WO2009040196A2 - Abschirmvorrichtung - Google Patents

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WO2009040196A2
WO2009040196A2 PCT/EP2008/061057 EP2008061057W WO2009040196A2 WO 2009040196 A2 WO2009040196 A2 WO 2009040196A2 EP 2008061057 W EP2008061057 W EP 2008061057W WO 2009040196 A2 WO2009040196 A2 WO 2009040196A2
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WO
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shielding device
semiconductor chip
sides
shielding
sections
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PCT/EP2008/061057
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WO2009040196A3 (de
Inventor
Ewald Schmidt
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0007—Casings
    • H05K9/002—Casings with localised screening
    • H05K9/0022—Casings with localised screening of components mounted on printed circuit boards [PCB]

Definitions

  • the present invention relates to a shielding device of an HF semiconductor chip, in particular for a radar sensor, with at least one integrated antenna element, and a corresponding radar sensor.
  • Radar sensors are u.a. For example, for distance and / or speed measurements in motor vehicles, for example, in the adaptive cruise control or Automatic Cruise Control (ACC) used. In this case, a cost-effective design with high quality and reliability is required.
  • a structure of such radar sensors is realized with RF (radio frequency) semiconductor chips, using application frequencies in the range of 77 to 81 GHz and 122 GHz. In the future, higher frequencies will also be used.
  • RF semiconductor chips with a correspondingly high transit frequency are produced with semiconductor substrates made of GaAs, SiGe or even SiGeC.
  • Radar sensors or radar antenna systems for example, in a version known to the Applicant on an RF printed circuit board on four transmitting / receiving devices, which are also referred to as antenna patches. These are fed from a central source via a distribution network and serve as both transmit and receive antennas.
  • an injection-molded plastic component with so-called stub radiators (polyrods) can be applied to the printed circuit board via these antenna patches.
  • DE 103 55 796 A1 is cited, which includes, inter alia, US Pat. in Fig. 3 shows an RF arrangement of such a radar antenna with a plurality of patches, which are each equipped with a Stielstrahler shows.
  • the stem radiators are arranged in their longitudinal axis in the emission or reception direction of the antenna patches.
  • lateral emissions - about 90 ° to the antenna axis (emission / reception direction) - of antenna arrangements which are arranged directly on and over RF chips and lie in a main plane of the E or H field, can cause technical problems, such as For example:
  • the unwanted radiated waves "wander" around the device in an undefined manner
  • these unwanted waves are at least partially (so) superimposed with their own waves on the adjacent antenna elements.
  • the shielding device according to the invention has the advantage that it prevents unwanted radiation at least in two opposite lateral axial directions immediately close to the point of origin.
  • the shielding device has screen sections which rise at two parallel opposite sides in the direction of the antenna axis in a certain width, thus preventing lateral further radiation in the immediate vicinity of the formation.
  • the reflection waves present on the screen sections can be controlled at the point of origin with the very short transit times. This means that, for example, they can be positively superimposed on the antenna shaft by suitable shaping of the screen sections, for example in the case of a parabolic shape.
  • the shielding device of an HF semiconductor chip in particular for a radar sensor, is characterized by at least one shield section for at least partially shielding the RF semiconductor chip and the integrated antenna element in the axial directions which are approximately perpendicular to a radiation direction of the integrated antenna element extend, wherein a height of the screen portion extends in the direction of the emission direction.
  • a film may be arranged on the HF semiconductor chip, which is, for example, a conductor foil or flip-chip foil.
  • the position of the screen sections is provided so that they are respectively arranged parallel to opposite sides of the RF semiconductor chip close to these or parallel to opposite antenna sides of the antenna element close to these, wherein sides of a film disposed above may be included. In this case, manufacturing tolerances are taken into account. Thus, with these arrangements, the emissions and their reflections can be controlled. In addition, by a suitable shaping of the screen sections, such as, for example, bulges and / or bends in certain directions, the reflections can be further positively influenced.
  • a predetermined height of the screen sections which is at least as high as the sides of the RF semiconductor chip or the antenna element or the antenna element including the film disposed above, to achieve a positive predictable influence.
  • the screen sections are arranged parallel to the sides of this antenna element. This applies exactly even if the projection section of the screen sections on the side facing the antenna represents a straight line. If the screen sections have a different geometric shape, the centroid straight line of the projection section can be used with the same statements. For example, in a circle section, the center of gravity straight line is formed by a chord.
  • the semiconductor chip is applied with its underside on the carrier surface with a thermal adhesive, resulting in a further shielding advantage down, ie in the opposite direction of emission.
  • the shielding device is a component of a carrier of the semiconductor chip.
  • the screen sections are integrated in the already existing carrier for the chip holder and preferably formed integrally with the carrier.
  • the carrier material is, for example, a metallic die-cast and should not fall below a minimum width of approximately 0.8 mm in the screen sections.
  • the shielding device is designed as a stamped / bent part. Such a part is for example made of a metal sheet with a thickness of, for example, 0.2 mm punching and simultaneously bendable. It may have at least two screen sections and at least one retaining section for attachment. By punching and bending is a relatively easy
  • a punched / bent part can be applied in an HF semiconductor chip as well as an array of RF semiconductor chips over this in a simple manner, which is possible for example by clip mounting with attachment of the chip / antenna parts.
  • a fixation with a potting compound is also possible, including the stamped / bent parts holding sections, for example, in height, extended screen sections.
  • the shielding device has four screen sections, four mounting attachment sections and a frame with a pre-settable aperture.
  • This embodiment may also be a stamped / bent part, which can wrap the RF semiconductor chips on five sides in a kind of attachable frame.
  • the screen sections may be provided with clip-mounting holding sections and / or other types of mounting.
  • a frame with a pre-definable aperture is in the mounted state over the RF semiconductor chip, wherein the aperture can influence the radiated waves in a predetermined manner.
  • a radar sensor having at least one RF semiconductor chip has a shielding device as described above.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an exemplary circuit arrangement
  • FIG. 2 shows a perspective partial sectional view of a radar sensor with a first exemplary embodiment of a shielding device according to the invention
  • FIG. 3 is an enlarged perspective view of the area A of FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a second exemplary embodiment of the shielding device according to the invention.
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a third embodiment of the shielding device according to the invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a stamped, still unbent punching / bending part for the second and third embodiments of FIG. 4 and 5;
  • FIG. 7 shows a perspective partial sectional view of a radar sensor with a fourth exemplary embodiment of the shielding device according to the invention.
  • FIG. 8 is an enlarged perspective view of area B of FIG. 7;
  • FIG. 9 is a plan view of another stamped, still unbent punching / bending part for the fourth embodiment of FIG. 8th.
  • FIG. FIG. 10 is a perspective view of the punched and bent punched / bent part of FIG. 9th
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an exemplary circuit arrangement 1 with RF (radio-frequency) semiconductor chips 5, 6, 7, 8 which are located on an RF unit, for example a special printed circuit board or foil, and with this for example as an integrated circuit Circuit 3 are executed.
  • RF radio-frequency
  • Circuit arrangements 1 with an HF semiconductor chip 5, 6, 7, 8 and with a plurality of parallel chips or chip arrays (shown here) can be distinguished.
  • the HF semiconductor chips 5, 6, 7, 8 are executed in this example rectangular with sides Sl, S2, S3 and S4, where S 1 and S2 are two parallel longitudinal sides and S3 and S4 are two parallel narrow sides. Between the RF semiconductor chips 5, 6, 7, 8, there is in each case an intermediate space 19, which is formed by a respective side S1, S2 of an HF semiconductor chip.
  • the HF semiconductor chips 5, 6, 7, 8 have integrated antenna elements 18 with respective antenna sides AS1 to AS4.
  • the antenna elements 18 are also referred to as antenna patches or patches. These antenna elements 18 are used for radiating and receiving electromagnetic waves in a specific RF range, for example 77 to 81 GHz and 121 GHz. This takes place in a radiation or reception direction which runs here in the z-direction of the coordinate system.
  • the antenna elements 18 also emit (or receive) in other directions, such as in directions perpendicular to the z-axis, as here in the x and y axes.
  • radiation takes place in the chip, which can overlap and lead to malfunctions.
  • One known approach to the solution is on-chip arrays of antenna elements 18, as shown here by way of example on RF semiconductor chip 7. As a result, unwanted waves of parallel chips 5, 6, 8 occur with less intensity. In principle, however, an influence occurs.
  • the absorptive shield is conceivable with strongly damping plastics, which would have to have a thickness of ⁇ j / 4-0.35. This is critical in terms of manufacturing technology, therefore ⁇ r * 3/4 with approx. 1.05 mm is necessary. This value is in turn undesirably large in multi-chip arrangements.
  • a Reflective shielding with metals requires a mastery of the somewhat increased systematic self-influencing.
  • the invention now provides for shielding the lateral radiation (here in the x and y direction) perpendicular to the emission direction z of the antenna elements 18.
  • shielding devices 20 are provided in the intermediate spaces 19 and on the outer sides S1-S4 of the chips 5, 6, 7, 8, both parallel to the opposite sides S1, S2; S3, S4 of the HF semiconductor chips 5, 6, 7, 8 close to these or in each case parallel to opposite antenna sides AS1, AS2; AS3, AS4 of the antenna element 18 are arranged close to these.
  • FIG. 2 shows a perspective partial sectional view of a radar sensor 2 with a first exemplary embodiment of a shielding device 20 according to the invention.
  • the exemplary radar sensor 2 has a housing 10, which is closed by a cover 11.
  • the lid 11 has a radiating / Einstrahlabêt 12 which is in the z-direction over the RF semiconductor chips 5, 6 is located.
  • the RF semiconductor chips 5, 6 with a film 16, for example, flip-chip film are applied to a support 9. Between them, the shielding device 20 is arranged. Further HF semiconductor chips 7, 8 are not shown.
  • the area A is shown in FIG. 3 shown enlarged.
  • the HF semiconductor chips 5, 6 (or also antenna elements 18) are applied with a connecting means 14, for example adhesive or thermal adhesive, on bearing surfaces 15 of the carrier 9. Between them, screen sections 21 of the shielding device 20 rise in the z direction beyond the HF semiconductor chips 5, 6.
  • the screen sections 21 are united with holding sections 22, which are either connected to the carrier 9 or with it - as shown here - are integrally formed.
  • the shield sections 21 are close to the sides Sl, S2 of the RF semiconductor chips 5, 6 and the sides of the semiconductor chips 5, 6 lying over the HF semiconductor chips 16, wherein manufacturing tolerances are to be observed, and thus form a shield for in x-direction radiated waves.
  • Fixing domes 17 are used for centering the RF semiconductor chips and for further attachment.
  • the carrier 9 may consist of a die-cast metal.
  • the screen sections 21 have, for example, a width in the x-direction of about 0.8 mm, which is limited by the die-casting technique.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of a second embodiment of the shielding device 20 'according to the invention.
  • HF semiconductor chips 5, 6, 7 are on unspecified carriers, which are held in a potting compound 13, positioned. Above them is the slide 16, and over this is the shielding device 20 'with pointing upwards (in the z-direction) screen sections 21 and downwardly facing screen sections 21 with holding portions 22 attached.
  • the holding portions 22 are integrally connected to the lower screen portions 21 and fixed in the potting compound 13.
  • the film 16 may u. U. also be applied subsequently after the attachment of the shielding device 20 '(depending on their function and the exact execution of the shielding device).
  • FIG. 5 shows a similar, third embodiment of the shielding device 20 'according to the invention.
  • the only difference from the second exemplary embodiment according to FIG. 4 is that the upper screen sections 21 point vertically in the z direction and are somewhat shorter.
  • FIG. 6 shows a plan view of the shielding device 20 'as an exemplary punched, not yet bent component.
  • This is a metallic stamped / bent part, which has five combined screen / holding sections 21, 22, which are arranged parallel to each other. They are connected via short sections of a frame 23 with longitudinal holding portions 22.
  • the combined screen / holding sections 21, 22 have creasing lines 24, in which they fit into the in FIG. 4 and 5 bent or folded over.
  • the lateral longitudinal holding portions 22 have regular recesses with opposite tongues 25, which cooperate with the fastening domes 17 for fastening the shielding device 20 '.
  • the thickness of this shielding device 20 ' is 0.2 or 0.1 mm, for example.
  • the screen sections 21 are preferably arranged in the interspaces 19 between the long, opposite longitudinal sides Sl, S2 of the HF semiconductor chips 5, 6, 7, 8 and their foil sides lying above them.
  • FIG. 7 shows a perspective partial sectional illustration of a radar sensor 2 with a fourth exemplary embodiment of the shielding device 20 "according to the invention.
  • the HF semiconductor chips 5, 6, 7, 8 are each surrounded by a hood that surrounds them on all sides except for the underside, which has an opening on the upper side This opening is referred to as the aperture 26 and can be seen more clearly in FIG. 8 in an enlarged view of the area B of FIG.
  • Shielding devices 20 are connected in potting compound with two holding sections 22 on their underside and two holding sections 22 via openings 27 with fastening domes 17 (for example as described in FIG be clipped, resulting in a quick installation.
  • FIG. 9 shows the shielding device 20 "as a punched but not yet bent punched / bent part with a frame 23 on which four screen sections 21 and then different holding sections 22 are arranged on four sides Case for centering in cooperation with the fixing mandrels 17, wherein the upright holding sections 22 are provided with the lugs for clipping in.
  • the frame 23 has the aperture 26, which is designed as an oblong hole here. and the receiving property of the associated antenna element 18.
  • the shielding and holding sections 21, 22 can also be fixed beforehand in terms of their extent for adaptation to different purposes.
  • FIG. 10 finally shows the hood-shaped shielding device 20 ", which can be clipped onto the HF semiconductor chips 5, 6, 7, 8 in a simple manner.
  • the invention is not limited to the embodiments described above, but modifiable in a variety of ways.
  • the individual shielding devices 20 "to be formed together as one part.
  • the shape of the stamped / bent parts is not limited to the examples shown, but can be done in many ways with suitable machinery and tools.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

Eine Abschirmvorrichtung (20, 20', 20'') eines HF-Halbleiterchips (5, 6, 7, 8), insbesondere für einen Radarsensor (2), mit zumindest einem integrierten Antennenelement (18), ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20) zumindest einen Schirmabschnitt (21) zur zumindest teilweise seitlichen Abschirmung des HF-Halbleiterchips (5, 6, 7, 8) und des integrierten Antennenelementes (18) in Achsrichtungen, die ungefähr senkrecht zu einer Abstrahlrichtung (z) des integrierten Antennenelementes (18) verlaufen, aufweist, und ein Radarsensor (2) mit einer entsprechenden Abschirmvorrichtung (20, 20', 20'').

Description

Abschirmvorrichtung
STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung eines HF-Halbleiterchips, insbesondere für einen Radarsensor, mit zumindest einem integrierten Antennenelement, und einen entsprechenden Radarsensor.
Radarsensoren werden u.a. zum Beispiel zur Abstands- und/oder Geschwindigkeitsmessungen bei Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei der adaptiven Geschwindigkeitsregelung bzw. Automatic Cruise Control (ACC), eingesetzt. Dabei ist ein kostengünstiger Aufbau mit gleichzeitig hoher Qualität und Zuverlässigkeit gefordert. Ein Aufbau derartiger Radarsensoren wird mit HF- (Hochfrequenz-) Halbleiterchips realisiert, wobei Anwendungsfrequenzen im Bereich von 77 bis 81 GHz und 122 GHz verwendet werden. In Zukunft kommen auch höhere Frequenzen zur Anwendung. Bekannte HF- Halbleiterchips mit entsprechend hoher Transitfrequenz werden mit Halbleitersubstraten aus GaAs, SiGe oder auch SiGeC hergestellt. Radarsensoren bzw. Radarantennensysteme weisen zum Beispiel in einer der Anmelderin bekannten Version auf einer HF-Leiterplatte vier Sende- /Empfangseinrichtungen auf, welche auch als Antennenpatches bezeichnet werden. Diese werden von einer zentralen Quelle über ein Verteilnetzwerk gespeist und dienen sowohl als Sende- wie auch als Empfangsantennen. Über diesen Antennenpatches kann zum Beispiel ein Spritzgussbauteil aus Kunststoff mit so genannten Stielstrahlern (Polyrods) auf der Leiterplatte aufgebracht sein.
Zur Illustration wird die DE 103 55 796 Al genannt, welche u.a. in Fig. 3 eine HF-Anordnung einer derartigen Radarantenne mit mehreren Patches, die jeweils mit einem Stielstrahler ausgerüstet sind, zeigt. Die Stielstrahler sind in ihrer Längsachse in Abstrahl- bzw. Empfangsrichtung der Antennenpatches angeordnet.
Bei allen der Anmelderin bekannten Systemen und der Anordnung nach der DE 103 55 796 Al mit HF-Chips mit Antennen sind keine besonderen Maßnahmen getroffen worden, wodurch die zwangsweise vorhandenen unerwünschten seitlichen Abstrahlungen an der Signalquelle wesentlich abgeschirmt werden. Bei Systemen mit mehreren Patches, so genannten Mehrstrahlsystemen, wurde ein Lösungsvorschlag zur Entschärfung dieses Problems gemacht, indem die einzelnen Antennenpatches jeweils in einem Winkel von 45° zueinander angeordnet sind. Die Patches sind entweder auf einem Substrat, zum Beispiel Halbleitersubstrat, oder auch auf verschiedenen HF-Chips zueinander gedreht positioniert. Die strahlenden Seiten bzw. Kanten solcher gedreht angeordneter Patches überstreichen die Fläche zu den benachbarten Patches theoretisch nicht mehr. In der Praxis treten aber durch Reflexionen an verschiedenen Flächen immer noch gegenseitige Beeinflussungen auf.
Insbesondere seitliche Abstrahlungen - ca. 90° zur Antennenachse (Abstrahl-/Empfangsrichtung) - von Antennenanordnungen, welche direkt auf und über HF-Chips angeordnet sind und in einer Hauptebene des E- bzw. H-Feldes liegen, können technische Probleme hervorrufen, wie zum Beispiel: Die unerwünschten abgestrahlten Wellen „vagabundieren" im Gerät Undefiniert herum. Bei Mehrstrahlsystemen werden den jeweils benachbarten Antennenelementen diese unerwünschten Wellen zumindest teilweise (s. o.) mit den eigenen Wellen überlagert.
Es ist erforderlich, dass unerwünschte Abstrahlungen möglichst vermieden werden sollen, da diese die Empfangssignale verfälschen und im Endeffekt die Qualität der Detektion der Messobjekte mindern.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung weist demgegenüber den Vorteil auf, dass sie unmittelbar dicht am Entstehungsort eine unerwünschte Abstrahlung zumindest in zwei gegenüberliegenden seitlichen Achsrichtungen verhindert.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Abschirmvorrichtung Schirmabschnitte aufweist, welche sich an zwei parallel gegenüberliegenden Seiten in Richtung der Antennenachse in einer bestimmten Breite erheben, dass somit eine seitliche weitere Abstrahlung in unmittelbarer Nähe der Entstehung verhindern wird. Die an den Schirmabschnitten vorhandenen Reflexionswellen können am Entstehungsort mit den sehr kurzen Laufzeiten beherrscht werden. Das bedeutet, dass sie zum Beispiel durch geeignete Formgebung der Schirmabschnitte zur Antennenwelle positiv überlagert werden können, zum Beispiel bei parabolischer Gestalt.
Gemäß der Erfindung ist die Abschirmvorrichtung eines HF-Halbleiterchips, insbesondere für einen Radarsensor, mit zumindest einem integrierten Antennenelement dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Schirmabschnitt zur zumindest teilweise seitlichen Abschirmung des HF- Halbleiterchips und des integrierten Antennenelementes in Achsrichtungen, die ungefähr senkrecht zu einer Abstrahlrichtung des integrierten Antennenelementes verlaufen, aufweist, wobei sich eine Höhe des Schirmabschnitts in Richtung der Abstrahlrichtung erstreckt.
In einer weiteren Ausführung kann auf dem HF-Halb leiterchip eine Folie angeordnet sein, welche zum Beispiel eine Leiterfolie bzw. Flip-Chip-Folie ist.
Die Lage der Schirmabschnitte ist so vorgesehen, dass sie jeweils parallel zu gegenüberliegenden Seiten des HF-Halbleiterchips nahe an diesen oder jeweils parallel zu gegenüberliegenden Antennenseiten des Antennenelementes nahe an diesen angeordnet sind, wobei auch Seiten einer darüber angeordneten Folie mit eingeschlossen sein können. Dabei sind Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen. Somit können mit diesen Anordnungen die Abstrahlungen und deren Reflexionen beherrscht werden. Hinzu kommt noch, dass durch eine geeignete Formgebung der Schirmabschnitte, wie zum Beispiel Wölbungen und/oder Abkantungen in bestimmte Richtungen, die Reflexionen weiter positiv beeinflussbar sind.
Weiterhin ist es möglich, durch eine vorher festgelegte Höhe der Schirmabschnitte, die wenigstens so hoch ist wie die Seiten des HF-Halbleiterchips bzw. des Antennenelementes bzw. des Antennenelementes einschließlich der darüber angeordneten Folie, eine positive vorausberechenbare Beeinflussung zu erzielen.
In dem Fall, dass die Seiten des HF-Halbleiterchips einen Winkel zu den Seiten des Antennenelementes aufweisen sollten, ist in einer alternativen Ausführung vorgesehen, dass die Schirmabschnitte parallel zu den Seiten dieses Antennenelementes angeordnet sind. Dies gilt exakt auch dann, falls der Projektionsschnitt der Schirmabschnitte auf der der Antenne zugewandten Seite eine Gerade darstellt. Falls die Schirmabschnitte eine andere geometrische Form aufweisen, kann mit den gleichen Aussagen die Schwerpunktsgerade des Projektionsschnitts verwendet werden. Bei einem Kreisabschnitt wird zum Beispiel die Schwerpunktsgerade durch eine Kreissehne gebildet.
In einer weiteren Ausführung ist der Halbleiterchip mit seiner Unterseite auf dem Träger flächig mit einem Wärmeleitkleber aufgebracht, wodurch sich ein weiterer Abschirmungsvorteil nach unten, also in die entgegengesetzte Abstrahlrichtung ergibt.
In einer Ausführung ist die Abschirmvorrichtung ein Bestandteil eines Trägers des Halbleiterchips. Die Schirmabschnitte sind dabei in dem bereits vorhandenen Träger für die Chipaufnahme integriert und bevorzugt mit dem Träger einstückig ausgebildet. Hierdurch entstehen keine Zusatzkosten. Das Trägermaterial ist zum Beispiel ein metallischer Druckguss und sollte bei den Schirmabschnitten eine minimale Breite von ca. 0,8 mm nicht unterschreiten. In einer alternativen Ausführung ist die Abschirmvorrichtung als Stanz-/Biegeteil ausgebildet. Ein derartiges Teil ist zum Beispiel aus einem Metallblech mit einer Dicke von zum Beispiel 0,2 mm stanz- und gleichzeitig biegbar. Es kann zumindest zwei Schirmabschnitte und zumindest einen Halteabschnitt zur Befestigung aufweisen. Durch das Stanzen und Biegen ist eine relativ leichte
Formgebung der Schirmabschnitte zur Beeinflussung von Reflexionen wie oben erwähnt möglich. Ein Stanz-/Biegeteil kann bei einem HF-Halbleiterchip wie auch bei einem Array von HF-Halbleiterchips über diese in einfacher Weise aufgebracht werden, was zum Beispiel durch Clipmontage mit Befestigung der Chip-/Antennenteile möglich ist. Eine Fixierung mit einer Vergussmasse ist ebenfalls möglich, wozu die Stanz-/Biegeteile Halteabschnitte, zum Beispiel in der Höhe, verlängerte Schirmabschnitte aufweisen.
In einer noch weiteren alternativen Ausführung weist die Abschirmvorrichtung vier Schirmabschnitte, vier Halteabschnitte zur Befestigung und einen Rahmen mit einer vorher festlegbaren Apertur auf. Diese Ausführung kann ebenfalls ein Stanz-/Biegeteil sein, welches in einer Art aufsetzbarer Rahmen die HF-Halb leiterchips auf fünf Seiten umhüllen kann. Hier können die Schirmabschnitte mit Halteabschnitten für Clipmontage und/oder andere Montagearten versehen sein. Ein Rahmen mit einer vorher festlegbaren Apertur liegt im montierten Zustand über dem HF-Halbleiterchip, wobei die Apertur die abgestrahlten Wellen in vorher festlegbarer Weise beeinflussen kann. Somit sind zusätzliche Mittel, welche sonst die Funktion dieser Apertur bilden, nicht bzw. nur eingeschränkt erforderlich.
Bei allen Stanz-/Biegeteilen besteht ein weiterer Vorteil darin, dass sie in ihrer Höhe optimierbar sind, wodurch eine Anpassung an viele unterschiedliche Einsatzfälle möglich ist.
Ein Radarsensor mit zumindest einem HF-Halbleiterchip weist eine oben beschriebene Abschirmvorrichtung auf.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung und den Zeichnungen entnehmbar.
ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung angegebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt dabei: FIG. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Schaltungsanordnung mit
HF-Halbleiterchips;
FIG. 2 eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Radarsensors mit einem ersten Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
FIG. 3 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Bereiches A nach FIG. 2;
FIG. 4 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausfuhrungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
FIG. 5 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
FIG. 6 eine Draufsicht eines gestanzten, noch ungebogenen Stanz-/Biegeteils für das zweite und dritte Ausführungsbeispiel nach FIG. 4 und 5;
FIG. 7 eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Radarsensors mit einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung;
FIG. 8 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des Bereiches B nach FIG. 7;
FIG. 9 eine Draufsicht eines weiteren gestanzten, noch ungebogenen Stanz-/Biegeteils für das vierte Ausführungsbeispiel nach FIG. 8; und
FIG. 10 eine perspektivische Ansicht des gestanzten und gebogenen Stanz-/Biegeteils nach FIG. 9.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Gleiche oder ähnliche Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Koordinatensysteme x, y, z in den Figuren dienen zur leichteren Orientierung. In FIG. 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer beispielhaften Schaltungsanordnung 1 mit HF- (Hochfrequenz-) Halbleiterchips 5, 6, 7, 8, welche sich auf einer HF-Einheit, zum Beispiel einer speziellen Leiterplatte oder -folie befinden und mit dieser beispielsweise als eine integrierte Schaltung 3 ausgeführt sind.
Es sind Schaltungsanordnungen 1 mit einem HF-Halbleiterchip 5, 6, 7, 8 und mit mehreren parallel liegenden Chips bzw. Chip-Arrays (hier dargestellt) zu unterscheiden.
Die HF-Halb leiterchips 5, 6, 7, 8 sind in diesem Beispiel rechteckig mit Seiten Sl, S2, S3 und S4 ausgeführt, wobei S 1 und S2 zwei parallele Längsseiten und S3 und S4 zwei parallele Schmalseiten sind. Zwischen den HF-Halb leiterchips 5, 6, 7, 8 ist jeweils ein Zwischenraum 19 vorhanden, der von je einer Seite Sl, S2 eines HF-Halbleiterchips gebildet ist.
Die HF-Halbleiterchips 5, 6, 7, 8 weisen integrierte Antennenelemente 18 mit jeweiligen Antennenseiten ASl bis AS4 auf. Die Antennenelemente 18 werden auch als Antennenpatches oder Patches bezeichnet. Diese Antennenelemente 18 dienen zum Abstrahlen und zum Empfang von elektromagnetischen Wellen in einem bestimmten HF-Bereich, zum Beispiel 77 bis 81 GHz und 121 GHz. Dies erfolgt in einer Abstrahl- bzw. Empfangsrichtung, welche hier in der z-Richtung des Koordinatensystems verläuft.
Die Antennenelemente 18 strahlen (bzw. empfangen) jedoch auch in anderen Richtungen, so zum Beispiel in Richtungen senkrecht zur z-Achse, wie hier in der x- und y- Achse. Insbesondere über die jeweiligen Antennenseiten ASl bis AS4 der Antennenelemente 18 und über die_Seiten S1-S4 erfolgen Abstrahlungen im Chip, die sich überlagern und zu Fehlfunktionen führen können. Ein bekannter Ansatz zur Lösung sind auf dem Chip gedrehte Anordnungen der Antennenelemente 18, wie hier auf dem HF-Halbleiterchip 7 beispielhaft gezeigt ist. Dadurch können unerwünschte Wellen von parallel liegenden Chips 5, 6, 8 mit geringerer Intensität auftreten. Prinzipiell tritt aber eine Beeinflussung auf.
Bei Aufbauten mit parallelen Flip-Chip-Elementen auf einer Folie ist die gegenseitige Beeinflussung über die Folie mit einem Wert von εr = 2...4 kritisch. Ein Ausweg kann hierbei zum Beispiel eine
„Kammstruktur" auf der Folie zwischen den Chips sein. Diese benötigt aber einen gewissen Abstand zwischen den Chips.
Denkbar ist die absorbierende Schirmung mit stark dämpfenden Kunststoffen, die noch eine Dicke von λj/4-0,35 haben müsste. Fertigungstechnisch ist dies kritisch, es sind deshalb λr*3/4 mit ca. 1,05 mm notwendig. Dieser Wert ist bei Mehr-Chip-Anordnungen wiederum unerwünscht groß. Eine reflektierende Schirmung mit Metallen erfordert eine Beherrschung der etwas erhöhten systematischen Eigenbeeinflussung.
Die Erfindung sieht nun vor, die seitlichen Abstrahlungen (hier in x- und y-Richtung) senkrecht zur Abstrahlrichtung z der Antennenelemente 18 abzuschirmen. Dazu werden in den Zwischenräumen 19 und an den außen liegenden Seiten S1-S4 der Chips 5, 6, 7, 8 Abschirmvorrichtungen 20 (siehe FIG. 2) vorgesehen, die sowohl parallel zu den gegenüberliegenden Seiten Sl, S2; S3, S4 der HF- Halb leiterchips 5, 6, 7, 8 nahe an diesen oder jeweils parallel zu gegenüberliegenden Antennenseiten ASl, AS2; AS3, AS4 des Antennenelementes 18 an diesen nahe angeordnet sind.
Hierzu zeigt FIG. 2 eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Radarsensors 2 mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung 20.
Der beispielhafte Radarsensor 2 besitzt ein Gehäuse 10, welches mit einem Deckel 11 verschlossen ist. Der Deckel 11 weist einen Abstrahl-/Einstrahlabschnitt 12 auf, der sich in z-Richtung über den HF- Halb leiterchips 5, 6 befindet. Die den HF-Halb leiterchips 5, 6 mit einer Folie 16, zum Beispiel Flip- Chip-Folie, sind auf einem Träger 9 aufgebracht. Zwischen ihnen ist die Abschirmvorrichtung 20 angeordnet. Weitere HF-Halbleiterchips 7, 8 sind nicht mit dargestellt.
Der Bereich A wird in FIG. 3 vergrößert gezeigt. Die HF-Halbleiterchips 5, 6 (oder auch Antennenelemente 18) sind mit einem Verbindungsmittel 14, zum Beispiel Kleber oder Wärmeleitkleber, auf Auflageflächen 15 des Trägers 9 aufgebracht. Zwischen ihnen erheben sich Schirmabschnitte 21 der Abschirmvorrichtung 20 in z-Richtung über die HF-Halbleiterchips 5, 6 hinaus. Die Schirmabschnitte 21 sind mit Halteabschnitte 22 vereint, welche entweder mit dem Träger 9 verbunden oder mit ihm - wie hier gezeigt - einstückig ausgebildet sind. Die Schirmabschnitte 21 liegen dicht an den Seiten Sl, S2 der HF-Halb leiterchips 5, 6 und den Seiten der über den HF- Halb leiterchips 5, 6 liegenden Folien 16 an, wobei Fertigungstoleranzen zu beachten sind, und bilden somit eine Abschirmung für in x-Richtung abgestrahlte Wellen. Befestigungsdome 17 dienen zur Zentrierung der HF-Halbleiterchips und zur weiteren Befestigung. Der Träger 9 kann aus einem Druckgussmetall bestehen. Die Schirmabschnitte 21 weisen zum Beispiel eine Breite in x-Richtung von ca. 0,8 mm auf, die durch die Druckgusstechnik eingeschränkt ist.
FIG. 4 stellt eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung 20' dar.
Nebeneinander angeordnete HF-Halb leiterchips 5, 6, 7 sind auf nicht näher bezeichneten Trägern, die in einer Vergussmasse 13 gehalten sind, positioniert. Über ihnen befindet sich die Folie 16, und über dieser ist die Abschirmvorrichtung 20' mit nach oben (in z-Richtung) weisenden Schirmabschnitten 21 und nach unten weisenden Schirmabschnitten 21 mit Halteabschnitten 22 angebracht. Die Halteabschnitte 22 sind mit den unteren Schirmabschnitten 21 einstückig verbunden und in der Vergussmasse 13 befestigt. Eine Zentrierung bzw. Befestigung der Abschirmvorrichtung 20' erfolgt mittels der Befestigungsdome 17. Die Folie 16 kann u. U._auch nachträglich nach der Anbringung der Abschirmvorrichtung 20' aufgebracht werden (abhängig von ihrer Funktion und der genauen Ausführung der Abschirmvorrichtung).
FIG. 5 zeigt ein ähnliches, drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung 20'. Der einzige Unterschied zum zweiten Ausführungsbeispiel nach FIG.4 besteht darin, dass die oberen Schirmabschnitte 21 senkrecht in z-Richtung weisen und etwas kürzer ausgebildet sind.
Für beide Ausführungsbeispiele nach FIG. 4 und 5 zeigt FIG. 6 eine Draufsicht der Abschirmvorrichtung 20' als beispielhaftes ausgestanztes, noch nicht gebogenes Bauteil. Es handelt sich hierbei um ein metallisches Stanz-/Biegeteil, welches fünf kombinierte Schirm-/Halteabschnitte 21, 22 aufweist, die parallel zueinander angeordnet sind. Sie sind über kurze Abschnitte eines Rahmens 23 mit längs verlaufenden Halteabschnitten 22 verbunden. Die kombinierten Schirm- /Halteabschnitte 21, 22 weisen Knicklinien 24 auf, in denen sie in die in FIG. 4 und 5 gezeigte Form gebogen bzw. umgekantet werden. Die seitlichen Längshalteabschnitte 22 weisen regelmäßige Ausnehmungen mit sich gegenüberliegenden Zungen 25 auf, welche mit den Befestigungsdomen 17 zur Befestigung der Abschirmvorrichtung 20' zusammenwirken. Die Dicke dieser Abschirmvorrichtung 20' beträgt zum Beispiel 0,2 oder 0,1 mm. Die Schirmabschnitte 21 werden bevorzugt in den Zwischenräumen 19 zwischen den langen, sich gegenüberliegenden Längsseiten Sl, S2 der HF-Halbleiterchips 5, 6, 7, 8 und ihren darüber liegenden Folienseiten angeordnet.
FIG. 7 zeigt eine perspektivische Teilschnittdarstellung eines Radarsensors 2 mit einem vierten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung 20". Die HF-Halbleiterchips 5, 6, 7, 8 sind hier jeweils von einer sie bis auf die Unterseite allseits umschließenden Haube umgeben, die auf der Oberseite eine Öffnung in z-Richtung besitzt. Diese Öffnung wird als Apertur 26 bezeichnet und ist in FIG. 8 in einer vergrößerten Darstellung des Bereichs B aus FIG. 7 besser erkennbar.
Die Abschirmvorrichtungen 20" sind einerseits in Vergussmasse mit zwei Halteabschnitten 22 an ihrer Unterseite und mit zwei Halteabschnitten 22 über Öffnungen 27 mit den Befestigungsdomen 17 verbunden (zum Beispiel wie bei FIG. 6 beschrieben). Die unteren Halteabschnitte 22 können zum Beispiel auch in vorgefertigte Schlitze einklipsbar sein, wodurch sich eine schnelle Montage ergibt. FIG. 9 zeigt die Abschirmvorrichtung 20" als gestanztes aber noch nicht gebogenes Stanz-/Biegeteil mit einem Rahmen 23, an dem an vier Seiten zunächst vier Schirmabschnitte 21 und dann unterschiedliche Halteabschnitte 22 angeordnet sind. Die Öffnungen 27 der hier waagerecht gezeigten Halteabschnitte 22 dienen in diesem Fall zur Zentrierung in Zusammenwirkung mit den B efestigungs dornen 17, wobei die senkrecht stehenden Halteabschnitte 22 mit den Nasen zum Einklipsen vorgesehen sind. Der Rahmen 23 weist die Apertur 26 auf, welche hier langlochartig ausgebildet ist. Durch ihre vorher festgelegte Gestalt ist die Abstrahl- und Empfangseigenschaft des zugehörigen Antennenelementes 18 beeinflussbar und anpassbar. Die Schirm- und Halteabschnitte 21, 22 sind ebenfalls vorher in ihrer Ausdehnung zur Anpassung an unterschiedliche Einsatzzwecke festlegbar.
FIG. 10 zeigt schließlich die haubenförmige Abschirmvorrichtung 20", welche auf die HF- Halbleiterchips 5, 6, 7, 8 in einfacher Weise aufklipsbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
Es ist beispielsweise möglich, dass die einzelnen Abschirmvorrichtungen 20" gemeinsam als ein Teil ausgebildet sind.
Die Formgebung der Stanz-/Biegeteile ist nicht auf die dargestellten Beispiele beschränkt, sondern kann auf vielfältige Art und Weise mit geeigneten Maschinen und Werkzeugen erfolgen.

Claims

Patentansprüche
1. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") eines HF-Halbleiterchips (5, 6, 7, 8), insbesondere für einen Radarsensor (2), mit zumindest einem integrierten Antennenelement (18), dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20) zumindest einen Schirmabschnitt (21) zur zumindest teilweise seitlichen Abschirmung des HF-Halbleiterchips (5, 6, 7, 8) und des integrierten Antennenelementes (18) in Achsrichtungen, die ungefähr senkrecht zu einer Abstrahlrichtung (z) des integrierten Antennenelementes (18) verlaufen, aufweist, wobei sich eine Höhe des Schirmabschnitts (21) in Richtung der Abstrahlrichtung (z) erstreckt.
2. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schirmabschnitte (21) jeweils parallel zu gegenüberliegenden Seiten (Sl, S2; S3, S4) des HF-Halbleiterchips (5, 6, 7, 8) nahe an diesen oder jeweils parallel zu gegenüberliegenden Antennenseiten (ASl, AS2; AS3, AS4) des Antennenelementes (18) nahe an diesen angeordnet sind.
3. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der HF-Halbleiterchip (5, 6, 7, 8) mit seiner Unterseite auf einem Träger (9) flächig mit einem Wärmeleitkleber aufgebracht ist.
4. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20) ein Bestandteil eines Trägers (9) des Halbleiterchips (5, 6,
7, 8) ist.
5. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20) mit dem Träger (9) des Halbleiterchips (5, 6, 7, 8) einstückig ausgebildet ist.
6. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20', 20") als Stanz-/Biegeteil ausgebildet ist.
7. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20', 20") zumindest zwei Schirmabschnitte (21) und zumindest einen Halteabschnitt (22) zur Befestigung aufweist.
8. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20', 20") vier Schirmabschnitte (21), vier Halteabschnitte (22) zur Befestigung und einen Rahmen (23) mit einer vorher festlegbaren Apertur (26) aufweist.
9. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schirmabschnitte (21) in Richtung der Antennenachse (z) mindestens die gleiche Höhe wie diejenige der korrespondierenden Seiten (Sl, S2; S3, S4) beziehungsweise der korrespondierenden Antennenseiten (ASl, AS2; AS3, AS4) beziehungsweise der korrespondierenden Antennenseiten (ASl, AS2; AS3, AS4) einschließlich der Seiten einer darüber angeordneten Folie (16) oder eine vorher festlegbare größere Höhe aufweisen.
10. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schirmabschnitt (21) eine geeignete Formgebung zur Beeinflussung von Reflexionen seitlicher Abstrahlungen des HF-Halbleiterchips (5, 6, 7, 8) aufweist.
11. Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmvorrichtung (20, 20', 20") einen metallischen Werkstoff aufweist.
12. Radarsensor (2) mit zumindest einem HF-Halb leiterchip (5, 6, 7, 8) und einer Abschirmvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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