JP2023024942A - 導波路構造を備えるレーダセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】高い費用対効果で製造することができるレーダセンサを提供する。【解決手段】少なくとも１つの高周波モジュール１６と、導電性表面層３８を有するプラスチック体の形態の少なくとも１つの導波路構造１０と、を備えるレーダセンサであって、導電性表面層２８、４０、３０、３２を有する少なくとも１つのさらなるプラスチック体１２、１４を有し、当該プラスチック体が、それらの導電性表面層で互いに熱接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの高周波モジュールと、導電性表面層を備えるプラスチック体の形態での少なくとも１つの導波路構造とを備えるレーダセンサに関する。

特に、本発明は、例えば、運転者支援システム、衝突警告システムまたは自律運転システムの枠組で、交通環境を検出するために自動車で使用されるレーダセンサを対象とする。典型的には、これらのレーダセンサは、７７ＧＨｚでの周波数帯域で動作する。

一般的なレーダセンサの多くには、マイクロ波基板から形成されているアンテナが使用されるが、本発明は、アンテナが導波路構造によって形成されるレーダセンサを対象とする。このタイプのレーダセンサの一例は、独国特許出願公開第１０２０１８２０３１０６号に記載されている。

独国特許出願公開第１０２０１８２０３１０６号

本発明の課題は、そのようなタイプの、より高い費用対効果で製造することができるレーダセンサを提供することである。

この課題は、本発明に係るレーダセンサが、導電性表面層を有する少なくとも１つのさらなるプラスチック体を備え、それらプラスチック体が、当該プラスチック体の導電性表面層で互いに熱接合されていることによって解決される。

本出願の文脈では、「熱接合」は、熱の作用によって材料を一時的に溶融させて、例えばはんだ付けや溶接によって部品が面同士で互いに接続されるプロセスを意味する。これは、プラスチック体が、十分な耐熱性を有するプラスチック材料からなることを示唆する。

プラスチックからなる既知の導波路構造では、導電層は、導波路構造のキャビティの内面に、例えば、塗布、蒸着、スパッタリング、またはガルバニック接続によって形成される。本発明に係るレーダセンサでは、プラスチック体は、少なくとも１つの外面にも導電性表面層を有するので、はんだ付けまたは溶接によって機械的に、かつ同時に電気的に互いに確実に接続され得る。これに必要な導電性表面層は、キャビティの内壁に導電性表面層が形成されるのと同じプロセスで効率的に形成され得る。

導波路構造は、導波路アンテナまたは導波路アンテナの一部でよい。少なくとも１つのさらなるプラスチック体は、さらなる導波路アンテナもしくはマイクロ波出力用の導波路分配器構造、または高周波モジュールの芯出し、保護、および／もしくは電子的連結のために使用されるプラスチック体でもよい。本発明によれば、これらのコンポーネントのすべてを、効率的に、かつ高い費用対効果で互いに接続することができる。ここで、熱接合によって導波路構造のマイクロ波封止閉鎖が可能にされ、関与する構成要素の低い高周波減衰が達成されることも有利である。例えば、射出成形、射出圧縮成形、もしくは押出成形による、または場合によっては部分的に材料除去加工にもよるプラスチックからなるコンポーネントの製造は、高い設計自由度を可能にする。

本発明の有利な形態および発展形態は、従属請求項に記載されている。

導電層は、金属で被覆された表面層でよい。別の実施形態では、導電性表面層は、プラスチックを導電性にし、それと同時にはんだ付け可能にもするＣｕＳｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、ＳｎＺｎなどの特別なフィラーを含むプラスチックからなる層によって形成される。

レーダセンサは、ただ１回のはんだ付けまたは溶接プロセスで互いに接続される３つ以上のプラスチック体を有し得る。同じはんだ付けまたは溶接プロセスで、高周波モジュール、例えばＭＭＩＣチップ（モノリシックマイクロ波集積回路）またはＲＦ－ＣＭＯＳチップを導波路構造に連結することもできる。

以下、図面に基づいて例示的実施形態をより詳細に説明する。

本発明によるレーダセンサを横断する概略断面図である。 斜め上方から視たときのレーダセンサの一部である３つのプラスチック体の分解斜視図である。 斜め下方から視たときの図２のプラスチック体の分解図である。

図１に示されるレーダセンサは、全体として板状で互いに積層された３枚のプラスチック体を有し、これらのプラスチック体は、図１では上方から順に、第１の導波路構造１０、第２の導波路構造１２、および、高周波モジュール１６用の芯出し体１４を形成している。例えばＭＭＩＣチップなどの高周波モジュール１６は、例えばいわゆるボールグリッドなどのはんだ接点１８の配列によって回路基板２０に電気的かつ機械的に接続されており、回路基板２０は、ＭＭＩＣを制御し、ＭＭＩＣで事前に解析された受信信号をさらに解析するための電子コンポーネント（詳細には図示せず）を支持する。

フレームのように高周波モジュール１６を取り囲む芯出し体１４は、ビア２２（図１では見えないが、図２を参照）を有し、ビア２２は、第２の導波路構造１２も回路基板２０に電気的に連結することを可能にし、さらに、回路基板と高周波モジュールの上側に形成されている接点２４との間で信号を伝送することを可能にする。このために、特別な導体トラック２６が、第２の導波路構造１２の下側に形成されている。これらの導体トラックの外側の領域で、第２の導波路構造１２は下側に導電性表面層２８を有し、導電性表面層２８は、芯出し体１４の上側にある導電性表面層３０に面同士ではんだ付けされている。芯出し体１４の下側にあるさらなる導電性表面層３２は、回路基板２０の接地電極（詳細には図示せず）とはんだ付けされている。表面層３０と表面層３２とは、任意の適切な方法で、例えば芯出し体の縁部にある表面層によって電気的に接続されている。

第１の導波路構造１０は、平行な複数の導波路３４を備える第１の導波路アンテナを形成し、導波路はそれぞれ、放射開口部３６の領域を介して導波路構造の上側に開口している。導波路３４および放射開口部３６の内壁は、導電性表面層３８によって形成される。この表面層３８は、導波路構造１０の下側にも形成されており、そこで、第２の導波路構造１２の上側にあるさらなる導電性表面層４０と面同士ではんだ付けされている。

第２の導波路構造は、第１の導波路構造１０を連結するための導波路４２（図２）を形成する。同時に、第２の導波路構造１２は、側方放射開口部４４を備える第２の導波路アンテナを形成する。導波路４２および放射開口部４４の壁も、第２の導波路構造１２の上側および下側にある表面層４０，２８を互いに電気的に接続する導電性表面層を有する。このようにして、全３つのプラスチック体のすべての導電性表面層が、互いに、および回路基板２０の接地電極に電気的に接続されている。

図２が示すように、芯出し体１４は、中央に正方形の開口部４６を有し、この開口部４６は、半導体モジュール１６（図２には図示せず）をぴったりと収容し、導波路構造１０、１２と高周波モジュール１６とを互いに正確に整列させる。

ビア２２は、芯出し体１４の隅に配置されており、環状の非導電性領域４８によってそれぞれ取り囲まれており、非導電性領域４８は、接地電位にある表面層２８からビアを分離する。

図３では、導波路構造１０、１２および芯出し体１４の下側を見ることができる。ビア２２は、芯出し体１４の下側で導体トラック５０に連通し、導体トラック５０は、回路基板２０の対応する信号電極および電圧供給電極と結合し、非導電性領域５２によって表面層３０から分離されている。

第２の導波路構造１２の下側には、斜めに延びる導体トラック２６が見られ、導体トラック２６はそれぞれ、ビア２２の１つを高周波モジュール１６の接点２４の１つに接続する。導体トラック２６も、非導電性領域５４によって導電性表面層２８から分離されている。

さらに、第２の導波路構造１２は下側に導波路５６、５８を有し、導波路５６、５８はそれぞれ、高周波インターフェース６０を介して高周波モジュール１６に接続されている。導波路５６はそれぞれ、第１の導波路構造１０を連結するための導波路４２の１つと結合し、導波路５８はそれぞれ、第２の導波路アンテナの放射開口部４４の１つと結合する。

第１の導波路構造１０の下側には、導波路３４と、放射開口部３６の内側端部とが見られる。

図１が示すように、導波路構造１０，１２、芯出し体１４、および高周波モジュール１６はハウジング６２に収容されており、ハウジング６２の上壁は、レーダセンサのレドームを形成し、レドームは、放射開口部３６に対して所定の距離を有し、マイクロ波放射に対して透過性のプラスチックからなる。

上述したレーダセンサを製造する場合、例えば、まず、非導電性領域４８，５２，５４を形成する表面領域を任意の適切な方法（例えば、パッド印刷、カバープレート、カバー箔）で覆い、次いで導電性表面層を導波路構造１２および芯出し体１４に形成し、その後、カバーを再び取り除くという手順を取ることができる。別の実施形態では、導電性表面層を連続的に形成することもでき、続いてレーザアブレーションによって非導電性領域における導電性表面材料を除去することによって非導電性領域を形成することができる。

第１の導波路構造１０に、導電性表面層４０が設けられる。次いで、互いにはんだ付けすべき面に適切なはんだが塗布され、２つの導波路構造１０，１２、芯出し体１４、および半導体モジュール１６が、図１に示されるように、一体的に組み付けられ、一時的に一体的に保持され、１回の作業工程で互いにはんだ付けされて、ユニットが形成される。次いで、さらなるステップにおいて、そのようにして得られたユニットが、回路基板２０にはんだ付けされる。

代替として、まず、高周波モジュール１６を回路基板２０上に配置し、次いで芯出し体１４、第２の導波路構造１２、および第１の導波路構造１０を順に置き、それらの部品を芯合わせし、次いで１回のはんだ付けプロセスで、回路基板２０を含めたすべてのコンポーネントを互いにはんだ付けするという手順を取ることもできる。

いずれにせよ、ハウジング６２は、最後の作業ステップで別個に取り付けられる。選択的に、レドーム、すなわち例えばハウジング６２の上壁は、適切なスペーサによって、例えば第１の導波路構造１０を形成するプラスチック体の上側にあるリブによって、放射開口部３６から所定の距離に保持され得る。

Claims (12)

1. レーダセンサであって、
   少なくとも１つの高周波モジュール（１６）と、
   導電性表面層（３８）を有するプラスチック体の形態の少なくとも１つの導波路構造（１０）とを備え、
   導電性表面層（２８、４０；３０）を有する少なくとも１つのさらなるプラスチック体（１２、１４）を備え、
   前記プラスチック体が、当該プラスチック体の導電性表面層で互いに熱接合されている、ことを特徴とするレーダセンサ。
2. 前記プラスチック体が互いにはんだ付けされている、請求項１に記載のレーダセンサ。
3. 前記導電性表面層（２８、３０、３８、４０）が、耐熱性を有する導電性のプラスチックからなる、請求項１または２に記載のレーダセンサ。
4. 前記少なくとも１つの導波路構造（１０）が導波路アンテナである、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーダセンサ。
5. 前記少なくとも１つのさらなるプラスチック体が、さらなる導波路構造（１２）である、請求項４に記載のレーダセンサ。
6. 前記さらなる導波路構造（１２）が、さらなる導波路アンテナを形成する、請求項５に記載のレーダセンサ。
7. 前記さらなる導波路構造（１２）が、導波路アンテナを前記高周波モジュール（１６）に接続するための導波路（４２）を有する、請求項５または６に記載のレーダセンサ。
8. 前記少なくとも１つのさらなるプラスチック体、または前記さらなるプラスチック体のうちの１つが、前記半導体モジュール（１６）を前記導波路構造に対して芯出しするための芯出し体（１４）である、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーダセンサ。
9. 前記芯出し体（１４）が、導電性表面層（３２）を介して、前記高周波モジュール（１６）を支持する回路基板（２０）の接地電極に結合されている、請求項８に記載のレーダセンサ。
10. 前記芯出し体（１４）が、互いに電気的に接続されている導電性表面層（３０、３２）を両側に有する板状体である、請求項８または９に記載のレーダセンサ。
11. すべての導波路構造（１０、１２）の導電性表面層（３０、３８、４０）が、前記芯出し体（１４）を介して前記回路基板（２０）の接地電極に接続されている、請求項１０に記載のレーダセンサ。
12. 前記芯出し体（１４）が、前記回路基板（２０）の接点を導波路構造（１２）の導体トラック（２６）に接続するためのビア（２２）を有し、前記導体トラック（２６）が、前記高周波モジュール（１６）の接点（２４）と結合している、請求項８から１１のいずれか一項に記載のレーダセンサ。
    

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