie-Normalisierungs-Chips auf dem Substrat in einer Flip- Chip-Anordnung montiert, wobei die entsprechenden Oberflächen, auf denen die Übertragungsleitungen ausgebildet sind, ebenfalls einander gegenüberstehen. Elektrisch leitende Vorsprünge werden auf Abschnitten der Übertragungsleitungen der Chips gebildet, die mit den Übertragungsleitungen des Substrats zu verbinden sind, und Lot wird auf Abschnitten der Übertragungsleitung des Substrats gebildet, die mit Übertragungsleitungen der Chips zu verbinden sind. Die Chips werden auf dem Substrat ausgerichtet und Baugruppe wird erwärmt, um das Lot zu verschmelzen und die Vorsprünge auf den Chips mit den Übertragungsleitungen auf dem Substrat in einem Gesamtprozeß zu verbinden. Die Vorsprünge bilden den Abstand zwischen den zueinander passenden Oberflächen des Substrats und der Chips sowie eine Isolierung zwischen elektronischen Elemente auf den Chips.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden den Fachleuten aus der folgenden speziellen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen klar, in denen gleiche Bezugszeichen sich auf übereinstimmende Teile beziehen.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Schnitt durch eine übliche Mikrostrip-Übertragungsleitung;
Fig. 2 ist ein Schnitt, welcher eine Baugruppe aus auf üblichen Mikrostrip-Leitungen beruhenden MMIC-Chips auf einem Substrat oder Träger darstellt;
Fig. 3 ist eine vereinfachte Darstellung, die einen Radar- Sender-Empfänger zeigt, welcher die vorliegende Erfindung in der Anwendung als Nahhindernis-Sensor für ein Kraftfahrzeug verkörpert;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Sensors für Nahhindernisse, der in Fig. 3 gezeigt ist;
Fig. 5 ist eine vereinfachte Draufsicht auf den vorliegen den Radar-Sender-Empfänger;
Fig. 6 ist ein Schnitt, der entlang einer Linie 6-6 in Fig. 5 aufgenommen ist;
Fig. 7 ist eine Teilschnittansicht auf den Transceiver, welche Dimensionen verdeutlicht, die für die Ausführungsform der Erfindung wesentlich sind;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, welche eine Erdverbindungskonfiguration einschließlich elektrisch leitender Distanzstücke oder Vorsprünge entsprechend der Erfindung veranschaulicht, und
Fig. 9 und 10 sind Schnittansichten, welche ein Herstellungsverfahren nach der Erfindung veranschaulichen.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Fig. 3 veranschaulicht eine bevorzugte Anwendung für einen Radar-Sender und -Empfänger auf einem einzelnen Substrat, das die vorliegende Erfindung verkörpert, obwohl die Erfindung bei zahlreichen anderen Anwendungen anwendbar ist. Entsprechend der Erfindung ist eine Radar-Sender- und -Empfängerbaugruppe oder ein Modul 30 an einer rückwärtigen Stoßstange oder anderen nach rückwärts gerichteten Oberfläche eines Kraftfahrzeugs 32 montiert. Eine hörbare und/oder sichtbare Anzeige 34 ist innerhalb des Fahrzeugs 32 an einer Stelle montiert, bei der sie von dem Fahrzeuglenker leicht gesehen und/oder gehört werden kann. Das Sender- und Empfänger-Modul 30 sendet ein Mikrowellen-Radarsignal von dem Fahrzeug 32 nach rückwärts und empfängt Reflektionen des ausgesendeten Signals von einem Gegenstand oder Hindernis, wie einem anderen Fahrzeug 38, welches sich in der Nähe der Rückseite des Fahrzeugs 32 befindet, wie durch Pfeile 36 angedeutet. Auf die reflektierten Signale ansprechend aktiviert das Modul 30 die Anzeige 34, um den Fahrer über die Anwesenheit des Hindernisses 38 zu benachrichtigen.
Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung ist als Nahhindernis-Erkennungssystem (NODS) bekannt und ist in der Hauptsache dazu eingerichtet, den Fahrer davon abzuhalten, das Fahrzeug rückwärts fahrend mit einem nicht sichtbaren Hindernis, welches sich hinter dem Fahrzeug 32 befindet, kollidieren zu lassen. Solch ein System ist besonders nützlich für Lastkraftwagen, die keine Rückfenster haben, um eine unmittelbare Rückwärtssicht zu gewähren. Das System wird auch den Fahrer über die Anwesenheit eines anderen Fahrzeugs alarmieren, welches sich von rückwärts nähert und kann dazu angepaßt sein, die Gegenwart eines dicht benachbarten Fahrzeugs in einem blinden Fleck des Fahrzeugs 32 zu erfassen, obwohl dies nicht dargestellt ist. Das Modul 30 kann jeden anwendbaren Typ eines Radarsystems innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verkörpern, wie gepulstes Radar, Dopplerradar usw.
Die Anzeige 34 kann auch ein Blinklicht, einen hörbaren Piepser, eine analoge oder digitale Entfernungsanzeige oder irgendeine andere Art Anzeige einschließen, die für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Bei einem auf der Rückseite eines Kraftfahrzeugs wie dargestellt montierten Nahhindernis- Erfassungssystem umfaßt die Anzeige 34 in typischer Weise ein Blinklicht und einen Piepser, wobei die Blink- und Piepshäufigkeiten und/oder Piepserlautstärke in dem Maße zunehmen, in dem die Entfernung zu dem erfaßten Hindernis abnimmt.
Ein Blockschaltbild des Moduls 30 ist in Fig. 4 dargestellt. Das Modul 30 schließt eine Signalverarbeitungseinheit 56 ein, welche die Wellenform eines Hauptoszillators 40 steuert. Der Hauptoszillator 40 erzeugt ein elektromagnetisches Signal bei einer Mikrowellenfrequenz und speist das Signal über einen Verstärker 42 in einen Teiler 44 ein. Ein Teil des Signals geht durch den Teiler 44 hindurch und wird über ein Filter 46 in eine Sendeantenne 48 eingespeist.
Eine Reflektion des ausgesendeten Signals von einem Hindernis oder einem anderen Gegenstand, der von dem Signal der Antenne 48 angestrahlt ist, wird von einer Empfangsantenne 50 aufgenommen und über einen Verstärker 52 in einem Mischer 54 eingespeist. Ein Teil des von dem Teiler 44 übertragenen Signals wird ebenfalls in den Mischer 54 eingespeist. Die Sende- und Empfangssignale werden von dem Mischer in eine Signalverarbeitungseinheit 56 eingespeist, welche die Gegenwart eines Hindernisses und wahlweise den Abstand des Hindernisses und die Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Hindernis als Funktion der Sende- und Empfangssignale erfaßt. Die Ausgangsgröße der Signalverarbeitungseinheit 56 wird in die Anzeige 34 eingespeist.
Die Elemente 40, 42, 44, 46, 52 und 54 sind in einem einzelnen MMIC-Radar-Sender- und -Empfänger-Chip 58 integriert. Das Modul 30 schließt weiterhin eine Energienormalisierungseinheit 60 ein, die, obwohl nicht im einzelnen dargestellt, die Eingangsspannung von einer Primärenergiequelle, wie einer Speicherbattene (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 32 umsetzt und regelt, um die verschiedenen Betriebsspannungen bereitzustellen, die von dem Sender- und Empfänger-Chip 58 und anderen Komponenten des Moduls 30 benötigt werden.
Indem jetzt auf Fig. 5 und 6 Bezug genommen wird, schließt die vorliegende Radar-Sender- und Empfänger-Baugruppe oder das Modul 30 ein elektrisch isolierendes Substrat 62 ein, welches typischerweise aus Aluminiumoxyd besteht und eine erste Oberfläche 62a sowie eine zweite Oberfläche 62b, die von der ersten Oberfläche 62a abgewandt ist, aufweist. Der MMIC-Sender- und Empfänger-Chip 58 ist auf der ersten Oberfläche 62a des Substrats 62 in einer Flip-chip-Anordnung montiert, die im einzelnen unten beschrieben wird. Die Signalverarbeitungseinheit 56 und die Energienormalisierungseinheit 60 können auch durch integrierte Schaltkreis-Chips verkörpert werden und auf dem Substrat 62 in gleicher Weise wie der Sender- und Empfänger-chip 58 montiert werden. Bezugnehmend auf Fig. 5 in Kombination mit Fig. 6 ist ein Metallmuster, welches Erdflächen 64 und 66 einschließt, auf der ersten Oberfläche 62a des Substrats 62 zusätzlich zu koplanaren Mikrowellen-Übertragungsleitungen gebildet, welche die Chips 56, 58 und 60 verbinden. Die Übertragungsleitungen können koplanare Wellenleiter, parallele Bandleiter oder irgendeine andere geeignete Konfiguration oder Kombination hiervon einschließen. Wie dargestellt, ist eine Übertragungsleitung einschließlich eines Mittel- oder Signalleiters 68 und Erdleitern 70 und 72 auf gegenüberliegenden Seiten des Signalleiters 68 auf der Oberfläche 62a gebildet, um den Signalverarbeitungs-Chip 56 mit dem Sender- und Empfänger- Chip 58 zu verbinden. Eine ähnliche Übertragungsleitung einschließlich eines Mittel- oder Signalleiters 64 und Erdleitern 76 und 78 ist auf der Oberfläche 62a gebildet, um den Energienormalisierungs-Chip 60 mit dem Sender- und Empfänger- Chip 58 zu verbinden. Weiterhin ist ein Leiter 80 dargestellt, der den Signalverarbeitungs-Chip 56 mit der Erdfläche 64 verbindet, sowie ein Leiter 82 zum Verbinden des Energienormalisierungs-Chips 60 mit der Erdfläche 66. Ein Leiteranschluß 84 ist dazu vorgesehen, um den Energienormalisierungs-Chip 62 mit einer Primärenergiequelle (nicht dargestellt) zu verbinden, und ein Leiteranschluß 86 ist vorgese hen, um den Energienormalisierungs-Chip 56 mit der Anzeige 34 zu verbinden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird die Sende-Antenne 48 durch eine Mikrostrip-Patch-Antenne (Bandleiter-Felder antenne> gebildet, die eine Vielzahl miteinander verbundener Elemente 88 einschließt, die auf der zweiten Oberfläche 62b des Substrats 62 unter der Erdfläche 64, wie in den Fig. 5 und 6 ersichtlich, gebildet sind. Die Empfangsantenne 50 ist als ähnliche Microstrip-Patch-Antenne (Bandleiter-Felderantenne) vorgesehen, die miteinander verbundene Elemente 90 umfaßt, die auf der zweiten Oberfläche 62b unter der Erdfläche 66 gebildet sind. Die Erdflächen 64 und 66 stellen eine elektrische Erde für die Chips 56, 58 und 60 auf der ersten Oberfläche 62a des Substrats 62 wie für die entsprechenden Elemente 88 und 90 auf der zweiten Oberfläche 62b des Substrats 62 dar. Die Ausgangsgröße des Filters 46, welches das ausgesendete Ausgangssignal des Sender- und Empfänger-Chips 58 darstellt, ist mit den Sende-Antennen-Elementen 88 durch eine elektrisch leitende vertikale Verbindung (Durchgangselement 92) verbunden, welche sich durch ein Loch in dem Substrat 32 erstreckt. Die Eingangsgröße zu dem Verstärker 52, welche das empfangende Eingangssignal des Sender- und Empfänger-Chips 58 darstellt, wird mit den Empfangsantennen- Elementen 90 über ein ähnliches Durchgangselement 94 verbunden.
Die besondere Architektur des MMIC-Sender- und -Empfänger- Chips 58 wie der Chips 56 und 60 ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ausgenommen, daß die elektronischen Elemente (Feldeffekt-Transistoren usw.) dieser Chips durch koplanare Mikrowellen-Übertragungsleitungen miteinander verbunden sind, die auf der gleichen Oberfläche wie die elektronischen Elemente gebildet sind. Wie in Fig. 7 dargestellt, hat ein repräsentativer Ausschnitt des Sender- und Empfänger Chips 58 eine erste Oberfläche 58a und eine zu dieser abgewandte zweite Oberfläche 58b. Die elektronischen Elemente des Chips 58 sowie die koplanaren Übertragungsleitungen sind auf der ersten Oberfläche 58a gebildet, die an die erste Oberfläche 62a des Substrats 62 in einer Flip-Chip-Konfiguration angepaßt ist. Wie aus Fig. 7 sichtbar, schließt eine koplanare Übertragungsleitung einen Mittel- oder Signalleiter 100 ein, und Erdleiter 102, 104 sind auf der ersten Oberfläche 58a des Chip 58 gebildet und elektrisch mit dem Signalleiter 68 und Erdleitern 70 und 72 auf dem Substrat 62 durch Löten verbunden, wie es im einzelnen weiter unten beschrieben wird. Die Chips 56 und 60 weisen hierauf gebildete Übertragungsleitungen auf, die im wesentlichen denen ähnlich sind, die in Fig. 7 gezeigt sind. Obwohl nicht dargestellt, sind die inneren elektronischen Elemente der Chips 56, 58 und 60 durch koplanare Übertragungsleitungen verbunden, die Leiter ähnlich 100, 102 und 104 einschließen.
Ein wesentlicher Faktor bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung besteht in der Anpassung MMIC-integrierter Schaltkreis-Chips an die Flip-Chip-Technologie. Die Radiofrequenzeigenschaften üblicher Mikrostrip- oder Gegentakt-, auf diskreten Elementen ruhender koplanarer Schaltkreise werden stark durch das dielektrische Substrat (oder Metallisierung) in unmittelbarer Nähe der Mikrowellen-Elektronik-Schaltele mente auf den umgekehrten MMIC-Chips beeinflußt. Die Isolation zwischen verschiedenen Teilen eines MMIC-Chips kann sich ebenfalls aufgrund zusätzlicher Kopplung durch das Modulsubstrat verschlechtern. Diese möglichen Nachteile werden durch Verwendung koplanarer Wellenleiter mit schmalem Spalt oder anderer koplanarer übertragungsleitungen auf den MMIC-Chips gemildert. Wie in Fig. 7 für MMICs auf GaAs-Grundlage dargestellt, tritt keine bedeutsame Änderung der Impedanzeigenschaft des koplanaren Wellenleiters oder der Phasengeschwindigkeit ein, wenn die Trennung d1 der Oberflächen 58a und 62a wenigstens sechsmal dem Spalt d2 zwischen dem Signalleiter 100 und Erdleitern 102 und 104 beträgt. Für einen Spalt d2 von 12 µm sollte die Trennung d1 wenigstens 72 µm betragen. Wie in Fig. 7 dargestellt, kann der erforderliche Abstand zwischen den Chips 56, 58 und 60 und dem Substrat 62 durch ausbilden elektrisch leitender Distanzstücke oder Vorsprünge 106, 108 und 110 auf den Leitern 100 bzw. 102 bzw. 104 vor dem Aufbringen der Chips auf dem Substrat 62 geschaffen werden. Die Vorsprünge können durch Versilbern geschaffen werden und haben typischerweise einen Durchmesser von 150 µm und eine Höhe von 75 µm für Verbindungen für niedrige Frequenzoder Erdverbindungen und einen Durchmesser von 75 µm für Mikrowellen-Frequenzverbindungen. Die unteren Enden der Vorsprünge 106, 108 und 110 werden gleichzeitig mit den Leitern 68 bzw. 70 bzw. 72 verlötet, indem ein Reflow-Lötverfahren verwendet wird, das im einzelnen unten beschrieben wird. Zusätzlich zu der elektrischen Verbindung und Abstandshaltung dienen die Vorsprünge zum Schutz der Luftbrücken, die gewöhnlich auf MMIC-Chips zu finden sind.
Zusätzlich zu den Erdleitern 70 und 72 können geerdete Metallmuster, wie sie bei 107 in Fig. 8 ausgebildet sind, auf der Oberfläche 62a des Substrats 62 vorgesehen sein, um in Verbindung mit zusätzlichen Vorsprüngen 109 einen "Lattenzaun" von Erdverbindungen zu bilden, damit eine verbesserte elektrische Isolation der verschiedenen Teile der Baugruppe geschaffen wird. Die zusätzlichen Vorsprünge 109 werden auf Erdleitern des Chips 58 gebildet, die gemeinsam in Fig. 8 mit 111 bezeichnet sind. Mittelleiter der Übertragungsleitungen sind ebenfalls gezeigt und gemeinsam mit 112 bezeichnet.
Die Chips 56, 58 und 60 werden auf dem Substrat 62 aufgebracht und mit diesem elektrisch verbunden, indem ein Reflow- Lötverfahren verwendet wird, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt. In Fig. 9 ist eine Mischung von Lot und Flußpaste auf den Abschnitten der Übertragungsleitungen des Substrats 62 gebildet, die mit den Übertragungsleitungen der Chips 56, 58 und 60 zu verbinden sind, indem z.B. durch eine Maske gedruckt wird. Das Lotmuster ist gemeinsam als Teile 114 einschließend bezeichnet. Gemeinsam mit 116 bezeichnete Vorsprünge sind auf Abschnitten der Übertragungsleitungen der Chips 56, 58 und 60 gebildet, die mit den Übertragungsleitungen des Substrats 62 verbunden sind. Die Chips 56, 58 und 60 sind mit dem Substrat 62 zusammengesetzt, wie es durch Pfeile angezeigt ist, so daß die Vorsprünge 116 präzise mit den Lotabschnitten 114 ausgerichtet sind.
Wie aus Fig. 10 zu ersehen ist, wird die Baugruppe auf eine Temperatur von 200 bis 300ºC während ungefähr einer Minute erhitzt, wie es durch Pfeile angedeutet ist, wodurch das Lot 114 veranlaßt wird zu schmelzen oder "Reflow" zu fließen, sowie zu verschmelzen und dadurch die Vorsprünge 116 elektrisch mit den Übertragungsleitungen auf dem Substrat 62 zu verbinden. Das Reflow-Lötverfahren ermöglicht eine Chip-Positionierungsgenauigkeit innerhalb von 25 µm, da die Oberflächenspannung der geschmolzenen Lotabschnitte 114 an den Vorsprüngen 116 zieht. Die koplanaren Mikrowellen-Übertragungsleitungen des MMIC-Chips ermöglichen es, die Chips fortlaufend mit dem Substrat in einer Flip-Chip-Konfiguration zusammenzusetzen, wobei das Reflow-Lötverfahren Anwendung findet. Die koplanaren Übertragungsleitungen ermöglichen es auch, daß die MMIC-Chips wesentlich dicker als üblicherweise GaAs- MMIC-Chips, typischerweise 600 µm im Vergleich zu 100 µm ausgebildet werden. Dies ermöglicht es, die vorliegenden MMIC-Chips in automatisierter/Roboter-Technologie mit den Substraten bei äußerster Präzision zusammenzusetzen, wobei die arbeitsintensiven manuellen Handhabungen und die hohe Schadenshäufigkeit vermieden wird, die mit dem Stand der Technik verbunden waren.

Claims

1. Mikrowellen-Radar-Baugruppe, umfassend:

ein elektrisch isolierendes Substrat (62) mit einer Oberfläche (62a);

koplanare Mikrowellen-Übertragungsleitungsmittel (68,70,72), die auf der Oberfläche des Substrats gebildet sind;

einen integrierten Mikrowellen-Radar-Schaltkreis-Chip (58) mit einer Oberfläche (58a); und

koplanare Mikrowellen-Übertragungsleitungsmittel (100,102,104), die auf der Oberfläche des Radar-Chips gebildet sind;

wobei der Radar-Chip auf dem Substrat dergestalt montiert ist, daß die Oberfläche des Radar-Chips der Oberfläche des Substrats gegenübersteht, und die Übertragungsleitungsmittel des Radar-Chips elektrisch mit den Übertragungsleitungsmitteln des Substrats verbunden sind.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, in welcher der Radar-Chip ein Radar-Sender-Empfänger-Chip ist, wobei die Baugruppe weiterhin umfaßt:

einen integrierten Signalverarbeitungsschaltkreis-Chip (56), der ein Ausgangssignal von dem Sender-Empfänger-Chip verarbeitet, wobei der Signalverarbeitungs-Chip eine Oberfläche aufweist;

und koplanare Mikrowellen-Übertragungsleitungsmittel, die auf der Oberfläche des Signalverarbeitungs-Chips gebildet sind;

wobei der Signalverarbeitungs-Chip auf dem Substrat dergestalt montiert ist, daß die Oberfläche des Signalverarbeitungs-Chips der Oberfläche des Substrats gegenübersteht, und die Übertragungsleitungsmittel des Signalverarbeitungs-Chips elektrisch mit den Übertragungsleitungsmitteln des Substrats verbunden sind.

3. Baugruppe nach Anspruch 1, in welcher der Radar-Chip ein Radar-Sender-Empfänger-Chip ist, wobei die Baugruppe weiterhin umfaßt:

einen integrierten Energienormalisierungs-Schaltkreis- Chip (60) zur Einspeisung einer geregelten elektrischen Energie in den Sender-Empfänger-Chip, wobei der Energienormalisierungs-Chip eine Oberfläche aufweist;

koplanare Mikrowellenübertragungsleitungs-Mittel auf der Oberfläche des Energienormalisierungs-Chips;

wobei der Energienormalisierungs-Chip auf dem Substrat dergestalt montiert ist, daß die Oberfläche des Energienormalisierungs-Chips der Oberfläche des Substrats gegenübersteht, und die Übertragungsleitungsmittel des Energienormalisierungs-Chips mit den Übertragungsleitungsmitteln des Substrats verbunden sind.

4. Baugruppenach Anspruch 1, bei der:

der Radar-Chip ein Sender-Empfänger-Chip ist;

das Substrat eine zweite Oberfläche (62b) aufweist, welche zu dessen Oberfläche entgegengesetzt ist;

wobei die Baugruppe weiterhin umfaßt:

Planar-Radar-Antennenmittel (64,66), die auf der zweiten Oberfläche des Substrats gebildet sind, und Verbindungsmittel (48,50), welche sich durch das Substrat erstrekken und den Sender-Empfänger-Chip mit den Antennenmitteln verbinden.

5. Baugruppe nach Anspruch 4, in dem die Verbindungsmittel wenigstens ein Durchgangselement umfassen.

6. Baugruppe nach Anspruch 4, in der:

die Antennenmittel eine Sendeantenne (48) und eine Empfangsantenne (50) umfassen;

die Verbindungsmittel ein erstes Durchgangselement (92) umfassen, welches den Sender-Empfänger-Chip mit der Sendeantenne (94) verbindet, und ein zweites Durchgangselement (94) umfaßt, welches den Sender-Empfänger-Chip mit der Empfangsantenne verbindet.

7. Baugruppe nach Anspruch 1, in der die Übertragungsleitungsmittel (100,102,104) des Radar-Chips mit den Übertragungsleitungsmitteln des Substrats (68,7072) durch Löten verbunden sind.

8. Baugruppe nach Anspruch 1, in der:

die Übertragungsleitungsmittel des Radar-Chips eine Vielzahl von Übertragungsleitungen umfassen, von denen jede einen Signalleiter (100) und einen Erdleiter (102,104) einschließt;

die Übertragungsleitungsmittel des Substrats Erdleitermittel (70,72) umfaßt;

die Baugruppe weiterhin eine Vielzahl von Distanzstücken (109) umfaßt, welche die Erdleiter der Übertragungsleitungen des Radar-Chips mit den Erdleitermitteln des Substrats verbindet und die Oberflächen des Radar-chips und des Substrats in einem vorgegebenen Abstand zueinander hält.

9. Baugruppe nach Anspruch 8, in der die Distanzstücke auf den Erdleitern des Radar-Chips gebildet sind und durch Löten elektrisch mit den Erdleitern des Substrats verbunden sind.

10. Baugruppe nach Anspruch 8, in der die Distanzstücke Vorsprünge umfassen.

11. Baugruppe nach Anspruch 8, in welcher der vorgegebene Abstand (d1) wenigstens ungefähr sechs mal dem Abstand (d2) zwischen den Signalleitern und entsprechenden Brdleitern der Übertragungsleitungen des Radar-Chips beträgt.

12. Baugruppe nach Anspruch 1, in der:

die Baugruppe weiterhin Abstandsstücke (109) umfaßt, welche die Oberflächen des Radar-Chips und des Substrats in einem vorgegebenen Abstand zueinander halten;

wobei der vorgegebene Abstand (d1) wenigstens sechs mal dem Abstand (d2) zwischen den Signalleitern und entsprechenden Erdleitern der Übertragungsleitungen des Radar- Chips beträgt.

13. Verfahren zur Herstellung einer Mikrowellen-Radar-Baugruppe mit den Schritten:

(a) Bereitstellen eines elektrisch isolierenden Substrats mit koplanaren Mikrowellen-Übertragungsleitungsmitteln, die auf einer dessen Oberflächen gebildet sind;

(b) Bereitstellen eines integrierten Mikrowellen-Radar- Schaltkreis-Chips mit koplanaren Übertragungsleitungsmitteln, die auf einer dessen Oberflächen gebildet sind;

(c) Aufbringen von Lot auf Abschnitten der Übertragungsleitungsmittel des Substrats, die mit entsprechenden Abschnitten der Übertragungsleitungsmittel des Radar-Chips zu verbinden sind;

(d) Zusammenpassen der Oberfläche des Radar-Chips mit der Oberfläche des Substrats, so daß die entsprechenden Abschnitte der Übertragungsleitungsmittel des miteinander zu verbindenden Radar-Chips und Substrats zueinander ausgerichtet sind; und

(e) zeitweiliges Erhitzen des Lots auf eine Temperatur, welche es verschmelzen und die entsprechenden Abschnitte der Übertragungsleitungsmittel des Radar- Chips und Substrats miteinander verbinden läßt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Schritt (b) das Bereitstellen eines solchen Radar-Chips umfaßt, daß die Abschnitte dessen Übertragungsleitungsmittel, die mit den entsprechenden Abschnitten der Übertragungsleitungsmittel des Substrats zu verbinden sind, elektrisch leitfähige Vorsprünge einschließen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem Schritt (b) das Bilden der Übertragungsleitungsmittel des Radar-Chips als eine Vielzahl von Übertragungsleitungen einschließend umfaßt, von denen jede einen Signalleiter und einen Erdleiter mit vorgegebenem Abstand zwischen diesen einschließt, und das Bilden von Vorsprüngen einer Höhe umfaßt, so daß die zusammengepaßten Oberflächen bei Abschluß des Schritts (e) zueinander einen Abstand aufweisen, der wenigstens ungefähr das Sechsfache des vorgegebenen Abstands beträgt.

16. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem Schritt (e) weiterhin das gemeinsame Erhitzen des Substrats, des Radar- Chips und des Lots auf die Temperatur einschließt.