天线装置和天线装置制造方法与流程

1.本发明有关于一种天线装置和天线装置制造方法，尤指一种采用金属基板的天线装置和天线装置制造方法。


背景技术：

2.5g通信系统被认为是在例如60ghz波段的更高频率(毫米波)波段中实施，以便实现更高的数据速率。为了减少无线电波的传播损耗并且增大传输距离，在5g通信系统中讨论了波束成形、大规模多输入多输出(mimo)、全维度mimo(fd-mido)、阵列天线、模拟波束成形、大规模天线技术。为了提供体积小、成本低、重量轻并且避免不必要的功率损耗，有源天线将众多的有源模块集成于无源天线内部，实现着一部分基站的功能，特别是将信号的功率放大模块置于天线内部。然而，在如此大量化以及高密度的设计下，导致散热效率不佳。


技术实现要素：

3.有鉴于此，在本发明一实施例中，提供一种天线装置和天线装置制造方法，能够简化天线单元结构以提高组装的便利性，并改善天线单元的散热性能，以提高天线的稳定性。
4.本发明一实施例揭露一种天线装置，包括：金属基板，耦合器，滤波器，导电层，以及天线振子。耦合器设置于所述金属基板的第一侧，滤波器设置于所述耦合器，导电层包覆所述耦合器，并将所述滤波器耦接于接地层，天线振子设置于所述金属基板相对于所述第一侧的第二侧，并穿过所述金属基板以与所述耦合器及所述滤波器电性连接。
5.本发明一实施例揭露一种天线装置制造方法，包括提供金属基板；设置耦合器于所述金属基板的第一侧；设置滤波器于所述耦合器；设置导电层以包覆所述耦合器，并将所述滤波器耦接于接地层；安装天线振子于所述金属基板相对于所述第一侧的第二侧，并穿过所述金属基板以与所述耦合器及所述滤波器电性连接。
6.根据本发明一实施例，所述的天线装置更包括实体物理层，设置于所述金属基板的所述第一侧，并与所述天线振子电性连接。
7.根据本发明一实施例，所述耦合器包括功率分配器以及定向耦合器。
8.根据本发明一实施例，所述导电层为银油墨。
9.根据本发明一实施例，所述滤波器与所述耦合器位于所述金属基板的所述第一侧。
10.根據本發明實施例所提供的天線裝置和天線裝置製造方法，使用印刷技術印刷銀導體以包覆耦合器且直接與金屬基板接地，形成良好的電磁干擾屏蔽效果。再者，天線的實體物理層直接安裝在金屬基板上，可直接利用金屬基板進行散熱，達到提高散熱效率的目的。另外，实体物理层与耦合器位于金属基板的同侧，可简化线路布局的复杂度。
附图说明
11.图1显示根据本发明一实施例所述的天线装置的剖面示意图。
12.图2显示根据本发明一实施例所述的耦合器与滤波器的放大剖面示意图。
13.图3a-图3d显示根据本发明一实施例所述的天线装置的制造方法的剖面图。
14.主要元件符号说明
15.100
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天线装置
16.10
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金属基板
17.12
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耦合器
18.14
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滤波器
19.16
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天线振子
20.18
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实体物理层
21.20
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导电层
22.22、24
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绝缘层
23.26
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接合点
24.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
25.为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。本领域技术人员可利用这些实施例或其他实施例所描述的细节及其他可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本发明的精神与范围之下以实施发明。
26.本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图式标号的部分重复，系为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。其中，图示和说明书中使用的相同的元件编号系表示相同或类似的元件。本说明书的图示为简化的形式且并未以精确比例绘制。为清楚和方便说明起见，方向性用语(例如顶、底、上、下以及对角)系针对伴随的图示说明。而以下说明所使用的方向性用语在没有明确使用在以下所附的申请专利范围时，并非用来限制本发明的范围。
27.再者，在说明本发明一些实施例中，说明书以特定步骤顺序说明本发明的方法以及(或)程序。然而，由于方法以及程序并未必然根据所述的特定步骤顺序实施，因此并未受限于所述的特定步骤顺序。熟习此项技艺者可知其他顺序也为可能的实施方式。因此，于说明书所述的特定步骤顺序并未用来限定申请专利范围。再者，本发明针对方法以及(或)程序的申请专利范围并未受限于其撰写的执行步骤顺序，且熟习此项技艺者可了解调整执行步骤顺序并未跳脱本发明的精神以及范围。
28.图1显示根据本发明一实施例所述的天线装置的剖面示意图。如图所示，根据本发明一实施例所述的天线装置100，包括金属基板10、耦合器12、滤波器14、天线振子16以及实体物理层18。耦合器12设置于金属基板10的一侧(于图1中为底侧)，接下来，将滤波器14设置于耦合器12远离金属基板10的表面。天线振子16设置于金属基板10相对于耦合器12的另一侧(于图1中为顶侧)，并穿过金属基板10上的穿孔且透过导线、金属片或金线等导体以与耦合器12及滤波器14电性连接。实体物理层18设置于金属基板10，与耦合器12位于金属基板10的同侧。另外，金属基板10用以安装天线振子16的穿孔的侧壁以及顶部具有绝缘层22、
24。根据本发明一实施例，绝缘层22可为绝缘塑胶套，绝缘层24可为印刷绝缘材料。螺丝26用以锁固天线振子16。
29.金属基板10的作用可作为天线的反射板，耦合器12可包括功率分配器以及定向耦合器。根据本发明一实施例，功率分配器可以是傳輸線類型的威爾金森功率分配器、混合耦合器、混合環型耦合器、多輸出分頻器等，或是波導類型的波導功率分配器。功率分配器将来自波束的信号划分成两个信号，并在其两个输出端子之间大致相等地分配信号功率。定向耦合器可以是傳輸線模型的耦合傳輸線、分支線耦合器以及藍澤耦合器等，或是波導類型的波導分支線耦合器、倍茲孔方向耦合器、瑞雷特短槽藕合器、施溫格反相耦合器以及莫侖諾十字形波導耦合器等。天线振子16用以收发无线信号。实体物理层18包括电阻器、电容器、电感器、低噪声放大器、混频器、数字信号处理器、控制器、双功器、线驱动器、光收发机、无线传感器、电源偏置产生或管制电路、相控阵电路、模数转换器或数模转换器、存储器、变压器、传输线、波导等功能模块。根据本发明实施例，实体物理层18直接安裝在金屬基板10上，因此可直接利用金屬基板10進行散熱，達到提高散熱效率的目的。
30.根据本发明实施例，透过以上结构，再透过芯片的控制，即可根据ieee16.11标准(包括ieee16.11a、b或g)或ieee802.11标准(包括ieee 802.11a、b、g、n)及其进一步实现来透过天线振子16发射和接收rf信号。在其它实施例中，天线装置可根据蓝牙标准来发射和接收rf信号。在蜂窝电话的情形中，天线装置可设计成接收码分多址(cdma)、频分多址(fdma)、时分多址(tdma)、全球移动通信系统(gsm)、gsm/通用分组无线电服务(gprs)、增强型数据gsm环境(edge)、地面集群无线电(tetra)、宽带cdma(w-cdma)、演进数据优化(ev-do)、1xev-do、ev-do修订版a、ev-do修订版b、高速分组接入(hspa)、高速下行链路分组接入(hsdpa)、高速上行链路分组接入(hsupa)、演进高速分组接入(hspa )、长期演进(lte)、amps、或用于在无线网络(诸如，利用3g或4g技术的系统)内通信的其它已知信号。
31.根据本发明实施例，芯片可以是无线通讯晶片，例如射频积体电路(rfic)或微波积体电路(mmic)，可支援例如近场通讯(near field communication，nfc)技术、射频辨识(radio frequency identification，rfid)技术、蓝芽(bluetooth)、低功耗蓝芽(bluetooth low energy，ble)、zigbee或无线热点wi-fi(即电气和电子工程师协会(ieee)802.11)技术、信标(beacon)、网际协定(ip)、传输控制协定(tcp)、使用者资料包通讯协定(udp)、设备到设备(d2d)协定、长期进化直接(lte-d)、窄频物联网路(nb-iot)、lte类别m(lte cat-m)、车辆到x(v2x)或其他此类协定，或是支援3g、4g或5g的通信晶片。
32.在其他实施例中，芯片16也可以是各种包含有源组件或无源组件(active or passive elements)、数字电路或模拟电路(digital or analog circuits)等集成电路的电子组件(electronic components)，例如是有关于光电装置(optoelectronic devices)、微机电系统(micro-electromechanical systems，mems)、功率放大芯片、电源管理芯片、生物辨识装置、微流体系统(microfluidic systems)、或利用热、光线及压力等物理量变化来测量的物理传感器(physical sensor)。特别是可选择使用晶圆级封装(wafer scale package，wsp)制程对影像感测装置、发光二极管(light-emitting diodes，leds)、太阳能电池(solar cells)、加速计(accelerators)、陀螺仪(gyroscopes)、指纹辨识器、微制动器(micro actuators)、表面声波组件(surface acoustic wave devices)、压力传感器(process sensors)或喷墨头(ink printer heads)等半导体芯片。
33.图2显示根据本发明一实施例所述的耦合器12与滤波器14的放大剖面示意图。如图所示，耦合器12设置于金属基板10的一侧(于图2中为底侧)，耦合器12内部具有多层结构，包括介质、内层导体连接层、以及线路层等，功率分配器以及定向耦合器的电路可以设置在耦合器12的多层结构中。必须说明的是，图2中所示耦合器12与滤波器14的剖面结构仅为示例，实际布局可由本领域技术人员依据实际电路需要而调整。
34.在耦合器12的外侧，包覆着导电层20，根据本发明一实施例，导电层20的材质可为银油墨，透过印刷的方式包覆于耦合器12的侧面。接下来，将滤波器14设置于耦合器12远离金属基板10的表面。滤波器14的接合点26与耦合器12可透过导体与耦合器12的线路电性连接，省去了锡焊制程。再者，导电层20也可电性连接滤波器14的接地线路，并与金属基板10电性连接共同接地，形成良好的电磁干扰屏蔽效果。
35.图3a-图3d显示根据本发明一实施例所述的天线装置的制造方法的剖面图。在图3a-图3d中，主要是说明耦合器12的形成过程以及与滤波器14结合的情况。为了方便说明，图3a-图3d所显示的结构与图1的方向上下相反。
36.参阅图3a，首先提供金属基板10，并在金属基板10上利用网版印刷法形成介质层32。根据本发明一实施例，介质层32可由氧化物组成，例如氧化硅(siox)。在一些其他实施例中，介质层32是由聚合物组成，例如苯环丁烯(benzocyclobutene，bcb)聚合物、聚酰亚胺(polyimide，pi)或聚苯并恶唑(polybenzoxazole，pbo)。接下来，参阅图3b，透过沉积制程形成耦合器12的结构中的金属层、扩散障壁层和介质层，例如化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)制程、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)制程或其他可应用的制程。接下来，形成光阻层(photoresist，pr)，再利用图案化制程将光阻层图案化以露出金属层的一部分。图案化制程包含微影制程和蚀刻制程。微影制程的例子包含软烘烤(soft baking)、光罩对准、曝光、曝光后烘烤、光阻显影、冲洗和干燥(例如硬烘烤)。蚀刻制程可为干蚀刻或湿蚀刻制程。根据本发明一实施例，金属层是由导电材料组成，例如钛、铜、锡、铝、镍、银、金或前述之合金。在一些实施例中，可透过电镀制程或其他可应用的制程来形成第一金属层。经过了内层导体印刷、内层多层连通、以及i/o线路印刷等步骤，形成了耦合器12。必须说明的是，在基板上形成多层结构的半导体相关制程为本领域技术人员所习知，因此在此不予赘述以精简说明。如前所述，功率分配器以及定向耦合器的电路可以设置在耦合器12的多层结构中。再者，图3b中所示耦合器12的剖面结构仅为示例，实际布局可由本领域技术人员依据实际电路需要而调整。
37.接下来，参阅图3c，在耦合器12的外侧利用网版印刷法形成导电层20，根据本发明一实施例，导电层20的材质可为银油墨，透过印刷的方式包覆于耦合器12的侧面及顶面。必须说明的是，由于使用银油墨作为导电层20的材质，银油墨本身的固化温度相对于锡较低，因此省去了回火程序，简化了制程复杂度，又因为使用银油墨可以在较低温的环境下实施，因此提高了产品可靠度。
38.接下来，参阅图3d，将滤波器14设置于耦合器12远离金属基板10的表面。滤波器14的接合点26与耦合器12可透过导体与耦合器12的线路电性连接，省去了锡焊制程。再者，导电层20也可电性连接滤波器14的接地线路，并与金属基板10电性连接共同接地，形成良好的电磁干扰屏蔽效果。
39.根據本發明實施例所提供的天線裝置和天線裝置製造方法，使用印刷技術印刷銀
導體以包覆耦合器且直接與金屬基板接地，形成良好的電磁干擾屏蔽效果。再者，天線的實體物理層直接安裝在金屬基板上，可直接利用金屬基板進行散熱，達到提高散熱效率的目的。另外，实体物理层与耦合器位于金属基板的同侧，可简化线路布局的复杂度。
40.对本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的发明方案和发明构思结合生成的实际需要做出其他相应的改变或调整，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。