用于具有波导耦合装置的雷达物位测量装置的电路板的制作方法

本发明涉及例如容器中的物位的测量。特别地，本发明涉及一种电路板，该电路板用于在波导中具有微波耦合装置的基于微波或基于雷达的物位测量装置。

背景技术：

已知的物位测量装置越来越多地使用利用电磁波的传播或这种波的反射特性和传播时间特性来确定物位的原理。此处，从物位测量装置在朝向容器中的填料的表面的方向上发射高频电磁波(例如，微波脉冲)，高频电磁波被该表面反射，并且根据被反射的微波信号的传播时间来计算物位。随着技术的进一步发展，特别是随着电子学和半导体技术的发展，五十到一百兆赫范围(oberenzweistelligengigahertzbereich)内的较高频率也越来越多地用于物位测量。特别地，由于高的频率以及由此导致的波传播的物理特性提高了对这种物位测量装置的高频部件的要求。在这种情况下，经常在包含用于产生微波脉冲的电子器件和天线装置的电路板上形成高频组件。

例如，一种将产生的高频波传递至外部天线的方式是波导的连接。有利地，这些波导能够用于在使用的频率范围内传递微波信号。一个特别的挑战在于波导过渡，即，电磁波从(例如，电路板上的)导体发射到波导内部，反之亦然。例如，该导体可以设计成微带，微带的端部插入波导中。例如，波导可以设计成空气波导。

为了实现电损耗和良好适配性，在这种情况下，可能特别地需要技术性预防措施。因此，例如，波导必须在其端部具有谐振器，以低损耗地或无损耗地耦合信号，谐振器的尺寸、直径和几何设计使使用频率范围内的损耗最小化。同时，期望的是，减小组件尺寸并且在保持高品质的同时简化构造。解决问题的技术方案在于尽可能地整合各种功能并且由此获得简单和便宜的组件。例如，ep1949491b1公开了一种波导过渡件，其中，波导的谐振器集成于电路板内。

技术实现要素：

下述的实施例能够提高基于雷达或基于微波的物位测量装置的机械稳定性、电磁可靠性和精度。至少某些下文所述的实施例以如下构思为基础：在现今已知的解决方案中需要通常被设计为盆形的谐振器。同时，需要在空间上将这种谐振器直接布置在波导的端部，以实现无损耗或低损耗的波导端接。此时，如果波导常规地以90°的角度引入至电路板处，则需要在朝向电路板的基板的方向上插入电路板。例如，在现有技术中，这能够通过电路板基板的位于波导的延伸部分中的层中进行切槽或铣削来实现，然而，通常，该电路板基板的层必须借助由高频基板或塑料罩盖构成的覆盖件来密封，以避免污染。这可能在电路板的电气特性、电磁特性和机械特性方面具有缺点。

为此，作为解决方案，提出了一种用于雷达物位测量装置的电路板，该电路板具有作为支撑材料的不导电的平面的电路板基板。除了机械稳定功能和支撑功能之外，电路板基板被设计成针对所使用的电磁波频率范围是绝缘的。例如，该电路板基板可以是所谓的高频基板。在电路板基板上布置有用于将微波信号耦合到波导中的微波导体。例如，该微波导体能够被设计成微带导体。在一个示例中，该微波导体布置在电路板基板的表面上。在另一个示例中，微波导体至少部分地在电路板基板的内部延伸。

在电路板基板的前侧布置有周向的，即环形的(例如，圆形或者方形的)连接区域，以用于容纳波导的前侧端部。例如，在通常情况下，电路板基板被设计成支撑板或底板，该支撑板或底板通常是由高频基板和基础支撑体(例如，fr4)制成的复合件。例如，通过这种平面的设计能够将前侧定义成可以具有组件。相应地，后侧或下侧通常设置有接触部和连接部。

换句话说，环形连接区域指的是电路板基板的前侧的区域，该区域例如直接与波导或波导的壁接触或者允许相应的机械容置。此处，环形应当被理解为，该区域在其常规形状方面至少部分地适配于波导的横截面形状。例如，如果波导的横截面形状是圆形的，则连接区域也同样被仿制成大致圆形的。

在一个示例中，连接区域被设计为矩形，以便容纳具有矩形横截面的波导。通过相应的机械机构或者还结合电气接合部的方式能够机械地固定波导。为此，波导例如能够粘附、螺接或焊接在连接区域上。

微波导体的端部突出到连接区域内，使得微波信号能够从微波导体传递到波导中，反之亦然。在一个示例中，微波导体的端部处于波导横截面的大致中心处。换句话说，微波导体的端部具有类似天线的功能，其用于将微波信号发射到波导中或者从波导接收微波信号。在一个示例中，微波导体布置在电路板基板内，由此不需要在波导的端部处形成用于绝缘微波导体的单独间隙。

例如，在电路板基板的后侧，相对于环形连接区域在朝向波导的方向上布置有对应于波导横截面的并且呈环形的周向凹槽。原则上，连接区域的横截面能够相对于波导的横截面形成阶差，这是因为后一横截面填充有电介质并且由此能够变得更小。

换句话说，凹槽在电路板基板的后侧延伸，并与波导壁邻接电路板基板前侧处的区域相对。此处的目的在于减小电路板基板后侧表面与波导之间的距离。凹槽应当设置在波导壁的尽可能大的区域上，理想情况下，设置在其整个区域上。由此产生的结构形成为大致盆形的形状，其最终形成谐振器或谐振盆(resonatortopf)的形状。换句话说，此处，与已知的解决方案相反，产生了凹形形状(negativeform)的谐振器几何形状，或者反向地(即，在电路板基板的后侧)产生该形状。

在必要的情况下，凹槽不必须具有闭合形状，而是也可以考虑诸如沟槽、凹口、缝隙及其等同物等各种形状。也不需要绝对地实施闭合的环形，相反，根据一个示例，凹槽能够由多个部段、部分弧形或者不同形状的组合构成。在一个示例中，凹槽被设计成开放的圆弧或者被设计成开放的矩形形状。

凹槽的壁和电路板基板的后侧的被凹槽围绕的区域具有微波反射涂层，使得它们共同形成了用于被耦合的微波信号的谐振器。换句话说，通过凹槽和被该凹槽围绕的区域形成了大致盆形的形状，即所谓的作为波导的电磁端接件的谐振盆。由于几何形状和尺寸并由于反射涂层而在相关频率范围中产生共振。在一个示例中，凹槽中的涂层与被凹槽围绕的区域中的涂层彼此连接。在另一个示例中，凹槽中的涂层和被围绕的区域彼此分离。

在一个实施例中，反射涂层被设计成金属涂层。金属涂层可以由各种材料制成，优选地，由导电良好的金属制成，以便实现电磁和反射效果。金属涂层的优点可以是良好的可接触性和耐久性。在另一个实施例中，在凹槽区域处，在前侧和金属涂层之间布置有贯通接触部，使得金属涂层能够与波导电连接。换句话说，在谐振盆和例如以金属方式设计的波导壁之间形成电连接。

通过贯通接触部能够实现与电路板基板的其它侧的电连接。在这种情况下，通过例如被设计成可导电的金属化孔的贯通接触部同时能够保持电路板基板的稳定性，并且同时能够实现电连接的足够性能。例如，在前侧，能够通过熔焊或者钎焊来形成贯通接触部和波导之间的连接。

在一个实施例中，两个相邻的贯通接触部之间的距离小于微波波长的四分之一。这能够有利地防止微波从波导的内部区域或者从连接区域的内部区域传播到波导外的区域中。即，在电磁方面，各个相邻布置的贯通接触部整体上如同针对微波的连续屏障那样发挥作用。

在一个实施例中，后侧的被凹槽包围的区域在朝向前侧的方向凹陷。例如，这可以通过该区域的机械磨蚀来实现。由此减小了这种具有微波反射涂层的区域相对于波导的距离。例如，通过凹陷的程度能够实现谐振盆在使用频率上的电磁调谐。在另一实施例中，凹槽和/或被凹槽包围的区域填充有合成树脂。其优点在于，通过浇铸能够复原电路板基板的初始厚度并且由此能够提高整个电路板基板和电路板的机械稳定性。谐振盆能够在没有这种填充的情况下机械地保持在保留的电路板层上。其是否适用取决于例如凹槽的尺寸。

另外，被凹槽围绕的区域的凹陷能够允许在被磨蚀的区域中容纳合成树脂层并且由于填充在凹槽中的合成树脂而产生附加的稳定性。在一个示例中进行了合成树脂的填充，从而再次形成了电路板基板后侧的初始的平面表面构造。

在一个实施例中，连接区域和凹槽被设计为矩形。其优点在于，圆形或环形的波导也可以源自于波导的具有矩形设计的横截面。相应地，在另一实施例中提出了这种连接区域和凹槽的圆形设计。在这种情况下，根据另一实施例，电路板可以具有例如由铜制成的多个导电层。

根据另一个实施例，电路板被设计为平面网格阵列(landgridarray)或球状网格阵列(ballgridarray)。例如，这意味着，触点焊盘设置在电路板基板的后侧处，以用于与其它的部件和组件接触。另外，这能够有利地以smd构造来实现电路板的设计。根据一个示例，电路板或者电路板基板的连接通往电路板基板的后侧并且连接于触点焊盘。例如，这能够通过钎焊连接来连接其它组件。

根据另一个实施例，电路板具有多个导电层。

根据另一个示例，电路板基板被塑料围绕。这种塑料能够有利地形成壳体功能并且能够同时实现稳定性和小的组装尺寸。根据另一个实施例，电路板基板被塑料围绕，使得连接区域凹陷。因此，这使得，尽管有塑料围绕，波导仍然能够与贯通接触部或者电路板基板电气接触和机械接触。

根据一个实施例，电路板在电路板基板的前侧具有用于容纳高频芯片(hf-chips)的另一凹槽，其中，微波导体在另一凹槽和连接区域之间延伸。半导体芯片放置在另一凹槽中且进而被所谓的圆顶封装体(glob-top)或罩盖封闭。

通过使电路板基板上或电路板基板内部的微波导体通往波导的内部区域中，该布置良好地适用于将微波信号从高频芯片传递到波导中。

因此，在低损耗和紧凑的机械结构的情况下，例如在空间上直接布置在连接区域附近的另一凹槽能够有利地用于使电路板也同时能够作为功能单元产生高频电磁信号并且处理接收的高频信号。其优点在于，在技术上灵敏的高频组件紧凑地并且密封地整合在组件中并且由此能够最大程度地独立于外界影响。根据一个示例，高频芯片也能够在没有另一凹槽的情况下布置在电路板基板上。根据一个实施例，另一凹槽填充有合成树脂。有利地，这能够有利于机械稳定性以及防止环境影响。

根据另一方面，提供了一种用于在电路板中制造用于微波的谐振器的方法。首先，该方法包括提供不导电的平面电路板基板的步骤。在下一步骤中，在该电路板基板的后侧制造环形的周向凹槽。根据示例，该凹槽能够由多个部件组成，然而优选的是，该凹槽能够被设计成闭合环。然后，在电路板基板后侧的凹槽的壁和被凹槽包围的区域上涂覆微波反射涂层。例如，该涂层可以是金属层，其中，在现有技术中已经公开了用于在电路板基板表面上涂覆金属层的各种方法。在一个示例中，仅壁的部分表面和/或被凹槽围绕的区域的部分表面具有金属的或者至少起反射作用的涂层。

在另一步骤中，在电路板基板的前侧和凹槽中的反射涂层之间进行贯通接触部的制造，其中，贯通接触部布置在前侧，使得波导端部的端面能够与贯通接触部电连接。例如，这些贯通接触部能够被设计成随后被金属化的管型孔。另外，在一个方法实施例中，凹槽的制造包括电路板基板的磨蚀，以使被凹槽包围区域在朝向前侧的方向上凹陷。例如，由此能够(例如，在电磁调谐的过程中)生成谐振器的最终形状和尺寸。根据一个示例，这也能够通过调整电路板基板的后侧的凹槽的形状和尺寸来实现。

在一个方法实施例中，借助铣削实现了凹槽和/或被围绕区域的制造。在在此处具有优势的小尺寸的情况下，这种方法能够在较为精确地制造所期望的形状的同时还在效率方面具有优点。根据另一方法实施例，凹槽和/或被凹槽包围的区域填充有合成树脂。为此，例如，被加热的并且流动的合成树脂能够通过浇铸法或喷涂法(例如，通过过孔填充法)涂覆在电路板基板上并且由此能够补偿被磨蚀或者被铣削的区域。因为预定断裂位置能够通过更薄的位置来避免，并且同时，合成树脂能够与电路板基板稳定并且持续地连接，所以此处的优点在于改进的稳定性。

应当理解的是，如上文和下文所述，方法的特征也可以是电路板的特征，反之亦然。

附图说明

在下文中，将参照附图详细地说明实施例。对本发明来说，说明和附图均不应当解释为限制性的。

图1示出了电路板的部分区域的剖视图

图2示出了具有波导的电路板的空间剖视图。

图3示出了具有多个导电层和第二凹槽的电路板。

图4示出了不具有导电层的简化设计的电路板。

图5示出了具有圆形的周向凹槽和贯通接触部的电路板后侧。

图6示出了具有塑料壳体和用于波导的凹陷区域的电路板前侧。

图7示出了用于在电路板上制造用于微波的谐振器的方法。

标记仅是示意性的而不是按照真实比例的。原则上，相同或相似的部件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出了用于耦合波导14的电路板10的部分区域。在电路板基板12上布置有微波导体16。在此处所示的示例中，微波导体16在电路板基板12的表面上延伸，此处，微波导体16在前侧18上延伸。根据一个示例(此处未示出)，微波导体16设置在电路板基板12的内部。其优点在于，与图1所示相反，不需要额外地出于绝缘的目的在该位置分离或缩短波导14，而是波导14具有周向的平面的或平坦的端面，这种端面的优点在于简单的制造(例如，切削)。

电路板基板12由对高频无作用的或者对于相关的高频范围绝缘的材料(例如，不同生产商的lcp或ptfe基板)制成。在电路板基板12的内部布置有多个导电层20，以便形成电子电路的相应的电连接。连接区域22限定了电路板基板12的前侧18的区域，该区域面对波导14或者波导14在该区域连接于电路板基板12。该连接区域22被设计成圆形，使得该区域能够容纳波导14的前侧端部26。根据一个示例，连接区域22被设计成矩形。例如，由此能够实现与同样被设计成矩形的波导14的连接。此处，应当注意的是，波导14和连接区域22可以具有各种剖面形状，其中，重要的是，波导14的壁和连接区域22重叠或者直接相互抵接。

微波导体的端部24突出到连接区域22内部，使得微波信号能够从微波导体16或者经由微波导体的端部24传递到波导14中，反之亦然。换句话说，微波导体16的端部24用作发射和接收天线，其将微波信号发射到波导14中并且能够从波导14接收微波信号。在电路板基板12的后侧28处，周向凹槽30以与环形连接区域22相对的方式布置，周向凹槽30对应于波导14的横截面。在之后的附图中示出了这种凹槽的空间设计。

在凹槽30的壁上涂覆有金属涂层32，金属涂层在这里以虚线示出。原则上，除了金属涂层之外，此处通常还可以存在其它类型的涂层或材料，该涂层或材料对于此处涉及的千兆赫兹范围内的微波具有反射作用。另外，例如还可以包括具有诸如离子等相应的物理性能或组分的液体或者甚至气体。此处，金属涂层32可以是有利的，因为其能够以比已知方法低的成本来制造并且表现出良好的反射效果。在示例中，凹槽30具有大约1mm的宽度和小于1mm的范围内的深度和长度。此处，尺寸是基于使用的微波频率范围设定的。根据一个示例，金属涂层32的厚度为大约几微米。

凹陷区域34被凹槽30围绕，并且与凹槽30一起在其面向前侧18的一侧处形成与波导14协同作用的谐振器或谐振盆(resonatortopf)。根据一个示例，凹陷区域34也可以在未凹陷的情况下具有金属涂层32。此处，凹陷的优点在于，所形成的空间能够与凹槽一起利用合成树脂36进行浇铸并且由此能够提高电路板10的稳定性。也可以使用其它的诸如塑料、粘合剂、填充剂或类似物等起填充作用的、稳定的以及耐久的材料来代替合成树脂。

在电路板基板12中设置有贯通接触部38，贯通接触部38布置成使得其在例如波导14的金属壁和电路板基板12的后侧28的金属涂层32之间形成电连接。例如，这也可以通过如下方式实现：贯通接触部与导电层20的部分区域接触，而导电层20与波导14电接触。此处，波导14能够通过各种机制，例如，通过钎焊、熔焊或粘合固定到电路板10或电路板基板12上。

在图2中示出了具有波导14的电路板10的剖视图。电路板基板12具有多个导电层20。在电路板基板12的后侧28形成有环形的周向凹槽30。此处，能够清楚地看到，凹槽在电路板基板12的后侧28朝向波导14的前侧端部26延伸。此处，凹陷区域34的直径大致对应于波导14的内直径。微波导体16的端部24突出到波导14的内部，并且在那里以与波导14的壁绝缘的方式铺设。为此，例如，在波导14的壁中可以设置有间隙。根据另一示例，微波导体16铺设在电路板基板12内，由此不再需要间隙。

在电路板基板12的前侧18的另一区域中设置有用于容纳高频芯片(未示出)的第二凹槽40。特别地，通过反向地或者在后侧利用凹槽30和金属涂层32产生谐振器，微波导体16能够有利地铺设在连接区域22或者波导14的内部区域中。这由此能够有利地实现高频电子设备的相邻布置并且从而实现空间节约。第二凹槽40能够通过合成树脂进行浇铸并且由此能够提高机械稳定性和可靠性。

在图3中示出了具有电路板基板12和多个导电层20的电路板10的另一示例性变型例。在该示例中，在电路板基板12的后侧28也存在填充有合成树脂36的凹槽30，凹槽30形成用于与相对的前侧18邻接的波导(未示出)的谐振器。微波导体16在第二凹槽40和连接区域22之间延伸。贯通接触部38用于在凹槽30中的金属涂层32和可连接的波导14(未示出)之间形成电连接，凹槽30具有被凹槽围绕的凹陷区域34。在一个示例中，两个相邻的贯通接触部38以小于微波波长四分之一的距离布置。由此能够避免微波在贯通接触部之间逃逸及因而导致的不期望的损耗。

在图4中示出了具有未包括导电层20的电路板基板12的电路板10的简化变型例。这能够允许设计简单的并且因而便宜的原材料用于电路板基板12。出于屏蔽的目的，金属层42能够涂覆在电路板基板12的前侧18上。此处，也能够看到用于使金属层42与电路板基板12的前侧18电连接的贯通接触部38。

图5示出了电路板10的简化示例，其中，此处示出了电路板基板12的后侧28的视图。能够清楚地看到围绕凹陷区域34的被设计成圆形的周向凹槽。此处，贯通接触部38同样圆形地布置在凹槽30中。在微波导体(未示出)在电路板基板12的前侧18上通往位于凹陷区域34的相反侧的连接区域(此处不可见)的区域中，在贯通接触部38之间布置有较大的间隔44，以允许微波导体16穿过。

在图6中示出了包括具有多个导电层20的电路板基板12的电路板10的实施例。此处能够看到的电路板基板12的前侧18被塑料46包围，塑料46通过其稳定作用来充当壳体。此处，连接区域22与贯通接触部38和微波导体的端部24一起凹陷，使得管状波导14(未示出)能够固定在具有贯通接触部38的电路板基板的前侧18上。在一个示例中，电路板被设计成平面网格阵列(lga)。为此，根据一个示例，高频芯片的连接能够经由导线和贯通接触部从接合焊盘铺设至电路板基板12的后侧28，并且例如在那里连接于焊料盘(未示出)。

在图7中示出了用于在电路板10中制造用于微波的谐振器的方法100。首先进行不导电的平面电路板基板12的提供110。在下一步骤120中，在电路板基板12的后侧28制造环形的周向凹槽30。例如，这能够通过铣削或类似方法来实现。在下一步骤130中，在电路板基板12的后侧28的这种凹槽30和被凹槽30包围的区域34(凹陷区域)中涂覆微波反射涂层。在一个示例中，反射涂层是金属涂层32。

根据一个示例，凹槽30的反射涂层和凹陷区域34的反射涂层在后侧28上彼此电连接。之后，在步骤140中进行贯通接触部38的制造。这些贯通接触部在电路板基板12的前侧18和凹槽30中的反射涂层或者金属层42之间延伸，其中，贯通接触部38布置在前侧18上，使得波导14的端面能够与贯通接触部38电连接。另外，可选地，可以进行步骤150，在该步骤中，选择性磨蚀电路板基板12，以使被凹槽30围绕的区域34在朝向前侧18的方向上凹陷。例如，这能够通过铣削来实现。在步骤160中，可以利用反射涂层涂覆凹槽30和/或被凹槽围绕的区域，并且通过填充合成树脂进行稳固。例如，这能够通过过孔填充法(via-filling-prozess)来实现。

此外，应当注意的是，“包括”不排除其它元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。另外，应当注意的是，参照上述实施例说明的特征或步骤也能够结合其它上述实施例的其它特征和步骤来使用。权利要求中的附图标记不应视为限制。

相关申请的引用

本申请要求于2017年12月4日提交的欧洲专利申请第17205156.7号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。