KR20230015283A - 도파관 구조물을 구비한 레이더 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 고주파 모듈(16); 및 전기 전도성 표면층(38)을 갖는 소성체 형태의 적어도 하나의 도파관 구조물(10);을 구비한 레이더 센서에 관한 것으로, 이 레이더 센서는 전기 전도성 표면층(28, 40; 30)을 갖는 적어도 하나의 추가 소성체(12, 14)를 가지며, 이들 소성체는 이들의 전도성 표면층을 통해 서로 열적으로 접합되는 것을 특징으로 한다.

Description

도파관 구조물을 구비한 레이더 센서{RADAR SENSOR WITH WAVEGUIDE STRUCTURE}

본 발명은, 적어도 하나의 고주파 모듈; 및 전기 전도성 표면층을 갖는 소성체(plastic body) 형태의 적어도 하나의 도파관 구조물;을 구비한 레이더 센서에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 자동차에서 예를 들어 운전자 지원 시스템, 충돌 경고 시스템 또는 자율 주행 시스템의 범주에서 교통 환경을 감지하기 위해 사용되는 레이더 센서에 관한 것이다. 일반적으로 이러한 레이더 센서는 77GHz의 주파수 대역에서 동작한다.

일반적인 여러 레이더 센서에서 마이크로파 기판으로 형성된 안테나가 사용되는 반면, 본 발명은 안테나가 도파관 구조물에 의해 형성되는 레이더 센서를 다룬다. 이러한 유형의 레이더 센서의 예가 DE 10 2018 203 106 A1호에 기술되어 있다.

본 발명의 과제는 더 비용 효율적으로 제조할 수 있는 상기 유형의 레이더 센서를 제공하는 것이다.

상기 과제는 본 발명에 따라, 레이더 센서가 전기 전도성 표면층을 갖는 적어도 하나의 추가 소성체를 가지고, 이들 소성체가 이들의 전도성 표면층을 통해 서로 열적으로 접합됨으로써 해결된다.

본 출원의 맥락에서, "열적 접합"이란 구성요소들이 예를 들어 납땜 또는 용접에 의해 재료의 일시적 용융 하에 열작용에 의해 평탄하게 서로 연결되는 공정으로 이해되어야 한다. 이는 소성체가 충분한 내열성을 갖는 플라스틱 재료로 형성됨을 의미한다.

플라스틱으로 형성된 공지된 도파관 구조물의 경우, 전기 전도성 층은 예를 들어 도파관 구조물의 공동의 내면에 코팅, 기상 증착, 스퍼터링 또는 전기 도금에 의해 형성된다. 본 발명에 따른 레이더 센서에서, 소성체들이 적어도 하나의 외면에도 전도성 표면층을 가짐으로써, 상기 소성체들은 납땜 또는 용접에 의해 기계적으로 그리고 동시에 전기적으로 서로 안정적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 필요한 전도성 표면층은, 공동의 내벽에 전도성 표면층을 형성하는 것과 동일한 공정에서 효율적으로 형성될 수 있다.

도파관 구조물은 도파관 안테나이거나 또는 도파관 안테나의 일부일 수 있다. 적어도 하나의 추가 소성체는 추가 도파관 안테나 또는 마이크로파 전력용 도파관 배전 구조물 또는 고주파 모듈의 센터링, 보호 및/또는 전자적 연결(electronic connection)에 사용되는 소성체일 수 있다. 본 발명에 따르면, 이들 구성요소는 모두 합리적이고 비용 효율적인 방식으로 서로 연결될 수 있다. 이 경우, 열적 접합을 통해 도파관 구조물의 마이크로파 밀폐(microwave-tight) 마감이 가능해지고 관련 부품의 낮은 고주파 감쇠가 달성된다는 점도 바람직하다. 예를 들어 사출 성형, 사출 압축 성형 또는 압출에 의해 또는 경우에 따라 부분적으로 재료 제거 가공을 통해 플라스틱 소재의 구성요소를 제조하면 높은 수준의 구성 자유도가 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예 및 개선예는 종속항에 명시되어 있다.

전기 전도성 층은 금속화된 표면층일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전도성 표면층은 플라스틱에 전기 전도성과 동시에 납땜 가능성을 부여하는, 예를 들어 CuSn, Fe, Cu, SnZn과 같은 특수 충전제를 함유하는 플라스틱 층에 의해 형성된다.

레이더 센서는 단일의 납땜 또는 용접 공정에서 서로 연결되는 2개 이상의 소성체를 가질 수 있다. 동일한 납땜 또는 용접 공정에서 예컨대 도파관 구조물에 대한 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 칩 또는 RF-CMOS 칩과 같은 고주파 모듈의 연결도 수행될 수 있다.

하기에서는 도면을 참조하여 실시예들을 더 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 레이더 센서의 개략적 단면도이다.
도 2는 레이더 센서의 일부인 3개의 소성체를 위에서 비스듬히 내려다본 사시 분해도이다.
도 3은 도 2에 따른 소성체를 밑에서 비스듬히 올려다본 분해도이다.

도 1에 도시된 레이더 센서는 상호 적층된 총 3개의 판형 소성체를 가지며, 이들 소성체는 도 1에서 위에서 아래로의 순서로 제1 도파관 구조물(10), 제2 도파관 구조물(12) 및 고주파 모듈(16)용 센터링 바디(14)를 형성한다. 고주파 모듈(16), 예를 들어 MMIC 칩은 땜납 접점들(18)의 어레이, 예를 들어 이른바 볼 그리드(ball grid)에 의해 회로 기판(20)에 전기적 및 기계적으로 연결되며, 상기 회로 기판은 MMIC를 제어하고 MMIC에서 사전 평가된 수신 신호의 추가 평가를 위한, 상세히 도시되지 않은 전자 부품들을 지지한다.

프레임과 같은 고주파 모듈(16)을 둘러싸는 센터링 바디(14)는 쓰루홀(22)(도 1에서는 보이지 않지만 도 2에서는 볼 수 있음)을 가지며, 이 쓰루홀은 제2 도파관 구조물(12)도 회로 기판(20)에 전기적으로 연결될 수 있게 하고, 상기 회로 기판과 무선 주파수 모듈의 윗면에 형성된 접점(24) 간에 신호를 전송할 수 있게 한다. 이를 위해, 특수 도체 트랙(26)이 제2 도파관 구조물(12)의 밑면에 형성된다. 상기 전도체 트랙 외부의 구역에서, 제2 도파관 구조물(12)은 밑면에 전기 전도성 표면층(28)을 가지며, 이는 센터링 바디(14)의 윗면에 있는 전기 전도성 표면층(30)과 평탄하게 납땜된다. 센터링 바디(14)의 밑면에 있는 또 다른 전기 전도성 표면층(32)은 회로 기판(20)의 (상세히 도시되지 않은) 접지 전극과 납땜된다. 표면층(30, 32)은 임의의 적합한 방식으로, 예를 들어 센터링 바디의 에지에서 표면층들에 의해 전기적으로 연결된다.

제1 도파관 구조물(10)은, 방사 개구(36)의 필드를 통해 도파관 구조물의 윗면 쪽으로 각각 개방되는 복수의 평행 도파관(34)을 갖는 제1 도파관 안테나를 형성한다. 도파관(34)의 내벽 및 방사 개구(36)는 전기 전도성 표면층(38)에 의해 형성된다. 이 표면층(38)은 도파관 구조물(10)의 밑면에도 형성되고, 거기서 제2 도파관 구조물(12)의 윗면에 있는 또 다른 전도성 표면층(40)과 평탄하게 납땜된다.

제2 도파관 구조물은 제1 도파관 구조물(10)을 연결하기 위한 도파관(42)(도 2)을 형성한다. 동시에, 제2 도파관 구조물(12)은 측면 방사 개구(44)를 갖는 제2 도파관 안테나를 형성한다. 도파관(42)의 벽 및 방사 개구(44)는 제2 도파관 구조물(12)의 윗면 및 밑면 상의 표면층(40 및 28)을 서로 전도성으로 연결하는 전도성 표면층을 갖는다. 이러한 방식으로 3개의 모든 소성체의 전체 전도성 표면층은 서로 그리고 회로 기판(20)의 접지 전극과 전기적으로 연결된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 센터링 바디(14)가 도 2에는 도시되지 않은 반도체 모듈(16)을 정밀 맞춤 방식으로 수용하는 정사각형 개구(46)를 중앙에 가짐으로써, 도파관 구조물(10, 12)과 고주파 모듈(16)이 서로 정밀하게 정렬될 수 있다.

쓰루홀(22)은 센터링 바디(14)의 모서리들에 배치되며, 접지 전위에 있는 표면층(28)으로부터 쓰루홀을 분리하는 환형 비전도성 구역(48)으로 각각 둘러싸인다.

도 3에서는 도파관 구조물(10, 12) 및 센터링 본체(14)의 밑면을 볼 수 있다. 쓰루홀(22)은 센터링 바디(14)의 밑면에서, 회로 기판(20)상의 대응 신호 전극 및 전압 공급 전극으로 이어지는 도체 트랙(50)으로 병합되고, 비전도성 구역(52)에 의해 표면층(30)으로부터 분리된다.

제2 도파관 구조물(12)의 밑면에서는 대각선으로 연장되는 도체 트랙(26)을 볼 수 있으며, 이들 각각은 쓰루홀(22) 중 하나를 고주파수 모듈(16)의 접점들(24) 중 하나와 연결한다. 도체 트랙(26)도 비전도성 구역(54)에 의해 전도성 표면층(28)으로부터 분리된다.

또한, 제2 도파관 구조물(12)은 밑면에 도파관(56, 58)을 가지며, 이들 도파관 각각은 고주파 인터페이스(60)를 통해 고주파 모듈(16)과 연결된다. 도파관(56)은 각각 제1 도파관 구조물(10)의 연결을 위한 도파관들(42) 중 하나로 이어지고, 도파관(58)은 각각 제2 도파관 안테나의 방사 개구들(44) 중 하나로 이어진다.

제1 도파관 구조물(10)의 밑면에서는 도파관(34)뿐만 아니라 방사 개구(36)의 내측 단부들도 볼 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 도파관 구조물(10, 12), 센터링 바디(14) 및 고주파수 모듈(16)은 하우징(62) 내에 수용되고, 이 하우징의 상부 벽이 레이더 센서의 레이돔을 형성하며, 상기 레이돔은 방사 개구(36)에 대해 소정의 간격을 가지며, 마이크로파 방사 투과성 플라스틱으로 형성된다.

전술한 레이더 센서의 제조 시, 예를 들어 먼저 비전도성 구역(48, 52, 54)을 형성할 표면 영역을 적합한 방식으로{예: 패드 인쇄(pad printing), 커버링 플레이트, 커버링 호일} 덮은 다음, 도파관 구조물(12) 및 센터링 바디(14)에 전도성 표면층을 형성하고, 그 후 다시 커버링을 제거하는 방식으로 진행할 수 있다. 또 다른 한 실시예에서, 전도성 표면층이 연속적으로도 형성될 수 있고, 비전도성 구역은 이들 구역에서 후속적으로 레이저 어블레이션(laser ablation)에 의해 전도성 표면 재료가 제거됨으로써 형성될 수 있다.

제1 도파관 구조물(10)에는 도전성 표면층(40)이 제공된다. 그런 다음 서로 납땜될 면에 적합한 땜납이 도포되며, 두 도파관 구조물(10, 12), 센터링 바디(14) 및 반도체 모듈(16)은 도 1에 도시된 방식으로 하나의 유닛으로 결합되어 임시로 함께 보유되어 있다가 한 번의 작업으로 서로 납땜된다. 이렇게 하여 얻어진 유닛은 그 다음 단계에서 회로 기판(20)상에 납땜된다.

대안적으로, 먼저 고주파 모듈(16)이 회로 기판(20) 위에 올려진 다음, 센터링 바디(14), 제2 도파관 구조물(12) 및 제1 도파관 구조물(10)이 차례로 부착되고, 부품들이 센터링되고 나서 단일 납땜 공정에서 회로 기판(20)을 포함하여 모든 구성 요소가 서로 납땜되는 방식으로도 진행될 수 있다.

어떤 경우든 하우징(62)은 최종 작업 단계에서 별도로 부착된다. 선택적으로, 예를 들어 하우징(62)의 상부 벽과 같은 레이돔은 적합한 스페이서에 의해서도, 예를 들어 제1 도파관 구조물(10)을 형성하는 소성체의 윗면에 있는 리브(rib)에 의해서도 방사 개구(36)로부터 소정의 거리에 보유될 수 있다.

Claims (12)

1. 적어도 하나의 고주파 모듈(16); 및 전기 전도성 표면층(38)을 갖는 소성체 형태의 적어도 하나의 도파관 구조물(10);을 구비한 레이더 센서에 있어서,
   상기 레이더 센서는 전기 전도성 표면층(28, 40; 30)을 갖는 적어도 하나의 추가 소성체(12, 14)를 가지며, 이들 소성체는 이들의 전도성 표면층을 통해 서로 열적으로 접합되는 것을 특징으로 하는, 레이더 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 소성체들은 서로 납땜되는, 레이더 센서.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전도성 표면층(28, 30, 38, 40)은 내열성 및 전기 전도성을 갖는 플라스틱으로 형성되는, 레이더 센서.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 도파관 구조물(10)은 도파관 안테나인, 레이더 센서.
5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 소성체는 추가 도파관 구조물(12)인, 레이더 센서.
6. 제5항에 있어서, 추가 도파관 구조물(12)이 추가 도파관 안테나를 형성하는, 레이더 센서.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 추가 도파관 구조물(12)은 도파관 안테나를 고주파 모듈(16)과 연결하기 위한 도파관(42)을 갖는, 레이더 센서.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 소성체 또는 상기 추가 소성체들 중 하나는 도파관 구조물에 대해 반도체 모듈(16)을 센터링하기 위한 센터링 바디(14)인, 레이더 센서.
9. 제8항에 있어서, 센터링 바디(14)는 전기 전도성 표면층(32)을 통해, 고주파 모듈(16)을 지지하는 회로 기판(20)의 접지 전극에 접합되는, 레이더 센서.
10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 센터링 바디(14)는, 양면 모두에 서로 전기적으로 연결된 전도성 표면층(30, 32)을 갖는 판형 바디인, 레이더 센서.
11. 제10항에 있어서, 모든 도파관 구조물(10, 12)의 전도성 표면층(30, 38, 40)이 센터링 바디(14)를 통해 회로 기판(20)의 접지 전극과 연결되는, 레이더 센서.
12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 센터링 바디(14)는 회로 기판(20)의 접점들을 고주파 모듈(16)의 접점(24)으로 이어지는 도파관 구조물(12)의 도체 트랙(26)과 연결하기 위한 쓰루홀(22)을 갖는, 레이더 센서.

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