Entwicklung eines konformen Millimeterwellen-Antennen-Arrays in LDS-MID-Technologie (KOM-MID)

Abstract

Im Vorhaben wurde ein Konzept für ein Funksystem mit hemisphärischer Abdeckung mittels einem Antennenarray aus 8 Sektoren mit insgesamt 64 Kanälen bei einer Arbeitsfrequenz von 28-30 GHz erarbeitet. Die Auslegung des Systems umfasst Aspekte der 3D-Anordung der Antennen im Raum, des Frequenzangs der Antennenarrays, der Kontaktierung der notwendigen Hochfrequenz-Bauelemente, thermische Aspekte des Funksystems, Übergänge zwischen Schaltungsträgern und deren Hochfrequenzeigenschaften sowie das Design einer Leiterplatte zur mechanischen und elektrischen Verbindung der 8 Sektoren. Das System basiert auf LDS-MID (Laserdirektstrukturierte Molded Inteconnect Devices oder Mechatronic Integrated Devices). Die 3D-Designfreiheit von LDS-MID erlaubt dabei 3D-Leiterstrukturen und neuartige Antennenkonzepte, welche auf planaren Schaltungsträgern nicht realisierbar sind Die umfassende Charakterisierung von Permittivität und Verlustfaktor des eingesetzten Thermoplasten PEEK LDS war die Basis für eine genaue Auslegung der HF-Strukturen auf die relevanten Arbeitsfrequenzen. Zur Kontaktierung der notwendigen HF-Bauelemente in einem BGA Package mittels Löten wurde eine Prozesskette auf LDS-MID entwickelt, die es ermöglicht auf nichtplanaren Schaltungsträgern Lötstopplack zu applizieren und zu strukturieren. Die Prozesskette wurde anhand von Daisy-Chain-Aufbauten mittels Schertests, Röntgenbildern, Widerstandsmessungen und Schliffbildern verifiziert. Zur Herstellung von Grundkörpern für planare Testsubstrate, 3D-Sektorelemente und Antennenstrahler wurde ein Spritzprägeprozess erarbeitet und optimiert. Anschließend wurde das Layout für die jeweiligen Schaltungsträger mittels LDS-MID Prozess auf die Schaltungsträger übertragen. Die Laserdirektsrukturierung ermöglicht dabei die Realisierung von HF-tauglichen 3D-Leiterstrukturen, allerdings ist die Realisierung einer Vielzahl von lasergebohrten Vias in geringem Abstand zueinander in unmittelbarer Nähe zu Leiterstrukturen mit geringem Abstand herausfordernd. Datei-Upload durch TIB