DE102015108267A1 - Gehäuse für ein robust ausgeführtes Automobilradar-Teilsystem - Google Patents

Gehäuse für ein robust ausgeführtes Automobilradar-Teilsystem Download PDF

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Jae Seung Lee
Paul D. Schmalenberg
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Abstract

Eine integrierte Schaltung zum Verarbeiten von gesendeten und empfangenen Signalen ist auf einer ersten gedruckten Schaltungsplatine positioniert. Eine zweite gedruckte Schaltungsplatine wird bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Antennenelementen und zumindest eine Übertragungsleitung aufweist. Die erste gedruckte Schaltungsplatine ist an eine erste Seite einer Metallumhausung gebondet, und die zweite gedruckte Schaltungsplatine ist an eine zweite Seite der Metallumhausung gebondet, so dass die integrierte Schaltung gegenüber Umweltbelastungen zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der Metallumhausung abgedichtet ist. Es wird eine Wellenleiterkammer bereitgestellt und zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der zweiten gedruckten Schaltungsplatine positioniert. Ein Signal kann sich von der integrierten Schaltung auf die Metallleiterbahn, auf den quadratischen Metallbereich, auf die Wellenleiterkammer, auf die zumindest eine Übertragungsleitung, auf die Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten.

Description

  • Hintergrund
  • Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Teilsysteme eines Automobilradars und Verfahren zum Herstellen derselben. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Radar-Teilsystemmodul, das eine integrierte RF-Schaltung (RFIC = Radio Frequency Integrated Circuit) und einen Wellenleitersignalübergang häust, durch den die RFIC mit einem Antennen-Array kommunizieren kann.
  • Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
  • Derzeit sind viele Automobile mit Automobilradarsystemen versehen. In den vergangenen Jahren sind Automobilradarsysteme mit intelligenten Geschwindigkeitsregelungssystemen zum Erfassen und Anpassen der Geschwindigkeit des Automobils in Abhängigkeit von Verkehrsbedingungen verwendet worden. Heutzutage werden Automobilradarsysteme mit aktiven Sicherheitssystemen zum Überwachen der Umgebung eines Automobils zur Vermeidung von Kollisionen verwendet. Moderne Automobilradarsysteme sind unterteilt in Systeme mit langer Reichweite (für eine adaptive Geschwindigkeitsreglung und Kollisionswarnung) und kurzer Reichweite (zur Kollisionsvermeidung, Kollisionsminderung bzw. als Notbremsassistent, als Einparkhilfe, zur Totwinkeldetektion etc.). Moderne Systeme verwenden eine integrierte RF-Schaltungsvorrichtung (RFIC), um Anweisungen zu verarbeiten und Datenübertragungen an und von Antennen-Arrays zu verarbeiten. Eine Radareinheit, die Antennen-Arrays und eine RFIC-Vorrichtung beinhaltet, kann als ein Radar-Teilsystem bezeichnet werden.
  • RFIC-Vorrichtungen sind sehr empfindlich gegenüber beispielsweise Staub, Schmutz und anderen Umweltbelastungen. Somit ist es wünschenswert, die RFIC-Vorrichtung in einer reinen Umgebung herzustellen, wie. z. B. einem Reinraum, und die RFIC-Vorrichtung in einer abgedichteten Umgebung zu häusen, so dass die Qualität der RFIC-Vorrichtung nicht durch Umweltfaktoren (wie z. B. Staub, Schmutz etc.) beeinträchtigt wird. Durch diese Empfindlichkeit entsteht Bedarf an einer abgedichteten Umgebung, in der die RFIC-Vorrichtung positioniert werden soll. Jedoch kann sich die Herstellung eines ganzen Radarsystems in einem Reinraum als äußerst kostspielig erweisen.
  • Die RFIC-Vorrichtungen in modernen Fahrzeugradarsystemen müssen in der Lage sein, Signale an die Antennen weiterzuleiten. Die RFIC-Vorrichtung muss zudem in der Lage sein, mit unterstützender Elektronik, wie z. B. Dioden, Kondensatoren, integrierten Steuerschaltungen etc., zu kommunizieren. Neben dem Schutz der RFIC-Vorrichtung muss das Teilsystemgehäuseg auch Datenübertragungen zwischen der RFIC-Vorrichtung und den Antennenschaltungen und den Chipelement-Unterstützungselementen ermöglichen. Wenn die RFIC-Vorrichtung in einer abgedichteten Umgebung positioniert ist, können jedoch viele Probleme auftreten. Zum Beispiel können Datenübertragungen mit beiden Schaltungen schwierig sein (z. B. kann ein Signalverlust hoch sein, die Anordnung von Durchkontaktierungen kann schwierig sein etc.); die Performance bzw. Arbeitsleistung der RFIC-Vorrichtung wird verringert; die RFIC-Vorrichtung kann möglicherweise nicht in einem Reinraum hergestellt und an das Teilsystem montiert werden; wenn die RFIC-Vorrichtung in einem Reinraum hergestellt wird, muss das gesamte Modul in einem Reinraum hergestellt werden (Kostenanstieg); sowie eine beliebige Kombination aus den vorstehenden Problemen.
  • Es besteht daher im Stand der Technik Bedarf an einem Radarteilsystemgehäuse, das es ermöglicht, dass die RFIC-Vorrichtung umgebungsfest abgedichtet werden kann, die die Performance bzw. Arbeitsleitung der RFIC-Vorrichtung erhöht, die eine effektive Kommunikation der RFIC-Vorrichtung mit unterstützenden Schaltungsanordnungen sowie einer Antennenschaltungsanordnung ermöglicht und die die Herstellung von weniger als dem gesamten Radarsystem in einem Reinraum ermöglicht.
  • Kurzfassung
  • Ein Verfahren zum Einhausen bzw. Packen bzw. Häusen einer Fahrzeugradareinheit beinhaltet ein Versehen einer ersten gedruckten Schaltungsplatine mit einer Metallleiterbahn und einem quadratischen Metallbereich. Eine integrierte Schaltung zum Verarbeiten von gesendeten und empfangenen Signalen ist auf der ersten gedruckten Schaltungsplatine positioniert. Es wird zudem eine Metallumhausung bereitgestellt, die eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, die der ersten Seite gegenüberliegt. Eine zweite gedruckte Schaltungsplatine wird bereitgestellt, die eine Mehrzahl von Antennenelementen und zumindest eine Übertragungsleitung aufweist. Die erste gedruckte Schaltungsplatine wird an die erste Seite der Metallumhausung gebondet, und die zweite gedruckte Schaltungsplatine wird an die zweite Seite der Metallumhausung gebondet. Eine Wellenleiterkammer wird bereitgestellt und zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der zweiten gedruckten Schaltungsplatine positioniert. Ein Signal kann sich von der integrierten Schaltung zu der Metallleiterbahn, zu dem quadratischen Metallbereich, zu der Wellenleiterkammer, zu der zumindest einen Übertragungsleitung, zu der Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten.
  • In einer anderen Ausführungsform wird eine Fahrzeugradareinheit offenbart. Die Fahrzeugradareinheit beinhaltet eine erste gedruckte Schaltungsplatine mit einer integrierten Schaltung, die so konfiguriert ist, dass die gesendeten und empfangenen Signale verarbeitet werden können, eine Metallleiterbahn und einen quadratischen Metallbereich. Die Fahrzeugradareinheit beinhaltet ferner eine Metallumhausung mit einer Wellenleiterkammer, die in demselben ausgebildet ist, wobei die Wellenleiterkammer zwischen einer ersten Seite der Metallumhausung und einer zweiten Seite der Metallumhausung gegenüber der ersten Seite angeordnet ist. Die erste Seite der Metallumhausung ist an die erste gedruckte Schaltungsplatine gebondet. Die Fahrzeugradareinheit beinhaltet zudem eine zweite gedruckte Schaltungsplatine, die an die zweite Seite der Metallumhausung gebondet ist, und zumindest eine Übertragungsleitung und eine Mehrzahl von Antennenelementen. In der Fahrzeugradareinheit kann sich ein Signal von der integrierten Schaltung zu der Metallleiterbahn, zu dem quadratischen Metallbereich, zu der Wellenleiterkammer, zu der Übertragungsleitung zu der Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten.
  • In einer weiteren Ausführungsform wird eine Fahrzeug-Radareinheit offenbart. Die Fahrzeugradareinheit beinhaltet eine erste gedruckte Schaltungsplatine mit einer integrierten Schaltung, die so konfiguriert ist, dass gesendete und empfangene Signale verarbeitet werden können. Die erste gedruckte Schaltungsplatine beinhaltet zudem eine Metallleiterbahn, die mit der integrierten Schaltung elektrisch verbunden ist, und einen quadratischen Metallbereich, der mit der Metallleiterbahn elektrisch verbunden ist. Die Fahrzeugradareinheit beinhaltet zudem eine zweite gedruckte Schaltungsplatine mit zumindest zwei Übertragungsleitungen und einer Mehrzahl von Antennenelementen. Jedes von der Mehrzahl von Antennenelementen ist mit zumindest einer von den Übertragungsleitungen elektrischen verbunden. Die Fahrzeugradareinheit beinhaltet zudem ein Metallumhausung mit einer Wellenleiterkammer, einem Chipelementhohlraum, einer ersten Seite, die an die erste gedruckte Schaltungsplatine gebondet ist, und einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüberliegt und an die zweite gedruckte Schaltungsplatine gebondet ist. Der quadratische Metallbereich auf der ersten gedruckten Schaltungsplatine ist innerhalb der Wellenleiterkammer positioniert. Zumindest ein Teil der zumindest zwei Übertragungsleitungen ist zudem innerhalb der Wellenleiterkammer positioniert. Die integrierte Schaltung ist innerhalb des Chipelementhohlraums so positioniert, dass die integrierte Schaltung zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der Metallumhausung eingekapselt ist. Ein Signal kann sich von der integrierten Schaltung zu der Metallleiterbahn, zu dem quadratischen Metallbereich, zu der Wellenleiterkammer, zu der Übertragungsleitung, zu der Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • Die Merkmale, Aspekte und Vorzüge der Erfindung werden anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht einer gedruckten Schaltungsplatine, die zum Unterstützen eines Sende-/Empfangsmoduls in einem Fahrzeugradarteilsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;
  • 2 eine Querschnittsansicht eines zusammengebauten Teilsystems des Fahrzeugradarsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine perspektivische Ansicht des vollständigen Teilsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 eine zergliederte Ansicht des Teilsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 5 eine von oben nach unten erstellte Ansicht der Position nahe des Wellenleiterübergangs auf der gedruckten Chipelement-Schaltungsplatine bzw. Chipelement-PCB und auf der gedruckten Antennen-Schaltungsplatine bzw. Antennen-PCB gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 eine Antennenanbringung zum Senden und Empfangen eines Radarsignals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 7A eine Metallumhausung des Teilsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 7B eine Antennen-PCB, die an der Metallumhausung des Teilsystems gemäß der Ausführungsform der Erfindung angebracht ist; und
  • 8 ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung des robust ausgeführten Automobilradarteilsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Eine Vorrichtung, Systeme und Verfahren, die die Ausführungsformen der verschiedenen Merkmale der Erfindung implementieren, werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung und die dazugehörigen Beschreibungen sollen einige Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen und nicht den Schutzbereich der Erfindung einschränken. Identische Elemente sind in der Zeichnung mit identischen Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Zusammenhang mit dieser Offenbarung kann eine eventuell erwähnte Verbindung eine Drahtverbindung, eine Drahtlosverbindung oder ein Gemisch aus Draht- und Drahtlosverbindungen sein. Eine Verbindung ermöglicht zudem Datenübertragungen, die sich entlang der Verbindung in beiden Richtungen ausbreiten. Zum Beispiel ermöglicht eine Verbindung mit einem Prozessor, dass der Prozessor Datenübertragungen über die Verbindung empfangen und senden kann.
  • Die hierin offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen bieten gegenüber dem Stand der Technik mehrere Vorteile von wesentlicher Bedeutung. Zum Beispiel kann ein hierin offenbartes Fahrzeugradar-Teilsystem derart hergestellt werden, dass das offenbarte Teilsystem in einem Reinraum hergestellt und auf einer auf der Platine befindlichen integrierten RF-Schaltung (RFIC) vollständig eingekapselt wird. Dies hat zur Folge, dass die auf der Platine befindliche RFIC vor Umweltfaktoren geschützt ist. Dadurch wird zudem ermöglicht, dass ein ganzes Radarsystem, das mehrere Teilsysteme beinhaltet, außerhalb eines Reinraums zusammengebaut werden kann, was einen kostengünstigeren Herstellungsvorgang zur Folge hat. Zudem kann das Teilsystem, das die RFIC und die gedruckte Schaltungsplatine, auf der die RFIC montiert ist, beinhaltet, in einem Reinraum an das Metallumhausung gebondet werden, und die Antennen können später in einer Umgebung außerhalb des Reinraums angebracht werden.
  • Ein weiterer Vorteil der hierin offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen ist, dass der offenbarte Wellenleiterübergang ermöglicht, dass die Antennen (oder Antennenelemente) effektiv mit der RFIC kommunizieren können, ohne die Schwierigkeit, Durchkontaktierungen anordnen zu müssen, und ohne die aus der Verwendung von Durchkontaktierungen resultierenden Einbußen. Dies hat einen einfacheren physischen Entwurf des Teilsystems sowie einen geringeren Signalverlust zwischen der RFIC und den Antennen zur Folge.
  • Diese Vorzüge werden durch Verwendung einer Kombination von Merkmalen erhalten. Zum Beispiel ermöglicht der spezielle Entwurf des Wellenleiterübergangs einen sehr niedrigen Signalverlust und stellt zudem eine Signalfilterung bereit, so dass unerwünschte Signale aus dem gesendeten Signal entfernt werden können. Ein Metallbereich ist auf der gedruckten Chipelement-Schaltungsplatine positioniert, der das Signal durch den Wellenleiter zu den Antennen überträgt. Der Metallbereich hat eine beinahe quadratische oder eine quadratische Form, die eine bessere Signalübertragung und einen besseren Signalempfang durch den Wellenleiterübergang ermöglicht. Die Antennen sind mit Antennensignalleitungen verbunden, und zwei Signalleitungen sind innerhalb einer Wellenleiterkammer in einer speziellen Form und gegenüber dem Metallbereich positioniert. Die Anordnung und Form des Metallbereichs und der Antennensignalleitungen bieten den Vorzug eines geringen Signalverlusts durch die Wellenleiterkammer. Zusätzlich ist der Entwurf der Metallumhausung von Bedeutung, da er ermöglicht, dass die RFIC zwischen der gedruckten Chipelement-Schaltungsplatine und der Metallumhausung abgedichtet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die RFIC geschützt ist. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist das Herstellungsverfahren. Indem die RFIC zwischen der gedruckten Chipelement-Schaltungsplatine und der Metallumhausung angeordnet wird und diese aneinander gebondet werden, wird die RFIC vor Umweltfaktoren abgedichtet und geschützt, so dass der Rest eines Radarsystems bei niedrigem Kostenaufwand hergestellt werden kann.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer gedruckten Schaltungsplatine (gedruckten Chipelement-Schaltungsplatine) 100, die verwendet wird, um ein Sende-/Empfangsmodul (T/R-Modul) 102 in einem Fahrzeugradar-Teilsystem zu unterstützen. Das T/R-Modul 102 kann so konfiguriert sein, dass es ein Signal zum Erfassen der Umgebung durch zumindest ein Antennenelement 600 senden kann (6). Das T/R-Modul 102 kann zudem so konfiguriert sein, dass es das gesendete Signal durch zumindest ein Antennenelement 600 empfängt, wenn das gesendete Signal von der Umgebung zurückgeworfen wird. In einigen Ausführungsformen ist das T/R-Modul 102 so konfiguriert, dass es Signale an das zumindest eine Antennenelement 600 sendet und von diesem empfängt. Des Weiteren kann das T/R-Modul 102 eine einzelne Vorrichtung oder mehrere Vorrichtungen sein. Zum Beispiel kann das T/R-Modul 102 eine monokristalline integrierte Mikrowellenschaltung (MMIC) oder ein Silizium-Germanium-(SiGe-)BiCMOS-Chipelement sein, das eine oder mehrere der nachstehenden Komponenten beinhalten kann: einen T/R-Schalter, einen rauscharmen Verstärker (LNA), einen Verstärker mit variabler Verstärkung (VGA), einen Leistungsverstärker (PA), einen Phasenschieber, einen Mischer, einen Zwischenfrequenzverstärker (IF-Verstärker) und einen Analog-Digital-(MD-)Wandler. Es kann z. B. Signale einer beliebigen Frequenz zwischen 76 GHz und 81 GHz erzeugen und empfangen, wodurch praktisch die gesamte verfügbare Automobilradarbandbreite abgedeckt wird. Das T/R-Modul 102 kann in einer beliebigen Art von Gehäuse vorliegen, z. B. einem Draht-Bond-, einem Flip-Chip- oder einem Ein-Chip-System-Gehäuse bzw. SOC-Gehäuse bzw. SOC-Paket.
  • In einigen Ausführungsformen kann das T/R-Modul 102 so konfiguriert sein, dass es Signale einer beliebigen Frequenz erzeugen und empfangen kann, wie z. B. Frequenzen nahe des 24-GHz-Bands, das als eine weitere Automobilradarbandbreite verwendet wird.
  • Die gedruckte Chipelement-Schaltungsplatine 100 bzw. Chipelement-PCB kann gemäß einem Entwurf geätzt werden, der für ein Phasenarray-Radarsystem geeignet ist. Auf der Chipelement-PCB 100 kann auch eine Metalleiterbahn 300 (3) eingeätzt sein, die mit einem Metallbereich (302) (3) verbunden ist, worauf in der Beschreibung später eingegangen wird. Die Chipelement-PCB 100 kann mehr als eine Schicht aufweisen, und die Schichten können jede aus einem unterschiedlichen Material gefertigt sein. Eine erste Schicht 104 kann z. B. aus einem Hochleistungs-PCB-Konstruktionsmaterial gefertigt sein, wie z. B. einem Hochleistungs-Hochfrequenzsubstrat. Das T/R-Modul 102 kann auf der ersten Schicht 104 ausgebildet oder mit dieser verbunden sein. Andere Schichten 106 können aus einem beliebigen Substrat gefertigt sein, das zum Konstruieren einer PCB verfügbar ist, wie z. B. ein kostengünstiges FR4. Die Chipelement-PCB 100 kann z. B. 3 andere Schichten 106 oder eine beliebige andere Menge von anderen Schichten 106 aufweisen, und kann mehr als eine Schicht eines Hochleistungs-PCB-Konstruktionsmaterials aufweisen. Die erste Schicht 104 kann hochwertiger sein, weil sie bei relativ hohen Frequenzen funktionieren muss, was eine höhere Präzision erfordert als von der Funktion der anderen Schichten gefordert wird.
  • Auf der Chipelement-PCB 100 können auch eine Mehrzahl von Chipelementen und/oder Komponenten 108 montiert und/oder mit ihr verbunden sein. Die Mehrzahl von Chipelementen und/oder Komponenten 108 können eine oder mehrere der nachstehenden Komponenten beinhalten: das T/R-Modul 102, einen Digitalsignalprozessor (DSP), eine Digitaluhr, einen Temperatur-Controller, einen Speicher, einen Mikroprozessor, dynamisch gelinkte Bibliotheken, einen Gleichstrom-Port, einen Daten-Port, einen spannungsgesteuerten Oszillator, eine Phasenregelschleife bzw. PLL, einen Kondensator, eine Diode, einen Widerstand, einen Verbinder oder eine beliebige andere Komponente oder ein beliebiges anderes Chipelement. Die Mehrzahl der Chipelemente und/oder Komponenten 160 können miteinander und mit dem T/R-Modul 102, über Drahtlosverbindungen oder über Verbinder, wie z. B. eine Mikrostreifenleitung, ein Drahtbonding, Leiterbahnen, Drähte etc. auf der Chipelement-PCB entweder direkt oder über Durchkontaktierungen miteinander verbunden werden, und die Datenübertragungen können sich in jede Richtung entlang der Verbindungen ausbreiten. Die Eingangs- und Ausgangssignale in das/aus dem T/R-Modul 102 können digitale, Gleichstrom-, Zwischenfrequenz-, Hochfrequenz- oder eine beliebige andere Art von Signalen sein.
  • 2 stellt einen Querschnitt eines zusammengesetzten Teilsystems 200 des Fahrzeugradarsystems dar. Für einen Fachmann ist klar, dass dieses Fahrzeugradarsystem in einer beliebigen Art von Fahrzeug verwendet werden kann, wie z. B. einem Auto, einem Lastwagen, einem Motorrad, einem Fahrrad, einem Wasserfahrzeug, einem Flugzeug etc.
  • Das Teilsystem 200 kann ein selbständiges Fahrzeugradarsystem sein. Es kann auch eines von vielen Teilsystemen eines Fahrzeugradarsystems sein. Zum Beispiel kann das Teilsystem 200 Hochfrequenzsignale von dem Antennenelement 600 in einem Fahrzeugradarsystem senden und empfangen, oder das Teilsystem 200 kann diese Signale nur senden oder empfangen. In einigen Ausführungsformen kann dieses Teilsystem 200 so konzipiert sein, dass es nur bei bestimmten Frequenzen, wie z. B. zwischen 76 GHz und 81 GHz, arbeiten kann. In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugradarsystem das Teilsystem 200 sowie Teilsysteme zum Betreiben bei einer niedrigeren Frequenz, wie z. B. nahe 24 GHz, beinhalten. In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugradarsystem zumindest ein Teilsystem 200 beinhalten, das so konzipiert sein kann, dass es Signale im Bereich des Bandes von 76 GHz bis 81 GHz senden und/oder empfangen kann, und zumindest ein anderes Teilsystem 200 beinhalten, das so konzipiert ist, dass es bei einer Frequenz nahe 24 GHz arbeiten kann, und das Signale im Bereich des 24-GHz-Bandes senden und/oder empfangen kann.
  • Das Teilsystem 200 kann die Chipelement-PCB 100 und die Mehrzahl von Chipelementen und/oder Komponenten 108, eine Metallumhausung 202, die auf die Chipelement-PCB 100 durch ein Bondingmaterial gebondet ist, eine Antennen-PCB 204, die ebenso an die Metallumhausung 202 durch ein Bondingmaterial 210 gebondet ist, zumindest einen Wellenleiterübergang 206 innerhalb der Metallumhausung 202 und zumindest einen Chipelementhohlraum 208 innerhalb der Metallumhausung 202 beinhalten. Das T/R-Modul 102 kann innerhalb des zumindest einen Chipelementhohlraums 208 positioniert sein. Die Bondingmaterialien 210 und 212 können ein beliebiges Material sein, mit dem die Metallumhausung 202 an die PCBs 100 und 204 gebondet werden kann, jedoch ist es zu bevorzugen, dass die Bondingmaterialien 210 und 212 leitfähig sind. Mit einem leitfähigen Bondingmaterial kann die Metallumhausung 202 an die Masseflächen auf den PCBs 100 und 204 gebondet werden, und mit einem gemeinsamen Massesignal elektrisch verbunden werden.
  • Die Antennen-PCB 204 kann (zusammen mit der Chipelement-PCB 100) aus einem beliebigen PCB-Konstruktionsmaterial gebildet sein, wie z. B. einem Flüssigkristallpolymer (LCP), einer Niedertemperatur-Einbrand-Keramik (LTCC), einem Parylene-N-Dielektrikum, einem Polytetrafluorethylen-(PTFE-)Keramik, einem PTFE-Glasfasermaterial oder einem beliebigen Hochleistungssubstrat. Die Antennen-PCB 204 kann zumindest ein Antennenelement 600 (z. B. einen Abschnitt einer Antenne oder eine Antenne) aufweisen, der bzw. die innerhalb derselben ausgebildet oder mit ihr verbunden ist, und kann eine Signalleitung 304 (3) aufweisen, die innerhalb derselben ausgebildet oder mit derselben verbunden ist. Zum Beispiel kann das Antennenelement 600 auf die Antennen-PCB 204 geätzt sein oder durch einen Draht, einen Mikrostreifen oder eine beliebige andere Verbindung mit dieser elektrisch verbunden sein. Die Antennen-PCB 204 kann zumindest eine von einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne beinhalten und/oder mit einer davon verbunden sein. Die Sendeantenne kann ein Signal (das von oder durch das T/R-Modul 102 empfangen werden kann) zum Erfassen der Umgebung senden. Das gesendete Signal kann von Objekten aus der Umgebung zurückgeworfen werden und durch die Empfangsantenne empfangen werden.
  • Die Metallumhausung 202 kann mit einem beliebigen leitfähigen Metall erzeugt werden. Zum Beispiel kann sie mit Aluminium erzeugt werden, so dass sie eher leichtgewichtig und dünn ist und gleichzeitig ihre Leitfähigkeit beibehält. Die Metallumhausung 202 kann mit zumindest einem innerhalb derselben ausgebildeten Wellenleiterübergang 206 erzeugt werden. Zweck des Wellenleiterübergangs 206 ist es, als ein Übergang eines Signals zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 zu fungieren.
  • Die Metallumhausung 202 kann zudem einen in derselben ausgebildeten Chipelementhohlraum 208 aufweisen, so dass das T/R-Modul 102 innerhalb des Chipelementhohlraums 208 positioniert werden kann. Wenn die Chipelement-PCB 100 an eine Seite der Metallumhausung 202 durch das Bondingmaterial 212 gebondet wird, und die Antennen-PCB 204 an die andere Seite der Metallumhausung 202 durch ein Bondingmaterial 210 gebondet wird, ist ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 wünschenswert. Der Wellenleiterübergang 206 erleichtert diese Datenübertragung zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204. Dieser Wellenleiterübergang 206 kann Signale unterhalb von 62 GHz blockieren, was eine Einhaltung üblicher Frequenzregulierungen erleichtert. Zusätzlich kann der Wellenleiterübergang 206 die Stärke der Signale, die niedriger als ungefähr 76 GHz und höher als ungefähr 81 GHz sind, deutlich reduzieren. In anderen Worten kann der Wellenleiterübergang 206 Signale derart filtern, dass nur Signale eines gewünschten Bandbreitenbereichs durch den Wellenleiterübergang 206 geleitet werden. In anderen Ausführungsformen kann der Wellenleiterübergang 206 so konfiguriert sein, dass er die Signalstärke von Signalen, die außerhalb des 24 GHz-Band liegen, deutlich reduziert.
  • Wenn das Radarteilsystem 200, anstelle eines Wellenleiterübergangs 206, eine Hochfrequenz-Durchkontaktierung verwenden würde, um einem Signal zu ermöglichen, in eine von beiden oder beide Richtungen zu der/von der Chipelement-PCB 100 und zu der/von der Antennen-PCB 204 übertragen zu werden, würde sich die Qualität des Signals verschlechtern. Die Reproduzierbarkeit einer Durchkontaktierungskonstruktion ist für kostengünstige Hochfrequenzanwendungen nicht ausreichend. Die raue Oberfläche innerhalb der Durchkontaktierung verursacht einen Verlust in der Signalstärke. Bei der Bearbeitung schwacher Signale, wie z. B. zurückgeworfenen Radarsignalen, kann jeder erhebliche Verlust der Signalstärke eine Signalstärke unter einem Schwellwert zur Folge haben, die einen Empfang schwierig oder unmöglich machen kann.
  • Der Wellenleiterübergang 206 führt hingegen zu einem sehr geringen Signalstärkeverlust, d. h. weniger als nahezu 1 dB pro Ausgangszweig für Signale zwischen den Bändern von nahezu 76 GHz bis nahezu 81 GHz. Ein Ausgangszweig kann z. B. eine Signalleitung 304 (3) sein. Dies ist in den Charakteristika der Wellenleiterübergänge 206 sowie dem Entwurf dieses spezifischen Wellenleiterübergangs 206 begründet. Somit ist dieser Wellenleiterübergang 206 gegenüber einer Nutzung von Signaldurchkontaktierungen oder anderen unterschiedlich ausgebildeten Wellenleiterübergängen 206, die zum Kommunizieren zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 verwendet werden, zu bevorzugen.
  • Dieser spezifische Entwurf und die spezifische Form des Wellenleiterübergangs 206, auf die hierin Bezug genommen wird, sind optimal. Würde der Wellenleiterübergang 206 nach einem anderen Entwurf oder in einer anderen Form ausgebildet werden, könnte der Verlust höher sein als der hierin Offenbarte, was die Konzeptionierung einer getrennten Ausführung der beiden PCBs erschweren würde, da der Signalverlust erheblich wäre.
  • 3 stellt eine perspektivische Ansicht des vollständigen Teilsystems 200 dar. An der Unterseite des Teilsystems 200 kann die Chipelement-PCB 100 an die Metallumhausung 202 gebondet werden. Auf der Chipelement-PCB 100 ist eine Metallleiterbahn 300 positioniert, die eine Ausbreitung von Eingangs- und Ausgangssignalen zwischen dem T/R-Modul 102 und einem Metallbereich 302 ermöglichen kann. Die Metallleiterbahn 300 kann eine beliebige Leiterbahn auf der Chipelement-PCB 100, eine Mikrostreifenleitung oder ein Drahtbonding sein. Die Metallleiterbahn 300 kann beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen leitfähigen Metall gefertigt sein. Ein Ende der Metallleiterbahn 300 kann mit dem Metallbereich 302 verbunden sein, der auf der Chipelement-PCB 100 positioniert ist. Der Metallbereich 302 ist zumindest teilweise innerhalb des Wellenleiterübergangs 206 positioniert, wenn die Metallumhausung 202 an die Chipelement-PCB 100 gebondet ist.
  • Der Metallbereich 302 kann aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen leitfähigen Metall bestehen. In einer Ausführungsform besteht der Metallbereich 302 aus Kupfer. Der Metallbereich 302 weist eine nahezu quadratische Form oder eine quadratische Form auf. Die quadratische Form des Metallbereichs 302 stellt Sende- und Empfangssignale mit einer höheren Leistung bereit. Der Metallbereich kann ein Signal zwischen der Metallleiterbahn 300 und dem Wellenleiterübergang 206 koppeln. Auf der Antennenseite des Teilsystems 200 (3 oben) kann die Antennen-PCB 204 durch ein beliebiges Bondingmaterial, jedoch vorzugsweise durch ein leitfähiges Bondingmaterial an die Metallumhausung 202 gebondet sein. Die Signalleitung 304 kann auf der Antennen-PCB 204 in einer derartigen Position angeordnet sein, dass sie zumindest teilweise innerhalb des Wellenleiterübergangs 206 angeordnet ist, wenn die Metallumhausung 202 an die Antennen-PCB 204 gebondet ist. Die Signalleitung 304 kann mit Elementen auf der Antennen-PCB 204 verbunden sein, wie z. B. einem oder mehreren Antennenelementen 600 oder beliebigen Antennen-Unterstützungskomponenten oder -Chipelementen.
  • In einer Ausführungsform sind die beiden Signalleitungen 304 so positioniert, dass ein Teil einer jeden Signalleitung 304 innerhalb des Wellenleiterübergangs 206 angeordnet ist. Wie in 3 dargestellt ist, können die Signalleitungen 304 derart positioniert sein, dass die Signalleitungen 304 parallel zueinander sind und dort von einer ersten Seite und einer zweiten Seite in den Wellenleiterübergang 206 eintreten, wo die erste und die zweite Seite einander gegenüberliegen. Zudem kann eine Signalleitung 304 näher an einer dritten Seite des Wellenleiterübergangs 206 positioniert sein. Die andere Signalleitung 304 kann näher an einer vierten Seite des Wellenleiterübergangs 206 positioniert sein. Somit liegen die dritte und die vierte Seite einander gegenüber, und alle vier Seiten des Wellenleiterübergangs befinden sich auf einer Ebene, die im rechten Winkel oder nahezu im rechten Winkel zu der Ebene der Antennen-PCB 204 ist. Dies führt dazu, dass die Signalleitungen 304 sich auf der gleichen oder nahezu der gleichen Ebene befinden wie die Antennen-PCB 204, aus entgegengesetzten Richtungen eintreten und kaum etwas weniger als bis zur Hälfte in den Wellenleiterübergang 206 reichen. Wenn die Weglängen der Signalleitungen 304 unendlich weit reichen würden, befände sich eine jeweilige Signalleitung 304 zu nahe an den einander entgegengesetzten Seiten des Wellenleiterübergangs 206 (oder wären voneinander in einer Richtung senkrecht zu den Signalleitungen 304 auf der gleichen oder einer ähnlichen Ebene wie die Antennen-PCB 204 entfernt), so dass sie nicht aufeinander treffen oder einander kreuzen würden.
  • Die Signalleitung 304 kann eine Leiterbahn auf der Antennen-PCB 204, eine Mikrostreifenleitung oder ein Drahtbonding sein. Die Signalleitung 304 kann z. B. aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen leitfahigen Metall bestehen. Die Signalleitung 304 empfängt das Signal von dem T/R-Modul 102 über die Metallleiterbahn 300, den Metallbereich 302 und den Wellenleiterübergang 206 und/oder sendet das Signal an das T/R-Modul 102 über den Metallbereich 302, die Metallleiterbahn 300 und den Wellenleiterübergang 206. Somit wird zwischen dem T/R-Modul 102 und Elementen auf der Antennen-PCB 204 (wie z. B. dem Antennen-Element 600) eine Metall-zu-Wellenleiterzu-Metall-Verbindung ausgebildet. Diese Verbindung kann z. B. ein Mikrostreifen-zu-Wellenleiter-zu-Mikrostreifen-Übergang sein.
  • 4 stellt eine zerlegte Ansicht des Teilsystems 200 dar. Wie zu erkennen ist, ist die Chipelement-PCB 100 an der Unterseite der Metallumhausung 202 angeordnet. Die Chipelement-PCB 100 beinhaltet die Metalleiterbahn 300 und den Metallbereich 302. Der Chipelementhohlraum 208 ist innerhalb der Metallumhausung 202 angeordnet, wodurch für die Metallumhausung 202 genügend Raum bleibt, damit sie auf der Chipelement-PCB 100 aufliegen und das T/R-Modul 102 abschließen kann, ohne dass die Metallumhausung 202 eine Beschädigung der Chipelement-PCB 100 oder des T/R-Moduls 102 verursacht. Dies resultiert zudem in einem Schutz des T/R-Moduls 102 vor Umweltfaktoren, da der Chipelementhohlraum 208 nach dem Bonden eine abgedichtete Umgebung zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Metallumhausung 208 darstellt. Die Metallumhausung 202 enthält zudem einen Wellenleiterübergang 206, der einem Signal ermöglicht, sich zwischen dem Metallbereich 302 und der Signalleitung 304 auszubreiten. Wie zu erkennen ist, ist die Antennen-PCB 204 an die entgegengesetzte Seite der Metallumhausung 202 gebondet, an der die Chipelement-PCB 100 nicht gebondet ist.
  • Ein Signal kann durch das T/R-Modul 102 erzeugt werden. Nachdem das Signal das T/R-Modul 102 verlassen hat, kann es sich entlang einer leitfähigen Schaltungsanordnung innerhalb der Chipelement-PCB 100 ausbreiten, kann es sich entlang eines Drahtloswegs oder einer Kombination aus beidem ausbreiten. Entlang dieses Wegs kann das Signal durch beliebige von den Chipelementen und/oder Komponenten 108 (nicht gezeigt) verarbeitet werden, bis es die Metallleiterbahn 300 erreicht. Das Signal kann sich dann entlang der Metalleiterbahn 300 ausbreiten, bis es den Metallbereich 302 erreicht. Der Metallbereich 302 koppelt das Signal von der Metallleiterbahn 300 effektiv mit dem Wellenleiterübergang 206. Sobald es sich im Wellenleiterübergang 206 befindet, breitet sich das Signal durch den Wellenleiterübergang 206 aus, wo es durch die Signalleitung 304 mit der Antennen-PCB 204 gekoppelt wird. Nachdem das Signal die Antennen-PCB 204 erreicht hat, kann es sich dann auf ein oder mehrere Antennenelemente 600 (nicht gezeigt) ausbreiten und sich dann durch die Antennenelemente 600 von dem Teilsystem 200 entfernen, so dass es von nahegelegenen Objekte reflektiert bzw. zurückgeworfen wird. Sobald das Objekt zurückgeworfen worden ist, können die Antennenelemente 600 oder eine beliebige andere Antenne das Signal empfangen und es über die Antennen-PCB 100 zurückübertragen. Nachdem sie das Signal über einen Abschnitt der Antennen-PCB 204 ausgebreitet hat, kann die Signalleitung 204 das Signal zurück über den Wellenleiterübergang 206 ausbreiten, wo es der Metallbereich 302 empfangen und über die Metalleiterbahn 300 an die Chipelement-PCB 100 übertragen kann, wo das Signal durch ein beliebiges von den Chipelementen und/oder Komponenten 108 verarbeitet und schließlich zu dem T/R-Modul 102 zurück ausgebreitet werden kann.
  • 5 stellt eine von oben nach unten verlaufende Ansicht der Position nahe dem Wellenleiterübergang 206 auf der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 dar. Auf der linken Seite von 5 ist die Seite der Chipelement-PCB 100 des Wellenleiterübergangs 206 dargestellt, und auf der rechten Seite von 5 ist die Seite der Antennen-PCB 204 des Wellenleiterübergangs 206 dargestellt. Auf der Seite der Chipelement-PCB 100 führt die Metalleiterbahn 300, die mit der Chipelement-PCB 100 verbunden ist, zu dem Metallbereich 302, der sich innerhalb des Wellenleiterübergangs 206 befindet. Wie zu erkennen ist, muss der Metallbereich 302 den Flächeninhalt des Wellenleiterübergangs 206 nicht vollständig ausfüllen und kann eine quadratische Form aufweisen, wie in 5 auf der linken Seite gezeigt ist. Daneben stellt 5 Durchgangskontaktierungen 499 innerhalb der Chipelement-PCB 100 dar, die zum Verbinden der Masseebenen der Chipelement-PCB 100 mit der Metallumhausung verwendet werden können.
  • Von der Seite der Chipelement-PCB 100 kann das Signal den Metallbereich 302 verlassen und sich durch den Wellenleiterübergang 206 ausbreiten und mit der Antennen-PCB 204 unter Verwendung einer komplexen Form gekoppelt werden. Diese Form ist rechterhand in 5 angezeigt und beinhaltet die Position der Signalleitungen 304 innerhalb des Wellenleiterübergangs 206. Massedurchkontaktierungen 500 werden innerhalb der Antennen-PCB 204 verwendet und können die Kopplung des Signals mit der Antennen-PCB 204 vom Wellenleiterübergang 206 aus unterstützen. Diese Massedurchkontaktierungen 500 können auch zum Verbinden der Masseebenen der Antennen-PCB 204 mit der Metallumhausung 202 verwendet werden. Somit kann der Wellenleiterübergang 206 dazu verwendet werden, dem Signal die Ausbreitung zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 zu ermöglichen. Unter Verwendung der Metallumhausung 202 kann das Gehäuse des Teilsystems 200 robuster und fester ausgeführt werden. Zudem kann der hierin erörterte Wellenleiterübergang 206 die Performance der Signalausbreitung durch Filtern von Niederfrequenzsignalen, wie z. B. Signalen unter 62 GHz, optimieren und Signalen ermöglichen, mit einer hohen Signalstärke, z. B. zwischen 76 GHz und 81 GHz, zu passieren.
  • Die Massedurchkontaktierungen 499 und 500 sind so konzipiert, dass die Chipelement-PCB 100 und die Antennen-PCB 204 mit der Metallumhausung 202, die eine Massespannung für das Teilsystem 200 bereitstellt, elektrisch verbunden werden können. Diese Massedurchkontaktierungen 499 und 500 führen dazu, dass die Metallumhausung 202 mit einer Masseebene innerhalb von jeweils der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 elektrisch verbunden werden kann.
  • Die Wärme von dem T/R-Modul 102 kann weg von dem T/R-Modul 102 durch die Massekontaktierungen 499 und 500 auf die Masseebenen in der Chipelement-PCB 100 und der Antennen-PCB 204 übertragen werden. Von den Masseebenen kann die Wärme durch die Chipelement-PCB 100 und die Antennen-PCB 204 abgeleitet werden. Zudem können diese Masseebenen durch die beiden Massedurchkontaktierungen 499 und 500 sowie an anderen Positionen der Metallumhausung 202 mit der Metallumhausung 202 verbunden werden. Von den Masseebenen kann sich die Wärme auch auf die Metallumhausung 202 ausbreiten, wo sie weiter abgeleitet wird.
  • 6 stellt eine Ausführungsform eines Antennen-Arrays zum Senden und Empfangen von Signalen dar. Das Antennen-Array in 6 kann z. B. das Antennenelement 600 in 3 darstellen. Die Position des Wellenleiterübergangs 206 auf der Antennen-PCB 204 sowie die Massedurchkontaktierungen 500 sind dargestellt. Ebenso dargestellt ist die Signalleitung 304. Eine Mehrzahl von Antennenelementen 600 ist mit der Signalleitung 304 verbunden. Obgleich mehr als ein Antennenelement 600 gezeigt ist, kann die Anzahl der Antennenelemente 600 von 1 bis zu einer nahezu unendlichen Anzahl von Antennenelementen 600 reichen. Zudem sollte beachtet werden, dass, obwohl eine Ausführungsform der Antennenanbringung dargestellt ist, viele andere Ausführungsformen eines Antennenarrays mit diesem Teilsystem verwendet werden können. Zum Beispiel können die Antennenelemente 600 miteinander und mit der Signalleitung 340 in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus Reihen- und Parallelschaltung verbunden bzw. geschaltet werden. Es kann Antennenelemente 600 für einen Bereich von Frequenzen geben, der die Antennenelemente 600 aus einem anderen Bereich von Frequenzen überlagert. Die Antennenelemente 600 unterschiedlicher Frequenzen können zu einem komplexen Antennenelement 600 kombiniert werden. Die Antennenelemente 600 zweier oder mehrerer Frequenzen können parallel, in Reihe oder in einer Kombination aus beiden innerhalb derselben Schaltung, die sie jeweils aufweisen, verbunden bzw. geschaltet werden; oder es kann eine beliebige andere Antennenanbringungskonfiguration verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann die Antennenanbringung so konfiguriert sein, dass sie mit einem Phasenarray-Radarsystem betrieben werden kann.
  • Das Automobilradar-Teilsystem 200 kann ein selbständiges Teilsystem sein oder es kann eines von vielen Automobilradar-Teilsystemen 200 innerhalb eines Automobilradarsystems sein. Das Teilsystem 200 kann z. B. innerhalb eines Automobilradarsystems alleine, mit anderen Teilsystemen 200 dieses Typs oder mit anderen Teilsystemen 200 gemäß zumindest einem weiteren Entwurf verwendet werden. Zum Beispiel kann dieses Teilsystem 200 Teil eines Systems sein, das andere Teilsysteme 200 gemäß diesem Entwurf beinhaltet (die die volle Automobilradarbandbreite von 76 GHz bis 81 GHz abdecken). Dieses Teilsystem 200 kann zudem Teil eines Fahrzeugradarsystems sein, das Teilsysteme 200 gemäß anderen Entwürfen beinhaltet, oder eine Kombination von beliebigen anderen Teilsystemen 200 sein. Die anderen Teilsysteme können z. B. Teilsysteme sein, die so konzipiert sind, dass sie innerhalb des Bereichs von 76 GHz bis 81 GHz arbeiten, und Teilsysteme sein, die so konzipiert sind, dass sie innerhalb des Bereichs von 24 GHz arbeiten.
  • 7 stellt eine Ausführungsform der Metallumhausung 202 dar. In der in 7A dargestellten Ausführungsform ist die Seite der Metallumhausung 202 gezeigt, auf der die Chipelement-PCB 100 befestigt werden soll. Der Chipelementhohlraum 208 ist in der Mitte der Metallumhausung 202 dargestellt. Das T/R-Modul 102 sollte innerhalb des Chipelementhohlraums 208 positioniert sein, und die Chipelement-PCB 100 sollte zu positioniert sein, dass sie zumindest einen Abschnitt der Metallumhausung 202 abdeckt und das T/R-Modul 102 einkapselt. Dadurch kann das T/R-Modul 102 nach der Herstellung des Teilsystems 200 vor Umweltfaktoren geschützt werden.
  • In einigen Ausführungsformen sind mehrere Wellenleiterübergänge 206 innerhalb der Metallumhausung 202 ausgebildet und in den Umrissbereichen des Wellenleiters 206 positioniert, wie in 7A gezeigt ist. In anderen Ausführungsformen gibt es nur einen in der Metallumhausung 202 ausgebildeten Wellenleiterübergang 206. In einigen Ausführungsformen, wie z. B. der in 7A dargestellten Ausführungsform, ist der Umriss der Metalleiterbahn 700 innerhalb der Metallumhausung 202, benachbart zu der Stelle, wo das T/R-Modul 102 positioniert ist, ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann die Metallleiterbahn 300 in vom T/R-Modul 102 entfernten Positionen positioniert sein.
  • In dem Beispiel in 7A ist ein T/R-Modul 102 innerhalb der Metallumhausung 202 positioniert. Zwischen dem T/R-Modul 102 und den Wellenleiterübergängen 206 gibt es viele Umrisse von Metallleiterbahnen 700, innerhalb derer Metalleiterbahnen 300 positioniert sind. Am Ende der Umrisse 700 der Metallleiterbahnen befinden sich Metallbereiche 302 innerhalb der Wellenleiterübergänge 206. Jeder Wellenleiterübergang 206 kann sich innerhalb eines einzelnen Teilsystems 200 befinden, und kann daher zwischen einem Metallbereich 302 und zumindest einer Signalleitung 304 positioniert sein. Die Ausführungsform in 7A kann ein Automobilradarsystem oder eine Gruppe von Automobilradar-Teilsystemen 200 darstellen, die dennoch nur einen Abschnitt bzw. Teil eines Automobilradarsystems darstellen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Metallumhausung 202 darin ausgebildete Verbinderlöcher 702 beinhalten. Durch diese Verbinderlöcher 702 kann das Teilsystem 200 an einem Fahrzeug angebracht werden. Durch diese Verbinderlöcher 702 kann außerdem das Teilsystem 200 an anderen Teilsystemen 200 angebracht werden. In einer Ausführungsform kann ein Teilsystem 200 im Frequenzbereich von 76 GHz bis 81 GHz an zumindest noch einem weiteren Teilsystem 200 im selben Frequenzbereich angebracht werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Teilsysteme 200 im Frequenzbereich von 76 GHz bis 81 GHz mit einem oder mehreren Teilsystemen 200 nahe der 24-GHz-Frequenz, die ebenfalls für Fahrzeugradare genutzt wird, verbunden werden. In einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere Teilsysteme 200 mit einem oder mehreren Teilsystemen 200 gemäß eines beliebigen anderen Entwurfs verbunden werden. In einigen Ausführungsformen können die Verbinderlöcher 702 verwendet werden, um die Chipelement-PCB 100 an der Metallumhausung 202 anzubringen. Darüber hinaus können die Verbinderlöcher 702 an einer beliebigen Kombination aus anderen Teilsystemen 200, Chipelement-PCBs 100 und einem Fahrzeug angebracht werden.
  • 7B stellt eine Ausführungsform der Antennen-PCB 204 dar, die an der Metallumhausung 202 angebracht ist. In 7A ist oben in der Skizze ein Verbinderloch 702 sichtbar, und ein weiteres Verbinderloch 702 ist sichtbar, um zu veranschaulichen, dass sich die Chipelement-PCB 100 anders als die Antennen-PCB 204 auf der gegenüberliegenden Seite der Metallumhausung 202 befindet. Wie in der Ausführungsform von 7B dargestellt, gibt es auf der Antennen-PCB 204 mehrere Umrisse von Wellenleiterübergängen 206. In anderen Ausführungsformen kann das Teilsystem 200 nur so konfiguriert sein, dass es einen Wellenleiterübergang 206 beinhaltet.
  • In der in 7B veranschaulichten Ausführungsform existieren mehrere Arrays von Antennenelementen 600 auf der Antennen-PCB 204. Diese Antennenelemente 600 können auf der Antennen-PCB 204 hergestellt werden oder mit der Antennen-PCB 204 elektrisch verbunden werden. In dieser Ausführungsform können zwei Signalleitungen 304 ein Signal an den und/oder von dem Wellenleiterübergang 206 (wobei die Wellenleiterübergänge 206 auf der den Antennen-Elementen 600 gegenüberliegenden Seite der Antennen-PCB 204 und in der Nähe der Position des Umrisses 206 des Wellenleiters positioniert sind) für jeden Wellenleiterübergang 206 senden und/oder empfangen.
  • 8 stellt ein exemplarisches Verfahren zur Herstellung des robusten Automobilradar-Teilsystems 200 dar. In Block 800 wird ein Entwurf auf die Chipelement-PCB 100 geätzt. Dieser Entwurf kann für das hierin beschriebene Radar-Teilsystem 200 geeignet sein. Dieser Entwurf kann auch für einen beliebigen Typ von Radarsystem geeignet sein. Die Chipelement-PCB 100 kann Schichten von unterschiedlichen Arten von Substraten beinhalten. Zum Beispiel kann sie eine Schicht eines Hochleistungs-Hochfrequenzsubstrats und drei Schichten eines kostengünstigen FR4-Substrats oder eines anderen kostengünstigen Substrats enthalten, das z. B. zum Routing mit Digitallogik verwendet wird. Auf die Chipelement-PCB 100 können auch die Metalleiterbahn 300 und der Metallbereich 302 geätzt sein und/oder mit ihr verbunden sein.
  • In Block 802 können einzelne Komponenten auf der Chipelement-PCB 100 montiert oder an dieser angebracht werden. Die Komponenten können z. B. das T/R-Modul 102, Unterstützungskomponenten, wie z. B. Kondensatoren, Dioden, integrierte Steuerschaltungsplatinen, Verbinder, und jede andere Komponente beinhalten, die in Radarsystemen und dieser Art von Teilsystem 200 verwendet werden können.
  • In Block 804 kann die Antennen-PCB 204 geätzt werden. Die Antennenelemente 600 können z. B. in einer beliebigen Konfiguration, wie z. B. in Reihe, parallel, in einer Kombination aus beiden, oder in einer beliebigen anderen möglichen Konfiguration der Antennenelemente 600 auf die Antennen-PCB 204 geätzt werden. Desgleichen können Unterstützungskomponenten, z. B. integrierte Schaltungsplatinen, Kondensatoren, Dioden, Verbinder, und beliebige andere Komponenten, die in Radarsystemen, Antennenanbringungen und/oder dem Teilsystem 200 verwendet werden können, auf die Antennen-PCB 204 geätzt und/oder mit dieser verbunden werden. Zudem kann die Antennen-PCB 204 derart montiert werden, dass die komplexe Form dort ausgebildet ist, wo der Wellenleiterübergang 206 positioniert sein wird. Desgleichen kann die Signalleitung 304 auf die Antennen-PCB 204 derart geätzt oder an dieser angebracht werden, dass das Signal sich auf die und/oder von den Antennenelemente/n 600 und von dem und/oder zu dem Wellenleiterübergang 206 ausbreiten kann. Die Antennen-PCB 204 kann aus einem Hochleistungssubstrat oder einem beliebigen anderen Substrat gefertigt sein, auf dem Antennenanbringungen ausgebildet sein können.
  • In Block 806 kann die Chipelement-PCB 100 an eine erste Seite der Metallumhausung 202 gebondet werden. Innerhalb der Metallumhausung 202 ist der Wellenleiterübergang 206 ausgebildet. Der Wellenleiterübergang 206 kann in der Metallumhausung 202 maschinell bearbeitet werden. Die Metallumhausung 202 beinhaltet zudem einen Chipelementhohlraum 208, der in der Metallumhausung 202 maschinell bearbeitet werden kann. Die Metallumhausung 202 ist doppelseitig ausgeführt. Das T/R-Modul 102 ist innerhalb des Chipelementhohlraums 208 so positioniert, dass das T/R-Modul 102 zwischen der Metallumhausung 202 und der Chipelement-PCB 100 eingekapselt ist, wobei nur diese zwei Elemente das T/R-Modul 102 umgeben.
  • In Block 808 wird die Antennen-PCB 204 an eine zweite Seite der Metallumhausung 202 gebondet, die der ersten Seite der Metallumhausung 202 gegenüberliegt. Das Bondingmaterial kann ein leitfähiges Material sein, so dass die Metallteile der Metallumhausung 202 an Masseebenen auf der Chipelement-PCB 100 und/oder der Antennen-PCB 204 gebondet werden können, so dass eine elektrische Verbindung entsteht. Der Wellenleiterübergang 206 kann so positioniert sein, dass er auf dem Metallbereich 302 der Chipelement-PCB 100 und in der Nähe der komplexen Ausformung und der Signalleitung 304 auf der Antennen-PCB 204 positioniert ist, wenn die Metallumhausung 202 an die Chipelement-PCB 100 und die Antennen-PCB 204 gebondet wird.
  • Unter Verwendung dieses Herstellungsverfahrens für das robust ausgeführte Automobilradar-Teilsystem 200 kann das T/R-Modul 102 vollständig von Umwelteinflüssen, wie z. B. Schmutz, Staub und dergleichen, abgedichtet werden. Das T/R-Modul 102 kann innerhalb des Chipelementhohlraums 208 der Metallumhausung 202 positioniert sein, und kann zwischen der Chipelement-PCB 100 und der Metallumhausung 202 abgedichtet sein, um eine Beeinflussung durch Umweltelemente zu verhindern. Zudem ermöglicht dieses Verfahren, dass ein Teil des Radarsystems (das Teilsystem 200) in einem Reinraum montiert werden kann, so dass fragile Komponenten, wie z. B. das T/R-Modul 102, keinen Umweltelementen ausgesetzt sind. Daneben hebt dieses Verfahren die Notwendigkeit auf, dass die T/R-Module 102 in ihrem eigenen Schutzgehäuse positioniert werden müssen, da sie bereits durch die Chipelement-PCB 100 und die Metallumhausung 202 geschützt werden. Dieses Verfahren ermöglicht zudem, dass ein Vollradarsystem außerhalb eines Reinraums montiert werden kann, da die fragilen Komponenten, wie z. B. das T/R-Modul 102, vor Umwelteinflüssen innerhalb des Teilsystems 200 abgedichtet sind und bereits zuvor innerhalb eines Reinraums hergestellt worden sind. Somit kann die Montage von mehr als einem Teilsystem 200 und anderen Modulen als ein System außerhalb eines Reinraums durchgeführt werden, wodurch sich die Kosten des Herstellungsprozesses für das gesamte Radarsystem verringern.
  • Durchschnittsfachleute werden darauf hingewiesen, dass die verschiedenen veranschaulichenden logischen Blöcke, Module und algorithmischen Schritte, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Beispielen beschrieben sind, als Elektronik-Hardware, Computer-Software oder als eine Kombinationen aus beidem implementiert werden können. Zur deutlichen Veranschaulichung dieser Austauschbarkeit von Hardware und Software sind vorstehend verschiedene veranschaulichende Komponenten, Blöcke, Module, Schaltungen und Schritte im Allgemeinen in Bezug auf deren Funktionalität beschrieben worden. Ob diese Funktionalität als Hardware oder Software implementiert wird, hängt von der speziellen Anwendung sowie und Entwurfsbeschränkungen, denen das Gesamtsystem unterliegt, ab. Sachkundige Fachleute können die beschriebene Funktionalität auf verschiedene Art und Weise für jede spezielle Anwendung implementieren, doch derartige Implementierungsentscheidungen sind so aufzufassen, dass sie ein Abweichen vom Schutzumfang der offenbarten Vorrichtung und Verfahren bewirken.
  • Die verschiedenen veranschaulichenden logischen Blöcke, Module und Schaltungen, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Beispielen beschrieben sind, können mit einem Universalprozessor, einem digitalen Signalprozessor (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder einer anderen programmierbaren logischen Vorrichtung, einem diskreten Logikgatter oder einer Transistorlogik, diskreten bzw. eigenständigen Hardware-Komponenten oder einer Kombination aus denselben, die so konzipiert ist, das sie die hierin beschriebenen Funktionen ausführen kann, implementiert oder ausgeführt werden. Ein Universalprozessor kann ein Mikroprozessor sein, alternativ kann der Prozessor aber auch ein beliebiger herkömmlicher Prozessor, Controller, Microcontroller oder eine Zustandsmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Berechnungsvorrichtungen, z. B. eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, eine Mehrzahl von Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder eine beliebige andere derartige Konfiguration implementiert sein.
  • Die Schritte eines Verfahrens oder Algorithmus, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Beispielen beschrieben sind, können direkt in einer Hardware, in einem Software-Modul, das durch einen Prozessor ausgeführt wird, oder in einer Kombination aus beidem verkörpert werden. Ein Software-Modul kann sich in einem RAM-Speicher, einem Flash-Speicher, einem ROM-Speicher, einem EPROM-Speicher, einem EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einer Wechselfestplatte, einem CD-ROM oder einer anderen Form von Speichermedium, das in der Technik bekannt ist, befinden. Ein beispielhaftes Speichermedium ist mit dem Prozessor derart gekoppelt, dass der Prozessor Informationen von dem Speichermedium lesen und Informationen an das Speichermedium schreiben kann. Alternativ kann das Speichermedium in den Prozessor integriert sein. Der Prozessor und das Speichermedium können sich in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC = application specific integrated circuit) befinden. Die ASIC kann sich in einem drahtlosen Modem befinden. Alternativ können sich der Prozessor und das Speichermedium in eigenständigen Komponenten in dem drahtlosen Modem befinden.
  • Anhand der bisherigen Beschreibung der offenbarten Beispiele soll einem Durchschnittsfachmann ermöglicht werden, die Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Offenbarung anzuwenden bzw. herzustellen. Verschiedene Modifizierungen an diesen Beispielen sind für Fachleute offenkundig, und die hierin offenbarten Grundsätze sind auf andere Beispiele anwendbar, ohne vom Schutzbereich der hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtung abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht als lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend zu betrachten, und der Schutzbereich der Erfindung wird daher vielmehr durch die angehängten Ansprüche als durch die vorstehende Beschreibung angezeigt. Alle Änderungen, die in den Bedeutungs- und Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sind vom Schutzbereich der Ansprüche umfasst.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Einhausen einer Fahrzeugradareinheit, wobei das Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Bereitstellen einer ersten gedruckten Schaltungsplatine; Positionieren einer integrierten Schaltung zum Verarbeiten von gesendeten und empfangenen Signalen auf der ersten gedruckten Schaltungsplatine; Bereitstellen einer Metallumhausung mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite; Bereitstellen einer zweiten gedruckten Schaltungsplatine mit einer Mehrzahl von Antennenelementen und zumindest einer Übertragungsleitung; Bonden der ersten gedruckten Schaltungsplatine an die erste Seite der Metallumhausung; Bonden der zweiten gedruckten Schaltungsplatine an die zweite Seite der Metallumhausung; Bereitstellen einer Wellenleiterkammer, die zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der zweiten gedruckten Schaltungsplatine angeordnet ist; und Ermöglichen, dass ein Signal sich von der integrierten Schaltung auf die Mehrzahl der Antennenelemente ausbreiten kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der Metallumhausung gegenüber Umweltbelastungen abgedichtet ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wellenleiterkammer so konfiguriert ist, dass die Stärke von Signalen auf unter 76 GHz reduziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine von der ersten gedruckten Schaltungsplatine an die erste Seite der Metallumhausung unter Verwendung eines leitfähigen Bondingmaterials gebondet wird oder die zweite gedruckte Schaltungsplatine an die zweite Seite der Metallumhausung unter Verwendung eines leitfähigen Bondingmaterials gebondet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zumindest eine Übertragungsleitung zumindest zwei Übertragungsleitungen beinhaltet und das Bereitstellen der Wellenleiterkammer ein Positionieren von zwei von den zumindest zwei Übertragungsleitungen in der Wellenleiterkammer beinhaltet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die integrierte Schaltung in einem Draht-Bond-Gehäuse, einem Flip-Chip-Gehäuse oder einem Ein-Chip-System-Gehäuse eingehaust wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste gedruckte Schaltungsplatine eine Metallleiterbahn und einen quadratischen Metallbereich beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner folgende Schritte beinhaltet: Ermöglichen, dass ein Signal sich von der Mehrzahl der Antennenelemente auf die zumindest eine Übertragungsleitung, auf die Wellenleiterkammer, auf den quadratischen Metallbereich, auf die Metallleiterbahn, auf die integrierte Schaltung ausbreiten kann.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermöglichen, dass sich das Signal von der integrierten Schaltung auf die Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten kann, ein Ermöglichen beinhaltet, dass ein Signal sich von der integrierten Schaltung auf die Metallleiterbahn, auf den quadratischen Metallbereich, auf die Wellenleiterkammer, auf die zumindest eine Übertragungsleitung, auf die Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten kann.
  10. Fahrzeugradareinheit, aufweisend: eine erste gedruckte Schaltungsplatine mit einer integrierten Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie die gesendeten und empfangenen Signale verarbeiten kann; eine Metallumhausung mit einer Wellenleiterkammer, die innerhalb derselben ausgebildet ist, wobei die Wellenleiterkammer zwischen einer ersten Seite der Metallumhausung und einer zweiten Seite der Metallumhausung gegenüber der ersten Seite angeordnet ist und ermöglicht, das sich ein Signal von der integrierten Schaltung auf die Mehrzahl der Antennenelemente ausbreiten kann, wobei die erste Seite der Metallumhausung an die erste gedruckte Schaltungsplatine gebondet ist; und eine zweite gedruckte Schaltungsplatine, die an die zweite Seite der Metallumhausung gebondet ist und zumindest eine Übertragungsleitung und eine Mehrzahl von Antennenelementen aufweist.
  11. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 10, wobei die integrierte Schaltung gegenüber Umweltbelastungen zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der Metallumhausung abgedichtet ist.
  12. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 10, wobei die Wellenleiterkammer so konfiguriert ist, dass sie die Stärke von Signale auf unter 76 GHz reduzieren kann.
  13. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 10, wobei zumindest eine von der ersten gedruckten Schaltungsplatine an die erste Seite der Metallumhausung unter Verwendung eines leitfähigen Bondingmaterials gebondet ist oder die zweite gedruckte Schaltungsplatine an die zweite Seite der Metallumhausung unter Verwendung eines leitfähigen Bondingmaterials gebondet ist.
  14. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 10, wobei die zumindest eine Übertragungsleitung zumindest zwei Übertragungsleitungen beinhaltet und zwei von den zumindest zwei Übertragungsleitungen innerhalb der Wellenleiterkammer positioniert sind.
  15. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 10, wobei die integrierte Schaltung in einem Drahtbond-Gehäuse, einem Flip-Chip-Gehäuse oder Ein-Chip-System-Gehäuse eingehaust ist.
  16. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 10, wobei die erste gedruckte Schaltungsplatine eine Metallleiterbahn oder einen quadratischen Metallbereich beinhaltet.
  17. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 16, wobei ein Signal sich von der Mehrzahl der Antennenelemente auf die zumindest eine Übertragungsleitung, auf die Wellenleiterkammer, auf den quadratischen Metallbereich, auf die Metallleiterbahn, auf die integrierte Schaltung ausbreiten kann.
  18. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 16, wobei das Ermöglichen, dass das Signal sich von der integrierten Schaltung auf die Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten kann, ein Ermöglichen beinhaltet, dass ein Signal sich von der integrierten Schaltung auf die Metalleiterbahn, auf den quadratischen Metallbereich, auf die Wellenleiterkammer, auf die zumindest eine Übertragungsleitung, auf die Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten kann.
  19. Fahrzeugradareinheit, aufweisend: eine erste gedruckte Schaltungsplatine mit einer integrierten Schaltung, die so konfiguriert ist, dass sie gesendete und empfangene Signale verarbeiten kann, einer Mehrzahl von Metallleiterbahnen, die mit der integrierten Schaltung verbunden sind, und einer Mehrzahl von quadratischen Metallbereichen, die mit der Mehrzahl von Metalleiterbahnen elektrisch verbunden sind; eine zweite gedruckte Schaltungsplatine mit einer Mehrzahl von Übertragungsleitungen und einer Mehrzahl von Antennenelementen, wobei jedes von der Mehrzahl von den Antennenelementen mit zumindest einer von der Mehrzahl von Übertragungsleitungen elektrisch verbunden ist; und eine Metallumhausung mit einer Mehrzahl von Wellenleiterkammern, einem Chiphohlraum, einer ersten Seite, die an die erste gedruckte Schaltungsplatine gebondet ist, und einer zweiten Seite gegenüber der ersten Seite, die an die zweite gedruckte Schaltungsplatine gebondet ist, wobei: die Mehrzahl der quadratischen Metallbereiche auf der ersten gedruckten Schaltungsplatine innerhalb der Mehrzahl von Wellenleiterkammern positioniert ist, zumindest ein Bereich von jeder von der Mehrzahl von Übertragungsleitungen innerhalb von einer von der Mehrzahl von Wellenleiterkammern positioniert ist, die integrierte Schaltung innerhalb des Chiphohlraums derart positioniert ist, dass die integrierte Schaltung zwischen der ersten gedruckten Schaltungsplatine und der Metallumhausung eingekapselt ist, und eine Mehrzahl von Signalen sich von der integrierten Schaltung auf jede von der Mehrzahl von Metallleiterbahnen, auf jeden von der Mehrzahl von quadratischen Metallbereichen, auf jede von der Mehrzahl von Wellenleiterkammern, auf jede von der Mehrzahl von Übertragungsleitungen, auf jedes von der Mehrzahl von Antennenelementen ausbreiten kann.
  20. Fahrzeugradareinheit nach Anspruch 19, wobei die integrierte Schaltung eine monokristalline integrierte Mikrowellenschaltung ist.
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