CN106374208B - 高带宽有机基板天线结构和制作方法 - Google Patents

高带宽有机基板天线结构和制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高带宽有机基板天线结构及其制作方法，包括上层有机基板和下层有机基板；上层有机基板包括第一内芯板，以及分别通过第一PP层和第二PP层压合在第一内芯板上下两个表面的第一铜层和第二铜层；在上层有机基板上利用第一铜层刻蚀出微带天线结构；在上层有机基板中设有贯通上层有机基板的馈线，馈线的一端连接微带天线结构；在上层有机基板背离微带天线结构的另一面设有空腔结构；下层有机基板包括第二内芯板，以及在第二内芯板上表面的第三PP层，和通过第四PP层压合在第二内芯板下表面的第四铜层；下层有机基板中设有与上层有机基板中馈线位置对应的相连端；还设有第三通孔，用以形成通气结构；本发明可提高微带天线带宽且成本低。

Description

高带宽有机基板天线结构和制作方法
技术领域
本发明涉及一种通信用天线，尤其是一种高带宽的有机基板天线。
背景技术
随着现代无线通信设备的广泛普及，实现通信系统的便携性与多功能性具有十分重要的意义。天线是无线通信系统的重要组成模块，进行电磁波的接收与辐射，因此对天线的小型化显得尤为重要。微带贴片天线具有体积小、重量轻、剖面薄、易于集成等诸多优点，在无线通信、远程遥控、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
然而微带天线是一种谐振式天线，具有高Q特性，输入阻抗对频率的变化十分敏感，所以通常情况下微带天线的频带宽度较窄。增加基板的厚度可以提高微带天线的带宽，但以牺牲天线的增益为代价，而且提高基板厚度会增大天线剖面高度和体积，不利于天线的小型化和低剖面发展。对馈电电路采用阻抗匹配也可以提高微带天线的带宽，但需要另外设计电路进行匹配，且通常电路的结构较为复杂，增大了加工难度。介电常数较低的LTCC（低温共烧陶瓷），以其优异的机械性能、电性能和热性能在高频微波器件中备受瞩目，但是其成本太高，不利于商业的大规模生产。
微带天线具有体积小、重量轻、剖面薄、易于集成等诸多优点，在现在无线通信系统中存在广泛的应用前景。可是带宽较低，严重限制着其应用。许多发明提出了多种提高带宽的思路；
现有专利一，CN103872459A，一种新型LTCC双层单馈圆极化微带贴片阵列天线；如图1所示，该发明提供一种基于LTCC技术的双层单馈圆极化微带贴片阵列天线，包括上下层LTCC基板、馈电网络、上下层辐射金属贴片天线阵列、金属探针、馈电端口和接地金属层。该发明解决了现有圆极化微带贴片阵列天线兼顾其低剖面、圆极化、高增益、宽频带发展的矛盾。
优点：该天线兼顾了微带贴片天线低剖面、圆极化、高增益的性能要求，同时大大提高天线的频带带宽。
缺点：使用LTCC材料作为基板材料，成本过高，限制了大规模的市场应用。
现有专利二，CN103855458A，在天线中嵌入低K材料；该发明涉及一种贴片微带天线，包括馈线和位于馈线上方的接地板，接地板具有位于其中的孔。低K介电模块位于孔的上方并且与孔对准，贴片天线位于低K介电模块的上方。
优点：使用泡沫聚苯乙烯、硬橡胶和多孔材料等组成的低K介电模块，有效降低整体的介电常数，提升带宽。
缺点：工艺复杂，工艺难度大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种高带宽有机基板天线结构，以及该天线结构的制作方法，通过在有机基板下制作腔体结构，可以有效降低基板整体的等效介电常数，从而提高天线带宽，且工艺简单成熟，是一种低成本实施封装天线的方案，适合大规模的生产应用。本发明采用的技术方案是：
一种高带宽有机基板天线结构的制作方法，包括下述步骤：
步骤S1，提供上层有机基板和下层有机基板；
上层有机基板包括第一内芯板，以及分别通过第一PP层和第二PP层压合在第一内芯板上下两个表面的第一铜层和第二铜层；
下层有机基板包括第二内芯板，以及分别通过第三PP层和第四PP层压合在第二内芯板上下两个表面的第三铜层和第四铜层；
步骤S2，在上层有机基板上利用第一铜层刻蚀出微带天线结构；
步骤S3，在上层有机基板上制作第一通孔，并在第一通孔中电镀填充导电金属，形成连接微带天线结构的馈线；
步骤S4，在上层有机基板背离微带天线结构的另一面，制作出空腔结构；空腔结构深入第一内芯板，但并不穿透第一内芯板；
步骤S5，去除下层有机基板上表面的第三铜层；
步骤S6，在下层有机基板上制作第二通孔，并在第二通孔中电镀填充导电金属，形成与上层有机基板中馈线位置对应的相连端；
步骤S7，在下层有机基板上制作第三通孔，形成通气结构；
步骤S8，将上层有机基板和下层有机基板对准、键合在一起，形成高带宽有机基板天线结构；键合时，上层有机基板的下表面第二铜层与下层有机基板上表面去除第三铜层后的第三PP层贴合；
其中，第三通孔连通上层有机基板的空腔结构；下层有机基板的相连端连接上层有机基板中的馈线。
进一步地，步骤S3中，采用激光打孔的方法制作第一通孔。
进一步地，步骤S4中，空腔结构具体利用铣加工工艺制作。
进一步地，步骤S5中，利用蚀刻工艺去除第三铜层。
进一步地，步骤S6中，采用激光打孔工艺制作第二通孔。
进一步地，步骤S7中，采用激光打孔工艺制作第三通孔。
上述工艺制作形成的一种高带宽有机基板天线结构，包括上层有机基板和下层有机基板；
上层有机基板包括第一内芯板，以及分别通过第一PP层和第二PP层压合在第一内芯板上下两个表面的第一铜层和第二铜层；
在上层有机基板上利用第一铜层刻蚀出微带天线结构；在上层有机基板中设有贯通上层有机基板的馈线，馈线的一端连接微带天线结构；在上层有机基板背离微带天线结构的另一面设有空腔结构；空腔结构深入第一内芯板，但并不穿透第一内芯板；
下层有机基板包括第二内芯板，以及在第二内芯板上表面的第三PP层，和通过第四PP层压合在第二内芯板下表面的第四铜层；
下层有机基板中设有与上层有机基板中馈线位置对应的相连端；还设有第三通孔，用以形成通气结构；
上层有机基板和下层有机基板对准键合在一起；上层有机基板的下表面第二铜层与下层有机基板上表面的第三PP层贴合；其中，下层有机基板的第三通孔连通上层有机基板的空腔结构；下层有机基板的相连端连接上层有机基板中的馈线。
本发明是在有机基板上制作出微带天线、馈电线后，制作出空腔结构，利用空腔结构降低介质的等效介电常数的原理，从而提高天线的带宽。相较于现有技术，具有以下优势：
1）使用有机基板替代目前的LTCC材料，大大降低了微带天线的成本；
2）利用空腔结构降低介质的等效介电常数，大幅度提高天线的带宽；
3）工艺成熟，且所有的工艺均兼容现有的工艺。
附图说明
图1为现有专利一结构示意图。
图2为现有专利二结构示意图。
图3为本发明的上层有机基板和下层有机基板结构示意图。
图4为本发明的上层有机基板上刻蚀微带天线结构示意图。
图5为本发明的上层有机基板中制作馈线示意图。
图6为本发明的上层有机基板中制作空腔结构示意图。
图7为本发明的去除下层有机基板上表面的第三铜层示意图。
图8为本发明的下层有机基板中制作与上层有机基板中馈线位置对应的相连端示意图。
图9为本发明的在下层有机基板上制作通气结构示意图。
图10为本发明的上层有机基板和下层有机基板键合示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
高带宽有机基板天线结构通过下述步骤进行制作，
步骤S1，如图3所示，提供上层有机基板1和下层有机基板2；
上层有机基板1包括第一内芯板101，以及分别通过第一PP层102和第二PP层103压合在第一内芯板101上下两个表面的第一铜层104和第二铜层105；
PP层即prepreg层，prepreg是预浸材料，是用树脂浸渍并固化到中间程度(B阶)的薄片材料；
下层有机基板4包括第二内芯板201，以及分别通过第三PP层202和第四PP层203压合在第二内芯板201上下两个表面的第三铜层204和第四铜层205；
步骤S2，如图4所示，在上层有机基板1上利用第一铜层104刻蚀出微带天线结构106；
步骤S3，如图5所示，采用激光打孔等方法，在上层有机基板1上制作第一通孔，并在第一通孔中电镀填充导电金属，比如可填充铜，形成连接微带天线结构106的馈线107；
步骤S4，如图6所示，在上层有机基板1背离微带天线结构106的另一面，铣出空腔结构108；空腔结构108深入第一内芯板101，但并不穿透第一内芯板101；
步骤S5，如图7所示，利用蚀刻工艺，去除下层有机基板2上表面的第三铜层204；
步骤S6，如图8所示，采用激光打孔工艺，在下层有机基板2上制作第二通孔，并在第二通孔中电镀填充导电金属，比如可填充铜，形成与上层有机基板中馈线107位置对应的相连端206；
步骤S7，如图9所示，采用激光打孔工艺，在下层有机基板2上制作第三通孔207，形成通气结构；
步骤S8，如图10所示，采用低温压合工艺，将上层有机基板1和下层有机基板2对准、键合在一起，形成高带宽有机基板天线结构；
键合时，上层有机基板1的下表面第二铜层105与下层有机基板2上表面去除第三铜层204后的第三PP层202贴合；
其中，第三通孔207连通上层有机基板1的空腔结构108；下层有机基板2的相连端206连接上层有机基板1中的馈线107。
通过上述工艺步骤，最终形成了一种高带宽有机基板天线结构，包括上层有机基板1和下层有机基板2；
上层有机基板1包括第一内芯板101，以及分别通过第一PP层102和第二PP层103压合在第一内芯板101上下两个表面的第一铜层104和第二铜层105；
在上层有机基板1上利用第一铜层104刻蚀出微带天线结构106；在上层有机基板1中设有贯通上层有机基板1的馈线107，馈线107的一端连接微带天线结构106；在上层有机基板1背离微带天线结构106的另一面设有空腔结构108；空腔结构108深入第一内芯板101，但并不穿透第一内芯板101；
下层有机基板2包括第二内芯板201，以及在第二内芯板201上表面的第三PP层202，和通过第四PP层203压合在第二内芯板201下表面的第四铜层205；
下层有机基板2中设有与上层有机基板中馈线107位置对应的相连端206；还设有第三通孔207，用以形成通气结构；
上层有机基板1和下层有机基板2对准键合在一起；上层有机基板1的下表面第二铜层105与下层有机基板2上表面的第三PP层202贴合；其中，下层有机基板2的第三通孔207连通上层有机基板1的空腔结构108；下层有机基板2的相连端206连接上层有机基板1中的馈线107。

Claims (7)

1.一种高带宽有机基板天线结构的制作方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤S1，提供上层有机基板(1)和下层有机基板(2)；
上层有机基板(1)包括第一内芯板(101)，以及分别通过第一PP层(102)和第二PP层(103)压合在第一内芯板(101)上下两个表面的第一铜层(104)和第二铜层(105)；
下层有机基板(2)包括第二内芯板(201)，以及分别通过第三PP层(202)和第四PP层(203)压合在第二内芯板(201)上下两个表面的第三铜层(204)和第四铜层(205)；
步骤S2，在上层有机基板(1)上利用第一铜层(104)刻蚀出微带天线结构(106)；
步骤S3，在上层有机基板(1)上制作第一通孔，并在第一通孔中电镀填充导电金属，形成连接微带天线结构(106)的馈线(107)；
步骤S4，在上层有机基板(1)背离微带天线结构(106)的另一面，制作出空腔结构(108)；空腔结构(108)深入第一内芯板(101)，但并不穿透第一内芯板(101)；
步骤S5，去除下层有机基板(2)上表面的第三铜层(204)；
步骤S6，在下层有机基板(2)上制作第二通孔，并在第二通孔中电镀填充导电金属，形成与上层有机基板中馈线(107)位置对应的相连端(206)；
步骤S7，在下层有机基板(2)上制作第三通孔(207)，形成通气结构；
步骤S8，将上层有机基板(1)和下层有机基板(2)对准、键合在一起，形成高带宽有机基板天线结构；键合时，上层有机基板(1)的下表面第二铜层(105)与下层有机基板(2)上表面去除第三铜层(204)后的第三PP层(202)贴合；
其中，第三通孔(207)连通上层有机基板(1)的空腔结构(108)；下层有机基板(2)的相连端(206)连接上层有机基板(1)中的馈线(107)；
所述PP层指预浸材料层。
2.如权利要求1所述的高带宽有机基板天线结构的制作方法，其特征在于，
步骤S3中，采用激光打孔的方法制作第一通孔。
3.如权利要求1所述的高带宽有机基板天线结构的制作方法，其特征在于，
步骤S4中，空腔结构(108)具体利用铣加工工艺制作。
4.如权利要求1所述的高带宽有机基板天线结构的制作方法，其特征在于，
步骤S5中，利用蚀刻工艺去除第三铜层(204)。
5.如权利要求1所述的高带宽有机基板天线结构的制作方法，其特征在于，
步骤S6中，采用激光打孔工艺制作第二通孔。
6.如权利要求1所述的高带宽有机基板天线结构的制作方法，其特征在于，
步骤S7中，采用激光打孔工艺制作第三通孔(207)。
7.一种高带宽有机基板天线结构，其特征在于，包括上层有机基板(1)和下层有机基板(2)；
上层有机基板(1)包括第一内芯板(101)，以及分别通过第一PP层(102)和第二PP层(103)压合在第一内芯板(101)上下两个表面的第一铜层(104)和第二铜层(105)；
在上层有机基板(1)上利用第一铜层(104)刻蚀出微带天线结构(106)；在上层有机基板(1)中设有贯通上层有机基板(1)的馈线(107)，馈线(107)的一端连接微带天线结构(106)；在上层有机基板(1)背离微带天线结构(106)的另一面设有空腔结构(108)；空腔结构(108)深入第一内芯板(101)，但并不穿透第一内芯板(101)；
下层有机基板(2)包括第二内芯板(201)，以及在第二内芯板(201)上表面的第三PP层(202)，和通过第四PP层(203)压合在第二内芯板(201)下表面的第四铜层(205)；
下层有机基板(2)中设有与上层有机基板中馈线(107)位置对应的相连端(206)；还设有第三通孔(207)，用以形成通气结构；
上层有机基板(1)和下层有机基板(2)对准键合在一起；上层有机基板(1)的下表面第二铜层(105)与下层有机基板(2)上表面的第三PP层(202)贴合；其中，下层有机基板(2)的第三通孔(207)连通上层有机基板(1)的空腔结构(108)；下层有机基板(2)的相连端(206)连接上层有机基板(1)中的馈线(107)；
所述PP层指预浸材料层。
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GR01 Patent grant
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Application publication date: 20170201

Assignee: Shanghai Meadville Science & Technology Co.,Ltd.

Assignor: National Center for Advanced Packaging Co.,Ltd.

Contract record no.: X2023980035123

Denomination of invention: Structure and manufacturing method of high bandwidth organic substrate antenna

Granted publication date: 20190618

License type: Common License

Record date: 20230427

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