-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur.
-
Stand der Technik
-
Konventionelle Leiterplatten für Radarsensoren werden nur mit für den Sensor nötigen Metallstrukturen gefertigt, beispielsweise Radarsensoren der Generation 1 bis 4. Eine Überprüfung der Fertigungstoleranzen des Produktionsprozesses der Leiterplatte erfolgt jeweils an den relevanten Strukturen, wie beispielsweise der Antenne, den Leiterbahnen oder den Lötflächen unter Verwendung eines optischen Systems. Hierfür werden üblicherweise optische Kamerasysteme eingesetzt, die im Produktionsprozess aufgrund geringer Prozesszeiten nur begrenzt die relevanten Strukturen prüfen können.
-
Aufgrund des Herstellungsprozesses der Leiterplatte, insbesondere durch den Ätzprozess zum Ausbilden der relevanten Strukturen, treten Fertigungstoleranzen unter den relevanten Strukturen auf. Die Fertigungstoleranzen resultieren aus der unterschiedlichen Positionierung der relevanten Strukturen auf der Leiterplatte aufgrund von Produktionserfordernissen, wodurch während des Ätzprozesses unterschiedlich viel Material von der Leiterplatte abgetragen wird. Zudem werden, um die Unterseite und Oberseite und dort eingebrachte Bauelemente miteinander elektrisch zu verbinden, Durchkontaktierungen vorgesehen. Die Durchkontaktierungen werden mittels eines Galvanikprozesses durch ein Aufwachsen von Kupfer an den Durchkontaktierungen wieder elektrisch leitfähig.
-
Hierbei tritt das Problem auf, insbesondere bei Radarsensorleiterplatten, da die relevanten Strukturen nur wenig des verfügbaren Platz der Leiterplatte belegen und die restliche Fläche der Leiterplatte frei bleibt, dass Aufgrund der geringen Menge an Kupfer auf der Leiterplatte, das galvanische Aufwachsen nicht homogen über die gesamte Leiterplatte verteilt erfolgt.
-
Dies kann dazu führen, das unterschiedliche Toleranzen auf der Leiterplatte ausgebildet werden. Hierdurch werden die mechanischen Abmessungen der relevanten Strukturen derart verändert, dass beispielsweise Flächen auf der Leiterplatte mal dicker oder dünner mit Kupfer aufgewachsen werden. Zudem können schräge Kanten der relevanten Strukturen rund ausgebildet werden, bzw. werden diese nicht wie erforderlich abgebildet. Bei einem zu geringen Metallanteil auf der Oberseite der Leiterplatte, wird das Kupfer durch den Galvanikprozess nicht gleichmäßig über die Fläche der Leiterplatte verteilt, sondern kann vielmehr an wenigen Positionen auf der Leiterplatte konzentriert auftreten.
-
Wie in der 5 dargestellt, weist die Leiterplatte für Radarsensoren nur die Antennenflächen, sehr dünne Leiterbahnen und die Lötflächen auf, um eine elektrische Verbindung zu integrierten Bauelementen auf der Unterseite der Leiterplatte bereitzustellen. Die verbleibenden Flächen auf der Leiterplatte sind ungenutzte Flächen und werden nicht für die Funktionalität des Radarsensors verwendet bzw. benötigt. Dies kann dazu führen, dass die eingesetzten Herstellungsprozesse der Leiterplattenhersteller für diese Leiterplatten, im speziellen für die Verwendung in Radarsensoren, nicht die gewünschte Qualität erfüllen, da diese für Leiterplatten mit hohem Kupferanteil auf der Oberfläche bzw. für eine gleichmäßige Verteilung des Kupfers auf der Oberfläche optimiert sind.
-
Ferner kann nach dem Ätzen der Metallstrukturen, die Fläche der Leiterbahnen zum elektrischen Verbinden der Antenne mit den Lötflächen geringer bzw. nicht wie erforderlich ausfallen, wodurch im schlechtesten Fall kein elektrischer Signalfluss zwischen der Antenne und der entsprechenden Elektronik gegeben ist. Ferner kann bei einem Hochfrequenzbauteil wie dem Radarsensor, ein verstärktes Rauschen beim Empfänger auftreten oder das Abstrahlen der Antennen erfolgt nicht mehr in die gewünschte Richtung. Weiterhin nachteilig ist, wenn die Leiterbahn, die nominal beispielsweise eine Breite von 100µm aufweisen, nur noch eine Breite von 80µm aufweisen, der Wellenwiderstand verstimmt ist und somit ein anderer Widerstandswert als erforderlich vorliegt.
-
Leiterplatten zur Verwendung in Radarsensoren sind beispielsweise aus der
DE 10 2016 119825 A1 bekannt.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung schafft eine Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur und ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 und 7. Ferner schafft die vorliegende Erfindung einen Radarsensor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 10.
-
Die vorliegende Erfindung schafft eine Leiterplatte für Radarsensoren umfassend ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite. Die Leiterplatte weist wenigstens eine auf der Oberseite des Substrats angeordnete Antenneneinrichtung auf, welche aus einer Metallschicht ausgebildet ist. Ferner weist die Leiterplatte eine auf der Oberseite des Substrats angeordnete Füllstruktur auf, welche aus der Metallschicht ausgebildet ist. Zudem ist die Füllstruktur beabstandet von der Antenneneinrichtung in einem Flächenbereich der Oberseite des Substrats angeordnet, der nicht durch die Antenneneinrichtung belegt ist. Zudem weist die Füllstruktur keine elektrische Verbindung zu der Antenneneinrichtung auf. Zudem liegt eine Flächebelegung der Füllstruktur in einem Verhältnis zwischen 50% bis 300% einer Flächenbelegung der Antenneneinrichtung vor.
-
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte für Radarsensoren umfassend ein Substrat mit einer Oberseite und einer Unterseite. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Aufbringens einer vollständig geschlossenen Metallschicht auf einer Oberseite eines Substrats. Ferner umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt des Ausbildens wenigstens einer auf der Oberseite des Substrats angeordneten Antenneneinrichtung und einer Füllstruktur, welche aus der Metallschicht ausgebildet sind. Zudem ist die Füllstruktur beabstandet von der Antenneneinrichtung in einem Flächenbereich der Oberseite des Substrats angeordnet, der nicht durch die Antenneneinrichtung belegt ist. Zudem weist die Füllstruktur keine elektrische Verbindung zu der Antenneneinrichtung auf. Zudem liegt eine Flächenbelegung der Füllstruktur in einem Verhältnis zwischen 50% bis 300% einer Flächenbelegung der Antenneneinrichtung vor.
-
Unter der Antenneneinrichtung sind die relevanten Strukturen für die Leiterplatte eines Radarsensors zu verstehen. Diese umfassen wenigstens eine Antenne, die über eine Leiterbahn mit einer Lötfläche verbunden ist. Über die Lötfläche wird mittels einer Durchkontakttierung eine elektrische Verbindung zu dem an der Oberseite der Leiterplatte aufgelöteten Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) mit Versorgungs- und Datenleitungen bereitgestellt. In einer alternativen Ausführungsform ist der Monolithic Microwave Integrated Ciruit auf der Unterseite der Leiterplatte aufgelötet. Für weitere Antennen sind entsprechend zusätzliche Strukturen vorzusehen.
-
Vorteile der Erfindung
-
In vorteilhafter Weise kann durch das Aufbringen von regelmäßig angeordneten metallischen Strukturen, sowohl der Anteil der Metallfläche auf der Leiterplatte erhöht werden, was für die Optimierung des Produktionsprozesses von Vorteil ist, als auch eine Prüfung der notwendigen Genauigkeiten des Produktionsprozesses erfolgen.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Idee besteht somit darin, zusätzliche Füllstrukturen auf die Oberfläche der Leiterplatte aufzubringen, um in vorteilhafter Weise die Kupferverteilung während des Galvanikprozesses homogener auszugestalten. Dies hat den Vorteil, dass nicht mehr nur dünne Leiterbahnen vorliegen, sondern ein relativ gleichmäßiges metallisches Bild, vorzugsweise Kupferbild, ausgebildet ist.
-
Ferner werden die Füllstrukturen in den Abmessungen und Orientierung der Antenneneinrichtung bzw. der Antenne, den Leiterbahnen und Lötflächen ausgebildet, womit in vorteilhafterweise an den metallischen Füllstrukturen, vorzugsweise aus Kupfer, eine Prüfung der Ätztoleranzen bzw. ob diese eingehalten wurden, erfolgen kann.
-
Weiterhin vorteilhaft ist, dass aus der aufgebrachten Vollkupferfläche nach dem Ätzen des Kupfers nicht nur vereinzelten Flächen, wie beispielsweise die Antenne ausgebildet werden, sondern größere Flächen, wodurch der Ätzprozess deutlich definierter und optimierter ausgeführt werden kann. Dies kann in eine verbesserte Qualität in Bezug auf die benötigten Fertigungstoleranzen resultieren. Zudem wird das Kupfer während des Galvanikprozesses besser in den Durchkontaktierungen verteilt und es stellt sich eine homogenere Verteilung auf der gesamten Leiterplatte ein.
-
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Flächebelegung der Füllstruktur in einem Verhältnis zwischen 75% bis 200%, insbesondere in einem Verhältnis zwischen 90% bis 150% der Flächenbelegung der Antenneneinrichtung. Vorzugsweise weist die weist Flächebelegung der Füllstruktur 100% der Flächenbelegung der Antenneneinrichtung auf.
-
Für einen optimalen Produktionsprozess der Leiterplatte ist es von Vorteil, wenn auf der Oberfläche der Leiterplatte möglichst gleichmäßig Metall, insbesondere Metallstrukturen ausgebildet sind. Aus diesem Grund, sind die freien Flächen der Leiterplatte, die nicht für die technische Funktion des Radarsensors benötigt werden, bzw. auf denen technische Komponenten für die technische Funktion des Radarsensors vorgesehen sind, ebenfalls mit Füllstrukturen, insbesondere aus Metall bedeckt. Allerdings weisen Vollmetallflächen den Nachteil auf, dass einen Prüfung der Fertigungstoleranzen an Vollmetallflächen nicht möglich ist. Daher ist es von Vorteil, die freie Fläche mit regelmäßigen und beabstandeten Füllstrukturen mit Abmessungen in der Größenordnung der Antenneneinrichtung zu versehen. Eine Überprüfung der Fertigungstoleranzen, insbesondere eine optische Prüfung wird vereinfacht bzw. genauer und das Aufwachsen von Kupfer im weiteren Fertigungsprozess der Leiterplatte erfolgt auf der gesamten Leiterplatte homogener.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Füllstruktur in einer rechteckigen oder quadratischen Form ausgebildet.
-
Rechteckige oder quadratischen Formen haben den Vorteil, dass mit diesen Formen ein regelmäßiges Raster ausgebildet werden kann und andererseits in der Größenordnung der Antenneneinrichtung leichter realisierbar sind. Der Produktionsprozess der Leiterplatte, insbesondere das Ätzen und das Aufkupfern werden verbessert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die rechteckige oder quadratische Form der Füllstruktur und die Antenneneinrichtung Kanten auf und die Kanten der Füllstruktur verlaufen in einer gleichen Orientierung wie die Kanten der Antenneneinrichtung.
-
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, dass die Kanten der rechteckigen oder quadratischen Form in der gleichen Orientierung wie die Antenneneinrichtung angeordnet werden können und somit den gleichen Fehlertoleranzen wie die Antenneneinrichung unterliegen. Eine Überprüfung der Fehlertoleranzen wird somit verbessert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl an Füllstrukturen in unterschiedlicher Orientierung und Abständen in einem Raster angeordnet.
-
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, dass die Metallfläche durch die Vielzahl der Füllstrukturen und der Antenneneinrichtung gleichmäßig auf der Leiterplatte verteilt wird, wodurch die geforderten Toleranzen im Produktionsprozess einer Leiterplatte besser eingehalten werden. Insbesondere ist das bei dem Schritt des Galvanisierens von Vorteil. Das Aufkupfern auf der Leiterplatte erfolgt homogener. Außerdem kann durch die großflächige Verteilung der Füllstrukturen eine Überprüfung der Fertigungstoleranzen des Produktionsprozesses verbessert werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen die Abstände zwischen den Füllstrukturen in einem Verhältnis zwischen 50% bis 200%, insbesondere in einem Verhältnis zwischen 75% bis 150% der Antenneneinrichtung. Vorzugsweise weisen die Abstände zwischen den Füllstrukturen einen Abstand von 100% des Abstands der Antenneneinrichtung auf.
-
In vorteilhafter Weise entsprechen die Abstände der rechteckigen oder quadratischen Füllstrukturen den Abständen der Antenneneinrichtung, womit die Füllstrukturen den gleichen Fertigungstoleranzen wie die Antenneneinrichtung. Somit kann die Überprüfung der Fertigungstoleranzen effektiver und verbessert ausgeführt werden
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Antenneneinrichtung und die metallische Füllstruktur aus Kupfer ausgebildet.
-
Figurenliste
-
Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der Leiterplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte in Querschnittsansicht ohne ausgebildete Metallstrukturen und Füllstrukturen;
- 3 eine schematische Darstellung der Leiterplatte mit im Raster angeordneten Füllstrukturen gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Leiterplatte für Radarsensoren.
-
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
1 ist eine schematische Darstellung der Leiterplatte 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 eine Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Leiterplatte 10 umfasst ein Substrat 1 mit einer Oberseite 4 und einer Unterseite 3. Auf der Oberseite 4 des Substrats 1 ist wenigstens eine Antenneneinrichtung 11 ausgebildet. In einer Ausführungsform weist die Antenneneinrichtung 11 zwei Antennen auf. Die Antenneneinrichtung 11 ist aus einer Metallschicht 2, vorzugsweise aus Kupfer ausgebildet. Die Antenneneinrichtung 11 umfasst die Antenne, die Leiterbahn 13 und die Lötfläche 12. Die Leiterbahn 13 verbindet die Antenne mit der Lötfläche 12. Über Durchkontaktierungen in der Lötfläche 12 kann ein Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) über die Leiterbahn 13 mit der Antenne verbunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der MMIC auf der Oberseiterseite 4 des Substrats 1 angeordnet (nicht dargestellt). In einer alternativen Ausführungsform ist der MMIC auf der Unterseite 3 des Substrats 1 angeordnet. Auf der Oberseite 4 des Substrats 1 sind in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Füllstrukturen 14 angeordnet. Die Füllstrukturen 14 sind beabstandet von der Antenneneinrichtung 11 in einem Flächenbereich der Oberseite 4 des Substrats 1 angeordnet, der nicht durch die Antenneneinrichtung 11 belegt ist. Die Füllstruktur 14 weist keine elektrische Verbindung zu der Antenneneinrichtung 11 auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform liegt die Flächenbelegung der Füllstruktur 14 in einem Verhältnis zwischen 50% bis 300% einer Flächenbelegung der Antenneneinrichtung 11.
-
1 zeigt eine Ausführungsform der Leiterplatte 10 eines Radarsensors, bei der drei Füllstrukturen 14 ausgebildet sind. Für einen optimalen Produktionsprozess ist es von Vorteil, wenn die Leiterplattenfläche möglichst gleichmäßig mit Metall bedeckt ist. Die freien Flächen der Leiterplatte 1 sind daher mit regelmäßigen Füllstrukturen 14, mit Abmessungen in der Größenordnung der Antenneneinrichtung 11 belegt. 1 stellt eine beispielhafte Darstellung der vorliegenden Erfindung dar und ist nicht auf diese beschränkt. Ferner ist es denkbar, dass eine Vielzahl an Füllstrukturen 14 auf der Oberseite 14 des Substrats 1 ausgebildet werden.
-
Die Füllstrukturen 14 können als Rechtecke oder Quadrate ausgebildet sein. Vorteilhafterweise können die Füllstrukturen 14 in einem regelmäßigen Raster angeordnet werden. Die Kanten der rechteckig oder quadratisch ausgebildeten Füllstrukturen 14 sind in der gleichen Orientierung wie die Kanten der Antenneneinrichtung angeordnet. In vorteilhafter Weise unterliegen somit die Kanten der Füllstrukturen 14 den gleichen Fertigungstoleranzen wie die Antenneneinrichtung, womit eine Überprüfung der Fertigungstoleranzen verbessert wird. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen die Abstände zwischen den rechteckigen und quadratischen Füllstrukturen 14 in der Größenordnung der Antenneneinrichtung 11.
-
2 ist eine schematische Darstellung einer Leiterplatte in Querschnittsansicht ohne ausgebildete Metallstrukturen und Füllstrukturen.
-
In 2 bezeichnet Bezugszeichen 10 eine Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Leiterplatte 10 umfasst ein Substrat 1 mit einer Unterseite 3 und einer Oberseite 4. Auf der Oberseite 4 ist die Metallschicht 2 ausgebildet. Aus der Metallschicht 2 werden die Antenneneinrichtung 11, umfassend wenigstens eine Antenne, Leiterbahnen, und Lötflächen, sowie die Füllstrukturen 14 aus der Metallschicht 2 ausgebildet. Die Metallschicht 2 umfasst vorzugsweise Kupfer.
-
3 ist eine schematische Darstellung der Leiterplatte mit im Raster angeordneten Füllstrukturen 14 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In 3 ist ein Antennenarray mit zwei Antenneneinrichtungen 11 dargestellt. Die Antenneneinrichtung 11 weist Antennen und Leiterbahnen 13 auf. Die Antenneneinrichtung 11 ist aus einer Metallschicht 2, vorzugsweise Kupfer, ausgebildet. Die Antenneneinrichtung 11 weist Abstände A und B auf. In der 3 sind Füllstrukturen 14 mit Abmessung in der Größenordnung der Antenneneinrichtung 11 angeordnet. Die Antennen der Antenneneinrichtungen 11 weisen zueinander einen Abstand B auf. Die einzelnen Füllstrukturen 14, der in einem Raster angeordneten Füllstrukturen, weisen den gleichen Abstand B zueinander auf. Durch das Ausbilden des gleichen Abstands verläuft der Ätzprozess an den Füllstrukturen auf der Leiterplatte 1 in gleicher Weise wie an der Antenneneinrichtung 11. Die Füllstrukturen 14 weisen eine rechteckige oder quadratische Form auf. Die Füllstrukturen 14 sind in einer Vielzahl zu mehreren Gruppen von Füllstrukturen 14 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Flächenbelegung der Füllstruktur 14 der Flächenbelegung der Antenneneinrichtung 11 entspricht. Werden die Füllstrukturen 14 bestenfalls gesamt einheitlich senkrecht ausgerichtet, dann ergibt sich eine deutlich erhöhte Flächenbelegung für die Füllstrukturen 14, als für die Antenneneinrichtung 11. Durch die abwechselnd waagerechte und senkrechte Anordnung der Füllstrukturen 14 in einem Raster, ergibt sich ein ausgeglichenes Flächenverhältnis. In vorteilhafter Weise wird somit der gesamte Produktionsprozess umfassend das Ätzen und das Aufkupfern verbessert. Ferner können durch die regelmäßige Anordnung der Füllstrukturen 14 in einem Raster, das Raster umfassend die regelmäßige Anordnung der Füllstrukturen über ein optisches System geprüft werden.
-
4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
In einem ersten Schritt S1 erfolgt ein Aufbringen einer vollständigen geschlossenen Metallschicht 2 auf einer Oberseite 4 des Substrats 1. Die metallische Schicht 2 ist vorzugsweise aus Kupfer ausgebildet. In einem weiteren Schritt S2 wird auf der Oberseite des Substrats 1 wenigstens eine Antenneneinrichtung 11 und eine Füllstruktur 14 ausgebildet. Die Antenneneinrichtung 11 und die Füllstruktur 14 sind aus der Metallschicht 2 ausgebildet. Ferner ist die Füllstruktur 14 in einem Flächenbereich der Oberseite 4 des Substrats 1 beabstandet von der Antenneneinrichtung 11 angeordnet. Der Flächenbereich ist eine Fläche auf der Oberseite 4 des Substrats 1, die nicht durch die Antenneneinrichtung 11 belegt ist. Die Antenneneinrichtung 11 umfasst wenigstens eine Antenne, wenigstens eine Leiterbahn 13 und wenigstens eine Lötfläche 12. Die Antenne der Antenneneinrichtung 11 und die Lötfläche 12 werden durch die Leiterbahn 13 elektrische verbunden. Die Lötfläche 12 kann Durchkontaktierungen zur elektrischen Verbindung eines Monolithic Microwave Integrated Circuit mit der Antenneneinrichtung 11 aufweisen. Die auf der Oberseite 4 des Substrats 1 angeordnete Füllstruktur 14 weist keine elektrische Verbindung zu der Antenneneinrichtung 11 auf. Die Flächenbelegung der Füllstruktur 14 liegt in einem Verhältnis zwischen 50% bis 300% der Flächenbelegung der Antenneneinrichtung 11.
-
Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Produktionsprozess der Leiterplatte 1, insbesondere die Schritte Ätzen der Antenneneinrichtung 11 und der Füllstrukturen 14 aus der geschlossenen Metallschicht 2 optimiert. Ferner erfolgt das Aufkupfern homogener, da durch die Füllstrukturen 14 ein erhöhter Kupferanteil auf der Leiterplatte 1 enthalten ist und sich das Kupfer auf den mehreren Strukturen, insbesondere der Füllstrukturen, besser verteilt bzw. gleichmäßig aufwächst.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102016119825 A1 [0008]
