用于雷达应用的电路装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于雷达应用的电路装置，所述电路装置具有电路板（12）和在所述电路板上施加的半导体模块（10），所述半导体模块分别具有一个集成电路（16）、一个用于连接所述集成电路（16）和所述电路板（12）的再布线层（42）和至少一个在所述半导体模块（10）中集成的与所述集成电路（16）连接的天线元件（14），所述天线元件用于发送和/或接收雷达信号，其中所述集成电路（16）具有至少一个HF振荡器（18）和一个与所述至少一个振荡器连接的分频器（26），其中，所述电路装置包括用于控制所述HF振荡器（18）的相位调节回路（24），其中，所述相位调节回路（24）分别具有所述分频器（26）和用于比较所述HF振荡器（18）的经分频的信号与参考信号的相位探测器（28），其中所述参考信号能够通过所述电路板（12）提供给所述相位调节回路（24）。
【专利说明】用于雷达应用的电路装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于雷达应用、尤其是机动车雷达应用的电路装置。此外，本发明涉及一种具有这类电路装置的雷达传感器以及一种具有这类电路装置的机动车雷达系统。
【背景技术】
[0002]雷达传感器用于物体的间距和/或速度测量。尤其已知同时检测多个物体的速度和距离的雷达系统。例如已知具有用于定位在前行驶的车辆以及用于测量与在前行驶的车辆的间距的雷达系统的机动车的行驶速度调节器。这种间距调节系统也称作ACC系统(Adaptive Cruise Control:自动巡航控制)。
[0003]已知在HF衬底上形成天线元件的分配器网络的雷达传感器。
[0004]DE102007051875A1描述一种HF组件，其具有电路板装置，所述电路板装置具有载体，在所述载体上施加有HF芯片模块的HF芯片。可以在每个HF芯片的前侧上在中央设置多个天线装置。在HF芯片的前侧的两个窄侧上分别具有两行接触面，借助这些接触面HF芯片与HF芯片模块的衬底的接触部导电连接。通过倒装芯片技术进行装配。芯片模块的衬底又在连接区域上与电路板装置连接。
[0005]为了简化雷达应用的HF电路的结构，对于发送与接收电路越来越多地使用丽IC(Monolithic Microwave Integrated Circuit:单片微波集成电路)类型的集成微波电路。
[0006]已知以下晶片组件:在晶片层面上制造具有用于IC构件的再布线层的组件。这样的晶片组件也称作晶片层面上的嵌入式栅阵(eWLB, embedded Wafer Level Ball GridArray:嵌入式晶片级球栅阵列)。
[0007]DE102010001407A1描述一种半导体模块，在所述半导体模块中在晶片层面上集成天线。半导体模块包括第一壳体模制材料层和具有集成电路的IC构件，所述IC构件嵌入到第一壳体模制材料层中。中间层包括再布线层，其连接到IC构件上并且用于在外部连接IC构件。集成天线结构设置在中间层内部并且连接到IC构件上。可以以适于例如77GHz的高频范围的精度制造这样的半导体模块。
[0008]这种具有在壳体中集成的天线的eWLB半导体模块也称作封装天线(Antenna inPackage, AiP)。
【发明内容】
[0009]对于具有集成电路和集成天线的eWLB半导体模块，出于可靠性和可制造性的原因，具有集成电路和天线的半导体模块的空间延展不能任意大。因此，在eWLB半导体模块中仅仅可以安置一个或少量天线元件。
[0010]为了构造具有较大有效距离的机动车雷达传感器所需的天线结构的孔径由于eWLB半导体模块的大小的限制而不能在这样的半导体模块内实现。
[0011]本发明的任务是实现一种用于雷达应用的新式电路装置，其能够实现具有更大孔径的雷达传感器的结构。[0012]根据本发明，所述任务通过用于雷达应用的具有电路板和施加在电路板上的半导体模块的电路装置解决，其中半导体模块分别具有一个集成电路、一个用于连接集成电路和电路板的再布线层和至少一个在半导体模块中集成的与集成电路连接的天线元件，所述天线元件用于发送和/或接收雷达信号，其中集成电路包括至少一个HF振荡器和一个与其连接的分频器，其中电路装置包括用于控制HF振荡器的相位调节回路，其中相位调节回路分别具有用于比较HF振荡器的经分频的信号与一个参考信号的相位探测器，其中参考信号可通过电路板提供给相位调节回路。
[0013]通过由其分频器分别构造在半导体模块的集成电路中的相位调节回路控制半导体模块的HF振荡器能够实现通过低频率的参考信号耦合、尤其是同步半导体模块的HF振荡器，而为此不必在电路板上引导HF信号。因此，电路板可以在没有HF衬底的情况下实现。由此电路装置的结构显著简化并且可成本有利得多地制造。此外，通过天线元件集成到半导体模块中得到特别高效且可靠的结构。有利地，特别地，可以使具有带有集成天线的eWLB壳体的多个半导体模块耦合，其中所有引导高频的组件可以集成在相应的半导体模块中。
[0014]HF振荡器尤其是用于产生微波、即分米波、厘米波和/或毫米波的范围中的频率的振荡器。
[0015]例如，相位调节回路和(因此)HF振荡器可通过参考信号耦合，所述参考信号可通过电路板提供给所述相位调节回路和(因此)HF振荡器。通过多个HF振荡器与相应的天线元件的耦合可以实现超出半导体模块的延展的孔径。
[0016]例如可以设有一些用于相位调节回路的所耦合的参考信号，尤其是一些基于一个共同的参考信号的参考信号。所述共同的参考信号优选具有低于1MHz、特别优选地低于IOOkHz的频率。
[0017]优选地，相位调节回路可通过一个共同的参考信号耦合，所述共同的参考信号可通过电路板提供给所述相位调节回路。因此，相位调节回路的参考信号分别通过所述共同的参考信号形成。
[0018]优选地，半导体模块分别具有一个晶片单元和一个接口层，其中晶片单元具有半导体芯片和壳体层，所述半导体芯片形成集成电路并且半导体芯片嵌入到所述壳体层中，其中接口层具有再布线层，所述再布线层将集成电路连接到接口层的与电路板连接的连接端上。特别地，半导体模块优选是eWLB封装。
[0019]优选地，所述至少一个天线元件设置在接口层中。例如，在一个方法步骤中与再布线层一起制造接口层。所述至少一个天线元件例如设置在再布线层中。
[0020]优选地，所述至少一个天线元件在侧向上相对于半导体芯片移位。例如所述至少一个天线元件在侧向上相对于半导体芯片移位地设置在接口层中半导体芯片以外的区域中。晶片单元与接口层例如平行地延伸，其中接口层在半导体芯片的区域上以及在半导体芯片以外的区域上延伸。
[0021]在一个实施例中，电路装置具有设置在电路板上的用于产生一个参考信号、尤其是一个共同的参考信号的振荡器。优选地，所述参考信号可通过电路板提供给相位调节回路。所述振荡器优选是石英振荡器。例如，所述振荡器是包括振荡石英的振荡器电路。由此能够实现参考信号的高恒定性。
[0022]在一个实施例中，半导体模块中的多个以常规布置在电路板上设置成一行。因此可以实现在半导体模块中集成的天线元件的位置分散的定位。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]以下根据附图详细阐述本发明的优选实施例。在此示出:
[0024]图1:具有单站天线方案的雷达传感器的电路装置的示意性结构；
[0025]图2:电路装置的半导体模块的示意性横截面图；
[0026]图3:具有一些设置成行的天线和一个介电透镜的机动车雷达系统的雷达传感器的结构的示意图；
[0027]图4:天线元件的矩阵布置的示意图；
[0028]图5:具有双站天线方案的电路装置的实施方式的示例图。
【具体实施方式】
[0029]图1示意性地示出一种电路装置，其具有多个半导体模块10，在图2中以横截面图不出了所述多个半导体模块中的一个。半导体模块10例如在电路板12上施加成一行。在图1中示例性地示出了半导体模块10中的两个。
[0030]半导体模块10中的每一个包括一个集成的天线元件14和一个半导体芯片形式的集成电路16。天线元件例如涉及贴片元件，其在所示示例中例如用于发送和接收雷达信号。集成电路16包括发送与接收电路的HF部分并且与天线元件14连接。
[0031]特别地，集成电路16包含用于产生用于通过天线元件14发射的雷达信号的HF振荡器18。此外，集成电路16以本身已知的方式包括用于将所接收的雷达信号与所发送的信号进行混频的混频器20。天线元件14例如通过波导环(Rat-Race-Ring)形式的耦合器21与振荡器18和混频器20连接，以便分离发送信号和接收信号。例如对经混频的HF信号进行滤波并且将其提供给Α/D转换器22以进行进一步处理。集成电路16涉及所谓的MMIC芯片(Monolithic Microwave Integrated Circuit:单片微波集成电路)。
[0032]通过相位调节回路24来调节可控的HF振荡器18的频率和相位，所述相位调节回路包括分频器26、鉴相器或相位探测器28和环路滤波器或调节滤波器30。例如，HF振荡器18是电压受控振荡器(VCO, Voltage Controlled Oscillator)。通过电路板12上的传导结构32将一个共同的参考信号由振荡器34提供给相应的相位调节回路的相位探测器28。振荡器34涉及石英振荡器，其包括振荡石英。通过所述共同的参考信号使相位调节回路24彼此耦合。在所描述的示例中，尤其使他们同步，从而HF振荡器18同步地振荡。相应的相位探测器28将HF振荡器的由分频器26降频的信号与通过传导结构32提供的参考信号进行比较。调节滤波器30将相位探测器28的输出信号转换为用于受控的HF振荡器18的控制信号。
[0033]集成电路16 (可选地除耦合器21的波导环以外)包括所有分配给相应的天线元件14的HF引导部件。特别地，集成电路16除HF振荡器18以外还包括分频器26以及混频器20。如以下描述的那样，相应的天线元件14和耦合器21集成到半导体模块10中。因此，电路装置的所有高频工作的电路部分包括相位调节回路的高频工作的电路部分在内集成到半导体模块10中。因此，电路板12涉及不具有HF衬底的常用电路板。这是能够实现的，一方面因为为了相位调节回路耦合仅仅需要一个低频信号而另一方面因为在相应的半导体模块中既集成有天线元件也集成有HF引导的电路部分包括分频器26在内。
[0034]图2示意性地示出半导体模块10的结构。
[0035]半导体模块10涉及所谓的eWLB封装，其中晶片单元包括形成集成电路16的半导体芯片和壳体模制材料层，所述壳体模制材料层形成壳体层38,半导体芯片嵌入到所述壳体层38中。在制造期间拼装的晶片单元36也称作重构晶片(Reconstituted Wafer)。其设有接口层40，所述接口层具有再布线层42和3D连接结构、尤其是焊球形式的连接端44。再布线层在第一侧上具有接触部，其接通晶片单元36的接触部。在第二侧上，再布线层与连接端44连接以进行外部接通。通过所述方式，集成电路16连接到接口层40的与电路板12连接的连接端44上。图2示例性地示出四个连接端44，它们连接到电路板12上的印制导线上。可以借助于标准工艺、尤其是表面装配工艺将半导体模块10施加到电路板12上。
[0036]此外，天线元件14集成到接口层40中并且通过同样集成在接口层中的耦合器21与集成电路16连接。特别地，天线元件14与耦合器21作为再布线层42的一部分集成到接口层中。但耦合器21也可以与图1中的示图不同地集成在集成电路16的半导体芯片中，并且集成电路16可以包括耦合器21。
[0037]天线元件14在侧向上相对于半导体芯片移位并且因此位于壳体层38旁的区域中、接口层40的与半导体芯片相邻的区域以外。在图2中以虚线示出天线元件14的与晶片单元36垂直的主发射方向。在相对置的一侧上，电路板12设有传导区域形式的反射器46。天线元件14通过耦合器21通过再布线层42的第一侧上的接触部连接到半导体芯片上。通过天线元件14集成到在晶片层面上制造的具有壳体中的天线(Antenna in Package,AiP:天线封装)的半导体模块中，能够实现天线元件的精确连接，从而能够实现特别高效的制造。特别地，与在外部连接到HF电路上的传统天线贴片相比，不需要电路板上的HF衬底。因此，可以通过HF振荡器18的所描述的所耦合的相位调节回路实现由天线元件14发射的雷达信号的定义的相位关系。
[0038]通过所述电路装置，可以在没有HF衬底的情况下实现雷达传感器的雷达前端，因为仅仅相位调节回路的低频部分连同其余电路元件位于电路板12上,而高频电路部分集成到半导体模块10中。
[0039]图3示意性地示出具有图1中的电路装置的一行天线元件14的布置的雷达传感器。天线元件14设置在具有圆弓形横截面的介电柱形透镜形式的射束成形装置48的前面。天线元件14在横向(Y方向)上彼此并列设置并且具有朝着透镜方向(X方向)的主发射方向。通过透镜进行雷达信号在垂直方向(Z方向)上的聚束或聚焦，S卩涉及俯仰角。
[0040]射束成形装置可以以本身已知的方式包含其他介电的元件或透镜，例如用于雷达信号在Y方向上的方位角聚焦。
[0041]图4示出一种变型方案，其中半导体模块和(因此)天线元件14形成电路板12上的矩阵布置。天线元件14以规则的间距在Y方向和Z方向上布置成行和列。
[0042]在图3和4的实施例中，可以通过以上描述的电路装置使天线元件14的相位彼此同步，从而可以以本身已知的方式例如由所接收的信号的相位得出反射雷达信号的物体的方向。
[0043]图1示出单站电路装置，其中天线元件14分别充当发送天线和接收天线，而图5示出双站电路装置的示例，其中分离的半导体模块50设有发送天线元件14并且半导体模块60设有接收天线元件14，分别不具有耦合器21。除此之外，所述电路装置相应于根据图1描述的电路装置，并且半导体模块50、60与电路模块10类似地构造。在此，混频器20例如仅仅设置在接收半导体模块60中。例如，多个发送半导体模块50设置成一行，并且多个接收半导体模块60与其平行地设置成一行。所有高频引导部件又与天线元件14 一起集成到半导体模块50、60中。在此，发送半导体模块50分别包括天线元件14和半导体芯片形式的集成电路56，其包括HF振荡器18和分频器26。接收半导体模块60分别包括天线元件14和半导体芯片形式的集成电路66，其包括HF振荡器18、分频器26和混频器20。
[0044]具有以上描述的电路装置之一的雷达传感器例如是机动车雷达系统、尤其用于驾驶员辅助的机动车雷达系统的组成部分。
[0045]在所描述的示例中，通过传导结构32向相位调节回路24提供一个共同的参考信号，其直接用于控制分频器28，以便使HF振荡器18彼此同步。与此不同地，也可考虑通过电路板12提供的参考信号的HF振荡器耦合的其他形式。例如可以通过以下方式实现耦合、尤其是在振荡频率相同或不同的情况下HF振荡器18之间的定义相位关系:通过分频器和/或混频器向相位探测器28提供所述共同的参考信号。通过所述方式可以向各个相位调节回路提供设有频率偏移的参考信号。在此，这些参考信号基于所述共同的参考信号。也可考虑，设有多个耦合的振荡器34用于通过相应的传导结构32馈给相应的相位调节回路。
[0046]在所描述的示例中，天线元件是贴片元件。但也可以是电偶极子形式的天线元件-例如印刷偶极子(“printed dipoles”)或磁偶极子。
【权利要求】
1.一种用于雷达应用的电路装置，所述电路装置具有电路板(12)和在所述电路板上施加的半导体模块(10)， 其中，所述半导体模块(10)分别具有一个集成电路(16)、一个用于连接所述集成电路(16)和所述电路板(12)的再布线层(42)和至少一个在所述半导体模块(10)中集成的与所述集成电路(16)连接的天线元件(14)，所述天线元件用于发送和/或接收雷达信号，其中，所述集成电路(16)具有至少一个HF振荡器(18)和一个与所述至少一个振荡器连接的分频器(26)， 其中，所述电路装置包括用于控制所述HF振荡器(18)的相位调节回路(24)，其中，所述相位调节回路(24)分别具有所述分频器(26)和用于比较所述HF振荡器(18)的经分频的信号与参考信号的相位探测器(28)， 其中，所述参考信号能够通过所述电路板(12 )提供给所述相位调节回路(24 )。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其中，所述半导体模块(10)分别具有一个晶片单元(36)和一个接口层(40)，其中，所述晶片单元(36)具有半导体芯片和壳体层(38)，所述半导体芯片形成所述集成电路(16)并且所述半导体芯片嵌入到所述壳体层中，其中，所述接口层(40)具有所述再布线层(42)，所述再布线层将所述集成电路(16)连接到所述接口层(40 )的与所述电路板(12 )连接的连接端(44 )上。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其中，所述至少一个天线元件(14)设置在所述接口层(40)中。
4.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其中，所述电路装置具有设置在所述电路板(12)上的用于产生参考信号的振荡器(34)。
5.根据权利要求4所述的电路装置，其中，所述参考信号是用于所述相位调节回路的一个共同的参考信号。
6.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其中，所述半导体模块(10)中的多个以规则布置在所述电路板(12)上设置成一行。
7.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其中，在所述半导体模块(10)前面设置有射束成形装置(48)。
8.根据以上权利要求中任一项所述的电路装置，其中，所述半导体模块(10)形成所述电路板(12)上的矩阵布置。
9.一种雷达传感器，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的电路装置。
10.一种机动车雷达系统，其具有根据权利要求1至8中任一项所述的电路装置。
【文档编号】G01S7/03GK103502837SQ201280022182
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年3月13日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】O·布吕格曼, C·瓦尔德施密特, D·施泰因布赫, T·宾策尔 申请人:罗伯特·博世有限公司