WO2017025542A1 - Hochfrequenzantenne, hochfrequenzsubstrat mit hochfrequenzantenne und verfahren zur herstellung - Google Patents

Hochfrequenzantenne, hochfrequenzsubstrat mit hochfrequenzantenne und verfahren zur herstellung Download PDF

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WO2017025542A1
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frequency substrate
rigid support
frequency
support
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Thomas Gottwald
Christian RÖSSLE
Christian Dold
Dirk Gennermann
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Schweizer Electronic Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a procedural ⁇ ren for manufacturing a high frequency antenna, in particular a high-frequency antenna on a high-frequency substrate, and a high-frequency antenna according to the method produced and a method produced according to, in a layer ⁇ construction of a conductor structure element einlamin(7)s Hochfre ⁇ quenzsubstrat.
  • Radar circuits are understood to be transmitting and / or receiving devices for transmitting and / or receiving electromagnetic radiation, in particular radar waves. These are used, for example, in self-driving vehicle concepts in connection with spacer systems.
  • an inte ⁇ grated circuit with an antenna arrangement comprising a substrate with an integrated circuit and a Having disposed on a surface of the substrate first antenna layer.
  • a carrier layer is arranged, which covers the first antenna ⁇ layer, and on the carrier layer, a second antenna layer is disposed in a region above the first antenna layer.
  • the carrier layer is arranged directly on the surface of the substrate and on the first antenna ⁇ layer.
  • Antennenanord- voltage for automotive radar applications which comprises a printed ⁇ te with a arranged in a cavity of the multilayer structure of the microwave circuit board module.
  • the microwave module is connected by supply lines to at ⁇ antenna fields that are disposed in outwardly open deepen levies of the multilayer structure of the printed circuit board.
  • Electronic components are arranged on an opposite side of the printed circuit board ⁇ .
  • a method for producing a high-frequency antenna in a conductor Structural element having the features of claim 1 and a ⁇ in a layer structure of a conductor structure element ⁇ laminated high-frequency substrate having the features of an ⁇ claim 18 proposed.
  • the idea of the invention provides to introduce a high-frequency substrate in the layer on ⁇ construction of a conductor structure element having an antenna structure, and cut out a antenna mapping section from the outer layer of the carrier substances strats after lamination and processing of the layer structure. This allows uncomplicated processing and processing of the layer structure during and after lamination, since the sensitive high-frequency substrate is initially completely embedded.
  • the formation of the cavity may be achieved by a flow barrier which prevents infiltration of liquefied resin material during lamination into the region of the antenna allocation section.
  • the flow barrier can also serve as a support element for the high-frequency substrate.
  • the antenna structure can be ent ⁇ not applied directly to the high-frequency substrate or they can, for example, be formed on a tipped on the high-frequency component substrate.
  • the dimensions and design of the Hochfre ⁇ frequency substrate and the position of the Antennenzu glovessab ⁇ section are chosen so that an antenna formed on the high frequency ⁇ substrate antenna structure is assigned to the Antennenzu glovessabites such that when excludednitte- nem antenna allocation section a largely unimpeded ⁇ emission or reception of RF waves is enabled.
  • the antenna structure can be located both on the cut-out NEN antenna allocation portion facing as well as on the opposite side of the high-frequency substrate (or as mentioned above on the assembled component / chip) may be formed. Further advantages and embodiments of the inven ⁇ tion will become apparent from the description and the accompanying drawings.
  • Figures 1 to 12 illustrate the manufacturing process according to the invention a Hochfre ⁇ quenzantenne according to the invention in a conductor structural element, wherein
  • FIG. 1 shows a side view of a carrier substrate
  • FIG. 2 shows the carrier substrate of FIG. 1 with inserted depression
  • Figure 3 shows the carrier substrate of FIG 2 with attached ⁇ applied electrically insulating layer
  • Figure 4 shows the carrier substrate of Figure 3 with mounted ⁇ schreibm high-frequency substrate
  • Figure 5 shows the layer structure of Figure 4 with an alternative embodiment of the high frequency substrate
  • FIG. 5a shows the layer structure of FIG. 5 with an alternative embodiment of the radio-frequency substrate
  • FIG. 6 shows the layer structure of FIG. 5 with an alternative embodiment of the support element
  • FIG. 7 shows the layer structure of FIG. 5 with a further alternative embodiment of the support element
  • Figure 10a is an alternative embodiment of the layer structure of the ⁇ Figure 10 shows
  • FIG. 11 shows the layer structure of FIG. 10 when the antenna allocation section is cut out
  • FIG IIa shows the layer structure of Figure 10 in the Off ⁇ intersect the straight Ausschneideabitess offset section
  • FIG IIb the layer structure of Figure 10 when removing the cut ⁇ Ausschneideabitess shows with a sloping offset section
  • FIG. 12 shows the layer structure of FIG. 10 with a sectioned antenna allocation section.
  • FIGS. 13 and 14 show variants of the conductor structure element of FIG. 12.
  • FIG. 15 shows a side view of a waveguide coupling of the radio-frequency substrate. Detailed description
  • Swiftge ⁇ represents ( Figure 1).
  • the rigid carrier 12 can be, for example, a copper plate or a copper-coated plate (for example, a copper-clad standard inner layer).
  • the rigid support 12 has an underside 11 and an upper side 13.
  • a circumferential depression 16 is introduced, which defines an antenna allocation section 14.
  • the introduction of the recess 16 may, for example, by deep milling or other suitable method.
  • a layer 17 of an electrically iso ⁇ lierenden material which is, for example, may be a so-called prepreg material (see FIG.. 3).
  • the electrically insulating layer 17 has a Ausspa ⁇ fuse 15 and is applied such that exposed or open, both the circumferential recess 16 and the area defined by the circumferential recess 16 antenna mapping section fourteenth
  • a high frequency substrate 20 with a high frequency suitable base material 21 is applied (see Figure 4).
  • This may be a - as in the representation of Figure 4 - with a component (chip) 30 equipped interposer.
  • the high frequency substrate 20 is disposed over the exposed ⁇ the antenna mapping section fourteenth
  • the high-frequency quenzsubstrat 20 has an upper surface 32 and a Untersei ⁇ te 28 which are shipping ⁇ hen each provided with a copper coating (the skilled person immediately and easily understood, that also an only one-sided Cu-coating is possible).
  • Denoted at 26 is a location on the underside 28 of substrate 20 where the copper coating is removed (eg, etched away) to form an antenna structure.
  • technicians ⁇ nen Jardine.
  • patch antennas such as are known to those skilled in the art per se.
  • the (in this embodiment) on the underside 28 of the high-frequency substrate 20 ie, the high-frequency substrate ⁇ to the rigid carrier facing side) ⁇ formed antenna structure 26 thus comes above the An ⁇ tennenzu glovessabitess 14 and spaced to lie to this.
  • the base material 21 of the substrate 20 can be, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) or PTFE-based laminates (such as, for example, Rogers® 3003), but also other high-frequency-capable or high-frequency-permeable materials (ie materials, which allow penetration of high frequency beams with less signal attenuation, as is the case with conventional materials) is possible.
  • the high frequency substrate 20 of Figure 4 has a through hole 34, while in Figure 5, an embodiment with a high frequency substrate 20 'is shown without through hole.
  • Through the through hole 34 a possibility of electrical ⁇ connection between the antenna structure 26 on the bottom 28 of the interposer or high-frequency substrate 20 with the top 32 and thus of the chip 30 is opened.
  • coupling known to a person skilled in the art, such as, for example, a waveguide coupling, as will be described below by way of example with reference to FIG.
  • the spaced arrangement of the Hochfrequenzsub ⁇ strate 20 above the Antennenzu glovessabitess 14 is achieved by means of a support element.
  • the dimensions of the electrically insulating layer 17, the circumferential recess 16 and of the high frequency substrate 20 are that the electrically insulating layer "framing" the orbiting Ver ⁇ deepening 16 circumferentially 17 so selected and to the circumferential recess 16 adjacent portion of the electrically insulating layer 17 serves as a support member 22 for extending in its dimensions over the circumferential recess 16 high-frequency substrate 20.
  • Figure 5a shows a further embodiment, a variant in which the antenna structure is not applied directly to the high frequency substrate, but on the equipped on the high frequency substrate component / chip.
  • the high-frequency substrate 20A has a through From ⁇ recess 52, is applied over the component 30A formed with a (pointing to the recess 52 of the high frequency substrate 20A) on the underside of the antenna structure 26A.
  • a circumferential underfill 37 is provided between the device 30A and the top 32 of the high frequency substrate 20A.
  • An RF emission of the antenna structure 26A is thus possible through the recess 52, so that in this embodiment, if necessary, the use of high frequency suitable base material can be dispensed with.
  • the support element 22 ' may be formed separately from the electrically insulating layer 17'. The latter is then arranged with a larger distance to the umlau ⁇ fenden recess 16 so that between the electrically insulating layer 17 'and the circumferential recess 16 sufficient space for the arrangement of the Aufla ⁇ geelements 22' is present.
  • the support element 22 ' extends circumferentially around the circumferential recess 16 and preferably has the same geometric shape (circle ⁇ round, oval, rectangular, etc.); it surrounds the circumferential recess 16 annular (annular in the sense of a circumferential closed structure, which is not necessarily circular).
  • Figure 7 shows a further embodiment for the attachment of the high-frequency substrate 20 'above the Antennenzu glovessabitess 14, in which the Aufla ⁇ geelement 22''for placing the high-frequency substrate 20' and to achieve a spacing to the Antennenzu glovessabrough 14 gebil ⁇ by coated contact surfaces ⁇ det is, for example, by a nickel-gold coating on which the high-frequency substrate 20 can be attached by means of an ultrasonic friction ⁇ welding process.
  • a smaller distance from the rigid support 12 can be realized.
  • the surface 32 of the 20 ' is not Hochfre ⁇ quenzsubstrats on the same level as the surface of a surrounding situation 18th
  • Ni-Au coating which are suitable for carrying out an ultrasonic-friction welding can, as found on ⁇ sheet member using.
  • the surface of the rigid support may also have a corresponding coating of ge ⁇ suitable material at the points where the support element rests.
  • the support element may be formed separately, but it may also be formed on the rigid support and / or the high-frequency substrate to be mounted.
  • the support element 22, 22 ', 22'' has a dual function: First, it serves to apply the substrate 20, 20' in a spaced manner to the carrier 12 and then to fix it in its position in order to provide a further precise layering (next, for example, the already mentioned surrounding layer 18) to allow.
  • the support element 22, 22 ', 22'' serves as a F.99bar ⁇ riere or obstacle, in order to prevent the propagation of liquefied resin in the region of the Antennenzu glovessabitess 14 in the subsequent step of lamination, as will be described in more detail below.
  • the step of fixing the substrate 20, 20 ' is, for example, by a targeted heating of the edge region of the substrate 20, 20' above the support element 22, 22 ', 22''done.
  • the heating of serving as a support member 22 region of the prepreg 17 in the case of the embodiment of Figure 6 serving as a support element 22 'adhesive to then in both cases to form a solid compound again
  • the edge portion of the sub ⁇ strats 20, 20 'an ultrasonic friction welding is subjected.
  • the layer structure 42 (the recesses for receiving the chips 30) and less full-surface venezla ⁇ gen 43, 44 is completed (see FIGS. 8 and 9) is carried on ⁇ bring another part of sheets 40.
  • These are, as needed, electrically insulating layers (such as layers 40 and 43) and / or electrically conductive layers (such as layers 42 and 44).
  • the layer structure is then laminated (see FIG. Fi ⁇ gur 10), whereby by a liquefying the Prepregma- terials of the electrically insulating layers (in the illustrated embodiment, the layers having the reference ⁇ sign 17, 40, 43) a gap-free filling the cavities results.
  • This gap-free filling the cavities with the currency ⁇ rend of laminating molten resin material of the electrically insulating layers ends - as mentioned above - the invention of the circulating on ⁇ location element 22, 22 ', 22'', ie there is a gap-free filling of all cavities up to the area above the defined antenna allocation section 14.
  • the circumferential support element 22, 22 ', 22'' serves according to the invention as a flow barrier, with the result that the antenna allocation section 14 and the distance above it to the radio-frequency substrate 20, 20' are not filled, so that between the antenna allocation ⁇ cut 14 and the high-frequency substrate 20, 20 'a hollow ⁇ space 24 is formed.
  • a cavity in the sense of the present invention is to be understood as an area or a space which is formed by the underside 28 of the RF substrate 20, the top 13 of the rigid support 12 and the peripheral support element 22, 22 ', 22''and which is characterized in that it is kept free from the ingress of liquid resin during lamination.
  • the result is that the two superimposed layers of the rigid support 12 and the RF substrate 20 in the region of the cavity 24 no Verbin ⁇ tion received (ie not glued by resin or otherwise connected to each other); the two layers are only one above the other. This does not preclude the two layers from touching each other, which may be the case due to the small height of the intermediate layer 17 and the support element 22, 22 ', 22 ", in particular after lamination of the layer structure.
  • the thus produced by this invention ⁇ intermediate product of a multi-layer structure is a closed assembly which permits a resale or editing without affecting the enclosed interposer with radio-frequency antenna.
  • This allows, for example, the use of a different surface coating of the interposer than for the rest of the circuit board surface.
  • the copper interconnects of the interposer could be coated with silver, while the copper of the outer layers and the plated-through holes could be coated with chemically deposited tin.
  • the invention leads to a simplified process sequence for such mixing surfaces, for which otherwise a mutual application and detachment of cover layers is required. For example.
  • FIG 10a shows an embodiment of the invention, in which instead of the upper electrically conductive full-surface inner layer 44 of the variant of Figure 10 (which forms a "lid", so to speak) a copper foil 44 'is provided as the upper end position.
  • the chip 30 is contacted by means of copper-filled blind holes 31 to the copper foil 44 '.
  • This embodiment is particularly suitable for connection to a (not shown) heat sink with the position of the copper foil 44 ', so as to achieve improved removal of the heat generated (the connection of the device to a copper surface leads to improved heat spreading and thus lower maximum temperature - ren).
  • the drilling of holes through the copper foil and its filling with copper or other conductive material is easier when using a copper foil as an outer layer, as with the use of a laminate ("cover" 44).
  • the part of the rigid support 12 corresponding to the antenna allocation section 14 is cut out. This is done, for example, by deep milling. The cutting takes place from the underside 11 of the rigid support 12, ie from the side facing away from the multilayer construction and from the multilayer structure, as indicated by the arrows in the illustration of FIG. is light (in the case of the embodiment of Figure 10a additionally by the further layers of the copper foil 45 and the resin layer 19).
  • the cutting can e.g. - As shown - along the back of the circumferential recess 16 done.
  • An activation of the corresponding coordinates can e.g. reference marks known per se to the person skilled in the art are made.
  • FIG. 11 a shows a deep milling offset relative to the depression 16.
  • the offset is selected outwardly in the illustrated embodiment in the direction of the outer edges of the rigid support 12, but could also be chosen inwardly. In the illustrated embodiment, the offset is about half the diameter of the recess (and also the milling width). The offset creates a cutout with a shoulder edge offset.
  • FIG. 11b shows, as a further cut-out variant, an oblique cutting at an angle of less than 90 ° to an extension plane of the rigid support 12 (while the milling direction in the variants of FIGS. 11 and 11a is substantially perpendicular to the plane of extent of the rigid one Carrier 12 is.
  • inclined cutting ⁇ walls can be achieved.
  • Figure 12 shows the embodiment with egg ⁇ nem substrate 20 having through-bore 34 and further comprising a ranging from the surface of the interposer and the substrate 20 blind hole 47 to the via. This can be introduced and galvanized as described above in connection with the perforations 46 and 48 through the entire layer structure after lamination and before the cutting out of the antenna allocation section 14.
  • the embodiment of Figure 12 veran ⁇ illustrates further a variation of a through hole through the layered structure, namely a through bore 48 'which also passes through the substrate 20th
  • the conductor structure element of FIG. 12 comprises eight conductive layers, namely two copper layers each of the electrically conductive layers 12, 18, 42 and 44.
  • FIGS. 13 and 14 for the purpose of illustrating the possibilities opening with the invention, variants with six (FIG. 13) and four (FIG. gur 14) conductive layers in which correspondingly copper-coated layers were replaced by non-conductive layers.
  • the chip 30 surrounding layer is a non-conductive layer 42 '
  • the interposer 20 is also a surrounding layer ceremonilei ⁇ tend layer 18'. It is readily apparent to the person skilled in the art when designing a conductor structure element which layer sequence is suitable for the intended application.
  • through-bonding may be carried out either as a blind hole be (for example by means of laser drilling), or as a through hole, which again during the manufacture of the antenna substrate ver ⁇ closed and optionally overplated.
  • Figure 15 is shown an exemplary 'formed with, for example on the top (ie the Antennenzuord ⁇ dryer section 14 facing away from side) of the interposer 20' antenna 35th
  • a waveguide 60 is provided for the coupling of the high-frequency signals.
  • the representation of Figure 15 dispensed the better sake of clarity to the illustration of further layers of the conductor pattern element, but shows only the be Published ⁇ th interposer 20 '' and in the cutout enlarged detail the waveguide 60 arranged with about antenna 35th
  • the waveguide 60 is formed by a blind bore 62, which is introduced on the lower side 28 of the interposer 20 ', and whose inner wall 64 has a defined length or depth (eg by electroplating) is coated with copper.
  • the conductive layer of the upper side 32 of the interposer or substrate 20 "is removed (for example by etching) so that the base material 21 of the substrate is exposed (reference numeral 33).
  • the blind bore 62 protrudes the conductive layer of the top 32 as an antenna 35 of defined length and geometry (the latter in the side view of Figure 15 unrecognizable ⁇ bar) on the blind bore 62 and serves in a conventional manner for the emission or reception of signals through the waveguide.
  • the invention also includes the following aspects:
  • a method for producing a conductor structure element (10) with a possibly a high frequency suitable base material ⁇ (21) comprehensive layer sequence comprising the following steps:
  • Attaching reference marks includes.
  • the step of defining the antenna mapping section (14) comprises attaching a circumferential fluid barrier to liquefied resin during lamination.
  • the step of laying the high frequency substrate (20, 20 ', 20'') comprises providing a support element (22, 22', 22 '') on the upper side (13) of the rigid support (12) includes fully, wherein the support element (22, 22 ', 22'') the transformants ⁇ nenzu glovessabêt (14) circumferentially surrounding and Aufla ⁇ ge of the high frequency substrate (20, 20', 20 '') is used.
  • the support element (22 '') is a suitable for performing an ultra ⁇ sound friction welding process element and the step of fixing by an ultrasonic friction welding ⁇ process takes place.
  • the support member (22 '') is a Ni-Au coated member.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Hochfrequenzantenne (26, 26A) in einem Leiterstrukturelement (10) mit einer Schichtabfolge, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines starren Trägers (12) mit einer Unterseite (11) und einer Oberseite (13); Definieren eines Antennenzuordnungsabschnitts (14) auf dem starren Träger (12); Aufbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Lage (17) mit einer Aussparung (15) derart, dass der Antennenzuordnungsabschnitt (14) freiliegt; Auflegen eines ein hochfrequenztaugliches Basismaterial (21) aufweisenden Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'', 20A) über dem Antennenzuordnungsabschnitt (14) unter Ausbildung eines Hohlraumes (24) zwischen dem starren Träger (12) und dem Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A); Ausrichten und Fixieren des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'', 20A) gegenüber dem starren Träger (12); Laminieren des so vorbereiteten Schichtaufbaus derart, dass sich Harzmaterial der mindestens einen elektrisch isolierenden Lage (17) verflüssigt und das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) unter Freilassung des Hohlraums (24) umschließt; Ausschneiden des Antennenzuordnungsabschnitts (14) aus dem starren Träger (12) von der außenliegenden (schichtaufbaufernen) Unterseite (11) des starren Trägers (12) her.

Description

Hochfrequenzantenne, HochfrequenzSubstrat mit Hochfrequenzantenne und Verfahren zur Herstellung
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfah¬ ren zum Herstellen einer Hochfrequenzantenne, insbesondere einer Hochfrequenzantenne auf einem Hochfrequenzsubstrat, sowie eine verfahrensgemäß hergestellte Hochfrequenzantenne bzw. ein verfahrensgemäß hergestelltes, in einen Schicht¬ aufbau eines Leiterstrukturelements einlaminiertes Hochfre¬ quenzsubstrat .
Beschreibung des Standes der Technik [0002] Insbesondere im Kfz-Bereich nimmt der Bedarf an kostengünstigen Hochfrequenz-Anwendungen und Radarschaltungen ständig zu. Als Radarschaltungen werden Sende- und/oder Empfangseinrichtungen zum Aussenden und/oder Empfangen von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Ra- darwellen, verstanden. Diese finden bspw. in selbstfahrenden Kfz-Konzepten im Zusammenhang mit Abstandhaltesystemen Anwendung .
[0003] Aus der DE 10 2009 026 550 AI ist ein inte¬ grierter Schaltkreis mit einer Antennenanordnung bekannt, der ein Substrat mit einer integrierten Schaltung und einer an einer Oberfläche des Substrats angeordneten ersten Antennenschicht aufweist. Auf der Oberfläche des Substrats ist eine Trägerschicht angeordnet, die die erste Antennen¬ schicht bedeckt, und auf der Trägerschicht ist eine zweite Antennenschicht in einem Bereich über der ersten Antennenschicht angeordnet. Die Trägerschicht ist unmittelbar auf der Oberfläche des Substrats und auf der ersten Antennen¬ schicht angeordnet.
[0004] Aus der DE 10 2012 012 985 AI ist eine elektri- sehe Anordnung für Hochfrequenzanwendungen bekannt, die eine Mehrlagenleiterplatte mit einem darin eingebrachten elektronischen Bauelement umfasst. Das elektronische Bau¬ element ist mit einer flüssig aufgebrachten Polyimidschicht abgedeckt und mit der Leiterplattenlage verbunden. Eine als Hochfrequenzantenne auf der Polyimidschicht aufgebrachte Leiterbahn ist durch eine weitere Polyimidschicht abgedeckt und somit gegen Umwelteinflüsse und unerwünschte elektri¬ sche Kontaktierung isoliert.
[0005] Aus der US 7,830,301 B2 ist eine Antennenanord- nung für Kfz-Radaranwendungen bekannt, die eine Leiterplat¬ te mit einem in einer Kavität des Mehrschichtaufbaus der Leiterplatte angeordneten Mikrowellenmodul aufweist. Das Mikrowellenmodul ist mittels Versorgungsleitungen mit An¬ tennenfeldern verbunden, die in nach außen offenen Vertie- fungen des Mehrschichtaufbaus der Leiterplatte angeordnet sind. Elektronische Bauelemente sind auf einer gegenüber¬ liegenden Seite der Leiterplatte angeordnet.
Zusammenfassung der Erfindung
[0006] Erfindungsgemäß wird demgegenüber ein Verfahren zum Herstellen einer Hochfrequenzantenne in einem Leiter- Strukturelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein in einen Schichtaufbau eines Leiterstrukturelements ein¬ laminiertes Hochfrequenzsubstrat mit den Merkmalen des An¬ spruchs 18 vorgeschlagen. [0007] Der Erfindungsgedanke sieht vor, im Schichtauf¬ bau eines Leiterstrukturelements ein Hochfrequenzsubstrat einzubringen, das eine Antennenstruktur aufweist, und nach dem Laminieren und Bearbeiten des Schichtaufbaus einen Antennenzuordnungsabschnitt aus der Außenlage des Trägersub- strats auszuschneiden. Dies ermöglicht eine unkomplizierte Ver- und Bearbeitung des Schichtaufbaus während und nach dem Laminieren, da das empfindliche Hochfrequenzsubstrat zunächst vollständig eingebettet ist. Zwischen dem Hochfre¬ quenzsubstrat und dem Trägersubstrat ist ein Hohlraum vor- gesehen, der das Ausschneiden des Antennenzuordnungsab¬ schnitts erleichtert. Die Ausbildung des Hohlraums kann durch eine Fließbarriere erzielt werden, die ein Einfließen von verflüssigtem Harzmaterial während des Laminierens in den Bereich des Antennenzuordnungsabschnitts verhindert. Die Fließbarriere kann auch als Auflageelement für das Hochfrequenzsubstrat dienen. Die Antennenstruktur kann ent¬ weder direkt auf dem Hochfrequenzsubstrat aufgebracht sein oder sie kann bspw. an einem auf dem Hochfrequenzsubstrat bestückten Bauelement ausgebildet sein. [0008] Die Abmessungen und das Design des Hochfre¬ quenzsubstrats und die Lage des Antennenzuordnungsab¬ schnitts werden so gewählt, dass eine auf dem Hochfrequenz¬ substrat ausgebildete Antennenstruktur derart dem Antennenzuordnungsabschnitt zugeordnet ist, dass bei ausgeschnitte- nem Antennenzuordnungsabschnitt eine weitgehend ungehinder¬ te Emission bzw. Rezeption von HF-Wellen ermöglicht wird. Die Antennenstruktur kann sowohl auf der dem ausgeschnitte- nen Antennenzuordnungsabschnitt zugewandten als auch auf der abgewandten Seite des Hochfrequenzsubstrats (oder wie voranstehend erwähnt auf dem bestückten Bauelement/Chip) ausgebildet sein. [0009] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfin¬ dung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung .
[0010] Es versteht sich, dass die voranstehend genann¬ ten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen .
[0011] Die Erfindung ist anhand eines Ausfüh- rungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
[0012] Die Figuren 1 bis 12 veranschaulichen den erfindungsgemäßen Herstellungsprozess einer erfindungsgemäßen Hochfre¬ quenzantenne in einem Leiterstrukturelement, wobei
Figur 1 in Seitenansicht ein Trägersubstrat zeigt,
Figur 2 das Trägersubstrat der Figur 1 mit einge- brachter Vertiefung zeigt, Figur 3 das Trägersubstrat der Figur 2 mit aufge¬ brachter elektrisch isolierender Lage zeigt,
Figur 4 das Trägersubstrat der Figur 3 mit aufge¬ brachtem Hochfrequenzsubstrat zeigt, Figur 5 den Schichtaufbau der Figur 4 mit einer alternativen Ausgestaltung des Hochfrequenzsubstrats zeigt,
Figur 5a den Schichtaufbau der Figur 5 mit einer alternativen Ausgestaltung des Hochfrequenzsubstrats zeigt,
Figur 6 den Schichtaufbau der Figur 5 mit einer alter- nativen Ausgestaltung des Auflageelements zeigt,
Figur 7 den Schichtaufbau der Figur 5 mit einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Auflageelements zeigt,
Figur 8 und 9 den Schichtaufbau der Figur 5 mit wei¬ teren aufgebrachten Lagen vor dem Laminieren zeigen, Figur 10 den Schichtaufbau der Figur 9 nach dem Laminieren zeigt,
Figur 10a eine alternative Ausführungsform des Schicht¬ aufbaus der Figur 10 zeigt,
Figur 11 den Schichtaufbau der Figur 10 beim Ausschnei- den des Antennenzuordnungsabschnitts zeigt,
Figur IIa den Schichtaufbau der Figur 10 beim Aus¬ schneiden des Ausschneideabschnitts mit geradem versetztem Schnitt zeigt, Figur IIb den Schichtaufbau der Figur 10 beim Aus¬ schneiden des Ausschneideabschnitts mit schrägem versetztem Schnitt zeigt und
Figur 12 den Schichtaufbau der Figur 10 mit ausge- schnittenem Antennenzuordnungsabschnitt zeigt.
Figuren 13 und 14 zeigen Varianten des Leiterstrukturelements der Figur 12.
Figur 15 zeigt in seitlicher Ausschnittdarstellung eine Hohlleiterankopplung des Hochfrequenzsubstrats. Ausführliche Beschreibung
[0013] Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein starrer Träger 12 als Basismaterial bereitge¬ stellt (Figur 1) . Bei dem starren Träger 12 kann es sich bspw. um eine Kupferplatte bzw. eine kupferbeschichtete Platte handeln (bspw. eine kupferkaschierte Standardinnen¬ lage) . Der starre Träger 12 weist eine Unterseite 11 und eine Oberseite 13 auf.
[0014] In einem nächsten Schritt wird in dem starren Träger 12 auf dessen Oberseite 13 eine umlaufende Vertie- fung 16 eingebracht, die einen Antennenzuordnungsabschnitt 14 definiert. Das Einbringen der Vertiefung 16 kann bspw. mittels Tiefenfräsen oder einer anderen geeigneten Methode erfolgen .
[0015] Anschließend wird - wiederum auf der Oberseite 13 des Trägers 12 - eine Lage 17 aus einem elektrisch iso¬ lierenden Material aufgebracht, bei dem es sich bspw. um ein sogenanntes Prepreg-Material handeln kann (vgl. Figur 3) . Die elektrisch isolierende Lage 17 weist eine Ausspa¬ rung 15 auf und wird derart aufgebracht, dass sowohl die umlaufende Vertiefung 16 als auch der durch die umlaufende Vertiefung 16 definierte Antennenzuordnungsabschnitt 14 freiliegen bzw. offenliegen.
[0016] Auf die elektrisch isolierende Lage 17 und oberhalb deren Aussparung 15 wird ein Hochfrequenzsubstrat 20 mit einem hochfrequenztauglichen Basismaterial 21 aufgebracht (vgl. Figur 4) . Hierbei kann es sich um einen - wie in der Darstellung der Figur 4 - mit einem Bauelement (Chip) 30 bestückten Interposer handeln.
[0017] Wie aus der Darstellung der Figur 4 ersichtlich, ist das Hochfrequenzsubstrat 20 über dem freiliegen¬ den Antennenzuordnungsabschnitt 14 angeordnet. Das Hochfre- quenzsubstrat 20 weist eine Oberseite 32 und eine Untersei¬ te 28 auf, die jeweils mit einer Kupferbeschichtung verse¬ hen sind (dem Fachmann erschließt sich ohne weiteres, dass auch eine nur einseitige Cu-Beschichtung möglich ist) . Mit dem Bezugszeichen 26 ist eine Stelle an der Unterseite 28 des Substrats 20 bezeichnet, an der die Kupferbeschichtung entfernt (bspw. weggeätzt) ist, um eine Antennenstruktur auszubilden. Typischerweise handelt es sich bei der Anten¬ nenstruktur um sogenannte Patchantennen, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik an sich bekannt sind. Die (in diesem Ausführungsbeispiel) an der Unterseite 28 des Hochfrequenzsubstrats 20 (d.h. die bei eingebrachtem Hoch¬ frequenzsubstrat zu dem starren Träger weisende Seite) aus¬ gebildete Antennenstruktur 26 kommt somit oberhalb des An¬ tennenzuordnungsabschnitts 14 und beabstandet zu diesem zu liegen. [0018] Bei dem Basismaterial 21 des Substrats 20 kann es sich bspw. um Polytetrafluorethylen (PTFE) bzw. PTFE- basierte Laminate (wie bspw. Rogers® 3003) handeln, aber auch andere hochfrequenztaugliche bzw. hochfrequenzdurch- lässige Materialien (d.h. Materialien, die eine Durchdringung von Hochfrequenzstrahlen bei einer geringeren Signaldämpfung gestatten, wie dies bei herkömmlichen Materialien der Fall ist) ist möglich.
[0019] Das Hochfrequenzsubstrat 20 der Figur 4 weist eine durchgehende Bohrung (through hole) 34 auf, während in Figur 5 eine Ausführungsform mit einem Hochfrequenzsubstrat 20' ohne durchgehende Bohrung dargestellt ist. Über die durchgehende Bohrung 34 ist eine Möglichkeit der elektri¬ schen Verbindung zwischen der Antennenstruktur 26 auf der Unterseite 28 des Interposers bzw. Hochfrequenzsubstrats 20 mit der Oberseite 32 und somit des Chips 30 eröffnet. Grundsätzlich gibt es noch andere dem Fachmann an sich bekannte Möglichkeiten der Ankopplung, wie bspw. eine Hohl- leiterankopplung, wie sie nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Figur 15 beschrieben wird.
[0020] Die beabstandete Anordnung des Hochfrequenzsub¬ strats 20 oberhalb des Antennenzuordnungsabschnitts 14 wird mittels eines Auflageelements erzielt. In dem Ausführungs¬ beispiel der Figuren 4 und 5 sind die Abmessungen der elektrisch isolierenden Schicht 17, der umlaufenden Vertiefung 16 und des Hochfrequenzsubstrats 20 derart gewählt, dass die elektrisch isolierende Lage 17 die umlaufende Ver¬ tiefung 16 umlaufend "einrahmt" und ein an die umlaufende Vertiefung 16 angrenzender Abschnitt der elektrisch isolie- renden Lage 17 als Auflageelement 22 für das sich in seinen Abmessungen über die umlaufende Vertiefung 16 erstreckende Hochfrequenzsubstrat 20 dient. [0021] Figur 5a zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine Variante, in der die Antennenstruktur nicht direkt auf dem Hochfrequenzsubstrat aufgebracht ist, sondern auf dem auf dem Hochfrequenzsubstrat bestückten Bauelement/Chip . Das Hochfrequenzsubstrat 20A weist eine durchgehende Aus¬ nehmung 52 auf, über der das Bauelement 30A mit einer an dessen (zu der Ausnehmung 52 des Hochfrequenzsubstrats 20A weisenden) Unterseite ausgebildeten Antennenstruktur 26A aufgebracht ist. Als Fließbarriere gegen verflüssigtes Harz beim Laminieren ist zwischen dem Bauelement 30A und der Oberseite 32 des Hochfrequenzsubstrats 20A eine umlaufende Unterfüllung 37 vorgesehen. Eine HF-Abstrahlung der Antennenstruktur 26A ist somit durch die Ausnehmung 52 möglich, so dass in dieser Ausführungsform ggf. auf die Verwendung von hochfrequenztauglichem Basismaterial verzichtet werden kann .
[0022] Gemäß einem in Figur 6 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel kann das Auflageelement 22 ' separat von der elektrisch isolierenden Lage 17' ausgebildet sein. Letztere ist dann mit einem größeren Abstand zu der umlau¬ fenden Vertiefung 16 angeordnet, so dass zwischen der elektrisch isolierenden Lage 17' und der umlaufenden Vertiefung 16 ausreichend Platz für die Anordnung des Aufla¬ geelements 22' vorhanden ist. Das Auflageelement 22' er- streckt sich umlaufend um die umlaufende Vertiefung 16 und weist vorzugsweise die gleiche geometrische Form (kreis¬ rund, oval, rechteckig usw.) auf; es umgibt die umlaufende Vertiefung 16 ringförmig (ringförmig im Sinne einer umlaufenden geschlossenen Struktur, die nicht notwendigerweise kreisförmig ist) .
[0023] Bei der in der Figur 6 dargestellten Ausführungsvariante handelt es sich bei dem Auflageelement 22 ' bspw. um eine ringförmige Anordnung eines schnellhärtenden Klebstoffes, wie bspw. ein Epoxidharzkleber.
[0024] Figur 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Anbringung des Hochfrequenzsubstrats 20' oberhalb des Antennenzuordnungsabschnitts 14, bei dem das Aufla¬ geelement 22'' zum Auflegen des Hochfrequenzsubstrats 20' und zum Erzielen einer Beabstandung zu dem Antennenzuordnungsabschnitt 14 durch beschichtete Kontaktflächen gebil¬ det ist, bspw. durch eine Nickel-Gold-Beschichtung, auf der das Hochfrequenzsubstrat 20 mittels eines Ultraschall-Reib¬ schweißverfahrens angebracht werden kann. Auf diese Art lässt sich, wie dies aus der Darstellung der Figur 7 ersichtlich ist, ein geringerer Abstand zu dem starren Träger 12 realisieren. Dies ist in der Darstellung der Figur 7 dadurch erkennbar, dass sich die Oberfläche 32 des Hochfre¬ quenzsubstrats 20' nicht auf der gleichen Höhe befindet wie die Oberfläche einer umgebenden Lage 18.
[0025] Auch andere Materialien als die beschriebene Ni-Au-Beschichtung, die für die Durchführung eines Ultra- schall-Reibschweißverfahrens geeignet sind, können als Auf¬ lageelement Verwendung finden. Die Oberfläche des starren Trägers kann an den Stellen, an denen das Auflageelement aufliegt, ebenfalls eine entsprechende Beschichtung aus ge¬ eignetem Material aufweisen. Das Auflageelement kann sepa- rat ausgebildet sein, es kann aber auch an dem starren Träger und/oder dem aufzulegenden Hochfrequenzsubstrat ausgebildet sein.
[0026] Dem Auflageelement 22, 22', 22 ' ' kommt eine Doppelfunktion zu: Zunächst dient es dazu, das Substrat 20, 20' in beabstandeter Weise auf dem Träger 12 aufzubringen und anschließend in seiner Lage zu fixieren, um einen wei- teren präzisen Schichtaufbau (als nächstes z.B. die bereits angesprochene umgebende Lage 18) zu ermöglichen. Darüber hinaus dient das Auflageelement 22, 22', 22'' als Fließbar¬ riere bzw. Hindernis, um im nachfolgenden Schritt des Lami- nierens die Ausbreitung von verflüssigtem Harz in den Bereich des Antennenzuordnungsabschnitts 14 zu verhindern, wie nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.
[0027] Der Schritt des Fixierens des Substrats 20, 20' wird bspw. durch eine gezielte Erwärmung des Randbereichs des Substrats 20, 20' oberhalb des Auflageelements 22, 22', 22'' erfolgen. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 4, 5 und 6 erfolgt zunächst eine Verflüssigung des als Aufla¬ geelement dienenden Bereichs, gefolgt von einer Erhärtung. Im Falle des Ausführungsbeispieles der Figuren 4 und 5 verflüssigt sich durch die Erwärmung der als Auflageelement 22 dienende Bereich der Prepregschicht 17, im Falle des Ausführungsbeispieles der Figur 6 der als Auflageelement 22 ' dienende Klebstoff, um anschließend in beiden Fällen unter Ausbildung einer festen Verbindung wieder zu erhär- ten. Zusätzlich kann eine Druckbeaufschlagung des Randbereichs des Substrats 20, 20' erfolgen. Im Falle des Ausfüh¬ rungsbeispieles der Figur 7 wird der Randbereich des Sub¬ strats 20, 20' einem Ultraschall-Reibschweißverfahren unterzogen . [0028] Nach dem Schritt des Fixierens wird eine das
Hochfrequenzsubstrat 20, 20' seitlich umgebende weitere La¬ ge 18 aufgelegt (bei dünnen Substraten kann auf diese Lage ggf. verzichtet werden). Selbstverständlich kann diese Lage auch bereits vor dem Schritt des Fixierens aufgebracht wer- den; allerdings bietet es sich an, die Lage erst nach dem Fixierschritt aufzulegen, um das Fixieren ohne räumliche Beeinträchtigung durch die zusätzliche Schicht durchführen zu können.
[0029] Schließlich wird der Schichtaufbau durch Auf¬ bringen weiterer Teillagen 40, 42 (die Ausnehmungen zur Aufnahme des Chips 30 aufweisen) und vollflächiger Innenla¬ gen 43, 44 vervollständigt (vgl. Figuren 8 und 9) . Dabei handelt es sich je nach Bedarf um elektrisch isolierende Schichten (wie die Schichten 40 und 43) und/oder elektrisch leitende Schichten (wie die Schichten 42 und 44) . [0030] Der Schichtaufbau wird dann laminiert (vgl. Fi¬ gur 10), wodurch sich durch ein Verflüssigen des Prepregma- terials der elektrisch isolierenden Schichten (im dargestellten Ausführungsbeispiel die Schichten mit den Bezugs¬ zeichen 17, 40, 43) ein spaltfreies Füllen der Hohlräume ergibt. Dieses spaltfreie Füllen der Hohlräume mit dem wäh¬ rend des Laminierens geschmolzenen Harzmaterial der elektrisch isolierenden Schichten endet - wie bereits voranstehend erwähnt - erfindungsgemäß an dem umlaufenden Auf¬ lageelement 22, 22', 22'', d.h. es findet eine spaltfreie Füllung aller Hohlräume bis auf den Bereich oberhalb des definierten Antennenzuordnungsabschnitt 14 statt.
[0031] Das umlaufende Auflageelement 22, 22', 22'' dient erfindungsgemäß als Fließbarriere, mit der Folge, dass der Antennenzuordnungsabschnitt 14 und der darüber be- findliche Abstand zu dem Hochfrequenzsubstrat 20, 20' nicht gefüllt werden, so dass zwischen dem Antennenzuordnungsab¬ schnitt 14 und dem Hochfrequenzsubstrat 20, 20' ein Hohl¬ raum 24 gebildet wird.
[0032] Unter einem Hohlraum im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Bereich oder ein Raum zu verstehen, der durch die Unterseite 28 des HF-Substrats 20, die Oberseite 13 des starren Trägers 12 und das umlaufende Auflageelement 22, 22', 22'' gebildet ist und der sich dadurch auszeichnet, dass er beim Laminieren von dem Eindringen flüssigen Harzes freigehalten wird. Die Folge ist, dass die beiden übereinanderliegenden Lagen des starren Trägers 12 und des HF-Substrats 20 im Bereich des Hohlraums 24 keine Verbin¬ dung eingehen (also nicht durch Harz verklebt oder in anderer Weise miteinander verbunden sind) ; die beiden Lagen liegen lediglich übereinander. Dies schließt nicht aus, dass die beiden Lagen sich berühren, was aufgrund der geringen Höhe der Zwischenschicht 17 und des Auflageelements 22, 22', 22'' insbesondere nach dem Laminieren des Schichtaufbaus der Fall sein kann. [0033] Das so erfindungsgemäß hergestellte Zwischen¬ produkt eines Mehrschichtaufbaus stellt eine geschlossene Anordnung dar, die eine Weiterver- bzw. -bearbeitung ohne Beeinträchtigung des eingeschlossenen Interposers mit Hochfrequenzantenne gestattet. Dies erlaubt zum Beispiel die Verwendung einer anderen Oberflächenbeschichtung des Interposers als für den Rest der Leiterplattenoberfläche. So könnten die Cu-Leiterbahnen des Interposers z.B. mit Silber beschichtet sein, während das Kupfer der Außenlagen und der Durchkontaktierungen mit chemisch abgeschiedenem Zinn be- schichtet wird. Die Erfindung führt zu einer vereinfachten Prozessfolge für solche Mischoberflächen, für die sonst ein wechselseitiges Aufbringen und Ablösen von Abdeckschichten erforderlich ist. Bspw. können nun - ohne besondere Rücksicht auf den Interposer bzw. das Substrat 20, 20' nehmen zu müssen - Durchbohrungen 46, 48 durch den Schichtaufbau eingebracht und anschließend einem (nasschemischen) Galva- nisierungsprozess zur Cu-Beschichtung ihrer Oberflächen unterzogen werden (vgl. Figur 10) .
[0034] Figur 10a zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der anstelle der oberen elektrisch leitenden vollflächigen Innenlage 44 der Variante der Figur 10 (die sozusagen einen "Deckel" bildet) eine Kupferfolie 44' als obere Abschlusslage vorgesehen ist. Der Chip 30 ist mittels kupfergefüllter Sacklöcher 31 an die Kupferfolie 44' ankon- taktiert. Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere zum Anbinden an einen (nicht dargestellten) Kühlkörper mit der Lage der Kupferfolie 44', um so eine verbesserte Abfuhr der entstandenen Wärme zu erzielen (die Anbindung des Bauelements an eine Kupferfläche führt zu einer verbesserten Wärmespreizung und damit zu geringeren Maximaltemperatu- ren) . Das Bohren von Löchern durch die Kupferfolie und deren Befüllung mit Kupfer oder anderem leitendem Material gestaltet sich bei Verwendung einer Kupferfolie als äußere Lage einfacher, als bei Verwendung eines Laminats ("Deckel" 44) . Mit dem "Deckel" ist eine rückseitige Ankontaktierung schwierig, wenn nicht unmöglich. Aus Symmetriegründen kann - wie dies in der Figur 10a veranschaulicht ist - an der Unterseite 11 des starren Trägers 12 ebenfalls eine Kupfer¬ folie 45 vorgesehen sein (mit zwischenliegender Harzschicht 19) . Selbstverständlich können je nach Bedarf und Designan- forderungen noch weitere Lagen auflaminiert werden.
[0035] In einem nächsten Verfahrensschritt wird der dem Antennenzuordnungsabschnitt 14 entsprechende Teil des starren Trägers 12 ausgeschnitten. Dies erfolgt bspw. durch Tiefenfräsen. Das Ausschneiden erfolgt von der Unterseite 11 des starren Trägers 12 her, d.h. von der nach außen und von dem Mehrschichtaufbau weg weisenden Seite, wie dies durch die Pfeile in der Darstellung der Figur 11 veran- schaulicht ist (im Falle der Ausführungsform der Figur 10a zusätzlich durch die weiteren Lagen der Kupferfolie 45 und der Harzschicht 19) .
[0036] Das Ausschneiden kann z.B. - wie dargestellt - entlang der Rückseite der umlaufenden Vertiefung 16 erfolgen. Eine Ansteuerung der entsprechenden Koordinaten kann z.B. über dem Fachmann an sich bekannte Referenzmarkierungen erfolgen. Bei einem Ausschneiden entlang der Rückseite der umlaufenden Vertiefung 16 ergibt sich der Vorteil, dass mit geringer Schneid- bzw. Frästiefe gearbeitet werden kann, so dass die Gefahr einer Beeinträchtigung des Hochfrequenzsubstrats 20, 20' minimiert wird. Bei ausreichend präzisem Schneiden könnte auch an anderer Stelle geschnitten werden, oder es könnte auch auf die umlaufende Vertie- fung 16 verzichtet werden.
[0037] In den Figuren IIa und IIb sind Varianten für das beschriebene Ausschneiden dargestellt. Figur IIa zeigt ein gegenüber der Vertiefung 16 versetztes Tiefenfräsen. Der Versatz ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach außen in Richtung der Außenkanten des starren Trägers 12 gewählt, könnte aber auch nach innen gewählt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Versatz etwa die Hälfte des Durchmessers der Vertiefung (und auch der Fräsbreite) . Durch den Versatz wird ein Ausschnitt mit einer abgesetzten Schulterrand erzeugt.
[0038] Figur IIb zeigt als weitere Ausschneidevariante ein schräges Ausschneiden unter einem Winkel kleiner 90° zu einer Erstreckungsebene des starren Trägers 12 (während die Fräsrichtung in den Varianten der Figuren 11 und IIa im we- sentlichen senkrecht zu der Erstreckungsebene des starren Trägers 12 ist. Dadurch können geneigte Ausschnitts¬ wandungen erzielt werden.
[0039] Aufgrund des Hohlraums 24 zwischen dem Anten¬ nenzuordnungsabschnitt 14 und dem Hochfrequenzsubstrat 20, 20' fällt der ausgeschnittene Antennenzuordnungsabschnitt 14 einfach heraus, da er keine Verbindung zu einem umgebenden Bauteil oder zu einer umgebenden Lage mehr hat, bzw. er kann sehr einfach herausgenommen werden (vgl. die Darstellung der Figuren 11 und 12) . Als Folge entsteht ein Aus- schnitt 50 in dem starren Träger 12, innerhalb dessen das Hochfrequenzsubstrat teilweise freiliegend angeordnet ist.
[0040] Figur 12 zeigt das Ausführungsbeispiel mit ei¬ nem Substrat 20 mit Durchbohrung 34 und des weiteren mit einer von der Oberfläche auf den Interposer bzw. das Sub- strat 20 reichenden Sackbohrung 47 zur Durchkontaktierung . Diese kann wie voranstehend im Zusammenhang mit den Durchbohrungen 46 und 48 durch den gesamten Schichtaufbau nach dem Laminieren und vor dem Ausschneiden des Antennenzuordnungsabschnitts 14 eingebracht und galvanisiert werden. [0041] Das Ausführungsbeispiel der Figur 12 veran¬ schaulicht des weiteren eine Abwandlung einer Durchbohrung durch den Schichtaufbau, nämlich eine Durchbohrung 48', die auch durch das Substrat 20 hindurchgeht.
[0042] Das Leiterstrukturelement der Figur 12 umfasst acht leitende Lagen, nämlich je zwei Kupferlagen der elektrisch leitenden Schichten 12, 18, 42 und 44.
[0043] In den Figuren 13 und 14 sind zu Zwecken der Veranschaulichung der sich mit der Erfindung eröffnenden Möglichkeiten Varianten mit sechs (Figur 13) bzw. vier (Fi- gur 14) leitenden Lagen dargestellt, bei denen entsprechend kupferbeschichtete Schichten durch nichtleitende Schichten ersetzt wurden. So ist bspw. in der Variante der Figur 13 die den Chip 30 umgebende Schicht eine nichtleitende Schicht 42', und in der Variante der Figur 14 ist zusätzlich die den Interposer 20 umgebende Schicht eine nichtlei¬ tende Schicht 18'. Es erschließt sich dem Fachmann beim De¬ sign eines Leiterstrukturelements ohne weiteres, welche Schichtabfolge für die geplante Anwendung die geeignete ist.
[0044] Um zu verhindern, dass während des Schritts des Laminierens flüssiges Harz durch die Substrat-Durchbohrung 34 (wie sie in den Ausführungsformen der Figuren 12 bis 14 vorgesehen ist) in den Hohlraum 24 dringt, kann die Durch- kontaktierung entweder als Sackloch ausgeführt sein, (bspw. mittels Laserbohren), oder als Durchbohrung, die während der Herstellung des Antennensubstrats wieder ver¬ schlossen und ggf. überplattiert wird.
[0045] Schließlich ist in Figur 15 ein Ausführungs- beispiel mit auf der Oberseite (d.h. der dem Antennenzuord¬ nungsabschnitt 14 abgewandten Seite) des Interposers 20'' ausgebildeter Antenne 35 dargestellt. Für die Einkopplung der Hochfrequenzsignale ist ein Hohlleiter 60 vorgesehen. Die Darstellung der Figur 15 verzichtet der besseren Über- sichtlichkeit halber auf die Darstellung weiterer Schichten des Leiterstrukturelements, sondern zeigt nur den bestück¬ ten Interposer 20'' und im Ausschnittdetail vergrößert den Hohlleiter 60 mit darüber angeordneter Antenne 35.
[0046] Der Hohlleiter 60 ist durch eine auf der Unter- seite 28 des Interposers 20'' eingebrachte Sackbohrung 62 gebildet, deren Innenwandung 64 über eine definierte Länge bzw. Tiefe (bspw. durch Galvanisieren) mit Kupfer beschichtet ist. Oberhalb der Sackbohrung 62 ist die leitende Schicht der Oberseite 32 des Interposers bzw. Substrats 20'' entfernt (bspw. durch Ätzen), so dass das Basismateri- al 21 des Substrats freiliegt (Bezugszeichen 33) . Oberhalb der Sackbohrung 62 ragt die leitende Schicht der Oberseite 32 als Antenne 35 mit definierter Länge und Geometrie (letzteres in der Seitenansicht der Figur 15 nicht erkenn¬ bar) über die Sackbohrung 62 und dient in an sich bekannter Weise zur Emission bzw. Rezeption von Signalen durch den Hohlleiter .
[0047] Abschießend ist festzustellen, dass die in den Figuren dargestellten diversen Varianten von leitenden und nichtleitenden Schichten, Tiefenfräsungen, Auflageelemen- ten, Sackbohrungen, Tiefenbohrungen und Durchbohrungen usw. für den Fachmann ohne weiteres erkennbar beliebig kombi¬ niert werden können.
[0048] Die Erfindung umfasst auch die folgenden Aspekte :
1. Verfahren zum Herstellen eines Leiterstrukturelements (10) mit einer ggf. ein hochfrequenztaugliches Basis¬ material (21) umfassenden Schichtabfolge, mit den folgenden Schritten :
- Bereitstellen eines starren Trägers (12) mit einer
Unterseite (11) und einer Oberseite (13),
Definieren eines Antennenzuordnungsabschnitts (14) auf dem starren Träger (12),
Aufbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Lage (17) mit einer Aussparung (15) derart, dass der Antennenzuordnungsabschnitt (14) freiliegt, Auflegen eines ggf. ein hochfrequenztaugliches Ba¬ sismaterial (21) aufweisenden Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'') über dem Antennenzuordnungsabschnitt (14) unter Ausbildung eines Hohlraumes (24) zwischen dem starren Trä- ger (12) und dem Hochfrequenzsubstrat (20),
Ausrichten und Fixieren des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'') gegenüber dem starren Träger (12),
Laminieren des so vorbereiteten Schichtaufbaus derart, dass sich Harzmaterial der mindestens einen elektrisch isolierenden Lage (17) verflüssigt und das Hochfrequenzsub¬ strat (20, 20', 20'') unter Freilassung des Hohlraums (24) umschließt,
Ausschneiden des Antennenzuordnungsabschnitts (14) aus dem starren Träger (12) von der außenliegenden ( schichtaufbaufernen) Unterseite (11) des starren Trägers (12) her.
2. Verfahren nach Aspekt 1, bei dem der Schritt des Definierens des Antennenzuordnungsabschnitts (14) das Ein- bringen einer den Antennenzuordnungsabschnitt (14) definie¬ renden umlaufenden Vertiefung (16) auf der Oberseite (13) des starren Trägers (12) umfasst.
3. Verfahren nach Aspekt 1 oder 2, bei dem der Schritt des Definierens des Antennenzuordnungsabschnitts (14) das
Anbringen von Referenzmarkierungen umfasst.
4. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 3, bei dem der Schritt des Definierens des Antennenzuordnungsab- Schnitts (14) das Anbringen einer umlaufenden Fließbarriere gegen verflüssigtes Harz während des Laminierens umfasst. 5. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 4, bei dem der Schritt des Auflegens des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'') das Vorsehen eines Auflageelements (22, 22', 22'') auf der Oberseite (13) des starren Trägers (12) um- fasst, wobei das Auflageelement (22, 22', 22'') den Anten¬ nenzuordnungsabschnitt (14) umlaufend umgibt und zur Aufla¬ ge des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'') dient.
6. Verfahren nach Aspekt 5, bei dem das Auflageelement (22, 22', 22'') auch zum Fixieren des Hochfrequenzsubstrats
(20, 20', 20'') gegenüber dem starren Träger (12) dient.
7. Verfahren nach Aspekt 5 oder 6, bei dem das Auflageelement (22, 22', 22'') auch als Fließbarriere gegen ver- flüssigtes Harz während des Laminierens dient.
8. Verfahren nach einem der Aspekte 5 bis 7, bei dem das Auflageelement (22) durch einen vorragenden Abschnitt der elektrisch isolierenden Lage (17) gebildet wird und der Schritt des Fixierens durch Wärmeeinwirkung entlang einer Umrandung der umlaufenden Vertiefung (16) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Aspekte 5 bis 8, bei dem das Auflageelement (22') durch einen schnell aushärtenden Klebstoff gebildet ist.
10. Verfahren nach einem der Aspekte 5 bis 9, bei dem das Auflageelement (22'') ein zur Durchführung eines Ultra¬ schall-Reibschweißvorgangs geeignetes Element ist und der Schritt des Fixierens durch einen Ultraschall-Reibschwei߬ vorgang erfolgt. 11. Verfahren nach Aspekt 10, bei dem das Auflageele- ment (22'') ein Ni-Au-beschichtetes Element ist.
12. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 11, bei dem das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'') eine Bauelements¬ eite (32) und eine Trägerseite (28) umfasst und das Hoch¬ frequenzsubstrat (20, 20', 20'') mit der Trägerseite (28) zu dem starren Träger (12) weisend aufgebracht wird. 13. Verfahren nach Aspekt 12, bei dem das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'') auf seiner Bauelementseite (32) mit einem elektronischen Bauelement (30) bestückt ist.
14. Verfahren nach Aspekt 12 oder 13, bei dem das Hoch- frequenzsubstrat (20, 20', 20'') auf seiner Trägerseite
(28) eine Antennenstruktur (26) aufweist.
15. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 14, bei dem vor dem Schritt des Laminierens eine das Hochfrequenzsub- strat (20, 20', 20'') seitlich umgebende weitere Lage (18) aufgelegt wird.
16. Verfahren nach einem der Aspekte 1 bis 15, bei dem vor dem Schritt des Laminierens weitere Lagen (40, 42, 43, 44) zur Vervollständigung des Schichtaufbaus aufgebracht werden .
17. Leiterstrukturelement (10) mit einer Hochfre¬ quenzantenne (26), hergestellt nach einem Verfahren der As- pekte 1 bis 16.
18. Leiterstrukturelement (10) mit einem in einen Schichtaufbau einlaminierten Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20''), das eine mit mindestens einem Bauelement (30) be¬ stückte Bauelementseite (32) und eine Trägerseite (28) mit einer Hochfrequenzantenne (26) aufweist, wobei die Hochfre¬ quenzantenne (26) zu einer durch einen starren Träger (12) gebildeten Randlage weisend innerhalb eines Ausschnitts (50) des starren Trägers (12) freiliegend angeordnet ist und das Hochfrequenzsubstrat (20) bis zu einem Randbereich um den Ausschnitt (50) mit Harzmaterial umschlossen ist. 19. Leiterstrukturelement (10) nach Aspekt 18, bei dem das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'') vor dem Laminieren mittels einer den Ausschnitt (11) umgebenden Fixierung (23) ortsfest an dem starren Träger (12) angebracht ist und die Fixierung eine Barriere gegen den das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'') umschließenden Harzfluss beim Laminieren ist .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Hochfrequenzantenne
(26, 26A) in einem Leiterstrukturelement (10) mit einer um¬ fassenden Schichtabfolge, mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines starren Trägers (12) mit einer Unterseite (11) und einer Oberseite (13),
- Definieren eines Antennenzuordnungsabschnitts (14) auf dem starren Träger (12),
Aufbringen mindestens einer elektrisch isolierenden Lage (17) mit einer Aussparung (15) derart, dass der Antennenzuordnungsabschnitt (14) freiliegt,
- Auflegen eines Hochfrequenzsubstrats (20, 20',
20'', 20A) über dem Antennenzuordnungsabschnitt (14) unter Ausbildung eines Hohlraumes (24) zwischen dem starren Träger (12) und dem Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) ,
Ausrichten und Fixieren des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'', 20A) gegenüber dem starren Träger (12),
Laminieren des so vorbereiteten Schichtaufbaus derart, dass sich Harzmaterial der mindestens einen elektrisch isolierenden Lage (17) verflüssigt und das Hochfrequenzsub¬ strat (20, 20', 20'', 20A) unter Freilassung des Hohlraums (24) umschließt,
Ausschneiden des Antennenzuordnungsabschnitts (14) aus dem starren Träger (12) von der außenliegenden ( schichtaufbaufernen) Unterseite (11) des starren Trägers (12) her.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Definierens des Antennenzuordnungsabschnitts (14) das Ein¬ bringen einer den Antennenzuordnungsabschnitt (14) definie- renden umlaufenden Vertiefung (16) auf der Oberseite (13) des starren Trägers (12) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schritt des Definierens des Antennenzuordnungsabschnitts
(14) das Anbringen von Referenzmarkierungen umfasst.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schritt des Definierens des Antennenzuordnungsab- Schnitts (14) das Anbringen einer umlaufenden Fließbarriere gegen verflüssigtes Harz während des Laminierens umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Auflegens des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'', 20A) das Vorsehen eines Auflageelements (22, 22', 22'') auf der Oberseite (13) des starren Trägers (12) umfasst, wobei das Auflageelement (22, 22', 22'', 20A) den Antennenzuordnungsabschnitt (14) umlaufend umgibt und zur Auflage des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'', 20A) dient.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Auflageelement (22, 22', 22'', 20A) auch zum Fixieren des Hochfrequenzsubstrats (20, 20', 20'', 20A) gegenüber dem starren Träger (12) dient.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Auflageelement (22, 22', 22'', 20A) auch als Fließbarriere ge¬ gen verflüssigtes Harz während des Laminierens dient.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem das Auflageelement (22) durch einen vorragenden Abschnitt der elektrisch isolierenden Lage (17) gebildet wird und der Schritt des Fixierens durch Wärmeeinwirkung entlang einer Umrandung der umlaufenden Vertiefung (16) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, bei dem das Auflageelement (22') durch einen schnell aushärtenden
Klebstoff gebildet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem das Auflageelement (22'') ein zur Durchführung eines Ultra- schall-Reibschweißvorgangs geeignetes Element ist und der Schritt des Fixierens durch einen Ultraschall-Reibschwei߬ vorgang erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Auflageele- ment (22'') ein Ni-Au-beschichtetes Element ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) eine Bau¬ elementseite (32) und eine Trägerseite (28) umfasst und das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) mit der Träger¬ seite (28) zu dem starren Träger (12) weisend aufgebracht wird .
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem das Hochfre- quenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) auf seiner Bauelements¬ eite (32) mit einem elektronischen Bauelement (30, 30A) bestückt ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem das Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'') auf seiner Trägerseite
(28) eine Antennenstruktur (26) aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Hochfrequenzsubstrat (20A) unterhalb des elektronischen Bauele¬ ments (30A) eine durchgehende Ausnehmung (52) aufweist und das elektronische Bauelement (30A) auf einer zu der Ausneh- mung (52) weisenden Unterseite eine Antennenstruktur (26A) aufweist .
16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem zwischen dem elektronischen Bauelement (30A) und der Bauelementseite (32) des Hochfrequenzsubstrats (20A) eine umlaufende Unter¬ füllung (37) vorgesehen ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem vor dem Schritt des Laminierens eine das Hochfrequenz- Substrat (20, 20', 20'', 20A) seitlich umgebende weitere Lage (18) aufgelegt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem vor dem Schritt des Laminierens weitere Lagen (40, 42, 43, 44) zur Vervollständigung des Schichtaufbaus aufge¬ bracht werden.
19. Hochfrequenzantenne (26) auf einem hochfrequenz¬ tauglichen Basismaterial eines Leiterstrukturelements (10), hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 18.
20. Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) , das eine mit mindestens einem Bauelement (30, 30A) bestückte Bauele¬ mentseite (32) und eine Trägerseite (28) sowie eine Hoch- frequenzantenne (26, 26A) aufweist und in einen Schichtauf¬ bau eines Leiterstrukturelements (10) einlaminiert ist, wo¬ bei die Hochfrequenzantenne (26, 26A) zu einer durch einen starren Träger (12) des Leiterstrukturelements (10) gebil- deten Randlage weisend innerhalb eines Ausschnitts (50) des starren Trägers (12) freiliegend angeordnet ist und das Hochfrequenzsubstrat (20) bis zu einem Randbereich um den Ausschnitt (50) mit Harzmaterial umschlossen ist.
21. Hochfrequenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) nach An¬ spruch 20, das vor dem Laminieren des Leiterstrukturele¬ ments (10) mittels einer den Ausschnitt (11) umgebenden Fi¬ xierung (23) ortsfest an dem starren Träger (12) angebracht ist und die Fixierung eine Barriere gegen den das Hochfre¬ quenzsubstrat (20, 20', 20'', 20A) umschließenden Harzfluss beim Laminieren ist.
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