WO2023020668A1 - Radarsystem zur umgebungserfassung mit einer wellenleiterantenne gebildet aus einer platine und einem formteil - Google Patents

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Markus Wintermantel
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Continental Autonomous Mobility Germany GmbH
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    • H01Q1/3233—Adaptation for use in or on road or rail vehicles characterised by the application wherein the antenna is used particular used as part of a sensor or in a security system, e.g. for automotive radar, navigation systems

Definitions

  • Radar system for detecting the surroundings with a waveguide antenna formed from a circuit board and a molded part
  • the invention relates to a radar system for detecting the surroundings for motor vehicle applications.
  • the radar system has a waveguide antenna and a high-frequency component, with the waveguide antenna and high-frequency component being located on the same side of the circuit board and the waveguide antenna being formed from the circuit board and a molded part.
  • driver assistance systems which, with the aid of sensor systems, detect the surroundings and derive automatic reactions of the vehicle from the traffic situation detected in this way and/or instruct the driver, in particular warn him.
  • FSRA Full Speed Range Adaptive Cruise Control
  • Security functions are now available in many different forms. Functions for reducing the braking or stopping distance in emergency situations through to autonomous emergency braking form one group.
  • Another group are lane change functions: They warn the driver or intervene in the steering if the driver wants to change lanes dangerously, i.e. if a vehicle is in the adjacent lane either in the blind spot (referred to as BSD - "Blind Spot Detection") - designated) or approaching rapidly from behind (LCA - “Lane Change Assist”).
  • BSD Blind Spot Detection
  • LCDA Lane Change Assist
  • Radar sensors are used for systems of the type described above, often in fusion with sensors of other technologies, such as e.g. B. Camera sensors. Radar sensors have i.a. the advantage that they work reliably even in poor weather conditions and, in addition to the distance from objects, can also directly measure their radial relative speed using the Doppler effect. As a rule, 24GHz, 77GHz and 79GHz are used as transmission frequencies.
  • a central element of every radar sensor is the antenna; it largely defines the performance and the price of the sensor.
  • the antennas are mostly implemented in planar technology on the high-frequency circuit board, e.g. B. as patch antennas. Disadvantages of such an antenna implementation are on the one hand the losses in the feed lines and antennas themselves (which limits the range) and on the other hand the high costs for such a circuit board (especially because special high-frequency capable substrates are required, which are expensive and require complex processing).
  • a basic structure of a generic radar sensor is known from DE 102018203106 A1, which overcomes the disadvantages of planar technology in that a waveguide antenna made of plastic and a high-frequency component with at least one element for direct emission or reception is used, with the waveguide antenna and high-frequency component being on opposite sides are located on the circuit board and the coupling between the high-frequency component and the waveguide antenna takes place through the circuit board, e.g. B. via a simple hole in the circuit board.
  • the antenna shown there as an example has internal waveguide channels, ie it must be composed of at least two layers.
  • the object of the invention is, based on the prior art (e.g. for the general concept from DE 102018203106 A1), to propose a structure which on the one hand reduces the number of layers of the molded part required to implement the antenna and on the other hand does not use a special high-frequency component Requires elements for direct emission or reception, but is suitable for a conventional high-frequency component in which the high-frequency signals are routed via electrical connections from the component to the circuit board.
  • the radar system according to the invention for detecting the surroundings has the following: a circuit board which carries at least one high-frequency component, with high-frequency signals being routed from the component to the circuit board via electrical connections, and a molded part which has one or more individual antennas for transmitting and/or receiving radar signals on its upper side, the electrical connection between the circuit board and the at least one individual antenna on the upper side of the molded part is realized at least partially by an internal waveguide.
  • the invention is characterized in that the molded part is arranged on the same side of the circuit board as the at least one high-frequency component and is at least partially and conductively connected to it, in particular by soldering and/or conductive bonding, at least one hollow waveguide through a recess on the circuit board facing side of the molded part and a metallized surface of the circuit board is formed, this at least one waveguide is electrically fed by the circuit board and, as a result of this structure, the molded part consists of a single-layer, at least partially metallized plastic part or a single-layer metal part, which is preferably produced by die-casting, deep-drawing or bending technology is, can exist or exists.
  • the high-frequency electrical wiring between the high-frequency component and the waveguide formed by the circuit board and molded part can run at least in a section within the circuit board, in particular through a waveguide integrated in a substrate, and the molded part can be soldered or glued on top of this, in order to separate the high-frequency component and the through Circuit board and molding formed waveguide to prevent a connection through air.
  • the molded part and circuit board can already be pressed together during the soldering process.
  • the compression is preferably done by temporarily attached spring elements such.
  • the pressing together can also be implemented by means of resilient elements integrated into the molded part, which are preferably connected to the circuit board by pressing in or clipping.
  • the molded part can have intended bending points, through which it can be arranged or pressed onto the circuit board more easily.
  • Solder beads which are used for soldering and are part of the waveguide boundary, are preferably arranged on the side of the molded part facing the circuit board.
  • the positioning of the molded part parallel to the circuit board can be realized by structures such as pegs and pins, which protrude from the molded part into recesses or holes in the circuit board.
  • At least one component can be arranged on the side of the circuit board facing the molded part, which is covered by a cavity in the molded part, the surface of which is preferably metallized.
  • Thermal contact can expediently be established between at least one component and the molded part, in particular by means of heat-conducting paste.
  • the present invention also includes a method for producing a radar system according to the invention, in which the molded part and the circuit board are pressed together during the soldering process.
  • the pressing together of molded part and circuit board is preferably carried out by temporarily attached spring elements such.
  • the molded part can be pressed onto the circuit board in a particularly simple manner.
  • Figure 1 shows a prior art high frequency circuit board of a radar system.
  • FIG. 2 shows the top (left) and bottom (right) of a cuboid, plastic-based waveguide antenna.
  • FIG. 3 shows a section through a radar sensor with direct emission from a top side of a high-frequency chip into a waveguide antenna.
  • FIG. 4 shows a section through a radar sensor with direct emission from the underside of a high-frequency chip through openings in a circuit board into a waveguide antenna which is located on the opposite side of the circuit board.
  • Fig. 5 shows a section through the radar sensor according to the invention with a conventional high-frequency chip located on the upper side of the circuit board and a waveguide antenna, which is formed by a single-layer molded part and an at least partially metallized circuit board surface, the molded part and circuit board being at least partially soldered or bonded are conductively connected.
  • Fig. 6 the molded part is shown from its side facing the circuit board.
  • FIG. 8 shows a spring element integrated into the molded part for pressing the molded part and the circuit board together.
  • FIG. 9 shows a molded part with intended bending points in order to make it easier to press the molded part and the board together.
  • exemplary embodiments
  • FIG. 1 shows a high-frequency circuit board with a high-frequency component, a so-called MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) and with three transmitting antennas (TX) and four receiving antennas (RX), the antennas each being composed of several individual radiators.
  • MMIC Monolithic Microwave Integrated Circuit
  • TX transmitting antennas
  • RX receiving antennas
  • the antennas are implemented as planar patch antennas.
  • the antennas and their leads from the high-frequency chip require a special substrate on the top layer of the high-frequency circuit board with material data suitable for high-frequency (e.g. defined thickness, defined dielectric constant, very low loss angle).
  • material data suitable for high-frequency (e.g. defined thickness, defined dielectric constant, very low loss angle).
  • the material costs of this special substrate and its processing lead to costs that are higher by a factor of a factor compared to a pure low-frequency circuit board of the same size and the same number of layers.
  • the signal losses in the antennas and their feed lines are also disadvantageous.
  • For a transmitting and a receiving antenna including feed lines there is typically a power loss of around 6dB.
  • Such a reduced sensor sensitivity can e.g. B. result in a 30% reduced maximum sensor range.
  • waveguide antennas Due to the mentioned disadvantages of board-based antennas, so-called waveguide antennas are now being considered more and more.
  • antennas and their leads are realized with the help of waveguides, which in the simplest case represent rectangular cavities with metallic or metallized walls; this is why the term waveguide antenna is often used.
  • Such an antenna can be designed as a cuboid plastic part and is shown in FIG. 2, for example. As shown in Figure 2, there are openings for radiation on the top and openings for feeding on the bottom; Cavity structures run inside the plastic part, with all surfaces being metallized on the outside and inside (for the actual functionality, only the surfaces in the area of the waveguide and the individual antennas be metallized, but for reasons of simple production, the full surface is usually metallized); Not shown in FIG.
  • the antenna 2 are depressions on the underside of the antenna for components located on the circuit board underneath (in particular the high-frequency chip) and high-frequency lines to structures radiating into the waveguide antenna.
  • Such an antenna is typically composed of at least two metallized layers in order to be able to realize internal waveguides; if three or more layers are used, it is also possible for high-frequency connections to cross. Since the arrangement of the individual antennas is now independent of the chip, as shown in FIG. B. below the four receiving antennas (they are arranged next to each other in the board-based antenna according to FIG. 1). Since the chip is no longer on the antenna level, smaller sensors can be implemented.
  • Waveguide antennas made of plastic that is metallized on the surface typically have clear manufacturing and cost advantages compared to an all-metal realization. Challenges with plastic-based waveguide antennas are the necessary accuracy of the structures and the precise connection of the several plastic layers - but new manufacturing processes are now making this possible.
  • the high-frequency signals are fed from the component to the circuit board via electrical connections.
  • the transition from chip 3.6 to waveguide antenna 3.2 is tolerance-critical;
  • the long chain of tolerances includes the following in particular: soldering of the chip, thickness of the chip, tolerances of the antenna;
  • chip 3.6 requires not only a so-called redistribution layer 3.10 at the bottom, but also a further redistribution layer 3.8 at the top for the radiation elements 3.7;
  • the general structure according to FIG. 4 is proposed in DE 102018203106 A1.
  • the radiating elements 4.7 are now arranged on the underside of the chip 4.6, the chip 4.6 being on the opposite side of the circuit board 4.3 to the plastic antenna 4.2.
  • the plastic antenna 4.2 is fed from the chip 4.6 through the circuit board 4.3, which is transparent to the radar waves at these points; high-frequency transitions from the chip 4.6 to the plastic antenna 4.2 are thus realized through the circuit board 4.3.
  • the permeability of the circuit board 4.3 can be realized simply through a hole in the circuit board 4.3, the side walls of the circuit board 4.3 then being metalized at this point, so that a type of waveguide is realized in each case.
  • the antenna shown as an example in DE 102018203106 A1 has internal waveguide channels, ie it must consist of at least two layers be composed - in the antenna according to Figure 4, the two layers are denoted by 4.21 and 4.22.
  • FIG. 5 shows a waveguide antenna which is realized by soldering or conductively gluing a single-layer molded part 5.2 that is metallic or at least partially metallized on the surface to the circuit board 5.3.
  • a single-layer molded part 5.2 that is metallic or at least partially metallized on the surface to the circuit board 5.3.
  • three sides of internal waveguides 5.13 are realized by the molded part, and the fourth side is realized by the circuit board that is metallized on the surface there.
  • the lower antenna layer 4.22 from FIG. 4 is now replaced by the circuit board 5.3;
  • the groove for the waveguide in molded part 5.2 must now have the full depth of the waveguide.
  • the advantage is that only a single-layer molded part is required, while e.g. B.
  • connection process used i.e. soldering or gluing
  • soldering or gluing is also inexpensive; In the simplest case, the molded part and the electronic components are soldered on in the same process, so that no additional process step is necessary.
  • FIG. 5 only shows the structure of the molded part and in particular its forward-radiating elements in a very simplified and schematic manner
  • FIG. 6 shows the structure of the molded part 6.2 seen from the rear in more detail.
  • the hatched areas are indentations for waveguides 6.3 (hatched) and component cavities 6.4 (checkered hatching); 6.41 is the cavity for the high-frequency component. Through such cavities for components, they can be electromagnetically shielded; it is assumed that the surfaces of the cavities are metallized.
  • the slits 6.5 marked in white are openings to the top, which in turn is otherwise unstructured.
  • the dotted area 6.6 represents the otherwise smooth rear side of the shaped part.
  • the structure in the molded part can also be more complex in order to achieve better adaptation.
  • other structures such as e.g. B. horn radiator can be realized towards the top.
  • the high frequency outputs of the chip for RX and TX are assumed to be on opposite sides, while for Figure 2 they are assumed to be on adjacent sides.
  • individual antennas and high-frequency components can no longer lie on top of one another, so that a similar amount of area is required as when the antennas are realized on the printed circuit board, ie using planar technology.
  • radiating elements implemented on the circuit board e.g. so-called patches
  • the molded part must have a cutout above the microstrip lines and cannot be soldered, so that there is an air connection between the high-frequency component and the waveguides formed by the circuit board and molded part, which could be disadvantageous - for example with regard to insulation between the individual antennas.
  • the high-frequency electrical wiring between the high-frequency component and the waveguide formed by the circuit board and the molded part must run at least in one section within the circuit board and be soldered or glued to the molded part.
  • the partial electrical line routing within the circuit board can be implemented by a waveguide integrated in a substrate, as is presented, for example, in EP000003100070B1.
  • the output of this waveguide implemented in the circuit board can be designed in such a way that it transmits the wave directly (e.g. without an explicit patch) into the waveguide realized between the molded part and the circuit board.
  • An essential requirement for the realization of a waveguide through a molded part and circuit board is that there is a conductive connection between the molded part 6.2 and the circuit board underneath around the waveguide structures 6.3. Instead of a full-surface connection, individual points are also sufficient (with a spacing of typically ⁇ 1mm in a 77/79GHz radar system).
  • a possible version of this is that the molded part is equipped with solder beads (balls) on the underside like a chip and is soldered to the circuit board via these.
  • thermoplastics as the base material are the simplest and cheapest solution in terms of production technology - however, the dimensional accuracy that can be achieved with thermoplastics and thus flatness and their thermal expansion behavior is generally not optimal.
  • thermoplastics are not particularly heat-resistant, which can mean that a low-temperature soldering process is required when the molded part is soldered onto the circuit board. H. two separate soldering processes are then required.
  • thermosets as the plastic base material; they deliver dimensionally stable and heat-resistant injection molded parts that also have a very smooth surface, which is important for the lowest possible loss waveguides (then you don’t need thick metallization layers to “smooth” the surfaces, but thin metallizations are sufficient, which saves costs).
  • the disadvantage of molded parts made of duroplastics is that their production is generally somewhat more complex.
  • the molded part used is dimensionally accurate, it can be soldered or glued to the circuit board without being pressed.
  • FIG. 8 shows an example of this—a section of the molded part 8.2 made of metallized plastic is shown from behind at the top, and a section through the molded part 8.2 and circuit board 8.3 in the compressed state is shown below.
  • Structure 8.4 realized by a cavity pierced on three sides, carries a pin 8.5 protruding to the rear, which is pressed into a hole in plate 8.3; the spring effect is achieved by the structure 8.4 cut free on three sides and the use of an elastic plastic (e.g. made of thermoplastic); the breakthroughs for cutting free the structure 8.4 are denoted by 8.6.
  • the molded part is as elastic as possible, which can be achieved by predetermined bending points as proposed in DE 102018213540 B3.
  • the molded part can have deep grooves 9.7 and/or openings 9.8 for this purpose, so that thin, elastic connections or webs are realized between individual areas of the molded part; Grooves can be made from the rear and/or front.
  • the component cavities are not shown in FIG. 9 for reasons of illustration.
  • waveguides are rectangular; it is therefore favorable if the wide side of the waveguide is parallel to the rear side and the narrow side represents or defines the depression. In the coupling area, however, there may not be enough space for such an orientation of a rectangular waveguide if the coupling points are close to one another. Then space-saving transition structures are required. Small and shallow waveguides can also be realized in that their cross-section is not rectangular, but z. B. has a longitudinal raised ridge in the middle of one of the long sides; in technical jargon this is referred to as a "ridged waveguide".
  • the z. B. require a crossing of waveguides, at least one further layer is required.
  • This at least one additional layer is preferably produced as an additional molded part using the same manufacturing process as the first molded part, and this at least one additional molded part is connected to the first molded part in the same process step (in particular by soldering or conductive adhesive bonding) as the connection between the first molded part and the circuit board realized.
  • the antenna or the elements on the chip are referred to as “radiating” - in the case of receiving antennas, this of course means “receiving” within the meaning of the invention; and if the waveguide on the back of the antenna is referred to as “feeding in”, then, in the context of the invention, this means “decoupling” in the case of receiving antennas.

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Abstract

Radarsystem zur Umgebungserfassung aufweisend - eine Platine, welche mindestens ein Hochfrequenzbauteil trägt, wobei Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil zur Platine geführt sind, und - ein Formteil, welches an seiner Oberseite eine oder mehrere Einzelantennen zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen aufweist, - wobei die elektrische Verbindung zwischen der Platine und der mindestens einen Einzelantenne auf der Oberseite des Formteils zumindest teilweise durch einen innenliegenden Wellenleiter realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass - das Formteil auf derselben Seite der Platine wie das wenigstens eine Hochfrequenzbauteil angeordnet und mit dieser insbesondere durch Lötung und/oder leitfähige Verklebung zumindest partiell und leitfähig verbunden ist, - wenigstens ein hohlförmiger Wellenleiter durch eine Vertiefung auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils und eine metallisierte Oberfläche der Platine gebildet wird, - dieser wenigstens eine Wellenleiter von der Platine elektrisch gespeist wird und - durch diesen Aufbau das Formteil aus einem einlagigen zumindest partiell metallisierten Kunststoffteil oder einem einlagigen Metallsteil, welches vorzugsweise durch Druckguss, Tiefziehen oder Biegetechnik hergestellt ist, bestehen kann oder besteht.

Description

Beschreibung / Description
Radarsystem zur Umgebungserfassung mit einer Wellenleiterantenne gebildet aus einer Platine und einem Formteil
Die Erfindung bezieht sich auf ein Radarsystem zur Umgebungserfassung für Kraftfahrzeuganwendungen. Das Radarsystem besitzt erfindungsgemäß eine Wellenleiterantenne sowie ein Hochfrequenzbauteil, wobei sich Wellenleiterantenne und Hochfrequenzbauteil auf der gleichen Seite der Platine befinden und die Wellenleiterantenne aus der Platine und einem Formteil gebildet ist.
Stand der Technik
Kraftfahrzeuge werden zunehmend mit Fahrerassistenzsystemen ausgerüstet, welche mit Hilfe von Sensorsystemen die Umgebung erfassen und aus der so erkannten Verkehrssituation automatische Reaktionen des Fahrzeugs ableiten und/oder den Fahrer instruieren, insbesondere warnen. Dabei unterscheidet man zwischen Komfort- und Sicherheitsfunktionen.
Als Komfortfunktion spielt in der momentanen Entwicklung FSRA (Full Speed Range Adaptive Cruise Control) eine wichtige Rolle. Das Fahrzeug regelt dabei die Eigengeschwindigkeit auf die vom Fahrer vorgegebene Wunschgeschwindigkeit ein, sofern die Verkehrssituation dies zulässt, andernfalls wird die Eigengeschwindigkeit automatisch an die Verkehrssituation angepasst.
Sicherheitsfunktionen gibt es mittlerweile in vielfältiger Ausprägung. Eine Gruppe bilden dabei Funktionen zur Reduzierung des Brems- bzw. Anhalteweges in Notsituationen bis hin zur autonomen Notbremsung. Eine weitere Gruppe sind Spurwechselfunktionen: Sie warnen den Fahrer bzw. greifen in die Lenkung ein, wenn der Fahrer einen gefährlichen Spurwechsel durchführen möchte, also wenn sich ein Fahrzeug auf der Nebenspur entweder im toten Winkel befindet (wird als BSD - „Blind Spot Detection“ - bezeichnet) oder sich schnell von hinten nähert (LCA - „Lane Change Assist“). Mittlerweile wird der Fahrer aber nicht mehr nur assistiert, sondern die Aufgabe des Fahrers wird zunehmend autonom vom Fahrzeug erledigt, d. h. der Fahrer wird zunehmend ersetzt; man spricht von autonomem Fahren.
Für Systeme der oben beschriebenen Art werden Radarsensoren eingesetzt, häufig auch in Fusion mit Sensoren anderer Technologie, wie z. B. Kamerasensoren. Radarsensoren haben u. a. den Vorteil, dass sie auch bei schlechten Wetterbedingungen zuverlässig arbeiten und neben dem Abstand von Objekten auch direkt deren radiale Relativgeschwindigkeit über den Dopplereffekt messen können. Als Sendefrequenzen werden dabei in der Regel 24GHz, 77GHz und 79GHz eingesetzt.
Durch den zunehmenden funktionalen Umfang solcher Systeme erhöhen sich permanent die Anforderungen, insbesondere an die maximale
Detektionsreichweite. Gleichzeitig findet aber dennoch ein starker Preisverfall statt.
Neben der Umfelderfassung von Kraftfahrzeugen für Systeme der oben beschriebenen Art rückt mittlerweile auch die Innenraumüberwachung von Kraftfahrzeugen in den Fokus, z. B. zur Erkennung, welche Sitze belegt sind; dabei werden Frequenzen im Bereich 60GHz eingesetzt. Die dafür verwendeten Radarsensoren müssen in besonderem Maße kostengünstig sein, um mit anderen Technologien zur Innenraumüberwachung konkurrieren zu können.
Ein zentrales Element jedes Radarsensors ist die Antenne; sie definiert maßgeblich die Performance und den Preis des Sensors. Aktuell werden die Antennen meist in Planartechnologie auf der Hochfrequenz-Platine realisiert, z. B. als Patchantennen. Nachteilig an einer solchen Antennenrealisierung sind einerseits die Verluste in Zuleitungen und Antennen selber (was die Reichweite limitiert) und andererseits die hohen Kosten für eine solche Platine (insbesondere weil spezielle hochfrequenzfähige Substrate benötigt werden, die teuer sind und eine aufwändige Prozessierung benötigen). Aus DE 102018203106 A1 ist ein grundsätzlicher Aufbau eines gattungsgemäßen Radarsensors bekannt, welcher die Nachteile der Planartechnologie dadurch überwindet, dass eine Wellenleiterantenne aus Kunststoff und ein Hochfrequenzbauteil mit mindestens einem Element zum direkten Abstrahlen bzw. Empfangen eingesetzt wird, wobei sich Wellenleiterantenne und Hochfrequenzbauteil auf entgegengesetzten Seiten des Platine befinden und die Kopplung zwischen Hochfrequenzbauteil und Wellenleiterantenne durch die Platine hindurch erfolgt, z. B. über ein einfaches Loch in der Platine. Die dort beispielhaft gezeigte Antenne weist innenliegende Hohlleiterkanäle auf, d. h. sie muss aus wenigstens zwei Lagen zusammengesetzt sein.
Aufgabe, Lösung und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik (z. B. für das generelle Konzept aus DE 102018203106 A1 ) einen Aufbau vorzuschlagen, welcher zum einen die Lagenzahl des zur Realisierung der Antenne benötigten Formteils reduziert und zum anderen nicht ein spezielles Hochfrequenzbauteil mit Elementen zum direkten Abstrahlen bzw. Empfangen erfordert, sondern für ein konventionelles Hochfrequenzbauteil geeignet ist, bei welchem die Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil zur Platine geführt werden.
Diese Aufgabe wird grundsätzlich durch ein Radarsystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Tatsache, dass ein Radarsystem mit verbesserter Performance und geringerem Preis robust und einfach realisiert werden kann und dabei konventionelle Hochfrequenzbauteile eingesetzt werden können.
Das erfindungsgemäße Radarsystem zur Umgebungserfassung weist folgendes auf: eine Platine, welche mindestens ein Hochfrequenzbauteil trägt, wobei Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil zur Platine geführt sind, und ein Formteil, welches an seiner Oberseite eine oder mehrere Einzelantennen zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen aufweist, wobei die elektrische Verbindung zwischen der Platine und der mindestens einen Einzelantenne auf der Oberseite des Formteils zumindest teilweise durch einen innenliegenden Wellenleiter realisiert wird.
Ferner ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil auf derselben Seite der Platine wie das wenigstens eine Hochfrequenzbauteil angeordnet und mit dieser insbesondere durch Lötung und/oder leitfähige Verklebung zumindest partiell und leitfähig verbunden ist, wenigstens ein hohlförmiger Wellenleiter durch eine Vertiefung auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils und eine metallisierte Oberfläche der Platine gebildet wird, dieser wenigstens eine Wellenleiter von der Platine elektrisch gespeist wird und durch diesen Aufbau das Formteil aus einem einlagigen zumindest partiell metallisierten Kunststoffteil oder einem einlagigen Metallteil, welches vorzugsweise durch Druckguss, Tiefziehen oder Biegetechnik hergestellt ist, bestehen kann oder besteht.
Vorteilhafterweise kann die hochfrequente elektrische Leitungsführung zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter zumindest in einem Abschnitt innerhalb der Platine verlaufen, insbesondere durch einen in einem Substrat integrierten Wellenleiter, und darüber das Formteil aufgelötet oder aufgeklebt sein, um so zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter eine Verbindung über Luft zu unterbinden.
Zweckmäßigerweise können Formteil und Platine bereits während des Lötprozesses zusammengepresst werden.
Das Zusammenpressen wird dabei vorzugsweise durch temporär angebrachte Federelemente wie z. B. Klammem und/oder Federstifte realisiert. Alternativ kann das Zusammenpressen auch durch in das Formteil integrierte federnde Elemente realisiert werden, welche mit der Platine vorzugsweise durch Einpressen oder Clipsen verbunden sind.
Ferner kann das Formteil Sollbiegestellen aufweisen, durch die es an die Platine einfacher angeordnet oder angepresst werden kann.
Vorzugsweise sind auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils Lotperlen angeordnet, die zur Verlötung dienen und Teil der Wellenleiterberandung sind.
Zweckmäßigerweise kann die Positionierung des Formteils parallel zur Platine durch Strukturen, wie beispielweise Zapfen und Stifte, realisiert werden, die vom Formteil in Aussparungen oder Löcher der Platine ragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auf der dem Formteil zugewandten Seite der Platine mindestens ein Bauteil angeordnet sein, welches durch eine Kavität in dem Formteil, deren Oberfläche bevorzugt metallisiert ist, abgedeckt ist.
Zweckmäßigerweise kann zwischen mindestens einem Bauteil und dem Formteil ein thermischer Kontakt, insbesondere durch Wärmeleitpaste, hergestellt sein.
Nebengeordnet umfasst die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Radarsystems, bei dem das Formteil und die Platine während des Lötprozesses zusammengepresst werden.
Das Zusammenpressen von Formteil und Platine wird dabei vorzugsweise durch temporär angebrachte Federelemente, wie z. B. Klammern und/oder Federstifte, oder durch in das Formteil integrierte federnde Elemente, welche mit der Platine vorzugsweise durch Einpressen oder Clipsen verbunden sind, realisiert.
Dadurch, dass Sollbiegestellen, beispielsweise in Form von Nuten, Durchbrüchen und/oder Stegen, vorgesehen sind, kann das Formteil in besonders einfacher Weise an die Platine angepresst werden. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Fig. 1 zeigt eine Hochfrequenzplatine eines Radarsystems nach Stand derTechnik.
Fig. 2 zeigt die Oberseite (links) und die Unterseite (rechts) einer quaderförmigen kunststoffbasierten Hohlleiterantenne.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Radarsensor mit direkter Abstrahlung von einer Oberseite eines Hochfrequenzchips in eine Hohlleiterantenne.
Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Radarsensor mit direkter Abstrahlung von einer Unterseite eines Hochfrequenzchips durch Öffnungen in einer Platine in eine Hohlleiterantenne, welche sich auf der gegenüberliegenden Seite der Platine befindet.
Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Radarsensor mit einem konventionellen, sich auf der Oberseite der Platine befindlichen Hochfrequenzchip und einer Hohlleiterantenne, welche durch ein einlagiges Formteil und eine zumindest partiell metallisierte Platinenoberfläche gebildet wird, wobei Formteil und Platine zumindest partiell durch Lötung oder Klebung leitfähig verbunden sind.
In Fig. 6 ist das Formteil von seiner der Platine zugewandten Seite her dargestellt.
Fig. 7 zeigt eine temporäre Verbindung von Formteil und Platine während des Lötoder Klebeprozesses durch einen Federstift.
In Fig. 8 ist ein in das Formteil integriertes Federelement zum Zusammenpressen von Formteil und Platine dargestellt.
Fig. 9 zeigt ein Formteil mit Sollbiegestellen, um ein Zusammenpressen von Formteil und Platine zu erleichtern. Ausführungsbeispiele
Heute werden Antennen für Radarsysteme zur Umfelderfassung meist als planare Antennen auf einer Hochfrequenzplatine realisiert. In Figur 1 ist eine Hochfrequenzplatine mit einem Hochfrequenzbauteil, einem sogenannten MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) und mit drei Sendeantennen (TX) sowie vier Empfangsantennen (RX) gezeigt, wobei die Antennen jeweils aus mehreren Einzelstrahlern zusammengesetzt sind. Die Antennen sind als planare Patchantennen realisiert.
Die Antennen und ihre Zuleitungen vom Hochfrequenzchip benötigen auf der Oberlage der Hochfrequenzplatine ein spezielles Substrat mit für Hochfrequenz geeigneten Materialdaten (z. B. definierte Dicke, definierte Dielektrizitätskonstante, sehr geringer Verlustwinkel). Insbesondere die Materialkosten dieses speziellen Substrats und seine Prozessierung (auch wegen der erforderlichen hohen Strukturgenauigkeiten) führen auf um Faktoren erhöhte Kosten gegenüber einer reinen Niederfrequenzplatine gleicher Größe und gleicher Lagenanzahl. Neben den Kosten sind aber auch die Signalverluste in den Antennen und ihren Zuleitungen nachteilig. Für eine Sende- und eine Empfangsantenne inkl. Zuleitungen liegt man zusammen typischerweise bei Leistungsverlusten von etwa 6dB. Eine derartig reduzierte Sensorempfindlichkeit kann z. B. in einer um 30% reduzierten maximalen Sensorreichweite resultieren.
Aufgrund der genannten Nachteile von platinenbasierten Antennen werden nun verstärkt sogenannte Wellenleiterantennen betrachtet. Hier werden Antennen und ihre Zuleitungen mit Hilfe von Hohlleitern realisiert, welche im einfachsten Fall rechteckförmige Hohlräume mit metallischen bzw. metallisierten Wänden darstellen; deshalb wird häufig auch die Bezeichnung Hohlleiterantenne verwendet. Eine solche Antenne kann als quaderförmiges Kunststoffteil ausgeführt sein und ist beispielsweise in Figur 2 dargestellt. Wie in Figur 2 gezeigt, gibt es auf der Oberseite Öffnungen zur Abstrahlung und auf der Unterseite Öffnungen zur Einspeisung; innerhalb des Kunststoffteils verlaufen Hohlraumstrukturen, wobei alle Oberflächen außen und innen metallisiert sind (für die eigentliche Funktionalität müssten nur die Oberflächen im Bereich der Hohlleiter und der Einzelantennen metallisiert sein, aus Gründen einer einfachen Fertigung wird meist aber die volle Oberfläche metallisiert); in Figur 2 nicht dargestellt sind Vertiefungen auf der Unterseite der Antenne für sich auf der darunterliegenden Platine befindliche Bauelemente (insbesondere den Hochfrequenzchip) und Hochfrequenzleitungen zu in die Hohlleiterantenne abstrahlenden Strukturen. Eine solche Antenne ist typischerweise aus wenigstens zwei metallisierten Lagen zusammengesetzt, um innenliegende Hohlleiter realisieren zu können; bei Verwendung von drei oder mehr Lagen ist auch ein Kreuzen von Hochfrequenzverbindungen möglich. Da die Anordnung der Einzelantennen nun unabhängig vom Chip ist, können, wie in Figur 2 dargestellt, die drei Sendeantennen z. B. unterhalb der vier Empfangsantennen angeordnet werden (bei der platinenbasierten Antenne nach Figur 1 sind sie nebeneinander angeordnet). Da der Chip nun nicht mehr auf der Antennenebene liegt, können kleinere Sensoren realisiert werden.
Als Herstellungsmethode für Kunststoffantennen kommt neben Spritzguss mittlerweile auch der 3D-Druck in Frage. Aus oberflächlich metallisiertem Kunststoff hergestellte Wellenleiterantennen haben gegenüber einer vollmetallischen Realisierung typischerweise deutliche Herstellungs- und Kostenvorteile. Herausforderungen bei kunststoffbasierten Wellenleiterantennen sind die nötige Genauigkeit der Strukturen und die passgenaue Verbindung der mehreren Kunststofflagen - neue Herstellungsverfahren machen dies mittlerweile aber möglich.
Bei konventionellen Hochfrequenzbauteilen werden die Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil in die Platine gespeist. Für die Verwendung von Hohlleiterantennen bedeutet dies, dass immer noch die Hochfrequenzsignale vom Chipausgang bis zu einer in die Hohlleiterantenne abstrahlenden Struktur auf der Platine geführt werden müssen. Zwar können die dafür nötigen Strecken recht kurz und damit die Anforderungen an die Hochfrequenzeigenschaften der Platine reduziert sein, aber trotzdem erfordert dies immer noch eine vergleichsweise teure und aufwändige Platine. Aus diesem Grunde gibt es Bestrebungen direkt von der Oberseite des Hochfrequenzchips in die Hohleiterantenne abzustrahlen, wie in Figur 3 dargestellt. Dieser Ansatz weist allerdings einige Nachteile auf:
- toleranzkritisch ist der Übergang vom Chip 3.6 in die Wellenleiterantenne 3.2; in die lange Toleranzkette geht insbesondere Folgendes ein: Lötung vom Chip, Dicke vom Chip, Toleranzen der Antenne;
- direkter Kontakt der Antenne zum Chip (sowohl bei Produktion als auch über die Lebenszeit), wodurch der Chip geschädigt werden kann;
- Chip 3.6 benötigt neben dem Siliziumkern 3.9, welcher hochfrequente, niederfrequente und digitale Schaltkreise enthält, nicht nur unten einen sogenannten Redistributionlayer 3.10, sondern auch oben einen weiteren Redistributionlayer 3.8 für die Abstrahlelemente 3.7;
- Entwärmung vom Chip ist ungünstig, da Kunststoffantenne 3.2 und vorderes Kunststoffgehäuse 3.1 thermisch isolieren, so dass Wärme vom Chip fast ausschließlich nur über die Platine 3.3 abgeführt werden kann; die thermische Ankopplung des Chips an die metallische Sensorrückseite 3.5 über die Wärmeleitpaste 3.4 ist also nicht direkt, sondern nur durch die Platine hindurch möglich.
Zur Umgehung dieser Nachteile ist in DE 102018203106 A1 der generelle Aufbau nach Figur 4 vorgeschlagen. Die abstrahlenden Elemente 4.7 sind nun auf der Unterseite des Chips 4.6 angeordnet, wobei sich der Chip 4.6 auf der zur Kunststoffantenne 4.2 gegenüberliegenden Seite der Platine 4.3 befindet. Vom Chip 4.6 wird die Kunststoffantenne 4.2 durch die Platine 4.3 gespeist, welche an diesen Stellen für die Radarwellen durchlässig ist; es werden also Hochfrequenz-Übergange vom Chip 4.6 in die Kunststoffantenne 4.2 durch die Platine 4.3 hindurch realisiert. Wie im Figur 4 dargestellt, kann die Durchlässigkeit der Platine 4.3 jeweils einfach durch ein Loch in der Platine 4.3 realisiert werden, wobei die Seitenwände der Platine 4.3 an dieser Stelle dann metallisiert werden, so dass jeweils eine Art Hohlleiter realisiert wird.
Die in DE 102018203106 A1 beispielhaft gezeigte Antenne weist innenliegende Wellenleiterkanäle auf, d. h. sie muss aus wenigstens zwei Lagen zusammengesetzt sein - in der Antenne nach Figur 4 sind die zwei Lagen mit 4.21 und 4.22 bezeichnet.
Wie oben dargestellt, benötigt man zur Vermeidung von Hochfrequenzsignalen auf der Platine ein spezielles Hochfrequenzbauteil mit im Gehäuse realisierten Elementen zum direkten Abstrahlen bzw. Empfangen. Wegen der eingeschränkten Verfügbarkeit und den gegebenenfalls höheren Kosten solcher speziellen Hochfrequenzbauteile werden weiterhin Aufbauten mit konventionellen Hochfrequenzbauteilen, welche die Hochfrequenzsignale über elektrischen Anschlüsse auf die Platine führen, verfolgt. Auf Grund der erhöhten Platinenkosten ist es wichtig, die Hohlleiterantenne möglichst preisgünstig auszuführen. Dazu wird die nachfolgende erfindungsgemäße Realisierung vorgeschlagen.
Figur 5 zeigt eine Wellenleiterantenne, die durch Löten oder leitfähiges Kleben eines metallischen oder zumindest partiell oberflächlich metallisierten einlagigen Formteils 5.2 auf die Platine 5.3 realisiert wird. Damit werden drei Seiten von innenliegenden Hohlleitern 5.13 durch das Formteil, die vierte Seite durch die dort oberflächlich metallisierte Platine realisiert. Etwas grob gesprochen wird die untere Antennenlage 4.22 aus Figur 4 nun durch die Platine 5.3 ersetzt; natürlich muss die Nut für den Wellenleiter im Formteil 5.2 nun die volle Tiefe des Wellenleiters haben. Vorteil ist, dass nur noch ein einlagiges Formteil benötigt wird, während z. B. die Antenne nach Figur 4 zwei Formteile erfordert hat; dies führt zu einer signifikanten Preisreduktion und zu reduzierter Bauhöhe. Der verwendete Verbindungsprozess, also Löten oder Verkleben, ist ebenfalls kostengünstig; im einfachsten Fall werden das Formteil und die Elektronikbauteile im selben Prozess aufgelötet, so dass kein zusätzlicher Prozessschritt nötig wird.
Während Figur 5 die Struktur des Formteils und insbesondere seine nach vorne abstrahlenden Elemente nur sehr vereinfacht und schematisch andeutet, zeigt Figur 6 die Struktur des Formteils 6.2 von der Rückseite her gesehen genauer. Die schraffierten Flächen sind Vertiefungen für Wellenleiter 6.3 (schrägschraffiert) und Bauteilekavitäten 6.4 (kariertschraffiert); 6.41 ist die Kavität für das Hochfrequenzbauteil. Durch solche Kavitäten für Bauteile können diese elektromagnetisch geschirmt werden; dabei ist angenommen, dass die Oberflächen der Kavitäten metallisiert sind. Die weiß markierten Schlitze 6.5 sind Durchbrüche zur Oberseite, welche ihrerseits ansonsten unstrukturiert ist. Die gepunktete Fläche 6.6 stellt die ansonsten glatte Rückseite des Formteils dar. Am Anfang 6.31 der Wellenleiter findet die Einspeisung von der Platine her statt. Im Bereich der Einspeisung kann die Struktur im Formteil auch komplexer sein, um eine bessere Anpassung zu realisieren. Zur Auskopplung aus der Antenne können neben den gezeigten Schlitzen 6.5 auch andere Strukturen wie z. B. Hornstrahler zur Oberseite hin realisiert werden. Es sei bemerkt, dass in Figur 6 angenommen ist, dass sich die Hochfrequenzausgänge des Chips für RX und TX an gegenüberliegenden Seiten befinden, während sie bei für Figur 2 an benachbarten Seiten angenommen wurden. Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, können bei einer solchen Realisierung Einzelantennen und Hochfrequenzbauteil nicht mehr übereinander liegen, so dass ähnlich viel Fläche benötigt wird wie bei einer Realisierung der Antennen auf der Platine, also in Planartechnologie.
Zur Speisung der Wellenleiter von der Platine können platinenseitig realisierte Strahlelemente (z. B. sogenannte Patches) verwendet werden, welche jeweils über Microstrip-Leitungen mit den elektrischen Anschlüssen des Hochfrequenzbauteils verbunden sind. Über den Microstripleitungen muss allerdings das Formteil einen Ausschnitt aufweisen und kann nicht gelötet werden, so dass zwischen Hochfrequenzbauteil und den durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleitern eine Verbindung über Luft besteht, welche nachteilig sein könnte - beispielsweise hinsichtlich Isolation zwischen den einzelnen Antennen. Um diese Verbindung über Luft zwischen Wellenleiter und Hochfrequenzbauteil zu vermeiden, muss die hochfrequente elektrische Leitungsführung zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter zumindest in einem Abschnitt innerhalb der Platine verlaufen und darüber des Formteil aufgelötet oder aufgeklebt sein. Die partielle elektrische Leitungsführung innerhalb der Platine kann man durch einen in einem Substrat integrierten Wellenleiter realisieren, wie es beispielsweise in EP000003100070B1 vorgestellt ist. Der Ausgang dieses in der Platine realisierten Wellenleiters kann so ausgestaltet werden, dass er die Welle direkt (also z. B. ohne explizites Patch) in den zwischen Formteil und Platine realisierten Wellenleiter einspeist.
Essenzielle Anforderung für Realisierung eines Wellenleiter durch Formteil und Platine ist, dass eine leitfähige Verbindung zwischen Formteil 6.2 und der darunterliegenden Platine um die Wellenleiterstrukturen 6.3 herum besteht. Statt vollflächiger Verbindung genügen auch einzelne Punkte (mit Abstand von typischerweise <1mm bei einem 77/79GHz-Radarsystem). Eine mögliche Ausführung dazu ist, dass das Formteil wie ein Chip mit Lotperlen (Balls) an der Unterseite ausgestattet ist und über diese mit der Platine verlötet wird.
Von Vorteil für die Verlötung oder Verklebung ist, wenn das Formteil auf der Rückseite möglichst eben ist (natürlich nur in den nicht vertieften Bereichen). Wird das Formteil aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt, sind Thermoplaste als Basismaterial die fertigungstechnisch einfachste und günstigste Lösung - allerdings ist die mit Thermoplasten realisierbare Maßhaltigkeit und damit Ebenheit sowie ihr thermisches Ausdehnungsverhalten im Allgemeinen nicht optimal. Daneben sind Thermoplaste auch nicht besonders hitzebeständig, was beim Auflöten des Formteils auf die Platine dazu führen kann, dass ein Niedertemperaturlötprozess benötigt wird und damit die Lötung nicht im selben Prozessschritt wie die Elektronikbauteile (z. B. der Chip) stattfinden kann, d. h. es werden dann zwei separate Lötprozesse benötigt.
Diese Nachteile kann man durch Verwendung von Duroplasten als Kunststoffbasismaterial vermeiden; sie liefern maßhaltige und hitzebeständige Spritzgussformteile, die auch eine sehr glatte Oberfläche haben, was für möglichst verlustarme Wellenleiter wichtig ist (man benötigt zum „Glätten“ der Oberflächen dann auch keine dicken Metallisierungsschichten, sondern es genügen dünne Metallisierungen, was Kosten einspart). Nachteil von Formteilen aus Duroplasten ist, dass ihre Herstellung im Allgemeinen etwas aufwändiger ist.
Neben durch Spritzguss hergestellten Kunststoffformteilen, deren Oberfläche metallisiert wird, kann man auch andere Herstellungsverfahren und Materialien benutzen; z. B. Herstellung mit 3D-Druck und/oder Verwendung von metallischen Basismaterialien (beispielsweise Aludruckguss oder Alutiefziehen gegebenenfalls mit nachträglicher Veredelung der Oberfläche, oder Stanz-Biegetechnik für metallische Bleche). Es sei bemerkt, dass insbesondere bei einlagigen Formteilen eine Realisierung als vollmetallisches Teil kostenmäßig akzeptabel sein kann. Ein Vorteil von vollmetallischer Realisierung des Formteils ist auch die bessere Wärmeabführung vom Hochfrequenzbauteil 5.6, insbesondere wenn dieses einen thermischen Kontakt z. B. über Wärmeleitpaste 5.4. mit dem Formteil 5.2 hat. Natürlich kann ein solcher thermische Kontakt auch bei einem Formteil aus Kunststoff positiven Effekt auf die Wärmeabführung haben, insbesondere wenn ein thermisch leitfähiger Kunststoff benutzt wird.
Ist das verwendete Formteil maßhaltig, kann es ohne Anpressen an die Platine verlötet oder verklebt werden. Um eine laterale, also parallele Verschiebung des Formteils zur Platine zu vermeiden (also eine ausreichend genau laterale Positionierung zu gewährleisten), ist es vorteilhaft, wenn es auf der Unterseite des Formteils herausstehende Zapfen bzw. Stifte gibt, die in entsprechende Löcher der Platine hineinragen.
Bei weniger maßhaltigen Formteilen kann während des Löt- oder Klebevorgangs ein Anpressen der Antenne auf die Platine nötig sein, damit eine ausreichend gute Lötung um die Wellenleiterstrukturen 6.3 herum erzielt wird. Das kann durch Zusammendrücken über Stempel von oben und unten erfolgen.
Alternativ kann es dadurch realisiert werden, dass vor dem Löt- oder Klebevorgang ein oder mehrere federnde Elemente zum Zusammenpressen von Formteil und Antenne angebracht und diese dann nach dem Löt- oder Klebevorgang wieder entfernt werden; neben Klammem können dabei auch Stifte mit einem Federelement eingesetzt werden, die von hinten durch ein Loch in der Platine in eine Presspassungsstruktur des Formteils eingedrückt werden, wobei ein federndes Element von hinten eine Kraft auf die Platine ausübt - eine beispielhafte Ausführungsform ist in Figur 7 dargestellt, wobei das federnde Element dort aus einer normalen Feder 7.6 besteht, die auf der einen Seite gegen den Kopf 7.5 des in das Formteil 7.2 gepressten Stifts 7.4 und auf der anderen Seite gegen die Platine
7.3 drückt, so dass die Platine und das Formteil zusammengedrückt werden (es ist in Figur 7 nur ein Ausschnitt der gesamten Anordnung dargestellt).
Statt temporär für den Löt- oder Klebeprozess separate federnde Elemente anzubringen, können diese auch als Element des Formteils selber realisiert werden. Figur 8 zeigt dafür ein Beispiel - oben ist ein Ausschnitt des Formteils 8.2 aus metallisiertem Kunststoff von hinten dargestellt, unten ein Schnitt durch Formteil 8.2 und Platine 8.3 in zusammengepresstem Zustand. Die durch eine an drei Seiten durchbrochene Kavität realisierte Struktur 8.4 trägt einen nach hinten herausragenden Zapfen 8.5, der in ein Loch der Platine 8.3 eingepresst ist; die Federwirkung wird durch die an drei Seiten freigeschnittene Struktur 8.4 und Verwendung von einem elastischen Kunststoff (z. B. aus Thermoplast) erzielt; die Durchbrüche zum Freischneiden der Struktur 8.4 sind mit 8.6 bezeichnet.
Das Zusammenpressen wird erleichtert, wenn das Formteil möglichst elastisch ist, was durch Sollbiegestellen wie in DE 102018213540 B3 vorgeschlagen erzielt werden kann. Wie in Figur 9 beispielhaft dargestellt, kann das Formteil dazu tiefe Nuten 9.7 und/oder Durchbrüche 9.8 aufweisen, so dass dünne, elastische Verbindungen bzw. Stege zwischen einzelnen Bereichen des Formteils realisiert werden; Nuten können von der Rück- und/oder Vorderseite her realisiert werden. In Figur 9 sind aus Darstellungsgründen die Bauteilekavitäten nicht gezeigt.
Bei Formteilen aus Kunststoff kann es hinsichtlich des Metallisierungsprozesses vorteilhaft sein, wenn die Vertiefungen für die Hohlleiter nicht gleichzeitig schmal und tief sind. Hohlleiter sind im einfachsten Fall rechteckförmig; deshalb ist es günstig, wenn die breite Seite des Hohlleiters parallel zur Rückseite liegt und die schmale Seite die Vertiefung darstellt bzw. definiert. Im Bereich der Einkopplung kann aber nicht genügend Platz für eine solche Orientierung eines rechteckförmigen Hohlleiters vorhanden sein, sofern die Einkoppelstellen nahe beieinander liegen. Dann werden platzsparende Übergangsstrukturen benötigt. Kleine und wenig tiefe Hohlleiter können auch dadurch realisiert werden, dass ihr Querschnitt nicht rechteckförmig ist, sondern z. B. in der Mitte einer der langen Seiten einen längslaufenden erhöhten Steg aufweist; in der Fachsprache wird dies als „Ridged Waveguide“ bezeichnet.
Bisher wurden einlagige Formteile betrachtet, da diese die kostengünstigste Variante darstellen. Für komplexe Antennen, die z. B. eine Kreuzung von Wellenleitern erfordern, wird mindestens eine weiter Lage benötigt. Vorzugsweise wird diese wenigstens eine weitere Lage als weiteres Formteil mit gleichem Fertigungsprozess wie das erste Formteil hergestellt, und die Verbindung dieses wenigstens einen weiteren Formteils mit dem ersten Formteil wird im selben Prozessschritt (insbesondere durch Löten oder leitfähiges Kleben) wie die Verbindung zwischen dem ersten Formteil und der Platine realisiert.
Abschließend sei noch Folgendes bemerkt:
Bei einem Radarsystem wird in der Regel sowohl gesendet als auch empfangen. Vereinfachend wird in der obigen Beschreibung häufig nicht beides explizit ausgeführt bzw. unterschieden. Z. B. wird bei der Antenne oder den Elementen auf dem Chip von „(Ab)strahlen“ gesprochen - bei Empfangsantennen bedeutet das im Sinne der Erfindung natürlich „Empfangen“; und wenn beim Wellenleiter auf der Rückseite der Antenne von „Einspeisen“ gesprochen wird, dann bedeutet das im Sinne der Erfindung bei Empfangsantennen ein „Auskoppeln“.

Claims

Patentansprüche
1 . Radarsystem zur Umgebungserfassung aufweisend
- eine Platine, welche mindestens ein Hochfrequenzbauteil trägt, wobei Hochfrequenzsignale über elektrische Anschlüsse vom Bauteil zur Platine geführt sind, und
- ein Formteil, welches an seiner Oberseite eine oder mehrere Einzelantennen zum Senden und/oder Empfangen von Radarsignalen aufweist,
- wobei die elektrische Verbindung zwischen der Platine und der mindestens einen Einzelantenne auf der Oberseite des Formteils zumindest teilweise durch einen innenliegenden Wellenleiter realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Formteil auf derselben Seite der Platine wie das wenigstens eine Hochfrequenzbauteil angeordnet und mit dieser, insbesondere durch Lötung und/oder leitfähige Verklebung, zumindest partiell und leitfähig verbunden ist,
- wenigstens ein hohlförmiger Wellenleiter durch eine Vertiefung auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils und eine metallisierte Oberfläche der Platine gebildet wird,
- dieser wenigstens eine Wellenleiter von der Platine elektrisch gespeist wird und
- durch diesen Aufbau das Formteil aus einem einlagigen zumindest partiell metallisierten Kunststoffteil oder einem einlagigen Metal Iteil, welches vorzugsweise durch Druckguss, Tiefziehen oder Biegetechnik hergestellt ist, bestehen kann oder besteht.
2. Radarsystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die hochfrequente elektrische Leitungsführung zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter zumindest in einem Abschnitt innerhalb der Platine verläuft, insbesondere durch einen in einem Substrat integrierten Wellenleiter, und darüber das Formteil aufgelötet oder aufgeklebt ist, um so zwischen Hochfrequenzbauteil und dem durch Platine und Formteil gebildeten Wellenleiter eine Verbindung über Luft zu unterbinden. Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Formteil und Platine während des Lötprozesses zusammengepresst werden. Radarsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenpressen durch temporär angebrachte Federelemente, insbesondere Klammem und/oder Federstifte, realisiert wird. Radarsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenpressen durch in das Formteil integrierte federnde Elemente realisiert wird, welche mit der Platine vorzugsweise durch Einpressen oder Clipsen verbunden sind. Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil Sollbiegestellen aufweist, insbesondere in Form von Nuten, Durchbrüchen und/oder Stegen, mit Hilfe von denen es an die Platine angeordnet oder angepresst werden kann. Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der der Platine zugewandten Seite des Formteils Lotperlen befinden, die zur Verlötung dienen und einen Teil der Wellenleiterberandung darstellen. Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung des Formteils parallel zur Platine durch Strukturen, insbesondere Zapfen und/oder Stifte, realisiert wird, die vom Formteil in Aussparungen oder Löcher der Platine ragen. Radarsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem Formteil zugewandten Seite der Platine mindestens ein Bauteil, insbesondere das mindestens eine Hochfrequenzbauteil, durch eine Kavität in dem Formteil, deren Oberfläche 18 bevorzugt metallisch oder metallisiert ist, abgedeckt ist, insbesondere um so eine elektromagnetische Schirmung zu erzielen. Radarsystem nach Anspruch 9, bei welchem zwischen dem mindestens einen Bauteil und dem Formteil ein thermischer Kontakt, insbesondere durch Wärmeleitpaste, hergestellt ist. Verfahren zur Herstellung eines Radarsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Formteil und die Platine während des Lötprozesses zusammengepresst werden. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenpressen von Formteil und Platine durch temporär angebrachte Federelemente, insbesondere Klammem und/oder Federstifte, oder durch in das Formteil integrierte federnde Elemente, welche mit der Platine vorzugsweise durch Einpressen oder Clipsen verbunden sind, realisiert wird. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil mit Hilfe von Sollbiegestellen, insbesondere in Form von Nuten, Durchbrüchen und/oder Stegen, an die Platine angepresst wird.
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