Radarsensoren werden bereits heute schon in Serienfahrzeugen verbaut, etwa bei der adaptiven Geschwindigkeitsregelung (ACC). Mittlerweile kommen sie auch für aktive Sicherheitsfunktionen als Bremsassistent oder zur Kollisionswarnung zum Einsatz. Jedoch profitierten davon bislang nur Fahrer von Wagen der oberen Preisklasse, weil die Herstellkosten solcher radarbasierten, das Umfeld erfassenden Systeme für eine breite Markteinführung bis hin zur unteren Mittelklasse noch deutlich zu hoch sind.

Am Fraunhofer IZM wurde nun gemeinsam mit Industriepartnern ein Konzept entwickelt, das trotz gestiegener technologischer Anforderungen an die Sensoren im Hinblick auf Zuverlässigkeit, Detektionseigenschaften und –sicherheit zu einer signifikanten Reduzierung der Herstellungskosten beiträgt. Durch die in dem Projekt „Kosten optimierter Radarsensor für aktive Fahrerassistenzsysteme – KRAFAS“ angestrebte Integration von 77GHz Komponenten in ein Polymergehäuse mit hierauf prozessierter Umverdrahtung und integrierten Antennenelementen soll eine Kostenverringerung um bis zu 30% der bisherigen Kosten erreicht werden. Die höheren Anforderungen aktiver Sicherheitssysteme an die Detekti­onsleistung der Sensorik sollen durch neue Frontend-Konzepte z.B. durch die elektronische digitale Strahlformung (Digital Beamforming - DBF) erfüllt werden.

Packagingkonzept

Für das Hochfrequenzmodul wird daher ein neuer Herstellprozess entwickelt, bei dem mittels der Kombination zweier innovativer Einbetttechniken ein kostengünstiges „System-in-P­ackage“ entsteht.

Zunächst werden die aktiven und passiven Bauelemente oberflächen bündig mit freigestellter aktiver Seite auf einem speziellen Leadframe bestückt und mittels Transfer-Molding in ein Kunststoffgehäuse verpackt (Chip in Duromer). Auf diese Weise lassen sich die Bauelemente hochpräzise und schnell platzieren. Der anschließende Moldprozess sorgt für die dauerhafte, präzise Ausrichtung der Komponenten zueinander.

Diese Module werden dann in einem Standardbestückprozess auf die Leiterplatte aufgebracht, durch Laminieren eingebettet und hochfrequenz tauglich kontaktiert (Chip in Polymer). Anschließend wird eine zweite Lage HF-tauglichen Leiterplatten materials auflaminiert und die entsprechenden Antennenstrukturen ausgebildet. Über µ-Vias werden die beiden Lagen elektrisch verbunden. Durch das Einbetten sind die verwendeten Materialen thermisch wesentlich besser aufeinander abgestimmt, was im System insgesamt zu weniger Ausfällen infolge mangelnder Zuverlässigkeit führt. Weil sich beim Einbetten die Impedanz der elektrischen Verbindungen anpassen lässt, verfügt das System-in-Package außerdem über hervorragende Hochfrequenz-Eigenschaften.

Das BMBF-Projekt wird von der Robert Bosch GmbH koordiniert. Beteiligt sind außerdem: W+G GmbH, CWM GmbH, Würth Elektronik KG, Universität Erlangen-Nürnberg und die Universität Stutt gart.

Das Packaging-Konzept der Radarsensoren wird übrigens auf der diesjährigen SMT/Hybrid/Packaging (3.-5. Juni) in Nürnberg am Stand 7-144 gezeigt. Am Stand des Fraunhofer IZM wird darüber hinaus ein elektronisches Scrabble-Spiel gezeigt, in dem sämtliche Spielelemente drahtlos miteinander vernetzt sind.

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