DE102004059395A1 - Transmitting and / or receiving device - Google Patents

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Anton Prof. Anthofer
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, insbesondere für Radaranwendungen in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Halbleiterchip, welcher über Leadframes mit einem Schaltungsträger kontaktierbar ist, und zeichnet sich dadurch aus, dass ein Teil der Leadframes als Antenne ausgebildet ist. DOLLAR A Die direkte Realisierung einer Antenne als Teil eines Halbleiterchips erlaubt vorteilhaft die Realisierung eines sog. "Single-Chip-HF-Systems": Mit der Antenne können weitere Funktionen verbunden werden, wie z. B. Ersatz einer Induktivität/Koppeltransformator/Symmetrierer in der HF-Ausgangsstufe oder gar die Nutzung eines Mittelabgriffes für symmetrische Ausgangs-/Eingangsstufen. DOLLAR A Die vorliegende Erfindung vermeidet damit vorteilhaft teuere Modultechnologien mit speziellen Träger-Materialien durch Einsatz als "add on" auf normalen Leiterplattentechnologien. Sie eignet sich insbesondere für Radaranwendungen in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a transmitting and / or receiving device, in particular for radar applications in a motor vehicle, comprising a semiconductor chip which can be contacted via leadframes with a circuit carrier, and is characterized in that a part of the leadframes is designed as an antenna. DOLLAR A The direct realization of an antenna as part of a semiconductor chip advantageously allows the realization of a so-called. "Single-chip RF system": With the antenna other functions can be connected, such. B. Replacement of an inductance / coupling transformer / balancer in the RF output stage or even the use of a center tap for symmetrical output / input stages. DOLLAR A The present invention thus advantageously avoids expensive module technologies with special carrier materials by being used as an "add on" to normal circuit board technologies. It is particularly suitable for radar applications in a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung, insbesondere für Radaranwendungen in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Halbleiterchip, welcher über Leadframes mit einem Schaltungsträger kontaktierbar ist.The The invention relates to a transmitting and / or receiving device, in particular for radar applications in a motor vehicle, comprising a semiconductor chip, which has lead frames with a circuit carrier is contactable.

Durch Fortschritte in der Halbleitertechnologie werden immer höhere Frequenzen für die breite technische Nutzung erschlossen. Bereits verfügbar sind III/V-Halbleiter, insbes. GaAs, für Frequenzen bis etwa 110 GHz. In einer stürmischen Weiterentwicklung befinden sich derzeit Silizium-basierte Bipolartransistoren, hier insbesondere SiGe-Heterostrukturen, mit Grenzfrequenzen bis zu mehreren 100GHz. Oder generell auch CMOS-Feldeffekttransistoren, welche mit stetig abnehmenden Strukturgrößen ebenfalls zu immer höheren Grenzfrequenzen vorstoßen.By Advances in semiconductor technology are becoming ever higher frequencies for the wide technical use. Already available III / V semiconductors, especially GaAs, for frequencies up to about 110 GHz. In a stormy Further development are currently silicon-based bipolar transistors, here in particular SiGe heterostructures, with cut-off frequencies up to to several 100GHz. Or in general also CMOS field effect transistors, which with steadily decreasing feature sizes also leads to ever higher cutoff frequencies advance.

Derzeit verdrängen auf dem „Handie"-Stückzahlen-Markt auf breiter Front SiGe-Heterostruktur-Bipolartransistoren mit Grenzfrequenzen im Bereich 40-80GHz die bislang hauptsächlich eingesetzten GaAs-Technologien. Die Vorteile der SiGe-Technologien sind insbesondere das unterstellte günstigere Preis/Leistungsverhältnis, welches nicht zuletzt durch die Integrierbarkeit dieser Technologie in die Standard-Mainstream-Silizium-Technologien zustande kommt, ferner die höhere erreichbare Integrationsdichte in Elemente pro Chip. In naher Zukunft wird daher eine den Handie-Anwendungen vergleichbare Integrationsdichte auch bei höheren Frequenzen einsetzbar sein, insbesondere auch bei den für Automotive-Radar interessanten 24GHz bzw. 77GHz -Frequenzen.Currently repress on the "Handie" Pieces Market on a broad front SiGe heterostructure bipolar transistors with cut-off frequencies in the 40-80GHz range, the most commonly used GaAs technologies to date. The benefits of SiGe technologies are in particular the imputed cheaper price / performance ratio, which not least because of the integration of this technology into the standard mainstream silicon technologies comes, and the higher achievable integration density in elements per chip. In the near future will therefore an integration density comparable to the Handie applications even at higher Frequencies can be used, especially in those interesting for automotive radar 24GHz or 77GHz frequencies.

System-Lösungen, welche z.B. ein komplett auf einem einzigen Halbleiter-Chip integriertes 24GHz Radar-HF-Frontend beinhalten, mit allen daraus ableitbaren Vorteilen, rücken damit in das Interesse der Entwickler.System solutions which e.g. a completely integrated on a single semiconductor chip 24GHz Radar RF frontend, with all the benefits derived from it, move thus in the interest of the developers.

Neben der reinen Halbleiter-Technologie ist bei diesen hohen Frequenzen (z.B. 24GHz, 77GHz) bzw. kleinen Wellenlängen (mm-Bereich) auch die Aufbau- und Verbindungstechnik – also die elektrische Verbindung der HF-Chips mit der Umgebung, die Kontaktierung mit der notwendigen Beschaltung, mit Zu- und Wegleitungen und den Antennen – eine Herausforderung.Next Pure semiconductor technology is at these high frequencies (For example, 24GHz, 77GHz) or small wavelengths (mm range), the construction and connection technology - so the electrical connection of the RF chips with the environment, the contacting with the necessary wiring, with supply and routing lines and the Antennas - a challenge.

Übliche Aufbautechniken sind z.B. HF-Module auf Basis spezieller Kunststoffe oder Keramiken. Diese Materialien dienen als Träger (Schaltungsträger) für die im Wesentlichen planare Modul-Verdrahtung und die darauf befestigten aktiven und passiven Bauelemente. Ein solches Modul kann ein oder mehrere HF-Halbleiterchips – Komplexität von einzelnen Elementen wie Dioden oder Transistoren bis hin zu kompletten Funktions-ASIC (MMIC) -, weitere (Sub-) Module und passive Bauelemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten enthalten. Wichtige elektrische Bestandteile eines HF-Modules sind auch die Verbindungsleitungen, welche bei hohen Frequenzen als impedanzangepasste Leitungen (z.B. Microstrip) ausgeführt sind. Auf Basis dieser Leitungsstrukturen können weitere HF-Funktionselemente wie Hybridkoppler (Rat-Race-Coupler), Richtkoppler, Filter, Antennen (insbes. Patch-Antennen) etc. realisiert werden. Eine sehr wichtige Anwendung dieser Strukturen bei hohen Frequenzen sind die Impedanzanpassung für optimal arbeitende Verstärkerstufen und hochwertige Mischerstufen (Hybridmischer auf Basis Rat-Race-Coupler).Common construction techniques are e.g. HF modules based on special plastics or ceramics. These Materials serve as carriers (Circuit carrier) for the essentially planar module wiring and the ones mounted thereon active and passive components. Such a module can be an or multiple RF semiconductor chips - complexity of individual elements like diodes or transistors up to complete function ASIC (MMIC) -, other (sub) modules and passive components such as resistors, capacitors and inductors contain. Important electrical components of an RF module are also the connecting lines, which at high frequencies as impedance-matched Lines (e.g., microstrip) are executed. Based on these line structures can additional HF functional elements like hybrid couplers (Rat-Race-Coupler), directional couplers, filters, antennas (Especially patch antennas) etc. are realized. A very important one Application of these structures at high frequencies are the impedance matching for optimal working amplifier stages and high-quality mixer stages (hybrid mixer based on rat race coupler).

Die Halbleiter-Chips werden auf diesen Trägern direkt oder gehäust montiert. Die elektrische Verbindung der Modul-Verdrahtung mit den Kontaktflächen der Chips (Pads) erfolgt z.B. über Bonddrahtverbindungen oder mittels Flip-Chip-Verbindungstechnologie. Bei nierigeren Anforderungen können nahezu normal SMD-Gehäuste Bauelemente eingesetzt werden.The Semiconductor chips are mounted directly or housed on these carriers. The electrical connection of the module wiring with the contact surfaces of the Chips (pads) are e.g. above Bond wire connections or via flip-chip connection technology. At lower levels Requirements can almost normal SMD case Components are used.

1 zeigt als typisches Beispiel ein HF-Modul für ein 77GHz-Radar. 1 shows as a typical example an RF module for a 77GHz radar.

Hiervon ausgehend und auf Basis der anfangs aufgeführten Weiterentwicklungen der Halbleiter-Technologieen liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die breite Anwendung hochintegrierter, kompletter Sende und/oder Empfangs-Systeme mit Arbeitsfrequenzen im GHz-Bereich bzw. Wellenlängen im mm-Bereich bereitzustellen.Of these, Based on the initially mentioned developments of the Semiconductor technology is the object of the present invention underlying, the broad application of highly integrated, complete transmission and / or receiving systems with operating frequencies in the GHz range or wavelengths in the mm range.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Sende- und Empfangseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a transmitting and receiving device with the features of the independent claim 1 solved. Advantageous embodiments and developments, which can be used individually or in combination with each other, are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung baut auf gattungsgemäßen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen umfassend einen Halbleiterchip, welcher über Leadframes mit einem Schaltungsträger kontaktierbar ist, dadurch auf, dass ein Teil der Leadframes als Antenne ausgebildet ist.The Invention is based on generic transmission and / or receiving devices comprising a semiconductor chip, which via lead frames with a circuit carrier is contactable, characterized in that a part of the leadframes as Antenna is formed.

Zwar ist auch die aus dem Stand der Technik bekannte Aufbau- und Verbindungs-Technologie an sich effizient und erprobt; nachteilig jedoch sind der hohe Preis und die empfindliche Fertigungstechnologie. Insbesondere stellt diese Aufbau- und Verbindungstechnologie keine adäquate Ergänzung/Partitionierung für zukünftige hochintegrierte HF-Halbleiter-IC-Systeme dar.Although the known from the prior art construction and connection technology is efficient and proven in itself; However, the disadvantageous are the high price and the delicate manufacturing technology. In particular, this packaging and interconnection technology is not an adequate complement / partitioning for future highly integrated RF semiconductor IC systems.

Die Erklärung dafür ist, dass Chipfläche in der Regel erheblich kostenintensiver als Modulfläche ist; daher können auf Chips nur sehr eingeschränkt Leitungsstrukturen, wie sie z.B. für Hybrid-Mischer oder Antennen benötigt werden, eingesetzt werden.The statement for that is, that chip area usually considerably more expensive than module area; therefore you can on chips only very limited line structures, as they are e.g. For Hybrid mixer or antennas needed will be used.

Wenn aber außerhalb des Chips solche Strukturen benötigt werden – für Radare insbesondere Antennen – und effizient in Modultechnik realisiert werden können, werden diese Funktionsteile aus dem Chip herausgenommen und in Modultechnik realisiert; damit ist die resultierende Lösung aber kein vollständig Halbleiter-Integriertes System mehr, sondern eher mit den vorgestellten Modul-Lösungen vergleichbar, weshalb dessen Nachteile voll zum Tragen kommen und andere wesentliche Vorteile einer integrierten Systemlösung gleichzeitig zunichte gemacht werden.If but outside of the chip needs such structures be - for radars especially antennas and can be efficiently implemented in module technology, these functional parts taken out of the chip and realized in module technology; in order to is the resulting solution but not completely Semiconductor integrated system more, but rather with the featured Module solutions comparable, which is why its disadvantages fully come to fruition and other key benefits of an integrated system solution at the same time be nullified.

Konkrete Anwendungen könnten in naher Zukunft Single-Chip-Radarmodule, z.B. mit Arbeitsfrequenzen um 24GHz oder 77GHz, sein, aber auch weitere Module drahtloser Verbindungstechnologien (WLAN) etc..concrete Applications could in the near future single-chip radar modules, e.g. with working frequencies around 24GHz or 77GHz, but also others Modules of wireless connection technologies (WLAN) etc.

Die Wellenlänge der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anwendungen liegt im mm-Bereich, im Vergleich mit den Chip-Strukturen eine extrem große Dimension, aber im Bereich typischer Abmessungen der Gehäuse integrierter Schaltungen.The wavelength the invention proposed Applications are in the mm range, compared to the chip structures an extremely big one Dimension, but in the range of typical dimensions of the housing integrated Circuits.

Die für Abstrahlung und/oder Empfang der elektromagnetischen Wellen notwendigen Antennen auf dem Chip zu integrieren ist daher insbesondere unter kommerziellen Aspekten nicht vertretbar.The for radiation and / or receiving the electromagnetic waves necessary antennas to integrate the chip is therefore particularly under commercial Aspects unreasonable.

Hier setzt die Erfindung an, welche in einer üblichen Chip-Gehäusetechnik zum Einsatz kommende Strukturen geeignet zur Nutzung als Antennen umformt. Insbesondere die in den Standard-IC-Gehäusen zum Einsatz kommende sog. Leadframe-Technik kann direkt für dedizierte HF-Funktionen genutzt werden, insbesondere z.B. als Antenne, HF-Koppler etc..Here uses the invention, which in a conventional chip housing technology used structures suitable for use as antennas reshapes. In particular, the so-called lead frame technology used in the standard IC packages can directly for dedicated RF functions are used, in particular e.g. as an antenna, RF coupler etc.

Beispielsweise kann ein Teil der Leadframes an beiden Stirnseiten des Halbleiterchips je zu einer Antenne ausgebildet sein.For example may be a part of the leadframes on both ends of the semiconductor chip each be formed to an antenna.

Alternativ oder kumulativ hierzu kann ein Teil der Leadframes an einer und/oder beiden der PIN-Seiten des Halbleiterchips zu einer Antenne ausgebildet sein.alternative or cumulatively, part of the leadframes may be on and / or both of the PIN sides of the semiconductor chip are formed into an antenna be.

Bewährt hat sich insbesondere die Ausbildung eines Teils der Leadframes als Dipol-Antenne.Has proven In particular, the training of part of the leadframes as Dipole antenna.

Alternativ oder kumulativ kommen aber auch sog. Patch- und/oder Yagi-Antennen in Frage.alternative or cumulatively but so-called. Patch and / or Yagi antennas come into question.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist schließlich die Antenne korrespondierend zu einer symmetrischen Ausgangsstufe des Halbleiterchips ausgebildet.According to the invention preferred is finally the Antenna corresponding to a symmetrical output stage of Semiconductor chips formed.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen „Leadframe-Antenne" lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Das „Single-Chip-HF-System" lässt sich direkt in ein HF-Modul umsetzen. Es kann damit vollständig bei nur einem Halbleiterhersteller produziert werden. Es beinhaltet ferner alle kritischen HF-Übergänge der Aufbau- und Verbindungstechnologie.The advantages of the "leadframe antenna" according to the invention can be summarized as follows:
The "single-chip RF system" can be directly implemented in an RF module, allowing it to be fully fabricated by a single semiconductor manufacturer and incorporating all critical RF transitions in packaging and interconnect technology.

Derartige Einheiten lassen sich mit klaren Schnittstellen gesamthaft testen. An Endanwender lässt sich ein vollständig geprüftes, direkt einsetzbares Modul ausliefern, welches als unkritische Einheit einfach in das gewünschte HF-System integriert bzw. eingesetzt werden kann.such Units can be tested in their entirety with clear interfaces. To end users a complete one proved, Deliver directly usable module, which as an uncritical unit easy in the desired HF system can be integrated or used.

Die direkte Realisierung einer Antenne als Teil eines Halbleiterchips erlaubt vorteilhaft die Realisierung eines sog. „Single-Chip-HF-Systems": mit der Antenne können weitere Funktionen verbunden werden, wie z.B. Ersatz einer Induktivität/Koppeltransformator/Symmetrierer in der HF-Ausgangsstufe oder gar die Nutzung eines Mittelabgriffes für Symmetrische Ausgangs-/Eingangsstufen.The direct realization of an antenna as part of a semiconductor chip advantageously allows the realization of a so-called "single-chip RF system": with the antenna can additional functions are connected, such as Replacement of an inductance / coupling transformer / balancer in the RF output stage or even the use of a Mittelabgriffes for symmetric Output / input stages.

Die vorliegende Erfindung vermeidet damit vorteilhaft teuere Modultechnologien mit speziellen Träger-Materialien durch Einsatz als „add on" auf normaler Leiterplattentechnologien. Sie eignet sich insb. Radaranwendungen in einem Kraftfahrzeug.The The present invention thus advantageously avoids expensive module technologies with special carrier materials through use as "add on "on normal PCB technologies. It is especially suitable for radar applications in a motor vehicle.

Zusätzliche Einzelheiten und weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben.additional Details and further advantages of the invention are given below on hand preferred embodiments and in conjunction with the accompanying drawings.

Darin zeigen beispielhaft:In this show by way of example:

1 die aus dem Stand der Technik bekannte typische HF Aufbau- und Verbindungstechnologie; 1 the typical RF construction and interconnection technology known in the art;

2 in einem horizontalen Schnittbild die typische Umhüllungs- und Leadframe Struktur eines einfachen standardmäßigen SO36-Gehäuses; 2 in a horizontal sectional view, the typical envelope and leadframe structure of a simple standard SO36 package;

3 in einem vertikalen Schnittbild die typische Umhüllungs- und Leadframe Struktur eines einfachen standardmäßigen SO36-Gehäuses; 3 in a vertical sectional view the typi sheathing and leadframe structure of a simple standard SO36 enclosure;

4 in einer Schnittdarstellung eine stirnseitig am Halbleiterelement angeordnete Falt-Dipolantenne mit Mittelanzapfung; 4 in a sectional view of a front side of the semiconductor element arranged folding dipole antenna with center tap;

5 die Antenne nach 4 in einer dimensionalen Darstellung; 5 the antenna after 4 in a dimensional representation;

6 auf zwei Stirn-Seiten je eine Falt-Dipolantenne mit Mittelanzapfung, z.B. für „Bistatischen Radarbetrieb", ggf. zusätzlich getrennt durch eine Trennwand, welche das Gehäuse durchstößt; 6 on each of two end sides a folding dipole antenna with center tap, eg for "bistatic radar operation", optionally additionally separated by a partition wall which penetrates the housing;

7 auf einer Pin-Seite eine Falt-Dipolantenne mit Mittelanzapfung (7) (ähnlich wie 6 auch zweiseitig möglich) 7 on one pin side a center-tapped folding dipole antenna ( 7 ) (similar to 6 also possible on two sides)

8 in einer vertikalen Schnittansicht eine als Patch-Antenne ausgebildete Leadframe-Fläche über einer Masse-Ebene z.B, der Leiterplatte; 8th in a vertical sectional view designed as a patch antenna leadframe surface over a ground plane, for example, the circuit board;

9 die Patch-Antenne nach 8 in einer dreidimensionalen Ansicht; 9 the patch antenna after 8th in a three-dimensional view;

10 eine als Yagi-Antenne ausgebildete Leadframe-Antenne; 10 a leadframe antenna designed as a Yagi antenna;

11 eine im Brennpunkt einer Parabolantenne angeordnete Leadframe-Antenne; und 11 a lead frame antenna disposed at the focal point of a parabolic antenna; and

12 beispielhaft die korrespondierende Ausbildung einer Leadframe-Antenne mit dem Schaltungsdesign des Halbleiterchips. 12 by way of example, the corresponding embodiment of a leadframe antenna with the circuit design of the semiconductor chip.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten.at the following description of the preferred embodiments In the present invention, like reference characters designate like or comparable components.

1 zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte typische HF Aufbau- und Verbindungstechnologie, z.B. hier 77GHz; mehrere MMIC's, impedanzangepaßte Stripline-Leitungen, sog. Rat-Race-Mischer (Laufzeitstrukturen mit Diodenmischern) und Patch-Antennen für Abstrahlung und Empfang der HF-Energie. 1 shows the known from the prior art typical RF construction and interconnection technology, eg 77GHz here; several MMICs, impedance-matched stripline lines, so-called rat-race mixers (runtime structures with diode mixers) and patch antennas for radiating and receiving RF energy.

2 und 3 zeigen die bekannten typische Umhüllungs- und Leadframe Struktur eines einfachen standardmäßigen SO36-Gehäuses, einmal als horizontaler Schnitt A-A' durch ein leadframebasiertes Standard-IC-Gehäuse mit Kunststoff-Umhüllung (Mold)und einmal als vertikales Schnittbild. Als Verbindungstechnologie zur elektrischen Verbindung der Chips mit dem Leadframe ist in allen Darstellungen eine übliche Draht-Bondtechnik gezeigt; diese kann sinngemäß durch andere Verbindungstechnologien wie z.B. die Flip-Chip-Technologie ersetzt werden. 2 and 3 show the well-known typical envelope and lead frame structure of a simple standard SO36 housing, even as a horizontal section AA 'by a standard lead-frame-based IC housing with plastic casing (Mold) and once as a vertical sectional view. As connection technology for the electrical connection of the chips to the leadframe, a common wire bonding technique is shown in all illustrations; This can be replaced analogously by other connection technologies such as flip-chip technology.

Detailausführungen in 2 zeigen, wie die Bonddrähte von Chip zu Leadframe HF-technisch günstig kurz ausgeführt sind; ein entsprechend angepasster Chip-Leadframerand wäre Voraussetzung hierfür.Details in 2 show how the bonding wires are executed from chip to leadframe RF technically cheap short; a correspondingly adapted chip leadframe would be a prerequisite for this.

Detailausführungen in 3 zeigen, wie die Bonddrähte von Chip zu Leadframe HF-technisch günstig kurz auf gleicher Höhe laufend ausgeführt sind; eine entsprechen abgesenkte Chipträger-Fläche und ein entsprechend angepaßter Chip-Leadframerand wären Voraussetzung hierfür, Die Verbindung Pin zu Anschlußfläche (Montage auf Leiterplatte) kann durch Löten oder Kleben mittels elektrisch leitfähigen Klebers erfolgen.Details in 3 show how the bonding wires are executed from chip to leadframe HF-technically low running at the same height running; a corresponding lowered chip carrier surface and a correspondingly adapted chip leadframe would be a prerequisite for this, the connection pin to pad (mounting on printed circuit board) can be done by soldering or gluing by means of electrically conductive adhesive.

Die nachfolgenden Abbildungen zeigen verschiedene Möglichkeiten auf, wie das Leadframe erfindungsgemäß ausgebildet werden kann, um Antennenstrukturen auszubilden:The The following illustrations show various possibilities, such as the leadframe designed according to the invention can be used to form antenna structures:

4 zeigt in einer Schnittdarstellung eine stirnseitig am Halbleiterelement angeordnete Falt-Dipolantenne mit Mittelanzapfung, z.B. für „Monostatischen Radarbetrieb" oder andere Aufgaben des Sendens und Empfangens. Deutlich erkennbar ist, wie ein Teil der Beinchen an der Stirnseite zu einer Antenne, hier Falt-Dipol mit Mittelanzapfung, umgeformt ist. Die Kunststoff-Umhüllung (hier noch ohne Modifikation) kann bei Bedarf ebenfalls angepasst (insbes. Hinsichtlich des sog. Überdeckungsgrads) werden. 4 shows in a sectional view of an end face on the semiconductor element arranged folding dipole antenna with center tap, eg for "monostatic radar operation" or other tasks of sending and receiving.Significantly recognizable, as part of the legs on the front side to an antenna, here folding dipole with The plastic coating (here without modification) can also be adapted if necessary (in particular with regard to the so-called overlapping degree).

5 zeigt die Antenne nach 4 in einer dimensionalen Darstellung. Deutlich erkennbar ist, wie der ASIC auf der Leiterplatte aufgesetzt ist und wie der vorne an ASIC-Stirnfläche erkennbare Falt-Dipol hier über die Kante der Leiterplatte hinweg in den Raum strahlt. 5 shows the antenna after 4 in a dimensional representation. It is clearly recognizable how the ASIC is placed on the printed circuit board and how the folding dipole, visible at the front of the ASIC face, radiates out over the edge of the printed circuit board into the room.

6 zeigt auf zwei Stirn-Seiten je eine Falt-Dipolantenne mit Mittelanzapfung, z.B. für „Bistatischen Radarbetrieb", ggf. zusätzlich getrennt durch eine Trennwand, welche das Gehäuse durchstößt. Deutlich erkennbar ist, wie ein Teil der Beinchen an beiden Stirnseiten zu je einer Antenne, hier Falt-Dipol mit Mittelanzapfung, umgeformt ist. Ggf. ist zwischen beiden Teilen eine zusätzliche Entkopplung durch Trennwand oder ähnliches notwendig. Die Kunststoff-Umhüllung des Gehäuses ist hier wiederum noch ohne Modifikation, ist bei Bedarf jedoch anpassbar (insb. hinsichtlich des sog. Überdeckungsgrades). 6 shows on two end pages each a folding dipole antenna with center tap, eg for "bistatic radar operation", optionally additionally separated by a partition which penetrates the housing If necessary, an additional decoupling by partition wall or the like is necessary between the two parts.The plastic casing of the housing is in turn without modification, but if necessary, adaptable (especially with respect to the so-called Degree of coverage).

7 zeigt auf einer Pin-Seite eine Falt-Dipolantenne mit Mittelanzapfung, welche ähnlich wie in 6 auch zweiseitig ausgebildet sein kann. Erkennbar ist, wie ein Teil der Beinchen an der Pin-Seite zu einer Antenne, hier Falt-Dipol mit Mittelanzapfung, umgeformt ist. Insb. kann das Leadrame auf der Antennenseite noch bzgl. Impedanzverhalten und Masseanbindung (z.B. Bondverbindungen Chip-zu-Chipträger) abgestimmt werden. Freilich ist auch hier die Kunststoff-Umhüllung des Gehäuses modifizier- bzw. anpassbar. Darüber hinaus kann auch diese Variante (symmetrisch) mit je einer Antenne auf beiden Seiten ausgeführt werden. 7 shows on a pin side a folded dipole antenna with center tap, which is similar to in 6 may also be formed on two sides. It is recognizable as part of the legs on the pin side to an antenna, here folding-dipole with Mittelanzap Fung, is reformed. Esp. the lead frame on the antenna side can still be tuned with respect to impedance behavior and ground connection (eg, chip-to-chip bond connections). Of course, here is the plastic enclosure of the housing modifiable or customizable. In addition, this variant (symmetrical) can be performed with one antenna on each side.

Statt der bisher gezeigten Falt-Dipolantennen mit Mittelanzapfung sind ebenso weitere Antennenstrukturen wie z.B. einfache λ/4-Dipole, n·λ/4-Dipole, Schmetterlings-Dipole, Schlitzstrahler usw. möglich. Diesbezüglich sei beispielsweise auf Rothammel, Antennenbuch, verwiesen.Instead of are the center-tapped folding dipole antennas shown so far as well as other antenna structures such as e.g. simple λ / 4 dipoles, n · λ / 4 dipoles Butterfly dipoles, slot radiators, etc. possible. In this regard For example, on Rothammel, antenna book referenced.

Alternativ oder kumulativ zur den elektrisch symmetrischen Antennen-Strukturen können auch asymmetrische Antennen-Strukturen realisiert werden.alternative or cumulatively to the electrically symmetric antenna structures can also asymmetric antenna structures will be realized.

Als Beispiel hierzu zeigen 8 in einem vertikaler Schnittansicht eine (typische) Patch-Antenne – eine Leadframe-Fläche über einer Masse-Ebene z.B. der Leiterplatte. Ein Teil der Beinchen an der Pin-Seite ist zu einer Antenne, hier Patch-Antenne, umgeformt, d.h. im Wesentlichen zu einer rechteckigen Fläche über Massefläche. Die Anordnung ist aber prinzipiell an allen Seiten und auch an den Ecken des Gehäuses möglich. Die Kunststoff-Umhüllung des Gehäuses ist entsprechend anpassbar.As an example, show 8th in a vertical sectional view of a (typical) patch antenna - a leadframe surface over a ground plane, for example, the circuit board. Part of the pins on the pin side is transformed into an antenna, here patch antenna, ie essentially to a rectangular area over ground plane. The arrangement is possible in principle on all sides and also at the corners of the housing. The plastic casing of the housing can be adapted accordingly.

9 zeigt die Antennenform nach 8 in einer dreidimensionalen Darstellung, allerdings ist die Antenne an der Stirnfläche des ASIC-Standardgehäuses ausgebildet. Analog 6 bzw. 7 kann diese Antennenform auch an der Leadframe-Seite bzw. zweifach, z.B. an gegenüberliegenden Seiten, ausgeführt sein. Ihre elektrische Wirkung kommt in Wechselwirkung mit der Masse-Grundfläche zustande. Die bevorzugte Abstrahlrichtung wäre hier vorteilhaft nach oben. 9 shows the antenna shape 8th in a three-dimensional representation, however, the antenna is formed on the end face of the ASIC standard housing. Analogous 6 respectively. 7 This antenna form can also be embodied on the lead frame side or twice, for example on opposite sides. Their electrical effect comes about in interaction with the ground mass. The preferred emission direction would be advantageous upwards.

Da Antennen oft spezielle Anforderungen bezüglich der Richtcharakteristik und des Wirkungsquerschnittes erfüllen müssen, lassen sich die oben angeführten Leadframe-Antennenstrukturen ggf. geeignet wie folgt erweitert.There Antennas often special requirements with respect to the directional characteristic and the cross section, the above leadframe antenna structures can be if necessary expanded as follows.

Insbesondere können zur Verbesserung der Abstrahlcharakteristik der Leadframe-Antenne weitere Teile des Leadframe-Materials zur Bildung weiterer Elemente der Antennen-Struktur herangezogen werden, um damit z.B. Reflektoren und/oder Direktoren (Yagi-Antennenprinzip) auszubilden.Especially can to improve the emission characteristics of the leadframe antenna more parts of the leadframe material be used to form further elements of the antenna structure, so as to be e.g. Reflectors and / or directors (Yagi antenna principle) train.

Alternativ oder kumulativ kann die gesamte Antennenstruktur kann in ein geeignetes Material geeigneter Form teilweise oder ganz eingebettet werden, um damit Eigenschaften sog. „Dielektrischer Antennen" zu erzielen.alternative or cumulatively, the entire antenna structure can be transformed into a suitable one Material of suitable form may be partially or completely embedded, so that properties so-called "Dielectric Antennas "to achieve.

Ferner kann die Leadframe-Antenne in einer geeigneten Position zu geeigneten Reflektorflächen platziert werden, um damit durch einfache Reflektorwände, durch sog. Corner-Reflektoren oder durch sog. Parabolspiegel eine weitere Strahlformung zu realisieren.Further The leadframe antenna may be suitable in a suitable position Reflector surfaces placed be so as by simple reflector walls, by so-called. Corner reflectors or by so-called parabolic mirror to realize a further beam shaping.

Auch kann allgemein die erfindungsgemäße Leadframe-Antenne in einfacher oder erweiterter Form in geeigneter Position zu anderen geeigneten Elementen platziert werden, welche durch ihre Wechselwirkung mit den relevanten elektromagnetischen Feldbestandteilen eine Optimierung der Abstrahlcharakteristik gegenüber der ursprünglichen Abstrahlrichtung bewirken. Stichworte hierzu: Reflektoren, Direktoren, Schlitzstrahler, Schlitzelemente, dielektrische Elemente, dielektrische Linsen.Also In general, the leadframe antenna according to the invention in a simple or extended form in a suitable position to others suitable elements are placed, which by their interaction with the relevant electromagnetic field components an optimization the radiation characteristic opposite the original one Effect emission direction. Keywords: reflectors, directors, Slot radiators, slot elements, dielectric elements, dielectric Lenses.

Nicht üblich, aber für Radaranwendung interessant zur Dämpfung von Reflexionen, ist schließlich der Einsatz von dämpfenden Elementen in der Umgebung der Antennen. Bei den vorgeschlagenen Leadframe-Antennen könnte diese Dämpfungsfunktion z.B. durch einen geeigneten Kunststoff der ASIC-Umhüllung realisiert werden.Not common, but for radar application interesting for damping of reflections, is finally the use of damping Elements in the environment of the antennas. In the proposed leadframe antennas could this damping function e.g. realized by a suitable plastic of the ASIC enclosure become.

Im Weiteren wird auf einige der aufgeführten Punkte im Detail eingegangen.in the Further, some of the listed items are discussed in detail.

Eine erste Möglichkeit wäre, einen Teil der verbliebenen Leadframe-Beinchen als Strahlformer einzusetzen, wie es z.B. in Yagi-Antennen oder ähnlichen Antennenstrukturen erfolgtA first option would be, one Use part of the remaining leadframe legs as a beam former, as it is e.g. in Yagi antennas or similar antenna structures he follows

Ein Ausführungsbeispiel dieser Möglichkeit zeigt 10. Zur Erzielung einer verbesserten Strahlführung ist eine erweiterte Leadframe-Antenne z.B. nach Art der Yagi-Antennen vorgeschlagen mit einem zusätzlichen Direktor und Reflektor-Element, welche aus Teilen des Leadframes erstellt sind.An embodiment of this possibility shows 10 , In order to achieve an improved beam guidance, an extended leadframe antenna is proposed, for example in the manner of the Yagi antennas, with an additional director and reflector element, which are made of parts of the leadframe.

Auch eine geeignete, ggf. ausgeweitete, Form des Kunststoffes erlaubt die weitere Strahlführung in der Art der „Dielektrischen Antennen" (auch dielektrische Linsen etc.).Also a suitable, possibly expanded, shape of the plastic allowed the further beam guidance in the way of "dielectric Antennas "(also dielectric Lenses etc.).

Das Prinzip der Yagi-Antennen kann natürlich auch mit entsprechenden Elementen außerhalb des Leadframes realisiert werden. Dabei wäre aber – nach üblichen Definitionen – die Leadframe Antenne nicht mehr die Antenne schlechthin, sondern sie nimmt die begriffliche Position einer Primär-Antenne oder Erregerantenne ein.The Principle of Yagi antennas can of course also with appropriate Elements outside the Leadframes are realized. But it would - according to usual definitions - the leadframe Antenna no longer the antenna par excellence, but she takes the conceptual position of a primary antenna or Exciter antenna.

Der Einsatz dieser Leadframe-Antennen-Technologie als Erregerantenne ist praktisch in allen bekannten Antennensystemen möglich, darüber hinaus auch als Erreger in „geschlossenen" Systemen, wie z.B. Hohlraum-Resonatoren oder Hohlraum-Wellenleitern einsetzbar.The use of this leadframe antenna technology as an exciter antenna is practically possible in all known antenna systems, in addition, as a pathogen in "closed" Sys Temen, such as cavity resonators or cavity waveguides used.

Besonders günstig hinsichtlich des Einbaus in Geräte und Fahrzeuge ist die Leadframe-Antenne als Erreger in passiven Parabol-Reflektor-Antennen (als weniger leistungsfähige Antennenvarianten kämen Corner-Reflektoren oder Reflektorwände in Frage); der Parabolspiegel kann dabei ein eigenständiges Blechteil sein, oder aber als Teil des Fahrzeug-Bleches er stellt werden. Ein Ausführungsbeispiel dieser Kombinationsmöglichkeit zeigt 11. Dargestellt ist, wie zur Verbesserung der Richtwirkung der „Leadframe-Antenne" ein (passiver) Parabolspiegel vorgesehen ist, welcher im Idealfall bevorzugt nicht als eigenständiges Teil, sondern realisiert als geeignet umgeformter Teil der Karosseriestruktur (Blech) eines Fahrzeuges ausgebildet ist. Die „Leadframe-Antenne" arbeitet hier als Primärantenne bzw. als Erregerantenne. Durch diese Kombination kann einerseits die „Elektronik" klein gehalten werden, andererseits die für bestimmte Antennen- (Richt-) Wirkung benötigte Antennenfläche preisgünstig (außerhalb der Elektronik) bereitgestellt werden Insbesondere können unterschiedliche Antennenwirkungen mit einem einheitlichem Elektronikteil dargestellt werden.Particularly favorable in terms of installation in devices and vehicles is the leadframe antenna as a pathogen in passive parabolic reflector antennas (as less powerful antenna variants would Corner reflectors or reflector walls in question); the parabolic mirror can be an independent sheet metal part, or as part of the vehicle sheet he is posing. An embodiment of this combination option shows 11 , It is shown how, to improve the directivity of the "leadframe antenna", a (passive) parabolic mirror is provided which, ideally, is preferably designed not as an independent part but as a suitably shaped part of the body structure (sheet metal) of a vehicle -Antenne "works here as a primary antenna or as a pathogen antenna. By this combination, on the one hand the "electronics" can be kept small, on the other hand the antenna surface required for certain antenna (directional) effect can be provided inexpensively (outside the electronics). In particular, different antenna effects can be represented by a single electronic part.

Die enge Verzahnung der Antenne mit dem Halbleiter-Chip bei der Leadframe-Antenne ermöglicht die Wahl vorteilhafter Schaltungskonzepte.The close integration of the antenna with the semiconductor chip in the leadframe antenna allows the choice of advantageous circuit concepts.

12 zeigt ein Beispiel einer vorteilhaft korrespondierenden Ausbildung einer Leadframe-Antenne (Beispiel „Mittelanzapfung") mit dem Schaltungsdesign des Halbleiterchips:

  • – die symmetrische Dipol-Antenne dieses Beispieles erlaubt einen günstigen, symmetrischen „Differenz"- bzw. Gegentakt-Betrieb der ASIC-Schaltung (besonders gut und vorteilhaft in Silizium-Schaltung integrierbar).
  • – die Mittelanzapfung ermöglicht den Verzicht sonst notwendiger spezieller Lastelemente (z.B. Übertrager) der Verstärkerstufe und damit einen höheren Wirkungsgrad bei geringerem Bauteilebedarf, ohne nennenswerten Mehraufwand des Leadframes.
12 shows an example of an advantageously corresponding design of a leadframe antenna (example "center tap") with the circuit design of the semiconductor chip:
  • - The symmetric dipole antenna of this example allows a cheap, symmetric "differential" - or push-pull operation of the ASIC circuit (particularly good and advantageous integrated in silicon circuit).
  • - The center tap allows the elimination of otherwise necessary special load elements (eg transformer) of the amplifier stage and thus a higher efficiency with lower component requirements, without significant additional effort of the lead frame.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen „Leadframe-Antenne" in der in den 4 bis 12 gezeigten Aufbau- und Verbindungstechnologie lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Das „Single-Chip-HF-System" lässt sich direkt in ein HF-Modul umsetzen. Es kann damit vollständig bei nur einem Halbleiterhersteller produziert werden. Es beinhaltet ferner alle kritischen HF-Übergänge der Aufbau- und Verbindungstechnologie.The advantages of the invention "lead frame antenna" in the in 4 to 12 The assembly and connection technology shown can be summarized as follows:
The "single-chip RF system" can be directly implemented in an RF module, allowing it to be fully fabricated by a single semiconductor manufacturer and incorporating all critical RF transitions in packaging and interconnect technology.

Derartige Einheiten lassen sich mit klaren Schnittstellen gesamthaft testen. An Endanwender lässt sich ein vollständig geprüftes, direkt einsetzbares Modul ausliefern, welches als unkritische Einheit einfach in das gewünschte HF-System integriert bzw. eingesetzt werden kann.such Units can be tested in their entirety with clear interfaces. To end users a complete one proved, Deliver directly usable module, which as an uncritical unit easy in the desired HF system can be integrated or used.

Die direkte Realisierung einer Antenne als Teil eines Halbleiterchipos erlaubt vorteilhaft die Realisierung eines sog. „Single-Chip-HF-Systems": mit der Antenne können weitere Funktionen verbunden werden, wie z.B. Ersatz einer Induktivität/Koppeltransformator/Symmetrierer in der HF-Ausgangsstufe oder gar die Nutzung eines Mittelabgriffes für Symmetrische Ausgangs-/Eingangsstufen (siehe dazu 12).The direct realization of an antenna as part of a semiconductor chip advantageously allows the realization of a so-called "single-chip RF system": additional functions can be connected to the antenna, such as replacement of an inductance / coupling transformer / balancer in the RF output stage or even the use of a center tap for symmetrical output / input stages (see 12 ).

Die vorliegende Erfindung vermeidet vorteilhaft teuere Modultechnologien mit speziellen Träger-Materialien durch Einsatz als „add on" auf normaler Leiterplattentechnologien. Sie stellt vorteilhaft eine kleine resultierende Bauform bereit, welche einfach in der Anwendung und gut in einem Kraftfahrzeug unterzubringen ist. Sie eignet sich insbesondere für diesbezügliche Radaranwendung.The The present invention advantageously avoids expensive module technologies with special carrier materials through use as "add on "on normal PCB technologies. It provides a small resulting advantage Design ready, which is easy to use and good in one To accommodate motor vehicle. It is particularly suitable for related radar application.

Claims (8)

Sende- und/oder Empfangseinrichtung, insbesondere für Radaranwendungen in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Halbleiterchip, welcher über Leadframes mit einem Schaltungsträger kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes als Antenne ausgebildet ist.Transmitting and / or receiving device, in particular for radar applications in a motor vehicle, comprising a semiconductor chip which can be contacted via leadframes with a circuit carrier, characterized in that a part of the leadframes is designed as an antenna. Sende- und/oder Empfangsantenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes an beiden Stirnseiten des Halbleiterchips je zu einer Antenne ausgebildet sind.Transmitting and / or receiving antenna according to claim 1, characterized in that a part of the leadframes on both end faces of the semiconductor chip are each formed into an antenna. Sende- und/oder Empfangsantenne nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes an der PIN-Seite des Halbleiterchips zu einer Antenne ausgebildet sind.Transmitting and / or receiving antenna according to claim 1 or 2, characterized in that a part of the leadframes on the PIN side of the semiconductor chip are formed into an antenna. Sende- und/oder Empfangsantenne nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes an beiden PIN-Seiten des Halbleiterchips je zu einer Antenne ausgebildet sind.Transmitting and / or receiving antenna according to claim 1 to 3, characterized in that a part of the leadframes on both PIN sides of the semiconductor chip are each formed into an antenna. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes als Dipol-Antenne ausgebildet ist.Transmitting and / or receiving device according to one of previous claims, characterized in that a part of the leadframes as a dipole antenna is trained. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes als Patch-Antenne ausgebildet ist.Transmitting and / or receiving device according to one of previous claims, characterized in that a part of the leadframes as a patch antenna is trained. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach eignem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Leadframes als Yagi-Antenne ausgebildet ist.Transmitting and / or receiving device according to ownem of the preceding claims, characterized gekenn draws that a part of the leadframes is designed as a Yagi antenna. Sende- und/oder Empfangseinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne zu einer symmetrischen Ausgangsstufe des Halbleiterchips korrespondierend ausgebildet ist. (aab. 12)Transmitting and / or receiving device according to one of previous claims, characterized in that the antenna to a symmetrical output stage is formed corresponding to the semiconductor chip. (aab 12)
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JP 2003-198248 A Patent Abstracts of Japan, sowie zugehörige englische Übersetzung durch das Japani- sche Patentamt einschließlich der Figuren 1 bis 4
JP 2003198248 A Patent Abstracts of Japan, sowie zugehörige englische Übersetzung durch das Japani-sche Patentamt einschließlich der Figuren 1 bis 4 *

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