CN102324619A - 毫米波微带天线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种毫米波微带天线及其制备方法，涉及毫米波无线通信和天线技术领域，所述天线包括：天线基板(1)，其包括：由下而上排列的印刷电路覆铜板(4)、下层环氧树脂(5)、聚丙烯或聚乙烯塑料层(6)和上层环氧树脂(7)；图形化的金属薄膜(8)，位于所述上层环氧树脂(5)的表面；其中，所述印刷电路覆铜板(4)包括：环氧树脂基板(2)和铜箔(3)。本发明通过采用由树脂基板及其表面的铜箔构成的印刷电路覆铜板和一层常用塑料为主体来制备毫米波微带天线的基板，能够提高微带天线的辐射效率和信号增益，并能降低天线的成本。

Description

毫米波微带天线及其制备方法
技术领域
本发明涉及毫米波无线通信和天线技术领域，尤其涉及一种毫米波微带天线及其制备方法。
背景技术
微型化、集成化、宽带化一直是无线移动通信系统的发展方向，其使用频段向毫米波频段拓展是今后发展的必然趋势。
随着频段的升高，天线的尺寸将成比例减小。由于具有体积小、重量轻、剖面低、容易与载体共形等优点，微带天线在毫米波频段的无线移动通信中将会发挥更加重要的作用。在微带天线设计中，其辐射效率、信号增益是衡量微带天线性能的重要参数。提高辐射效率需要降低天线基板材料的相对介电常数，而提高天线的增益，还要求该类材料具有较低的介电损耗。
目前，环氧树脂-玻璃覆铜板是广泛使用的一种物美价廉的通用印刷电路板，但是其基板材料介电损耗太高(约为聚四氟乙烯的几十倍，相对介电常数约为4.6)，通常只限于在低频下使用。
并且，由于聚四氟乙烯的相对介电常数和介电损耗均非常低(分别只有2.1和3×104)，现有的高效、高增益平面微带天线通常采用聚四氟乙烯玻璃纤维复合材料为天线基板，尽管其高频性能优异，但是成本较高。相对而言，聚乙烯、聚丙烯与聚四氟乙烯的相对介电常数和介电损耗非常接近(分别约为2.3、2.2和3×104、4×104)，虽然最大工作温度(分别约为100℃和160℃)远不及聚四氟乙烯那样高，但是非常廉价，也耐酸碱和多种溶剂，至少在通常的使用温度下应该可以作为一种很好的毫米波天线基板材料。
在毫米波频段，一方面，微带天线的金属线条已变得非常精细，必须采用微电子工艺中常规的光刻技术对金属进行图形化处理；另一方面，为了降低损耗、提高效率与增益通常趋于选择较薄的衬底，而聚乙烯或聚丙烯等塑料材质软，因此现有技术不能利用微电子工艺中的光刻技术直接对以上述塑料薄层为衬底的金属薄膜进行精细加工；此外，它们均属于难粘材料，其与金属很难直接粘接。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种毫米波微带天线及其制备方法，其能够提高微带天线的辐射效率和信号增益，并能降低天线的成本。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种毫米波微带天线，包括：
天线基板，包括：由下而上排列的印刷电路覆铜板、下层环氧树脂、聚丙烯或聚乙烯塑料层和上层环氧树脂；
图形化的金属薄膜，位于所述上层环氧树脂的表面；
其中，所述印刷电路覆铜板包括：环氧树脂基板和铜箔。
优选地，所述铜箔粘接于所述树脂基板表面。
优选地，所述天线包括一层或多层所述印刷电路覆铜板。
优选地，所述印刷电路覆铜板、下层环氧树脂、塑料层和上层环氧树脂依次粘接。
优选地，所述树脂基板的厚度为0.2毫米-4毫米，所述铜箔的厚度为5-100微米。
优选地，所述树脂基板中含有增强材料。所述增强材料包括：玻璃纤维布、聚基酰胺纤维或无纺布等。例如可以玻璃纤维布为增强材料。
优选地，所述树脂基板中含有环氧树脂。
一种前述的毫米波微带天线的制备方法，包括以下步骤：
S1，对印刷电路覆铜板上的铜箔进行机械磨平抛光、清洗并烘干；
S2，采用旋转涂胶机将树脂溶液均匀涂覆在铜箔表面，而后覆盖聚乙烯或聚丙烯塑料层并加热固化；
S3，采用旋转涂胶机将树脂溶液均匀涂覆在所述聚乙烯或聚丙烯塑料层表面，加热固化形成天线基板；
S4，采用金属蒸发、溅射、电镀的方法在天线基板上制备金属薄膜，采用光刻、刻蚀技术将所述金属薄膜图形化；
S5，采用机械切割、研磨的方法在天线基板的一端去除铜箔以上的其他材料，形成接地点窗口。
优选地，所述树脂溶液为环氧树脂溶液。
优选地，所述步骤S2和S3，还包括：加热固化前，将所述聚乙烯或聚丙烯塑料层进行气体放电等离子体表面处理。
(三)有益效果
本发明通过采用硬质的环氧树脂基覆铜板和柔性聚乙烯、聚丙烯的性能与成本优势，并结合环氧树脂与相关材料良好的粘结性能和相近的热膨胀系数，通过扬长避短、优势互补与合理搭配，能够运用微电子工艺中常规的光刻技术进行精细加工制备毫米波微带天线，且能够提高微带天线的辐射效率和信号增益，并能降低天线的成本。
附图说明
图1为本发明实施例中所述毫米波微带天线的结构示意图；
图2为本发明实施例中所述毫米波微带天线的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明所述的毫米波微带天线，包括：
天线基板1，包括由下而上排列的：印刷电路覆铜板4、下层环氧树脂5、聚丙烯或聚乙烯塑料层6和上层环氧树脂7；所述毫米波微带天线包括一层或多层所述印刷电路覆铜板4。所述印刷电路覆铜板4、下层树脂5、聚丙烯或聚乙烯中层树脂6和上层树脂7依次粘接。印刷电路覆铜板4包括：树脂基板2及粘接于其表面的铜箔3。
所述树脂基板2的厚度为0.2毫米-4毫米，例如2毫米，所述铜箔3的厚度为5-100微米，例如50微米。所述树脂基板2至少一侧表面覆有铜箔3，例如一侧表面覆有铜箔3，所述铜箔3与下层环氧树脂5粘接。所述聚乙烯6材料包括低密度聚乙烯或高密度聚乙烯，且所述聚丙烯或聚乙烯材料未经掺杂或经过掺杂改性。
图形化的金属薄膜8，位于所述上层环氧树脂7的表面。
所述图形化的金属薄膜8的材料包括铝、铜、钛、铬、金和铂，金属膜的厚度为0.01微米～20微米，例如10微米。所述树脂基板2含有环氧树脂。最为优选方案，所述树脂基板2含有增强材料，所述增强材料包括：玻璃纤维布、聚基酰胺纤维或无纺布等。例如可以玻璃纤维布为增强材料。
所述树脂基板2的两侧覆铜箔或甚至其内部也存在多层覆铜箔时，至少在两侧的铜箔3之间存在一条金属互联线将它们联通。所述覆铜板为单层覆铜板时，在其一端存在接地点，在所述接地点处的铜箔表面去除了其他上层材料。根据所述图形化的金属薄膜8的具体形状与尺寸，形成的所述微带天线包括但不限于贴片天线、振子天线及其阵列天线，且具有微带馈电点或共面波导馈电点。通过倒装焊或引线键合将通信系统中其他电路与微带馈电点或共面波导馈电点相连。
如图2所示，本发明所述的毫米波微带天线的制备方法，包括以下步骤：
S1，对印刷电路覆铜板上的铜箔进行机械磨平抛光、清洗并烘干；
S2，采用旋转涂胶机将树脂溶液均匀涂覆在铜箔表面，而后覆盖聚乙烯或聚丙烯塑料层并加热固化；
本步骤中，加热固化前，将所述聚乙烯或聚丙烯塑料层进行气体放电等离子体表面处理。
S3，采用旋转涂胶机将树脂溶液均匀涂覆在所述聚乙烯或聚丙烯塑料层表面，加热固化形成天线基板；
本步骤中，加热固化前，将所述聚乙烯或聚丙烯塑料层进行气体放电等离子体表面处理。
S4，采用金属蒸发、溅射、电镀的方法在天线基板上制备金属薄膜，采用光刻、刻蚀技术将所述金属薄膜图形化；
S5，采用机械切割、研磨的方法在天线基板的一端去除铜箔以上的其他材料，形成接地点窗口。
其中，所述树脂溶液为环氧树脂溶液。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种毫米波微带天线，其特征在于，包括：
天线基板(1)，包括：由下而上排列的印刷电路覆铜板(4)、下层环氧树脂(5)、聚丙烯或聚乙烯塑料层(6)和上层环氧树脂(7)；
图形化的金属薄膜(8)，位于所述上层环氧树脂(5)的表面；
其中，所述印刷电路覆铜板(4)包括：环氧树脂基板(2)和铜箔(3)。
2.如权利要求1所述的毫米波微带天线，其特征在于，所述铜箔(3)粘接于所述树脂基板(2)表面。
3.如权利要求1所述的毫米波微带天线，其特征在于，包括一层或多层所述印刷电路覆铜板(4)。
4.如权利要求1所述的毫米波微带天线，其特征在于，所述印刷电路覆铜板(4)、下层环氧树脂(5)、塑料层(6)和上层环氧树脂(7)依次粘接。
5.如权利要求1所述的毫米波微带天线，其特征在于，所述树脂基板(2)的厚度为0.2毫米-4毫米，所述铜箔(3)的厚度为5-100微米。
6.如权利要求1所述的毫米波微带天线，其特征在于，所述树脂基板(2)中含有增强材料。
7.如权利要求1所述的毫米波微带天线，其特征在于，所述树脂基板(2)中含有环氧树脂。
8.一种权利要求1-7中任一项所述的毫米波微带天线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对印刷电路覆铜板上的铜箔进行机械磨平抛光、清洗并烘干；
S2，采用旋转涂胶机将树脂溶液均匀涂覆在铜箔表面，而后覆盖聚乙烯或聚丙烯塑料层并加热固化；
S3，采用旋转涂胶机将树脂溶液均匀涂覆在所述聚乙烯或聚丙烯塑料层表面，加热固化形成天线基板；
S4，采用金属蒸发、溅射、电镀的方法在天线基板上制备金属薄膜，采用光刻、刻蚀技术将所述金属薄膜图形化；
S5，采用机械切割、研磨的方法在天线基板的一端去除铜箔以上的其他材料，形成接地点窗口。
9.如权利要求8所述的毫米波微带天线的制备方法，其特征在于，所述树脂溶液为环氧树脂溶液。
10.如权利要求8所述的毫米波微带天线的制备方法，其特征在于，所述步骤S2和S3，还包括：加热固化前，将所述聚乙烯或聚丙烯塑料层进行气体放电等离子体表面处理。
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