WO2017140395A1 - Hf-frontend für ein automobilradarsystem - Google Patents

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ghz
cavity
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Klaus-Dieter Aichholzer
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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for an RF front end of a lens-based 77 GHz automotive radar system.
  • the invention further relates to a method for producing an arrangement for an HF front end of a lens-based 77 GHz automotive radar system.
  • the invention further relates to the use of an arrangement for an RF front end in a lens-based 77 GHz automotive radar system.
  • Circuits with a working frequency at 77 GHz are relatively low operating frequency circuits (up to a few GHz), because of the high price of the millimeter wave organic material, typically a standard organic material (eg FR4) is used as the substrate. Since the low loss organic material millimeter wave is soft, stable carrier must this material support to the mounting of the semiconductor chip, in particular the 77-GHz monoli ⁇ thischen microwave circuit (MMIC Monolithic Microwave in- tegrated circuit,) to enable.
  • a standard organic material eg FR4
  • a metallic carrier with a thickness of greater than 0.5 mm is typically installed for this purpose.
  • a cavity is produced in the metallic carrier.
  • the contour of the microwave circuit is in the organic material is cut for millimeter waves (eg with laser).
  • the standard organic material is mounted on the other side of the mechanical support. Need for Ferti ⁇ supply of a complete RF front-end, according to the individu- rush manufacturing processes, all three parts, the organic material for millimeter waves, the metallic support and the standard organic material, be assembled in an additional Pro ⁇ zessön.
  • the electrical signals between the organic material for millimeter waves (on the top side) and the organic standard material (on the bottom side) must be guided through the metallic carrier by means of continuous, electrically insulated vias.
  • This implementation is complex and expensive.
  • a problem to be solved is to an arrangement for an RF front end of a lens-based automotive radar system ⁇ give having improved properties.
  • an arrangement for an RF front end of an automotive radar system is provided.
  • the automotive radar system is a lens-based 77GHz automotive robot.
  • the arrangement has an RF substrate.
  • the RF substrate has an upper side and a lower side. Top and Bottom are arranged opposite each other.
  • the upper side is preferably a chip side. In other Wor ⁇ th, at the top, a semiconductor chip is preferably positioned.
  • the underside is preferably an antenna side. In other words, an antenna is preferably arranged on the underside.
  • the arrangement further comprises a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip has a 77 GHz monolithic micro-cell circuit.
  • the semiconductor chip is preferably a SiGe transceiver chip.
  • the semiconductor chip may be fabricated by CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) technology.
  • the semiconductor chip is preferably arranged on the upper side of the HF substrate.
  • the RF substrate has a cavity.
  • the cavity is formed at the top of the RF substrate.
  • the cavity is introduced into the Obersei- te of the RF substrate, for example by means of La ⁇ serabtrag.
  • the cavity is formed ⁇ out by Aushöh ⁇ lung or removing a portion of the HF substrate.
  • the cavity is designed to at least partially accommodate the semiconductor chip therein.
  • the semiconductor chip is at least partially arranged in the cavity.
  • the bond wires can thus kept as short as possible ⁇ to in order to minimize a loss in the millimeter wave range.
  • FER ner can thus be achieved a very compact arrangement for an RF front end.
  • the arrangement furthermore has at least one antenna, preferably at least one 77 GHz antenna.
  • the semiconductor chip and the at least one antenna are preferably formed under ⁇ different extent or opposite sides of the HF substrate. This has the advantage that it can reduce the area of the RF substrate.
  • the at least one 77-GHz antenna before ⁇ preferably several 77-GHz antennas arranged on the underside of the RF substrate.
  • the semiconductor chip is preferably arranged on the upper side of the HF substrate, and in particular in the cavity formed on the upper side.
  • the at least one antenna radiates along a surface (area) to the underside of the RF substrate.
  • the semiconductor chip is preferably electrically connected to the lines of the HF substrate by means of wire bonding and / or flip chip technology.
  • the RF substrate can then dardmaterial by surface mounting on a Lei ⁇ terplatte, in particular a plate made of organic standard, to be attached.
  • the An ⁇ order is preferably formed surface mountable.
  • the arrangement is particularly a SMD (Surface Mounted De ⁇ vice), that is a surface-mounted component.
  • the RF substrate has a mechanically strong material.
  • the material of the HF substrate is mechanically stronger and therefore more stable than a low-loss organic material for millimeter waves, eg RO3003.
  • a mechanically strong material for the HF substrate can be dispensed with more supporting elements, for example a metalli ⁇ rule carrier. This simplifies the construction and makes the production particularly cost-effective. Furthermore, a very compact arrangement for the RF front end can be provided in this way.
  • a cavity in the RF substrate may also be dispensed with.
  • the semiconductor chip is arranged on the planar upper side of the HF substrate.
  • alternative measures must be taken to keep the height difference between the top of the RF substrate and the top of the semiconductor chip ⁇ low.
  • the semi-conductor chip can have, as is the case in the embodiment with the cavity to keep the tokennun ⁇ differences for the bonding wires low and so as to minimize the length of the bonding wires a smaller height. This has the advantage that an additional step for producing the cavity, for example by means of laser ablation, can be omitted.
  • the Her ⁇ position of the arrangement can be simplified.
  • the semiconductor chip which is arranged directly on the planar upper side, can have a height or vertical extent of less than 250 ⁇ m, for example 127 ⁇ m.
  • the semiconductor chip may have a height of more than 200 ⁇ m, for example 300 ⁇ m, 350 ⁇ m, 360 ⁇ m or 400 ⁇ m.
  • the HF substrate has a LTCC (low-temperature cofired ceramics) ceramic or a HTCC (high-temperature cofired ceramics) ceramic.
  • the RF substrate has an LTCC ceramic. In this way, a very stable substrate is pressege ⁇ provides.
  • the connections for the semiconductor chip, the cavity and signal guides can be provided directly in the LTCC / HTCC ceramics, which leads to a simplified and therefore cost-effective production.
  • a standard organic material for example FR4
  • FR4 can also be arranged on the lower side of the HF substrate. This is advantageous to realize insbesonde ⁇ re to circuits with relatively low Häfre acid sequence (up to a few GHz). In this case, an opening in the organic plate must be provided on the antenna side (underside).
  • an organic standard material for example FR4 can also be arranged on the upper side of the HF substrate.
  • the HF substrate preferably has a connection region for connecting the HF substrate to the organic standard material.
  • the connection region is formed in an edge region of the HF substrate.
  • the connection area is formed on the underside and / or the top.
  • the connection ⁇ area is constructed and arranged a direct connection between the solder ⁇ standard organic material and the RF substrate, such as a LTCC ceramic form.
  • the pad region may include a ball grid array (BGA) or a land grid array (LGA). According to one embodiment, the arrangement may have a wider ⁇ res material or additional material.
  • the greetmateri ⁇ al has a small electric permittivity.
  • the material is preferably set to ⁇ on that side of the HF Substrate arranged on which the antenna is arranged.
  • the additional material is thus arranged on the underside of the HF substrate.
  • the additional material is preferential ⁇ by means of a generative manufacturing method (AM, complexing molecules Manufacturing) applied to the underside.
  • AM complexing molecules Manufacturing
  • the ⁇ To record material the dielectric constant of mate rials ⁇ the RF substrate is used to change.
  • Another material and additional materials are all low-loss additive materials (low-loss additive materials) can be ver ⁇ spent.
  • low-loss additive materials low-loss additive materials
  • all materials and processes used in hybrid technology can also be used (eg, printed dielectrics, resistors, etc.).
  • the additional material improves the radiation properties of the antenna.
  • the HF substrate Wenig ⁇ least a vertical RF Food network on.
  • the feed network may have a plurality of vias / vias.
  • the vertical RF feed network can be realized in particular via vias or via a slot.
  • the vertical RF feed network can fully penetrate the RF substrate in the vertical direction.
  • the vertical RF feed network is configured and arranged to carry RF signals from traces on the chip side with low losses to the at least one antenna on the opposite side. This provides a particularly effective arrangement.
  • the arrangement has at least one metallization.
  • the metallization is an outer metallization.
  • the metallization is formed on at least a portion of the top and / or bottom of the RF substrate.
  • the metallization is preferred applied by photolithography on the RF substrate or the Au ⁇ outside. This achieves matching structures for high-resolution RF signals. Due to the connection between the ceramic Verbin ⁇ (RF) substrate and the semiconductor chip is an adaptation structure is very important in order to avoid reflection at high frequencies.
  • a method of making an arrangement for an RF front end of an automotive racing system is described. It is preferably an arrangement for an HF front end of a lens-based 77 GHz automotive radar system. Preferably, the method produces the above-described arrangement. All the features described in connection with the arrangement also apply to the process and vice versa.
  • the method comprises the following steps, wherein the below beschrie ⁇ bene order of the steps is not binding:
  • the RF substrate has a mecha nically ⁇ solid material, such as a HTCC or LTCC ceramics.
  • a cavity is preferably formed in the HF substrate.
  • the cavity is formed on an upper ⁇ side of the RF substrate. In other words, the top has a cavity or bulge.
  • the semiconductor chip on the RF substrate, preferably ⁇ example at the top of the RF substrate, or in particular in the cavity, which is trained det at the top of the HF substrate.
  • an additional material can be produced by means of a generative production process (AM, Additives Manufacturing) are placed on a lower side of the RF substrate ⁇ .
  • the auxiliary material serves to modify the dielektri ⁇ 's constant of the material of the RF substrate.
  • the filler material has a low electrical permittivity.
  • the metallization is preferably applied to the HF substrate by means of photolithography.
  • the metallization covers at least a portion of the top and / or bottom.
  • the metallization achieves matching structures for high-resolution RF signals.
  • the metallization is applied to the additional material.
  • the antenna on one of the Kavi- is ty opposite side of the RF substrate, beispielswei ⁇ se the underside, is provided.
  • the semiconductor chip and the 77-GHz antenna are formed on different sides of the RF substrate.
  • we ⁇ antes a 77 GHz antenna is formed on an outer side of the RF substrate, which is opposed to the outer side on which the semiconductor chip is arranged.
  • the 77 GHz antenna on the underside of the RF substrate is ⁇ forms and the semiconductor chip is at the top of the RF Substrate arranged.
  • the antenna is arranged in particular on the opposite side and the integrated verti ⁇ kale RF feed network (via or slot) is formed for the RF connection between the tracks on the chip side and the antenna.
  • the semiconductor chip with at least one bonding wire ⁇ , preferably a plurality of bonding wires, and bonding the bonding wire to the vertical RF Food network and of the metallization for the transmission of RF signals to the antenna.
  • the semiconductor chip can also be connected by means of flip-chip technology in order to transfer the HF signals to the opposite side of the HF substrate with little loss.
  • a use of an arrangement for an RF front end in an automotive radar system is described wherein the assembly comprises an RF substrate, and wherein the RF substrate comprises a mechanically strong material. has.
  • the arrangement is used in a lens-based 77 GHz automotive radar system.
  • it is the use of the arrangement described above. All features described in connection with the arrangement and / or the method are also valid for the use and vice versa.
  • FIG. 1 shows a sectional view of an arrangement for an HF front end of a lens-based 77 GHz automotive robot system according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view of an arrangement for an RF front end of a lens-based 77-GHz Automobilra ⁇ darsystems according to a second embodiment
  • FIG. 3a shows a semiconductor chip for an RF front end of a lens-based 77-GHz automotive radar system according to the embodiment of Figure 1
  • Figure 3b an RF substrate for an RF front end of a linsenba ⁇ overbased 77 GHz automotive radar system according to the off ⁇ exemplary implementation of Figure 1
  • Figure 3c is a perspective view of the arrangement for an RF front end of a lens-based 77-GHz automotive ⁇ radar system according to Figure 1
  • Figure 4a a semiconductor chip for an RF front end of a lens-based 77-GHz automotive radar system according to the embodiment of Figure 2
  • FIG. 4b shows an RF substrate for an RF front-end of an overbased linsenba- 77 GHz automotive radar system according to the off ⁇ operation example of Figure 2,
  • Figure 4c is a perspective view of the arrangement for a
  • FIG. 1 shows an arrangement 1 for an HF front end.
  • the arrangement 1 is intended for use in a lens-based Au tomobilradarsystem with an operating frequency of 77 GHz.
  • the arrangement 1 has a semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 has a 77 GHz monolithic microwave circuit (MMIC).
  • MMIC monolithic microwave circuit
  • the semiconductor chip 2 preferably has SiGe, but other materials are conceivable for the semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 can also have a CMOS component.
  • the arrangement 1 has an HF substrate 3.
  • the RF substrate 3 is formed and provided as a carrier substrate for the semiconductor chip 2.
  • the RF substrate 3 has a mechanically strong material.
  • the HF substrate 3 has an LTCC or a HTCC ceramic or a ceramic composite.
  • the RF substrate 3 has an upper side 3a and a lower side 3b.
  • the semiconductor chip 2 is arranged on the upper side 3 a of the HF substrate 3.
  • a cavity. 4 is formed directly in the mechanically strong material of the RF substrate 3, for example by laser ablation. Of course, other methods for forming the cavity are conceivable.
  • the LTCC / HTCC ceramic thus has at least one bulge or cavity in the upper surface 3a, which is designed and arranged to arrange the semiconductor chip 2 therein.
  • the depth of the cavity 4 is less than or equal to the height of the semiconductor chip 2.
  • the semiconductor chip 2 has a height or vertical extent of less than or equal to 400 ym and greater than or equal to 200 ym, preferably greater than or equal to 300 ym.
  • the semiconductor chip 2 has a height of 350 ym or 360 ym.
  • the depth of the cavity 4 is accordingly less than or equal to 400 ym, ⁇ example, 350 ym.
  • the semiconductor chip 2 is arranged at least partially in the cavity 4.
  • the semiconductor chip 2 is arranged in the cavity such that an upper side of the semiconductor chip protrudes only slightly from the surface (here the upper side 3a) of the HF substrate 3 or forms a plane with the upper side 3a of the HF substrate 3.
  • the cavity 4 is designed and arranged such that the semiconductor chip 2 can be contacted by means of wire bonding and / or flip chip mounting on the HF substrate 3 and the HF signals are transmitted to an antenna 7 with low loss can be.
  • the HF substrate 3 can then be fixed by means of Oberflä ⁇ chenmontage to a circuit board.
  • the arrangement 1 is preferably an SMD (Surface Mounted Device), so a surface-mountable component.
  • the at least partial arrangement of the semiconductor chip 2 in the cavity 4 serves, in particular the length of the Bonddräh ⁇ te 5 and thus to keep losses in the mm-wave range as low as possible.
  • the RF substrate 3 has at least one vertical HF feed network 6.
  • the arrangement 1 also has a metallization 8.
  • a metallization 8 In particular, at the location of the RF feed network 6 on the
  • Top 3a each have a connection point 8 in the form of a Me ⁇ tallization arranged (see also Figures 3a and 3b).
  • the junction 8 or the metallization is formed by means of photolithography in order to achieve an adaptation structure for high-resolution RF signals. Due to the
  • connection between the ceramic and the semiconductor chip 2 is very important for an RF signal matching structure in order to avoid reflection at high frequencies.
  • Located on the top side 3a junction / Metalli ⁇ tion 8 is connected to a respective bonding wire 5 for low-loss transmission of RF signals to the antenna 7 (see Figure 3c).
  • the assembly 1 is suitable in this way for surface mounting by the semiconductor chip 2 through the connection point / metallization 8, for example with the con tact ⁇ provide a printed circuit board of organic Standardmate- Rial can be connected, on which the RF substrate 3 is arranged ⁇ .
  • the RF substrate 3 may in particular ⁇ sondere for an SMD are (Surface Mounted Device) component ver ⁇ turns.
  • a metallization may be on the underside 3b to another ⁇ circuit location.
  • 8 On the bottom 3b and / or the top 3a of the RF substrate is also preferably - in particular for scarf ⁇ tions with relatively low operating frequency up to a few GHz - an organic standard material arranged (not explicitly shown).
  • the standard material may include, for example, FR4. Is the standard material on the underside 3b (An ⁇ antenna side) formed has an opening in the organic material standard printed circuit board can be provided.
  • the HF-3 substrate preferably an LTCC ceramic, a connection region for connection to the RF substrate 3 with the standard organic material (not shown ex ⁇ plicitly).
  • the connection area is to bebil ⁇ det and arranged a direct solder connection between the standard organic material and the RF substrate 3 trainees to.
  • the RF substrate 3 and the organic standard material are directly connected to each other.
  • the connection region is formed on the underside 3b and / or the upper side 3a of the HF substrate 3.
  • the connection area has a BGA or LGA.
  • the arrangement still has at least one, preferably several, for example four, 77 GHz antennas 7.
  • the respective 77-GHz antenna 7 is mechanically fixed Material of the RF substrate 3 is formed.
  • the antennas 7 are preferably formed on the underside 3b of the RF substrate 3 ⁇ .
  • the 77-GHz antennas 7 and the semi-conductor chip ⁇ 2 disposed on different or opposite sides of the RF substrate 3, that is on the top 3a and bottom 3b. In this way, the area of the RF substrate 3 can be reduced.
  • the antennas 7 are configured and arranged to radiate along the ceremoniesnnor ⁇ paint 9 to the bottom 3b of the HF substrate. 3
  • the arrangement further wei ⁇ teres material or additional material 10.
  • the filler material 10 has a small electrical permittivity.
  • the ⁇ To record material 10 is arranged on the underside 3b of the HF substrate. 3
  • the additional material 10 is preferably applied to the underside 3b by means of a generative manufacturing process.
  • the additional material 10 serves to change the dielektri ⁇ 's constant of the material of the RF substrate. 3 This improves the radiation characteristics of the 77 GHz antennas 7.
  • Figure 2 shows an arrangement 1 for an RF front end according ei ⁇ nem another embodiment. Like the arrangement shown in Figure 1, this arrangement 1 is also intended for use in a lens-based automotive radar system having an operating frequency of 77 GHz. In the following, only the differences between the arrangements 1 of Figures 1 and 2 will be described.
  • the HF substrate 3 has no cavity 4.
  • the semiconductor chip 2 is not disposed in a cavity on the upper surface 3a of the HF substrate. Rather, the upper side 3a is flat and the semiconductor chip 2 is arranged on the flat upper side 3a.
  • the semiconductor chip 2 from FIG. 2 has a smaller height or vertical extent than the semiconductor chip 2 from FIG. 1.
  • the height of the semiconductor chip 2 according to FIG. 2 is less than 250 ym, for example 127 ym.
  • the semiconductor chip 2 is ground in this exemplary embodiment.
  • an HF substrate 3 is provided, preferably the HF substrate described in connection with FIGS. 1 and 2.
  • the HF substrate 3 has a mechanically strong material, for example an LTCC or a HTCC ceramic.
  • green sheets are provided for the formation of the ceramic layers and are over-coated. stacked each other.
  • the green sheets contain, for example, a ceramic powder, a binder and a glass fraction as a sintering aid.
  • a ceramic powder for example, is used as ceramic powder aluminum ⁇ miniumoxid.
  • LTCC technology is used. In this case, for example, sintered at a temperature of around 900 ° C.
  • the HTCC technology is used. In this case sintering takes place at a very high temperature, for example in the region of 1600 ° C.
  • the green sheets here contain no glass content.
  • the layers of the layer stack are provided with at least one hole, preferably a plurality of holes.
  • the holes can completely penetrate the layers in the vertical direction. Alternatively, in the case of staggered via, a hole may penetrate only one layer.
  • the respective hole is introduced, for example, by means of a laser or by punching.
  • the hole is filled after sintering with a bonding material, for example by depositing a metal from a solution. Preferably, the hole is completely filled.
  • the metal contains or is, for example, copper.
  • a metallization 8 is applied to the upper side 3a and / or the lower side 3b of the HF substrate 3, for example by means of photolithography.
  • an additional material 10 can optionally be applied to the underside 3b (antenna side) of the HF substrate 3 in a further step by means of a generative manufacturing process (AM, additive manufacturing). are brought to improve the radiation characteristics of the antenna 7 (see Figure 1).
  • AM additive manufacturing
  • the semiconductor chip 2 is arranged on the HF substrate 3.
  • a cavity 4 is formed on the upper side 3a of the HF substrate, for example by laser ablation, and the semiconductor chip 2 is arranged in this cavity 4 (see FIGS. 3a to 3c) or the semiconductor chip 2 is di- arranged directly on the flat top side 3a (see Figures 4a to 4c).
  • differently high semiconductor chips 2 are provided for the different embodiments. In particular ⁇ sondere, the semiconductor chip 2, which is not disposed in a cavity, a lower height than the semiconductor chip 2 is placed in the cavity.
  • At least one, preferably a plurality of 77 GHz antennas is provided on the HF substrate 3.
  • the antennas 7 are formed on the underside 3b of the RF substrate 3.
  • At least one bonding wire 5, preferably a multiplicity of bonding wires 5, is provided.
  • the semiconductor chip 2 is provided with the respective bonding wire 5.
  • the semiconductor chip 2 is connected to a corresponding connection point or an antenna 7 on the underside 3b of the HF substrate 3.
  • the sequence of manufacturing steps can demand va ⁇ riieren.
  • the method described above is merely one possible embodiment of the method of manufacturing the device.

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  • Details Of Aerials (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Es wird eine Anordnung (1) für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems beschrieben, aufweisend ein HF-Substrat (3) aufweisend eine Oberseite (3a) und eine Unterseite (3b), und einen Halbleiterchip (2), wobei der Halbleiterchip (2) auf der Oberseite (3a) des HF-Substrats (3) angeordnet ist, und wobei das HF-Substrat (3) ein mechanisch festes Material aufweist. Das HF-Substrat (3) weist eine Kavität (4) auf, wobei der Halbleiterchip (2) zumindest teilweise in der Kavität (4) angeordnet ist. Die Anordnung weist ferner wenigstens eine 77-GHz Antenne (7) auf, wobei die 77-GHz Antenne (7) und der Halbleiterchip (2) auf unterschiedlichen Seiten (3a, 3b) des HF-Substrats (3) ausgebildet sind. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (1) für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems sowie eine Verwendung einer Anordnung (1) für ein HF-Frontend in einem linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystem beschrieben.

Description

Beschreibung
HF-Frontend für ein Automobilradarsystem Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für ein HF- Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung für ein HF-Frontend eines linsenbasiertes 77- GHz Automobilradarsystems. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Anordnung für ein HF-Frontend in einem linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystem.
Bekannte linsenbasierte 77-GHz Automobilradarsysteme verwen¬ den mechanisch weiche, verlustarme organische Materialien für Millimeterwellen (z.B. R03003) als HF-Substrate für die
Schaltungen mit einer Arbeitsfrequenz bei 77 GHz. Für die Schaltungen mit relativ tiefer Arbeitsfrequenz (bis zu ein paar GHz) wird, wegen des hohen Preises des organischen Materials für Millimeterwellen, typischerweise ein organisches Standardmaterial (z.B. FR4) als Substrat verwendet. Da das verlustarme organische Material für Millimeterwellen weich ist, muss ein stabiler Träger dieses Material stützen um die Montage des Halbleiterchips, insbesondere der 77-GHz monoli¬ thischen Mikrowellenschaltung (monolithic microwave in- tegrated circuit, MMIC) , zu ermöglichen.
Aus thermischen und / oder mechanischen Gründen wird dazu typischerweise ein metallischer Träger mit einer Dicke von größer als 0,5 mm eingebaut. Um die Bonddrähte zwischen dem Halbleiterchip bzw. der Mikrowellenschaltung und den Leitungen auf dem HF-Substrat bzw. Millimeterwellen-Substrat so kurz wie möglich zu halten, wird eine Kavität im metallischen Träger erzeugt. Die Kontur der Mikrowellenschaltung wird in das organische Material für Millimeterwellen (z.B. mit Laser) geschnitten. Auf der anderen Seite des mechanischen Trägers wird das organische Standardmaterial montiert. Für die Ferti¬ gung eines kompletten HF-Frontends müssen, nach den individu- eilen Herstellungsprozessen, alle drei Teile, das organische Material für Millimeterwellen, der metallische Träger und das organische Standardmaterial, noch in einem zusätzlichen Pro¬ zessschritt zusammengebaut werden. Die elektrischen Signale zwischen dem organischen Material für Millimeterwellen (auf der Oberseite) und dem organisch Standardmaterial (auf der Unterseite) müssen mithilfe von durchgehenden, elektrisch isolierten Vias durch den metallischen Träger geführt werden. Diese Durchführung ist komplex und teuer. Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Anordnung für ein HF-Frontend eines linsenbasierten Automobilradarsystems anzu¬ geben, welche verbesserte Eigenschaften aufweist. Beispiels¬ weise soll die Anordnung für das HF-Frontend kostengünstig, kompakt und einfach sein. Ferner soll ein verbessertes Her- stellungsverfahren sowie eine Verwendung einer verbesserten Anordnung für ein HF-Frontend eines linsenbasierten Automobilradarsystems angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung, ein Verfahren und eine Verwendung gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem Aspekt wird eine Anordnung für ein HF-Frontend eines Automobilradarsystems angegeben. Vorzugsweise ist das Automobilradarsystem ein linsenbasiertes 77-GHz Automobilra- darsystem.
Die Anordnung weist ein HF-Substrat auf. Das HF-Substrat weist eine Oberseite und eine Unterseite auf. Oberseite und Unterseite sind einander gegenüberliegend angeordnet. Die Oberseite ist vorzugsweise eine Chipseite. Mit anderen Wor¬ ten, an der Oberseite ist vorzugsweise ein Halbleiterchip angeordnet. Die Unterseite ist vorzugsweise eine Antennenseite. Mit anderen Worten, an der Unterseite ist vorzugsweise eine Antenne angeordnet.
Die Anordnung weist ferner einen Halbleiterchip auf. Vorzugsweise weist der Halbleiterchip eine 77-GHz monolithische Mik- rowellenschaltung auf. Der Halbleiterchip ist vorzugsweise ein SiGe Sendeempfänger-Chip. Alternativ dazu kann der Halbleiterchip mittels CMOS (Complementary Metal-Oxide- Semiconductor ; sich ergänzender Metall-Oxid-Halbleiter) - Technologie hergestellt sein. Der Halbleiterchip ist vorzugs- weise an der Oberseite des HF-Substrats angeordnet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das HF-Substrat eine Kavität auf. Vorzugsweise ist die Kavität an der Oberseite des HF-Substrats ausgebildet. Die Kavität ist in die Obersei- te des HF-Substrats eingebracht, beispielsweise mittels La¬ serabtrag. Mit anderen Worten, die Kavität ist durch Aushöh¬ lung bzw. Abtragen eines Teilbereichs des HF-Substrats ausge¬ bildet . Die Kavität ist dazu ausgebildet den Halbleiterchip zumindest teilweise darin aufzunehmen. Der Halbleiterchip ist zumindest teilweise in der Kavität angeordnet. Dadurch kann ein Höhen¬ unterschied zwischen der Oberfläche des HF-Substrats und der Oberfläche des Halbleiterchips gering gehalten werden, was einen Vorteil für das elektrische Kontaktieren des Halb¬ leiterchip mittels Bonddrähten darstellt. Insbesondere können die Bonddrähte auf diese Weise möglichst kurz gehalten wer¬ den, um einen Verlust im mm-Wellenbereich zu minimieren. Fer- ner kann damit eine sehr kompakte Anordnung für ein HF- Frontend erreicht werden.
Die Anordnung weist ferner wenigstens eine Antenne, vorzugs- weise wenigstens eine 77-GHz Antenne, auf. Bevorzugt sind der Halbleiterchip und die wenigstens eine Antenne an unter¬ schiedlichen bzw. gegenüberliegenden Seiten des HF-Substrats ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass dadurch die Fläche des HF-Substrats reduziert werden kann.
Beispielsweise ist die wenigstens eine 77-GHz Antenne, vor¬ zugsweise mehrere 77-GHz Antennen, an der Unterseite des HF- Substrats angeordnet. Der Halbleiterchip ist vorzugsweise an der Oberseite des HF-Substrats, und insbesondere in der an der Oberseite ausgebildeten Kavität, angeordnet. Vorzugsweise strahlt die wenigstens eine Antenne entlang einer (Flächen- ) ormalen zu der Unterseite des HF-Substrats ab.
Zum Anschluss des Halbleiterchips sind auf dem HF-Substrat Leitungen vorgesehen. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip mittels Drahtbonden und/oder Flip Chip Technologie mit den Leitungen des HF-Substrats elektrisch verbunden. Das HF- Substrat kann dann mittels Oberflächenmontage an einer Lei¬ terplatte, insbesondere einer Platte aus organischem Stan- dardmaterial , befestigt werden. Mit anderen Worten, die An¬ ordnung ist vorzugsweise oberflächenmontierbar ausgebildet. Die Anordnung ist insbesondere ein SMD (Surface Mounted De¬ vice) , also ein oberflächenmontierbares Bauelement. Das HF-Substrat weist ein mechanisch festes Material auf. Insbesondere ist das Material des HF-Substrats mechanisch fester und damit stabiler als ein verlustarmes organisches Material für Millimeterwellen, z.B. RO3003. Durch den Einsatz eines mechanisch festen Materials für das HF-Substrat kann auf weitere stützende Elemente, beispielsweise einen metalli¬ schen Träger verzichtet werden. Damit wird der Aufbau vereinfacht und die Herstellung besonders kostengünstig. Ferner kann auf diese Weise eine sehr kompakte Anordnung für das HF- Frontend zur Verfügung gestellt werden.
In einem anderen Ausführungsbeispiel kann auf eine Kavität in dem HF-Substrat auch verzichtet werden. In diesem Fall ist der Halbleiterchip auf der ebenen Oberseite des HF-Substrats angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel müssen alternative Maßnahmen ergriffen werden, um den Höhenunterschied zwischen der Oberseite des HF-Substrats und der Oberseite des Halb¬ leiterchips gering zu halten. Beispielsweise kann der Halb- leiterchip eine geringere Höhe aufweisen als dies im Ausführungsbeispiel mit der Kavität der Fall ist, um die Höhenun¬ terschiede für die Bonddrähte gering zu halten und so die Länge der Bonddrähte zu minimieren. Dies hat den Vorteil, dass ein zusätzlicher Schritt zum Erzeugen der Kavität, bei- spielsweise mittels Laserabtrag, unterbleiben kann. Die Her¬ stellung der Anordnung kann dadurch vereinfacht werden.
Der Halbleiterchip, der direkt auf der ebenen Oberseite angeordnet ist, kann eine Höhe bzw. vertikale Ausdehnung von we- niger als 250 ym, beispielsweise 127 ym, aufweisen. In der
Ausführung, in welcher der Halbleiterchip in der Kavität angeordnet ist, kann der Halbleiterchip hingegen eine Höhe von mehr als 200 ym aufweisen, beispielsweise 300 ym, 350 ym, 360 ym oder 400 ym.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das HF-Substrat eine LTCC (low temperature cofired ceramics) Keramik oder eine HTCC (high temperature cofired ceramics) Keramik auf. Beson- ders bevorzugt weist das HF-Substrat eine LTCC Keramik auf. Auf diese Weise wird ein sehr stabiles Substrat bereitge¬ stellt. Die Anschlüsse für den Halbleiterchip, die Kavität sowie Signalführungen können direkt in der LTCC / HTCC Kera- mik bereitgestellt werden, was zu einer vereinfachten und damit kostengünstigen Herstellung führt.
Alternativ oder zusätzlich zu der Antenne kann an der Unterseite des HF-Substrats ferner ein organisches Standardmateri- al, beispielsweise FR4, angeordnet sein. Dies ist insbesonde¬ re vorteilhaft um Schaltungen mit relativ tiefer Arbeitsfre¬ quenz (bis zu ein paar GHz) zu realisieren. Auf der Antennenseite (Unterseite) muss in diesem Fall eine Öffnung in der organischen Platte vorgesehen sein. Ferner kann auch an der Oberseite des HF-Substrats ein organisches Standardmaterial, beispielsweise FR4, angeordnet sein.
Vorzugsweise weist das HF-Substrat einen Anschlussbereich auf zur Verbindung des HF-Substrats mit dem organischen Standard- material. Der Anschlussbereich ist in einem Randbereich des HF-Substrats ausgebildet. Der Anschlussbereich ist auf der Unterseite und/oder der Oberseite ausgebildet. Der Anschluss¬ bereich ist dazu ausgebildet und angeordnet eine direkte Löt¬ verbindung zwischen dem organischen Standardmaterial und dem HF-Substrat, beispielsweise einer LTCC Keramik, auszubilden. Der Anschlussbereich kann eine Kugelgitteranordnung (Ball Grid Array, BGA) oder eine Kontaktflächenanordnung (Land Grid Array, LGA) aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Anordnung ein weite¬ res Material oder Zusatzmaterial aufweisen. Das Zusatzmateri¬ al weist eine kleine elektrische Permittivität auf. Das Zu¬ satzmaterial ist vorzugsweise an derjenigen Seite des HF- Substrats angeordnet, an der auch die Antenne angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Zusatzmaterial damit an der Unterseite des HF-Substrats angeordnet. Das Zusatzmaterial wird vorzugs¬ weise mittels eines generativen Fertigungsverfahrens (AM, Ad- ditive Manufacturing) auf die Unterseite aufgebracht. Das Zu¬ satzmaterial dient dazu die dielektrische Konstante des Mate¬ rials des HF-Substrats zu ändern.
Als weiteres Material bzw. Zusatzmaterial können alle ver- lustarmen Zusatzmaterialen (low-loss additive materials) ver¬ wendet werden. Außerdem können alle in der Hybrid-Technik verwendeten Materialien und Prozesse ebenfalls angewendet werden (z.B. gedruckte Dielektrika, Widerstände etc.). Durch das Zusatzmaterial werden die Abstrahlungseigenschaften der Antenne verbessert.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist das HF-Substrat wenigs¬ tens ein vertikales HF-Speisnetzwerk auf. Das Speisnetzwerk kann eine Vielzahl von Vias/Durchkontaktierungen aufweisen. Das vertikale HF-Speisnetzwerk kann insbesondere über Vias oder über einen Schlitz realisiert sein. Das vertikale HF- Speisnetzwerk kann das HF-Substrat in vertikaler Richtung vollständig durchdringen. Das vertikale HF-Speisnetzwerk ist dazu ausgebildet und angeordnet HF-Signale von Leiterbahnen auf der Chipseite mit geringen Verlusten zu der wenigstens einen Antenne an der gegenüberliegenden Seite zu führen. Damit wird eine besonders effektive Anordnung bereitgestellt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Anordnung wenigs- tens eine Metallisierung auf. Die Metallisierung ist eine äußere Metallisierung. Die Metallisierung ist auf wenigstens einem Teilbereich der Oberseite und/oder der Unterseite des HF-Substrats ausgebildet. Die Metallisierung ist vorzugsweise mittels Photolithographie auf das HF-Substrat bzw. dessen Au¬ ßenseite aufgebracht. Dadurch werden Anpassungsstrukturen für HF-Signale mit hoher Auflösung erzielt. Auf Grund der Verbin¬ dung zwischen der Keramik (HF-Substrat) und dem Halbleiter- chip ist eine Anpassungsstruktur sehr wichtig, um Reflektion bei hohen Frequenzen zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung für ein HF-Frontend eines Automobilra- darsystems beschrieben. Vorzugsweise handelt es sich um eine Anordnung für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems. Vorzugsweise wird durch das Verfahren die oben beschriebene Anordnung hergestellt. Alle Merkmale, die im Zusammenhang mit der Anordnung beschrieben wurden gel- ten auch für das Verfahren und umgekehrt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf, wobei die im Folgenden beschrie¬ bene Reihenfolge der Schritte nicht bindend ist:
- Bereitstellen eines HF-Substrats, vorzugsweise des oben be- schriebenen HF-Substrats. Das HF-Substrat weist ein mecha¬ nisch festes Material auf, beispielsweise eine HTCC oder eine LTCC Keramik. In dem HF-Substrat ist vorzugsweise eine Kavi- tät ausgebildet. Vorzugsweise ist die Kavität an einer Ober¬ seite des HF-Substrats ausgebildet. Mit anderen Worten, die Oberseite weist eine Aushöhlung oder Ausbuchtung auf.
- Anordnen des Halbleiterchips auf dem HF-Substrat, vorzugs¬ weise an der Oberseite des HF-Substrats bzw. insbesondere in der Kavität, die an der Oberseite des HF-Substrats ausgebil- det ist.
- Optional kann in einem weiteren Schritt ein Zusatzmaterial mittels eines generativen Fertigungsverfahrens (AM, Additive Manufacturing) auf eine Unterseite des HF-Substrats aufge¬ bracht werden. Das Zusatzmaterial dient dazu die dielektri¬ sche Konstante des Materials des HF-Substrats zu ändern. Das Zusatzmaterial weist eine niedrige elektrische Permittivität auf .
- Ausbilden von wenigstens einer Metallisierung auf der Oberseite und/oder der Unterseite des HF-Substrats. Vorzugsweise wird die Metallisierung mittels Photolithographie auf das HF- Substrat aufgebracht. Die Metallisierung bedeckt wenigstens einen Teilbereich der Oberseite und/oder der Unterseite.
Durch die Metallisierung werden Anpassungsstrukturen für HF- Signale mit hoher Auflösung erzielt. In dem Ausführungsbei¬ spiel, in dem ein Zusatzmaterial auf die Unterseite aufge- bracht wird, wird die Metallisierung auf dem Zusatzmaterial aufgebracht .
- Ausbilden eines vertikalen HF-Speisnetzwerks (Via oder Schlitz) in dem HF-Substrat. Durch das HF-Speisnetzwerk wer- den HF-Signale von der Oberseite bzw. Chipseite des HF- Substrats verlustarm zu der gegenüberliegenden Seite (Unterseite) geführt.
- Bereitstellen von wenigstens einer 77-GHz Antenne auf dem HF-Substrat. Vorzugsweise wird die Antenne an einer der Kavi- tät gegenüber liegenden Seite des HF-Substrats, beispielswei¬ se der Unterseite, bereitgestellt. Vorzugsweise sind der Halbleiterchip und die 77-GHz Antenne auf unterschiedlichen Seiten des HF-Substrats ausgebildet. Vorzugsweise ist die we¬ nigstens eine 77-GHz Antenne an einer Außenseite des HF- Substrats ausgebildet, welcher der Außenseite gegenüberliegt, an der der Halbleiterchip angeordnet wird. Beispielsweise ist die 77-GHz Antenne auf der Unterseite des HF-Substrats ausge¬ bildet und der Halbleiterchip ist an der Oberseite des HF- Substrats angeordnet. Die Antenne ist insbesondere auf der gegenüberliegende Seite angeordnet und das integrierte verti¬ kale HF Speisenetzwerk (Via oder Schlitz) ist für die HF- Verbindung zwischen den Leiterbahnen auf der Chip-Seite und der Antenne ausgebildet.
- Versehen des Halbleiterchips mit wenigstens einem Bond¬ draht, vorzugsweise einer Vielzahl von Bonddrähten, und Verbinden des Bonddrahts mit dem vertikalen HF-Speisnetzwerk bzw. der Metallisierung zur Übertragung der HF-Signale an die Antenne. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Halbleiterchip aber auch mittels Flip-Chip Technologie angebunden werden, um die HF-Signale verlustarm auf die gegenüberliegende Seite des HF-Substrats zu übertragen.
Durch das mechanisch feste Material des HF-Substrats kann auf einen metallischen Träger, welcher in einer Lösung mit mechanisch weichem organischen Material als HF-Substrat notwendig ist, komplett verzichtet werden. Die 77-GHz Antennen, die An- Schlüsse für die MMICs, die Kavität und die Signalführungen
(vertikales HF-Speisnetzwerk) können im mechanisch festen Material des HF-Substrats fabriziert werden. Die Verbindung zwischen dem HF-Substrat und organischem Standardmaterial (beispielsweise FR4) kann kostengünstig mithilfe der SMD Technik und Lötpaste realisiert werden. In Summe ergibt sich ein vereinfachter Herstellungsprozess des HF-Frontends sowie reduzierte Kosten für das linsenbasierte 77-GHz Automobilra¬ darsystem. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Verwendung einer Anordnung für ein HF-Frontend in einem Automobilradarsystem beschrieben wobei die Anordnung ein HF-Substrat aufweist, und wobei das HF-Substrat ein mechanisch festes Material auf- weist. Vorzugsweise wird die Anordnung in einem linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystem verwendet. Vorzugsweise handelt es sich um die Verwendung der oben beschriebenen Anordnung. Alle Merkmale, die im Zusammenhang mit der Anordnung und/oder dem Verfahren beschrieben wurden gelten auch für die Verwendung und umgekehrt.
Die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen sind nicht als ma߬ stabsgetreu aufzufassen. Vielmehr können zur besseren DarStellung einzelne Dimensionen vergrößert, verkleinert oder auch verzerrt dargestellt sein.
Elemente, die einander gleichen oder die die gleiche Funktion übernehmen, sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Es zeigen:
Figur 1 eine Schnittdarstellung einer Anordnung für ein HF- Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilra- darsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Anordnung für ein HF- Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilra¬ darsystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3a einen Halbleiterchip für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 1, Figur 3b ein HF-Substrat für ein HF-Frontend eines linsenba¬ sierten 77-GHz Automobilradarsystems gemäß dem Aus¬ führungsbeispiel aus Figur 1, Figur 3c eine perspektivische Ansicht der Anordnung für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobil¬ radarsystems gemäß Figur 1, Figur 4a einen Halbleiterchip für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel aus Figur 2,
Figur 4b ein HF-Substrat für ein HF-Frontend eines linsenba- sierten 77-GHz Automobilradarsystems gemäß dem Aus¬ führungsbeispiel aus Figur 2,
Figur 4c eine perspektivische Ansicht der Anordnung für ein
HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobil- radarsystems gemäß Figur 2.
Figur 1 zeigt eine Anordnung 1 für ein HF-Frontend. Die Anordnung 1 ist für die Verwendung in einem linsenbasierten Au tomobilradarsystem mit einer Arbeitsfrequenz von 77 GHz vorgesehen .
Die Anordnung 1 weist einen Halbleiterchip 2 auf. Der Halbleiterchip 2 weist eine 77-GHz monolithische Mikrowellenschaltung (MMIC) auf. Der Halbleiterchip 2 weist vorzugsweise SiGe auf, aber auch andere Materialen sind für den Halbleiterchip 2 vorstellbar. Beispielsweise kann der Halbleiterchip 2 auch ein CMOS-Bauelement aufweisen.
Die Anordnung 1 weist ein HF-Substrat 3 auf. Das HF-Substrat 3 ist als Trägersubstrat für den Halbleiterchip 2 ausgebildet und vorgesehen. Das HF-Substrat 3 weist ein mechanisch festes Material auf. Beispielsweise weist das HF-Substrat 3 eine LTCC oder eine HTCC Keramik bzw. einen Keramikverbund auf. Das HF-Substrat 3 weist eine Oberseite 3a und eine Unterseite 3b auf. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Halbleiterchip 2 an der Oberseite 3a des HF-Substrats 3 angeordnet. Zu die- sem Zweck weist das HF-Substrat 3, insbesondere dessen Ober¬ seite 3a, eine Kavität 4 auf. Die Kavität 4 ist direkt in dem mechanisch festen Material des HF-Substrats 3, beispielsweise durch Laserabtrag, ausgebildet. Selbstverständlich sind auch andere Verfahren zur Ausbildung der Kavität vorstellbar. Die LTCC/HTCC Keramik weist folglich wenigstens eine Ausbuchtung oder Aushöhlung in der Oberseite 3a auf, die dazu ausgebildet und angeordnet ist, den Halbleiterchip 2 darin anzuordnen.
Die Tiefe der Kavität 4 ist kleiner oder gleich zu der Höhe des Halbleiterchips 2. Vorzugsweise weist der Halbleiterchip 2 eine Höhe oder vertikale Ausdehnung von kleiner oder gleich 400 ym und größer oder gleich 200 ym, vorzugsweise größer oder gleich 300 ym, auf. Beispielsweise weist der Halbleiterchip 2 eine Höhe von 350 ym oder 360 ym auf. Die Tiefe der Kavität 4 ist demgemäß kleiner oder gleich 400 ym, beispiels¬ weise 350 ym.
Der Halbleiterchip 2 ist zumindest teilweise in der Kavität 4 angeordnet. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip 2 so in der Kavität angeordnet, dass eine Oberseite des Halbleiterchips nur geringfügig aus der Oberfläche (hier die Oberseite 3a) des HF-Substrats 3 herausragt oder eine Ebene mit der Ober¬ seite 3a des HF-Substrats 3 bildet. Vorzugsweise ist die Kavität 4 so ausgebildet und angeordnet, dass der Halbleiterchip 2 mittels Drahtbonden und/oder Flip Chip Montage auf dem HF-Substrat 3 kontaktiert werden kann und die HF-Signale verlustarm an eine Antenne 7 übertragen werden können. Das HF-Substrat 3 kann dann mittels Oberflä¬ chenmontage an einer Leiterplatte befestigt werden. Mit ande¬ ren Worten, die Anordnung 1 ist vorzugsweise ein SMD (Surface Mounted Device), also ein oberflächenmontierbares Bauelement.
Die zumindest teilweise Anordnung des Halbleiterchips 2 in der Kavität 4 dient insbesondere dazu die Länge der Bonddräh¬ te 5 und damit Verluste im mm-Wellenbereich möglichst gering zu halten.
Das HF-Substrat 3 weist wenigstens ein vertikales HF- Speisnetzwerk 6 auf.
Die Anordnung 1 weist ferner eine Metallisierung 8 auf. Ins- besondere ist an der Stelle des HF-Speisnetzwerks 6 auf der
Oberseite 3a jeweils eine Anschlussstelle 8 in Form einer Me¬ tallisierung angeordnet (siehe auch Figuren 3a und 3b) . Die Anschlussstelle 8 bzw. die Metallisierung ist mit Hilfe von Photolithographie ausgebildet, um eine Anpassungsstruktur für HF-Signale mit hoher Auflösung zu erzielen. Auf Grund der
Verbindung zwischen der Keramik und dem Halbleiterchip 2 ist eine Anpassungsstruktur für HF-Signale sehr wichtig, um Re- flektion bei hohen Frequenzen zu vermeiden. Die an der Oberseite 3a gelegene Anschlussstelle / Metalli¬ sierung 8 ist mit jeweils einem Bonddraht 5 verbunden zur verlustarmen Weiterleitung der HF-Signale an die Antenne 7 (siehe Figur 3c) . Vorzugsweise eignet sich die Anordnung 1 auf diese Weise zur Oberflächenmontage, indem der Halbleiterchip 2 über die Anschlussstelle / Metallisierung 8 beispielsweise mit den Kon¬ taktstellen einer Leiterplatte aus organischem Standardmate- rial verbunden werden kann, auf der das HF-Substrat 3 ange¬ ordnet ist. Mit anderen Worten, das HF-Substrat 3 kann insbe¬ sondere für ein SMD (Surface Mounted Device) -Bauelement ver¬ wendet werden.
Beispielsweise kann an der Unterseite 3b eine weitere An¬ schlussstelle 8 in Form einer Metallisierung angeordnet sein (nicht explizit dargestellt) . An der Unterseite 3b und/oder der Oberseite 3a des HF- Substrats ist vorzugsweise ferner - insbesondere für Schal¬ tungen mit relativ tiefer Arbeitsfrequenz bis zu einigen GHz - ein organisches Standardmaterial angeordnet (nicht explizit dargestellt) . Das Standardmaterial kann beispielsweise FR4 aufweisen. Ist das Standardmaterial an der Unterseite 3b (An¬ tennenseite) ausgebildet muss eine Öffnung in der organischen Standardmaterial Leiterplatte vorgesehen sein.
Vorzugsweise weist das HF-Substrat 3, vorzugsweise eine LTCC Keramik, einen Anschlussbereich auf zur Verbindung des HF- Substrats 3 mit dem organischen Standardmaterial (nicht ex¬ plizit dargestellt) . Der Anschlussbereich ist dazu ausgebil¬ det und angeordnet eine direkte Lötverbindung zwischen dem organischen Standardmaterial und dem HF-Substrat 3 auszubil- den. Mit anderen Worten, das HF-Substrat 3 und das organische Standardmaterial sind unmittelbar miteinander verbunden. Der Anschlussbereich ist auf der Unterseite 3b und/oder der Oberseite 3a des HF-Substrats 3 ausgebildet. Der Anschlussbereich weist ein BGA oder ein LGA auf.
Ferner weist die Anordnung noch wenigstens eine, vorzugsweise mehrere, beispielsweise vier, 77-GHz Antennen 7 auf. Vorzugs¬ weise ist die jeweilige 77-GHz Antenne 7 im mechanisch festen Material des HF-Substrats 3 ausgebildet. Die Antennen 7 sind vorzugsweise an der Unterseite 3b des HF-Substrats 3 ausge¬ bildet. Vorzugsweise sind die 77-GHz Antennen 7 und der Halb¬ leiterchip 2 auf unterschiedlichen bzw. gegenüberliegenden Seiten des HF-Substrats 3 angeordnet, also auf der Oberseite 3a und der Unterseite 3b. Auf diese Weise kann die Fläche des HF-Substrats 3 reduziert werden. Die Antennen 7 sind derart ausgebildet und angeordnet, dass sie entlang der Flächennor¬ malen 9 zur Unterseite 3b des HF-Substrats 3 abstrahlen.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Anordnung ferner wei¬ teres Material oder Zusatzmaterial 10 auf. Das Zusatzmaterial 10 weist eine kleine elektrische Permittivität auf. Das Zu¬ satzmaterial 10 ist an der Unterseite 3b des HF-Substrats 3 angeordnet. Das Zusatzmaterial 10 wird vorzugsweise mittels eines generativen Fertigungsverfahrens auf die Unterseite 3b aufgebracht. Das Zusatzmaterial 10 dient dazu die dielektri¬ sche Konstante des Materials des HF-Substrats 3 zu ändern. Dadurch werden die Abstrahlungseigenschaften der 77-GHz An- tennen 7 verbessert.
Durch das mechanisch feste Material des HF-Substrats 3 wird ein stabiles HF-Frontend zur Verfügung gestellt. Trägersub¬ strate beispielsweise in Form eines Metallträgers können ent- fallen. Damit wird ein einfaches, kompaktes, kostengünstiges und stabiles Bauelement bereitgestellt.
Figur 2 zeigt eine Anordnung 1 für ein HF-Frontend gemäß ei¬ nem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie die in Figur 1 gezeigte Anordnung, ist auch diese Anordnung 1 für die Verwendung in einem linsenbasierten Automobilradarsystem mit einer Arbeitsfrequenz von 77 GHz vorgesehen. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zwischen den Anordnungen 1 aus den Figuren 1 und 2 beschrieben. Im Gegensatz zu Figur 1 weist das HF-Substrat 3 keine Kavität 4 auf. Insbe¬ sondere ist der Halbleiterchip 2 nicht in einer Kavität an der Oberseite 3a des HF-Substrats angeordnet. Vielmehr ist die Oberseite 3a eben und der Halbleiterchip 2 ist auf der ebenen Oberseite 3a angeordnet.
Um Höhenunterschiede für den jeweiligen Bonddraht 5 zu redu- zieren, weist der Halbleiterchip 2 aus Figur 2 eine geringere Höhe oder vertikale Ausdehnung auf, als der Halbleiterchip 2 aus Figur 1. Beispielsweise beträgt die Höhe des Halbleiter¬ chips 2 gemäß der Figur 2 weniger als 250 ym, beispielsweise 127 ym. Vorzugsweise ist der Halbleiterchip 2 in diesem Aus- führungsbeispiel geschliffen.
Im Übrigen finden die in Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Merkmale und Funktionen auch bei der Anordnung 1 aus Figur 2 Anwendung.
Im Folgenden wird die Herstellung einer Anordnung für ein HF- Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems in Zusammenhang mit den Figuren 3a bis 3c sowie 4a bis 4c be¬ schrieben .
Zunächst wird ein HF-Substrat 3 bereitgestellt, vorzugsweise das in Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebene HF- Substrat. Insbesondere weist das HF-Substrat 3 ein mechanisch festes Material auf, beispielsweise eine LTCC oder eine HTCC Keramik.
Bei der Herstellung des HF-Substrats 3 werden Grünfolien zur Ausbildung der keramischen Schichten bereitgestellt und über- einander gestapelt. Die Grünfolien enthalten beispielsweise ein Keramikpulver, ein Bindemittel und einen Glasanteil als Sinterhilfsmittel. Beispielsweise wird als Keramikpulver Alu¬ miniumoxid verwendet. In einer Ausführungsform wird die LTCC- Technologie angewendet. Dabei wird beispielsweise bei einer Temperatur von um die 900°C gesintert. Alternativ wird die HTCC-Technologie angewendet. In diesem Fall wird bei sehr ho¬ her Temperatur, beispielsweise im Bereich von 1600°C gesintert. Hier enthalten die Grünfolien beispielsweise keinen Glasanteil.
Die Schichten des Schichtstapels sind mit wenigstens einem Loch, vorzugsweise einer Vielzahl von Löchern, versehen. Die Löcher können die Schichten in vertikaler Richtung vollstän- dig durchdringen. Alternativ dazu, im Fall einer versetzten Durchkontaktierung, kann ein Loch auch nur eine Schicht durchdringen. Das jeweilige Loch wird beispielsweise mittels eines Lasers oder durch Stanzen eingebracht. Zur Erzeugung des vertikalen HF-Speisnetzwerks 6 wird das Loch nach dem Sintern mit einem Verbindungsmaterial gefüllt, beispielsweise durch Abscheiden eines Metalls aus einer Lösung. Vorzugsweise wird das Loch vollständig befüllt. Das Metall enthält oder ist beispielsweise Kupfer. In einem weiteren Schritt wird eine Metallisierung 8 auf die Oberseite 3a und/oder die Unterseite 3b des HF-Substrats 3 aufgebracht, beispielsweise mittels Photolithographie.
Vor dem Bereitstellen der Metallisierung 8 kann optional in einem weiteren Schritt ein Zusatzmaterial 10 mittels eines generativen Fertigungsverfahrens (AM, Additive Manufacturing) auf die Unterseite 3b (Antennenseite) des HF-Substrats 3 auf- gebracht werden, um die Abstrahlungseigenschaften der Antenne 7 zu verbessern (siehe Figur 1) .
In einem weiteren Schritt wird der Halbleiterchip 2 auf dem HF-Substrat 3 angeordnet. Dabei wird entweder in einem voran¬ gehenden Schritt eine Kavität 4 an der Oberseite 3a des HF- Substrats ausgebildet, beispielsweise durch Laserabtrag, und der Halbleiterchip 2 wird in dieser Kavität 4 angeordnet (siehe Figuren 3a bis 3c) oder der Halbleiterchip 2 wird di- rekt auf der ebenen Oberseite 3a angeordnet (siehe Figuren 4a bis 4c) . Wie bereits in Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben, werden für die unterschiedlichen Ausführungen unterschiedlich hohe Halbleiterchips 2 bereitgestellt. Insbe¬ sondere weist der Halbleiterchip 2, welcher nicht in einer Kavität angeordnet wird, eine geringere Höhe auf als der Halbleiterchip 2, der in der Kavität angeordnet wird.
In einem weiteren Schritt wird wenigstens eine, bevorzugt mehrere 77-GHz Antennen auf dem HF-Substrat 3 bereitgestellt. Vorzugsweise werden die Antennen 7 auf der Unterseite 3b des HF-Substrats 3 ausgebildet.
In einem weiteren Schritt wird wenigstens ein Bonddraht 5, vorzugsweise ein Vielzahl von Bonddrähten 5, bereitgestellt. Der Halbleiterchip 2 wird mit dem jeweiligen Bonddraht 5 versehen. Anschließend wird jeweils ein Bonddraht 5 mit der Me¬ tallisierung / Anschlussstelle / Anpassungsstruktur 8, die mit dem vertikalen HF-Speisnetzwerk 6 für die Antenne verbunden ist, direkt verbunden. Durch die jeweilige Anschlussstel- le 8 ist der Halbleiterchip 2 mit einer entsprechenden Anschlussstelle bzw. einer Antenne 7 an der Unterseite 3b des HF-Substrats 3 verbunden. Die Reihenfolge der Herstellungsschritte kann nach Bedarf va¬ riieren. Demnach stellt das oben beschriebene Verfahren lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung der Anordnung dar.
Die Beschreibung der hier angegebenen Gegenstände ist nicht auf die einzelnen speziellen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können die Merkmale der einzelnen Ausführungsformen - soweit technisch sinnvoll - beliebig miteinander kombiniert werden .
Bezugs zeichenliste
1 Anordnung
2 Halbleiterchip / MMIC
3 HF-Substrat
3a Oberseite / Chipseite
3b Unterseite / Antennenseite
4 Kavität
5 Bonddraht
6 Vertikales HF-Speisnetzwerk
7 Antenne
8 Anschlussstelle / Metallisierung / Anpassungsstruktur
9 Flächennormale
10 Zusatzmaterial

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) für ein HF-Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems aufweisend
- ein HF-Substrat (3) aufweisend eine Oberseite (3a) und eine Unterseite (3b) ,
- einen Halbleiterchip (2), wobei der Halbleiterchip (2) an der Oberseite (3a) des HF-Substrats (3) angeordnet ist, wobei das HF-Substrat (3) eine Kavität (4) aufweist, wobei der Halbleiterchip (2) zumindest teilweise in der Kavität (4) angeordnet ist,
- wenigstens eine 77-GHz Antenne (7), wobei die 77-GHz Anten¬ ne (7) an der Unterseite (3b) des HF-Substrats (3) angeordnet ist,
wobei das HF-Substrat (3) ein mechanisch festes Material auf¬ weist, wobei eine Anpassungsstruktur auf der Oberseite (3a) vorgesehen ist, und wobei ein vertikales HF-Speisnetzwerk (6) für eine Übertragung des HF-Signals zwischen Anpassungsstruktur und 77-GHz Antenne (77) vorgesehen ist.
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1,
wobei der Halbleiterchip (2) mittels Drahtbonden und/oder Flip-Chip Montage an das HF-Substrat (3) angebunden ist zur Übertragung des HF-Signals von der Anpassungsstruktur zur 77- GHz Antenne (7) .
3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Anordnung (1) oberflächenmontierbar ausgebildet ist .
4. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die 77-GHz Antenne (7) dazu ausgebildet und angeordnet ist entlang einer Flächennormalen (9) zu der Unterseite (3b) des HF-Substrats (3) abzustrahlen.
5. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Anordnung (1) frei von einem metallischen Träger ist .
6. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das HF-Substrat (3) eine LTCC Keramik oder eine HTCC Keramik aufweist.
7. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an der Unterseite (3b) und/oder der Oberseite (3a) des HF-Substrats (3) ein organisches Standardmaterial angeordnet ist .
8. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (2) eine 77-GHz monolithische Mikro¬ wellenschaltung aufweist.
9. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterchip (2) ein SiGe Sendeempfänger-Chip ist oder wobei der Halbleiterchip (2) ein CMOS-Bauelement ist.
10. Anordnung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Zusatzmaterial (10) an der Unterseite (3b) des HF- Substrats (3) angeordnet ist, und wobei das Zusatzmaterial (10) eine kleine elektrische Permittivität aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung (1) für ein HF- Frontend eines linsenbasierten 77-GHz Automobilradarsystems aufweisend die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines HF-Substrats (3) , wobei das HF-Substrat (3) ein mechanisch festes Material aufweist, wobei wenigstens ein vertikales HF-Speisnetzwerk (6) in dem HF-Substrat (3) ausgebildet ist, und wobei eine Anpassungsstruktur auf einer Oberseite (3a) und/oder Unterseite (3b) des HF-Substrats (3) vorgesehen ist,
- Einbringen einer Kavität (4) in das HF-Substrat (3),
- Bereitstellen von wenigstens einer 77-GHz Antenne (7) auf dem HF-Substrat (3) ,
- Zumindest teilweises Anordnen eines Halbleiterchips (2) in der Kavität (4), wobei Halbleiterchip (2) und 77-GHz Antenne (7) an gegenüberliegenden Seiten (3a, 3b) des HF-Substrats (3) angeordnet werden,
- Versehen des Halbleiterchips (2) mit wenigstens einem Bond¬ draht (5) und Verbinden des Bonddrahts (5) mit der Anpas¬ sungsstruktur des HF Substrats (3) zur Übertragung des HF- Signals von der Anpassungsstruktur zur 77-GHz Antenne (7) .
12. Verfahren nach Anspruch 11,
wobei die Anpassungsstruktur durch Aufbringen von wenigstens einer Metallisierung (9) auf der Oberseite (3a) und/oder der Unterseite (3b) des HF-Substrats (3) ausgebildet wird, und wobei die Metallisierung (9) mittels Photolithographie auf das HF-Substrat (3) aufgebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
wobei das HF-Substrat (3) eine LTCC Keramik oder eine HTCC Keramik aufweist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei in einem weiteren Schritt ein Zusatzmaterial (10) mit¬ tels eines generativen Fertigungsverfahrens auf die Untersei¬ te (3b) des HF-Substrats (3) aufgebracht wird, und wobei das Zusatzmaterial (10) eine kleine elektrische Permittivität aufweist .
15. Verwendung einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für ein HF-Frontend in einem linsenbasierten 77-GHz AutomobilradarSystem.
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