高频结构元件、电路布置和雷达系统的制作方法

1.本发明涉及一种高频结构元件以及一种具有这样的高频结构元件的电路和雷达系统。


背景技术：

2.集成高频电路产生毫米波信号，如其例如用于机动车中的雷达系统的那样。为此，尤其使用在约76千兆赫(ghz)至81ghz的范围内的频率。为了产生或者说处理高频信号，也越来越多地使用集成电路。在此类集成电路的传统壳体中，信号在印刷电路板(英语：printed circuit board，pcb)上的平面传输线路上传输。此类壳体能够例如通过球状网格阵列(ball grid array，bga)接通。
3.出版物us2020/0365971a1描述例如一种具有集成电路和用于信号耦入和耦出的部件的壳体布置。在此，bga结构用于将壳体布置安置在电路板上。


技术实现要素：

4.本发明公开了高频结构元件以及电路布置和雷达系统。另外的有利实施方式在下文中描述。
5.据此，设置：
6.一种具有壳体衬底和平面网格阵列(land grid array，lga)的高频结构元件。所述壳体衬底包括具有集成电路以及至少一个信号耦合元件的芯片元件。信号耦合元件与集成电路耦合。此外，信号耦合元件设计为用于发射和/或接收高频信号。lga布置在壳体衬底的表面上。此外，lga在所述壳体衬底的表面上具有围绕所述至少一个信号耦合元件的能导电的界限部。
7.进一步，设置：
8.一种具有根据本发明的高频结构元件和电路板衬底的电路布置。电路板衬底在此具有与所述高频结构元件的lga相对应的能导电的结构。尤其地，使高频结构元件焊接在电路板衬底的能导电的结构上或以任意其他方式与电路板衬底的能导电的结构连接。
9.最后，设置：
10.一种雷达系统，尤其是用于机动车的雷达系统，所述雷达系统具有根据本发明的电路布置和天线系统。天线系统在此与电路布置耦合。此外，天线系统设计为用于，发射来自高频结构元件的高频信号并且在所述高频结构元件处提供接收到的高频信号。
11.发明优点
12.本发明基于这种认识：在前进式的发展和小型化的范畴内，许多高频应用越来越多地使用在具有集成电路的结构元件中。在此，信号耦合元件(所谓的发射器)也能够在具有集成电路的结构元件中实现。在这种情况下，在具有集成电路的组件和用于传输高频信号的、邻接的结构(诸如波导等)之间的信号耦入和信号耦出具有重要意义。
13.因此，本发明的思想是：考虑到这种认识并且提供一种高频结构元件，该高频结构
元件实现了将具有集成电路的高频结构元件优化地附接到用于高频信号的信号传输的邻接结构上。为此，根据本发明设置，在具有集成电路的高频结构元件上实现以所谓的平面网格阵列(lga)形式的电触点。此类lga结构一方面实现了，将具有集成电路的高频结构元件非常密集地(即以最小的间距地)安置在衬底上、尤其是电路板衬底等上。此外，lga结构也实现了所述结构的非常灵活的适匹配。因此，能够例如优化到信号耦合元件/发射器的信号耦入和信号耦出。此外，另外的灵活且经匹配的结构也是可能的，例如以用于排热等。
14.在此使用的lga技术在此在很大程度上相应于lga系统，如其为了连接集成电路与芯片元件所使用的那样。在仅含有集成芯片的此类lga构件中，在底面上布置具有接触面的、近似棋盘状的区域。这样的结构元件能够例如被施加在具有相对应的能导电的结构的载体衬底上。为此，能够例如借助矩阵等来施加焊料。接着，能够将结构元件施加在衬底上并且借助合适的过程来焊接。
15.根据本发明的高频结构元件基于这种lga技术建立并且创建了一种高频结构元件，其中，在结构元件中不仅设置集成芯片，而且还设置信号耦合元件或发射器，所述发射器设置为用于，发射来自集成芯片的高频信号和/或接收外部高频信号并且将其转发给集成芯片。
16.在此，通过在高频构件上的经匹配的lga结构，能够尤其以合适的方式匹配用于信号耦合元件的区域。因此，例如在信号耦合元件周围能够设置lga结构，以便设置全面的屏蔽。在此，借助lga结构可能的是，一方面使屏蔽非常好地匹配于信号耦合元件的结构。尤其地，在信号耦合元件的开口周围的完全封闭的结构是可能的。此外，通过使用lga技术能够将高频结构元件同样非常密集地施加到载体衬底上，即在高频结构元件和载体衬底之间的间距非常小，尤其比在迄今使用的传统技术中更小。
17.与此相反，在诸如引脚网格阵列(pin grid array，pga)或球状网格阵列(bga)的传统技术中，通常需要更刚硬的网栅。由于此外在pga结构和bga结构中都仅使用单个的引脚或焊接珠，因此由此不能够实现大面积的或封闭的结构。此外，在结构体和载体衬底之间的间距在这些传统技术中通常更大。
18.因此，通过根据本发明地使用lga结构以接通具有集成芯片和信号耦合元件或者说发射器的高频结构元件的壳体，能够实现结构元件到另外的部件的明显改进的附接。例如，信号耦合元件能够高效地附接到波导结构(诸如集成到衬底中的波导结构(英语：substrate integrated waveguide，siw))等上。
19.根据一个实施方式，围绕所述至少一个信号耦合元件的能导电的界限部包括封闭的环形的几何形状。以这种方式，能够实现信号耦合元件的内部区域的完全的、封闭的屏蔽。为此，例如，在信号耦合元件周围的能导电的、封闭的环形的几何形状能够与参考电势等连接。因此，与仅实现单个连接点的pga结构或bga结构不同地，能够实现明显更好的屏蔽。
20.此外，围绕信号耦合元件的、这样的完全封闭的环形的结构保护信号出口的区域免于异物或污染物的侵入。由此，尤其也能够防止由于污染等导致的高频性能的劣化。此外，通过围绕信号耦合元件的信号出口的全面封闭的焊接壁实现了更好的高频性能和高频匹配。反射减少，并且辐射损失最小化。
21.根据一个实施方式，能导电的界限部的、指向信号耦合元件的方向的内侧具有圆
形的或椭圆形的几何形状。
22.根据一个替代实施方式，能导电的界限部的内侧具有至少近似矩形的几何形状。
23.以这种方式，能导电的界限部的内侧能够分别匹配于相应的要求并且也匹配于信号耦合元件的各自结构。尤其地，能导电的界限部因此也能够匹配于要连接的高频传输路径，诸如波导等。
24.根据一个实施方式，在信号耦合元件周围的能导电的界限部在所述内侧上具有能导电的附加结构。通过这个附加结构，例如能够匹配从信号耦合元件到邻接的传输部件(例如波导等)的过渡。此外，在此也能够实现尺寸的最小化。
25.根据一个实施方式，lga在高频结构元件的壳体衬底上包括排热面。这个排热面能够尤其布置在lga的内部区域中。以这种方式，热能可以从高频结构元件排放到冷却元件等上。尤其是通过在壳体衬底和邻接的、由lga结构实现的冷却体之间的小间距，在此能够进行特别高效的排热。该排热面在此能够例如面式地与例如在电路板衬底等上的排热区域的相对应的面焊接。
26.附加地或替代地，排热面也能够设置在与lga结构对置的上侧上。
27.根据电路布置的一个实施方式，电路板衬底包括耦合接口。这个耦合接口能够例如构造为用于，使信号耦合元件耦合到波导等上。通过这样的耦合接口，能够例如实现到外部波导的附接。例如，这样的耦合接口能够构造为集成到衬底中的波导(siw)等。相应地，高频信号能够从高频结构元件发射至耦合接口并且由这个耦合接口进一步传导至波导，或者说相反地从波导经由耦合接口发射至高频结构元件。
28.只要有意义，上述构型和扩展方案能任意地相互组合。本发明的另外的构型、扩展方案和实现方案也包括本发明的上文或下文关于实施例所描述的特征的未明确提及的组合。尤其地，本领域技术人员也会将单个方面作为改进或补充添加到本发明的相应基本形式中。
附图说明
29.下面参照附图来阐述本发明的另外的特征和优点。在此示出：
30.图1：根据一个实施方式的高频结构元件的底面视图的示意图；
31.图2：根据一个实施方式的具有高频结构元件的电路的横截面的示意图；
32.图3：根据另一个实施方式的高频结构元件的底面视图的示意图；
33.图4：根据另一个实施方式的高频结构元件的底面视图的示意图；以及
34.图5：根据又一个实施方式的高频结构元件的底面视图的示意图。
具体实施方式
35.图1示出根据一个实施方式的高频结构元件1的底面视图的示意图。这样的高频结构元件能够包括例如壳体衬底10，在该壳体衬底中布置有具有集成电路的芯片元件。必要时，在壳体衬底10中也能够设置多个具有集成电路的芯片元件。在壳体衬底10的外侧、优选底面上能够设置多个接触元件15，集成电路的连接元件能够经由所述接触元件向外部接通。如在图1中呈现的，这些接触元件15能够以所谓的平面网格阵列(lga)的形式实施。在此，各个接触元件15能够例如具有矩形的、尤其是正方形的形状。然而，原则上任意其他合
适的形状也是可能的，例如圆形等。接触元件15在此能够是能导电的接触元件。以这种方式，芯片元件的集成电路的电压供应装置和信号端子都能够被接通。
36.此外，在壳体衬底10中能够设置信号耦合元件19。这个信号耦合元件19能够在内部与芯片元件的集成电路耦合或者说连接。以这种方式，通过芯片元件的集成电路所生成的高频信号能够经由信号耦合元件19被发送或者说发射。附加地或替代地，外部高频信号也能够经由信号耦合元件19被接收并且被提供在芯片元件的集成电路处。例如，来自信号耦合元件19的高频信号能够被发射到波导中和/或来自波导的高频信号能够通过信号耦合元件19来接收。当然，高频信号也能够由其他高频导体接收或者说被发送至其他高频导体。
37.如在图1中还可识别的，围绕信号耦合元件19的、壳体衬底10的lga结构具有能导电的界限部16。尤其地，这涉及封闭的能导电的界限部16，该封闭的能导电的界限部在壳体衬底10的表面上完全包围信号耦合元件19。然而，原则上，在界限部16中设置中断部(例如狭槽等)的实施方式也是可能的。
38.图2示出根据一个实施方式的具有高频结构元件1的电路的横截面的示意图。该高频结构元件1能够例如是先前描述的高频结构元件1。此外，下面仍将更详细地描述的实施方式的高频结构元件1同样是可能的。
39.高频结构元件1能够例如布置在电路板衬底20上。这个电路板衬底20原则上能够是任意合适的电路板衬底。尤其地，为此目的，特殊的电路板衬底也是可能的，如其优选用于高频应用的那样。在电路板衬底20上，在此能够在面向高频结构元件1的一侧上设置能导电的结构，该能导电的结构与高频结构元件1的lga结构相对应。以这种方式，能够建立在电路板衬底20上的能导电的结构与高频结构元件1的lga结构的连接元件15的电接通。例如，借助刮拭过程能够将焊料或者说焊膏施加到能导电的结构上。然后，高频结构元件1能够布置在具有相应的能导电的结构的电路板衬底20上并且借助合适的焊接过程来焊接。以这种方式，高频结构元件1的接触元件15通过相应的焊点31与电路板衬底20的能导电的结构连接。高频结构元件1的lga结构在此实现了在壳体衬底10的底面和电路板衬底20之间的相对较小的间距d。
40.以相同的方式，在信号耦合元件19周围的能导电的界限部16也能够与在电路板衬底20上的相对应的结构焊接。由此，产生能导电的界限部16的内部区域相对于周围环境的全面的屏蔽。
41.在电路板衬底20中能够设置例如开口，经由该开口高频信号能够从信号耦合元件19发射出和/或外部高频信号能够被引导至信号耦合元件19并且能够由这个信号耦合元件接收。例如，以这种方式能够附接波导、尤其是波导天线等。此外，当然任意其他部件也是可能的，以便将信号耦合元件19与用于接收或者说发射高频信号的外部部件附接。例如，也能够附接其他类型的天线、带状导体、集成到衬底中的波导(substrate integrated waveguide，siw)等。
42.图3示出根据另一个实施方式的高频结构元件1的lga结构的视图的示意图。在此，原则上，先前已经结合前面的解释所作出的所有阐述都适用。这里所呈现的实施方式与先前描述的实施方式的区别尤其在于，在lga结构上附加地设置排热面18。该排热面18能够例如是金属面，该金属面实现良好的热接触。以这种方式，热能可以从高频结构元件1经由排热面18排放到外部部件上。为此，高频结构元件1能够在先前描述的电路板衬底20上如此布
置，使得排热面18与相对应的部件处于热接触中以用于排热。例如，能够在其上施加有高频结构元件1的电路板衬底20上设置一个结构，该结构将热从高频结构元件1传导至电路板衬底20的对置的侧上。在该对置的侧上，然后能够设置主动或被动的冷却元件。用于进行从排热面18至电路板衬底20的对置的侧的热传递的结构能够例如借助敷镀通孔元件(所谓的通孔)来实现。视应用情况而定，经由电路板衬底20将热排放到周围环境也能是足够的，使得在这种情况下电路板衬底20用作冷却元件。
43.图4示出根据另一个实施方式的高频结构元件1的lga结构的视图的示意图。这个实施方式与先前描述的实施方式的区别在于，能导电的结构16的内侧具有圆形的、倒圆的或必要时椭圆形的形状。在其他情况下，在这里也适用对前面的实施方式的解释。
44.在图1、图3和图4中所呈现的、具有周围的能导电的结构16的四个信号耦合元件19的实施方式在此仅用作示范性示例。应理解，对此，高频结构元件1中的每个任意其他数量的信号耦合元件19也是可能的。
45.此外，除了用于各个信号耦合元件19的间隔开的、单独的能导电的结构16的结合先前描述的实施方式之外，也可能将多个信号耦合元件19如此布置，使得能导电的结构19相互接触，或者说使得对于相邻的信号耦合元件19设置至少部分共同的能导电的结构16。这示范性地在图5中示出。此外，先前做出的实施方式也适用于这里所示的实施方式。
46.此外，如同样在图5中所呈现的，能够在能导电的结构16上设置附加的区域16a。这个附加的区域16a尤其能够布置在内部，即在能导电的结构16的面向信号耦合元件19的侧上。借助此类结构，能够实现例如高频过渡的匹配。尤其地，以这种方式能够实现例如到脊波导(ridged waveguide)的过渡。相应地，视信号耦合元件到外部部件的附接而定，能够分别相应地匹配能导电的结构。
47.先前描述的高频结构元件1和利用其实现的电路能够例如用于雷达系统。在此，应由雷达系统发射的、所需的高频信号例如能够由相应的高频结构元件1生成并且经由一个或多个信号耦合元件19发出。此外，例如由雷达系统的天线系统接收到的反射高频信号能够经由一个或多个信号耦合元件19被耦入到高频结构元件1中并且借助集成电路被处理。
48.用于高频应用、尤其是用于雷达应用的此类电路能够例如使用在诸如用于机动车等的移动雷达系统中。
49.综上所述，本发明涉及一种用于高频应用的电子构件，在该电子构件中，具有用于处理高频信号的芯片的集成电路与用于耦入和/或耦出高频信号的至少一个信号耦合元件共同布置在共同的壳体衬底中。在此，在壳体衬底的外侧上设置平面网格阵列(lga)结构。尤其地，在所述壳体衬底的表面上设置围绕相应的信号耦合元件的、环形的、能导电的界限部。

技术特征：
1.一种高频结构元件(1)，其具有：壳体衬底(10)，所述壳体衬底包括具有集成电路和至少一个信号耦合元件(19)的芯片元件，所述至少一个信号耦合元件与所述集成电路耦合，并且所述至少一个信号耦合元件设计为用于发射和/或接收高频信号；和平面网格阵列，所述平面网格阵列布置在所述壳体衬底(10)的表面上，并且所述平面网格阵列在所述壳体衬底(10)的表面上具有围绕所述至少一个信号耦合元件(19)的能导电的界限部(16)。2.根据权利要求1所述的高频结构元件(1)，其中，围绕所述至少一个信号耦合元件(19)的所述能导电的界限部(16)包括封闭的环形的几何形状。3.根据权利要求1所述的高频结构元件(1)，其中，围绕所述至少一个信号耦合元件(19)的所述能导电的界限部(16)包括多个彼此间隔开的区段。4.根据权利要求1至3中任一项所述的高频结构元件(1)，其中，所述能导电的界限部(16)的、指向所述信号耦合元件(19)的方向的内侧具有圆形的或椭圆形的几何形状。5.根据权利要求1至3中任一项所述的高频结构元件(1)，其中，所述能导电的界限部(16)的、指向所述信号耦合元件(19)的方向的内侧具有至少近似矩形的几何形状。6.根据权利要求1至5中任一项所述的高频结构元件(1)，其中，围绕所述至少一个信号耦合元件(19)的所述能导电的界限部(16)在指向所述信号耦合元件(19)的方向的内侧上具有能导电的附加结构(16a)。7.根据权利要求1至6中任一项所述的高频结构元件(1)，其中，所述平面网格阵列还包括排热面(18)。8.一种电路布置，其具有：根据权利要求1至7中任一项所述的高频结构元件(1)；和电路板衬底(20)，所述电路板衬底具有与所述高频结构元件(1)的平面网格阵列相对应的能导电的结构；其中，所述高频结构元件(1)与所述电路板衬底(20)的所述能导电的结构电接通。9.根据权利要求8所述的电路布置，其中，所述电路板衬底(20)包括耦合接口，所述耦合接口构造为用于，使所述信号耦合元件(19)耦合到波导上。10.根据权利要求9所述的电路布置，其中，所述耦合接口包括在所述电路板衬底(20)中的金属化开口，所述金属化开口构造为用于，使来自所述信号耦合元件(19)的高频信号通过所述金属化开口耦入对置的天线中。11.一种用于机动车的雷达系统，所述雷达系统具有：根据权利要求8至10中任一项所述的电路布置；和天线系统，所述天线系统与所述电路布置耦合，并且所述天线系统设计为用于，发射来自所述高频结构元件(1)的高频信号并且在所述高频结构元件(1)处提供接收到的高频信号。

技术总结
本发明涉及用于高频应用的电子构件、电路布置和雷达系统，在该电子构件中，具有用于处理高频信号的芯片的集成电路与用于耦入和/或耦出高频信号的至少一个信号耦合元件或者说发射器共同布置在共同的壳体衬底中。在此，在壳体衬底的外侧上设置平面网格阵列(LGA)结构。尤其地，在所述壳体衬底的表面上设置围绕相应的发射器的能导电的界限部。相应的发射器的能导电的界限部。相应的发射器的能导电的界限部。


技术研发人员：K
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2023.04.04
技术公布日：2023/10/19