CN111566876A - 具有腔体结构的天线封装组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有腔体结构的天线封装组件，其中，在其中形成有容纳部分的腔体基板被设置于天线基板的一个表面上，该天线基板的一个表面上形成有信号处理元件，从而防止在天线封装组件的安装过程中发生变形和断裂。所提出的具有腔体结构的天线封装组件包括：天线基板，在天线基板的上表面上形成有多个辐射片，在天线基板的下表面上形成有多个信号处理元件；以及腔体基板，腔体基本具有穿过其中所形成的容纳部分，以容纳多个信号处理元件，并且该腔体基板被设置于天线基板的下表面上。

Description

具有腔体结构的天线封装组件
技术领域
本发明涉及一种具有腔体结构的天线封装组件，尤其涉及一种用于5G移动通信的具有腔体结构的天线封装组件。
背景技术
移动通信产业通过4G网络向用户提供各种多媒体服务。4G网络已经能够支持高速数据传输和支持使用频率约为2GHz或更低的网络容量。
在移动通信产业中，通过不断的技术发展，网络容量已经增加了20倍以上。在同一时期，随着智能设备的普及迅速增加，对网络的需求增长了100倍以上。
在移动通信产业中，能够确定的是网络容量即将达到极限，因此需要继续进行5G网络的研究，以提高网络容量以及数据传输速率。
5G网络使用约28GHz的超高频率传输和接收数据。因此，5G网络比现有4G网络支持更快的数据传输速率和更大的网络容量。
随着移动通信产业向5G网络的转型，天线行业正在对支持5G网络的天线进行研究。
发明内容
技术问题
本发明是考虑到上述情况而提出的，本发明的目的是提供一种具有腔体结构的天线封装组件，该腔体结构设置有腔体基板，该腔体基板上形成有容纳部分，而该容纳部分被形成于天线基板的形成有信号处理元件的一个表面中，从而防止在天线封装组件的安装过程中发生变形和断裂。
技术方案
为了实现该目的，根据本发明的示例性实施例，提出了一种具有腔体结构的天线封装组件，该天线封装组件包括：天线基板，在该天线基板的上表面上形成有多个辐射片，并且在该天线基板的下表面上形成有多个信号处理元件；以及腔体基板，该腔体基板形成有容纳多个信号处理元件的容纳部分，并且该腔体基板被设置于天线基板的下表面上。腔体基板可以具有矩形框架形状或网格形状，一个容纳部分以矩形框架形状形成，多个容纳部分以网格形状形成。
有益效果
根据本发明，该具有腔体结构的天线封装组件可以设置具有容纳部分的腔体基板，该腔体基板在天线基板的形成有信号处理元件的一个表面上形成，从而防止在天线封装组件的安装过程中发生变形和断裂。
此外，该具有腔体结构的天线封装组件可以设置具有容纳部分的腔体基板，该腔体基板在天线基板的形成有信号处理元件的一个表面上形成，以防止发生变形和断裂，从而使得天线封装组件的大规模生产和天线性能的劣化最小化。
此外，该具有腔体结构的天线封装组件可以配置威尔金森分配器和T型接头分配器，从而使得介电损耗最小化。
附图说明
图1和图2为用于说明5G网络的天线的示意图。
图3为用于说明根据本发明示例性实施例的一种具有腔体结构的天线封装组件的示意图。
图4至图7为用于说明图3中示出的天线基板的示意图。
图8至图12为用于说明图3中示出的腔体基板的示意图。
图13为用于说明根据本发明示例性实施例的一种具有腔体结构的天线封装组件的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述本发明的最优选的示例性实施例，以便具体地描述这些示例性实施例，从而使得本发明所属领域的技术人员可以容易地实施本发明的技术精神。首先，在将附图标记添加至每个附图的部件中时，应当注意，即使相同的部件显示在不同的附图中，其也尽可能具有相同的附图标记。此外，在描述本发明时，当确定对于相关的公知配置或功能的详细描述可能使得本发明的主旨不清楚时，可以省略对其的详细描述。
参见图1和图2，在基站上安装有用于5G网络的天线(在下文中被称为5G天线)。5G天线通过将多个天线封装组件20排列成矩阵以支持使用了超高频的通信。
通过将多个天线封装组件20安装在主基板10上来配置该5G天线。主基板10由诸如LTCC和FR4的有机材料或有机物制成。主基板10上被形成有用于容纳天线封装组件20的多个容纳槽12。多个容纳槽12以矩阵的形式设置。天线封装组件20被安装在多个容纳槽12中的每个容纳槽之中。例如，5G天线被形成有以4行4列设置的16个容纳槽12，并且多个容纳槽12的每个容纳槽中安装有天线封装组件20。
通过将天线封装组件20设置在容纳槽12中，然后施加预定压力以将天线封装组件20固定在容纳槽12中来制造5G天线。
由于天线封装组件20具有信号处理元件，该信号处理元件被安装在面向容纳槽12的底表面的表面上，因此，在容纳槽12的底表面与天线封装组件20之间形成有间隔空间。
5G天线的问题在于，在将天线封装组件20插入容纳槽12的过程中向间隔空间施加压力，导致了天线封装组件20的变形、断裂、凹陷、扭曲等，从而降低了大规模生产率或者降低了天线性能。
因此，本发明的一个示例性实施例提出了一种具有腔体结构的天线封装组件(在下文中被称为腔体天线封装组件)，其防止了在将天线封装组件插入容纳槽的过程中发生变形和断裂。
参见图3，本发明示例性实施例的腔体天线封装组件100包括天线基板200和腔体基板300。
天线基板200接收5G网络频带信号(以下，被称为5G信号)。天线基板200包括多个辐射图案和信号处理元件230。天线基板200在信号处理元件230中处理通过辐射图案接收到的5G信号，然后将处理后的5G信号传输至天线的主基板10。
参见图4和图5，天线基板200包括陶瓷基板210、辐射片220、信号处理元件230以及第一控制信号传输电极240。天线基板200被插入形成于5G天线主基板10中的容纳槽12中。天线基板200的下表面面向容纳槽12的底表面。
陶瓷基板210为由陶瓷材料制成的板状基体基板。陶瓷基板210为低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-Fired Ceramic，LTCC)基体基板。
例如，陶瓷基板210为以下材料中的一种：氧化锆增韧氧化铝(ZirconiaToughened Alumina，ZTA)、氮化铝(aluminum nitride，AlN)、氧化铝(铝氧化物，Al2O3)和氮化硅(SiN，Si3N4)。陶瓷基板210还可以为合成陶瓷材料，包括ZTA、氮化铝、氧化铝和氮化硅中的一种或多种。
此外，陶瓷基板210可以被改良为由具有较低的介电常数以及针对天线的基板的具有较低的介电损耗的陶瓷材料制成。
辐射片220被形成于陶瓷基板210的上表面上。辐射片220可以传输和接收5G信号。例如，辐射片220为由具有高电导率的导电材料(诸如，铜、铝、金或银)制成的薄板。
多个辐射片220被配置并且以矩阵的形式被设置于陶瓷基板210的上表面上。例如，辐射片220包括第一辐射片至第十六辐射片。
第一辐射片至第四辐射片形成了第一行，第五辐射片到第八辐射片形成了第二行，第九辐射片至第十二辐射片形成了第三行，并且第十三辐射片至第十六辐射片形成了第四行。
第一辐射片、第五辐射片、第九辐射片220和第十三辐射片形成了第一列，第二辐射片、第六辐射片、第十辐射片220和第十四辐射片形成了第二列，第三辐射片、第七辐射片、第十一辐射片220和第十五辐射片形成了第三列，第四辐射片、第八辐射片、第十二辐射片220和第十六辐射片形成了第四列。因此，第一辐射片至第十六辐射片在陶瓷基板210的上表面上形成了4×4排列的矩阵。
信号处理元件230被形成于陶瓷基板210的下表面上。多个信号处理元件230被配置并且以矩阵的形式被设置于陶瓷基板210的下表面上。信号处理元件230对从多个辐射片220中接收到的5G信号进行信号处理。信号处理元件230通过辐射片220传输5G信号。
例如，信号处理元件230包括第一信号处理元件至第四信号处理元件。第一信号处理元件被设置为靠近陶瓷基板210的第一侧表面和第二侧表面，第二信号处理元件被设置为靠近陶瓷基板210的第二侧表面和第三侧表面，第三信号处理元件被设置为靠近陶瓷基板210的第一侧表面和第四侧表面，第四信号处理元件被设置为靠近陶瓷基板210的第三侧表面和第四侧表面。因此，第一信号处理元件至第四信号处理元件形成了2×2排列的矩阵。
信号处理元件230被连接至多个辐射片220。信号处理元件230通过形成于陶瓷基板210内部的馈送线(未示出)向多个辐射片220馈送信号。
例如，第一信号处理元件被连接至第一辐射图案、第二辐射图案、第五辐射图案和第六辐射图案。第二信号处理元件被连接至第三辐射图案、第四辐射图案、第七辐射图案和第八辐射图案。第三信号处理元件被连接至第九辐射图案、第十辐射图案、第十三辐射图案和第十四辐射图案。第四信号处理元件被连接至第十一辐射图案、第十二辐射图案、第十五辐射图案和第十六辐射图案。因此，信号处理元件230被连接至四个辐射图案。
信号处理元件230可以被连接至形成于陶瓷基板210内部的馈送图案(未示出)。该馈送图案通过馈送线被连接至信号处理元件230。信号处理元件230在馈送图案中供应用于无线信号传输的信号。该馈送图案可以通过耦合来馈送给辐射片220。在此，耦合是指馈送图案和辐射图案不直接彼此接触，而是以分离状态电连接。
第一控制信号传输电极240被形成于陶瓷基板210的下表面上。多个第一控制信号传输电极240被配置并且被设置为彼此间隔开。第一控制信号传输电极240位于陶瓷信号处理元件230的外部环境和陶瓷基板210的外部环境之间。
第一控制信号传输电极240通过形成于陶瓷基板210内部的电极(未示出)被连接至信号处理元件230。多个第一控制信号传输电极240被连接至一个信号处理元件230。第一控制信号传输电极240将从5G天线的主基板10所发送的信号处理元件控制信号传输至信号处理元件230。
参见图6，天线基板200还可以包括第一RF信号传输图案250和RF信号分配器260。
第一RF信号传输图案250被形成于陶瓷基板210的下表面上或者内部。第一RF信号传输图案250的一端位于陶瓷基板210的一侧。第一RF信号传输图案250的一端通过形成于腔体基板300中的通孔被连接至形成于腔体基板300上的RF信号传输电极340。第一RF信号传输图案250的另一端被连接至RF信号分配器260的输入端子。
RF信号分配器260由具有一个输入端子和多个输出端子的分配器组成。该输入端子被连接至第一RF信号传输图案250。该多个输出端子与多个信号处理元件230一一对应地连接。
RF信号分配器260被形成于陶瓷基板210的下表面的中心处。例如，RF信号分配器260被设置于第一信号处理元件至第四信号处理元件之间的间隔空间中。
RF信号分配器260还可以被形成于陶瓷基板210的内部。此时，多个输出端子通过通孔被连接至信号处理元件230。
RF信号分配器260对5G信号进行分支，以将分支后的5G信号传输至第一信号处理元件至第四信号处理元件。RF信号分配器260将由第一信号处理元件信号至第四信号处理元件信号处理的5G频带信号(即，从辐射片220中接收到的信号)传输至主基板10。
例如，RF信号分配器260为4路威尔金森分配器。该4路威尔金森分配器由四个输出端子组成。第一信号处理元件至第四信号处理元件分别被连接至四个输出端子。
参见图7，天线基板200还可以包括第一RF信号分配器262、第二RF信号分配器264以及第一RF信号传输图案250。
第一RF信号分配器262和第二RF信号分配器264被形成于陶瓷基板210的下表面上或者内部。第一RF信号分配器262被设置于第一信号处理元件和第三信号处理元件之间的间隔空间中。
第一RF信号分配器262由具有一个输入端子和一对输出端子的分配器组成。该输入端子被连接至第一RF信号传输图案250的一端。该一对输出端子各自与信号处理元件230一一对应地连接。
例如，第一RF信号分配器262为具有两个输出端子的2路威尔金森分配器。该2路威尔金森分配器的输入端子被连接至第一RF信号传输图案250的一端。该2路威尔金森分配器的第一输出端子被连接至第一信号处理元件，并且第二输出端子被连接至第三信号处理元件。
第一RF信号分配器262和第二RF信号分配器264被形成于陶瓷基板210的下表面上或者内部。第二RF信号分配器264被设置于第二信号处理元件和第四信号处理元件之间的间隔空间中。
第二RF信号分配器264由具有一个输入端子和一对输出端子的分配器组成。该输入端子被连接至第一RF信号传输图案250的另一端。该一对输出端子各自与信号处理元件230一一对应地连接。
例如，第二RF信号分配器264为具有两个输出端子的2路威尔金森分配器。该2路威尔金森分配器的输入端子被连接至第一RF信号传输图案250的另一端。该2路威尔金森分配器的第一输出端子被连接至第二信号处理元件，并且该分配器的第二输出端子被连接至第四信号处理元件。
第一RF信号传输图案250被形成于陶瓷基板210的下表面上或者内部。第一RF信号传输图案250的一端被连接至第一RF信号分配器262的输入端子。第一RF信号传输图案250的另一端被连接至第二RF信号分配器264的输入端子。第一RF信号传输图案250通过形成于腔体基板300内的通孔，被连接至形成于腔体基板300上的第二RF信号传输图案350。
根据本发明示例性实施例的具有腔体结构的天线封装组件100可以使用2路威尔金森分配器来对RF信号进行分支，从而使得介电损耗最小化。
腔体基板300位于天线基板200的下表面上。腔体基板300为用于防止由于腔体天线封装组件100被插入并且被安装在主基板10的容纳槽12中时所施加的压力而引起的变形和断裂的加强构件。
腔体基板300与天线基板200形成为一个整体。腔体基板300由与天线基板200相同的陶瓷材料制成，并且通过LTCC工艺与天线基板200同时形成。
腔体基板300可以被制造成与天线基板200分离然后粘合至天线基板200的下表面。腔体基板300可以由与天线基板200相同的陶瓷材料制成。腔体基板300可以由与天线基板200不同的材料(例如，FR4等)制成，以降低制造成本并提高大规模生产率。
腔体基板300的厚度优选地为暴露于天线基板200的下表面上的信号处理元件230的厚度或更厚。这是通过在腔体天线封装组件100被插入主基板10中时防止间隔空间的出现来防止腔体天线封装组件100的变形和断裂。
参见图8和图9，腔体基板300包括腔体框架310。
腔体框架310具有矩形板状框架。腔体框架310形成有容纳部分320，该容纳部分320容纳形成于天线基板200的下表面上的信号处理元件230。该容纳部分320被形成为矩形孔形状，其上端和下端敞开以容纳形成于天线基板200的下表面上的所有信号处理元件230。因此，腔体框架310被形成为正方形框架形状。
第二控制信号传输电极330被形成于腔体框架310的下表面上。第二控制信号传输电极330被设置于靠近腔体框架310的外周。多个第二控制信号传输电极330被配置并且形成为在腔体框架310的下表面上彼此间隔开。第二控制信号传输电极330通过穿透腔体框架310的通孔与形成于天线基板200上的第一控制信号传输电极240一一对应地连接。
RF信号传输电极340被形成于腔体框架310的下表面上。该RF信号传输电极340被形成为与第二控制信号传输电极330间隔开。该RF信号传输电极340通过通孔被连接至天线基板200的第一RF信号传输图案250(参见图6)。因此，腔体天线封装组件100形成了4路威尔金森分配器。
参见图10，多个容纳部分320可以形成于腔体框架310中。
多个容纳部分320各自容纳一个信号处理元件230。例如，腔体基板300包括具有网格结构的腔体框架310，腔体框架中形成有第一容纳部分至第四容纳部分。多个容纳部分320形成为上下两端敞开的正方形孔形状。因此，腔体框架310被形成为网格结构。
例如，腔体框架310形成如下构造：在该构造中，通过将横向隔板和纵向隔板进行组合，而将四个容纳部分320(即，第一容纳部分至第四容纳部分)设置为网格形状。腔体框架310在横向隔板和纵向隔板彼此垂直的方向上被连接，以整体上形成正方形框架形状，并且同时，每个容纳部分320被形成为矩形孔状。第一信号处理元件被容纳于第一容纳部分中，第二信号处理元件被容纳于第二容纳部分中，第三信号处理元件被容纳于第三容纳部分中，第四信号处理元件被容纳于第四容纳部分中。
如上文所述，腔体基板300可以被形成有多个容纳部分320，以形成具有网格结构的腔体框架310，从而增加天线封装组件的加强强度。
参见图11和图12，第二RF信号传输图案350可以被形成于腔体框架310的下表面上。第二RF信号传输图案350的一端被连接至RF信号传输电极340。第二RF信号传输图案350的另一端被形成为朝向腔体框架310的中心延伸，并且通过通孔被连接至天线基板200的第一RF信号传输图案250(参见图7)。
因此，第一RF信号传输图案250和第二RF信号传输图案350形成了T型接头分配器。
腔体天线封装组件100可以形成2路威尔金森分配器和T型接头分配器以分配信号，从而与形成了4路威尔金森分配器的结构相比，能够使得介电损耗最小化。
参见图13，腔体天线封装组件100可以在天线基板上形成有腔体基板300，从而在腔体基板300支撑天线基板200与容纳槽12的底表面之间的间隔空间以将天线封装组件插入主基板10的容纳槽12的过程中，防止了天线封装组件的变形和断裂。
尽管上文已经描述了本发明的优选示例性实施例，但是应当理解，可以以各种形式修改本发明，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明权利要求的范围的情况下，实现各种改进示例和变化示例。

Claims (16)

1.一种具有腔体结构的天线封装组件，包括：
天线基板，在所述天线基板的上表面上形成有多个辐射片，在所述天线基板的下表面上形成有多个信号处理元件；以及
腔体基板，所述腔体基板形成有容纳所述多个信号处理元件的容纳部分，并且所述腔体基板被设置于所述天线基板的下表面上。
2.根据权利要求1所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述天线基板包括：
板状陶瓷基板；以及
多个第一控制信号传输电极，所述多个第一控制信号传输电极被形成于所述陶瓷基板的下表面上，并且被设置成沿着所述陶瓷基板的外周彼此间隔开，并且
其中，所述多个辐射片以矩阵的形式被设置于所述陶瓷基板的上表面上，并且
其中，所述多个信号处理元件以矩阵的形式被设置于所述陶瓷基板的下表面上。
3.根据权利要求2所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述天线基板还包括：第一RF信号传输图案，所述第一RF信号传输图案被形成于所述陶瓷基板上，并且
其中，所述第一RF信号传输图案的一端通过通孔被连接至所述腔体基板的RF信号传输电极。
4.根据权利要求3所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述天线基板还包括：
RF信号分配器，所述RF信号分配器具有输入端子和多个输出端子，并且被形成于所述陶瓷基板上，以及
其中，所述输入端子被连接至所述第一RF信号传输图案的另一端，并且所述多个输出端子与所述多个信号处理元件一一对应地连接。
5.根据权利要求4所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述RF信号分配器为4路威尔金森分配器。
6.根据权利要求2所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述天线基板还包括：
第一RF信号传输图案，所述第一RF信号传输图案被形成于所述陶瓷基板上；
第一RF信号分配器，所述第一RF信号分配器被形成于所述陶瓷基板上，并且所述第一RF信号分配器具有被连接至所述第一RF信号传输图案的一端的输入端子，和被连接至所述多个信号处理元件中的一些信号处理元件的多个输出端子，以及
第二RF信号分配器，所述第二RF信号分配器被形成于所述陶瓷基板上以与所述第一RF信号分配器间隔开，并且所述第二RF信号分配器具有被连接至所述第一RF信号传输图案的另一端的输入端子，和被连接至除所述多个信号处理元件中的所述一些信号处理元件之外的多个信号处理元件的多个输出端子。
7.根据权利要求6所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述第一RF信号分配器和所述第二RF信号分配器为2路威尔金森分配器。
8.根据权利要求1所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体基板包括：腔体框架，所述腔体框架中形成有所述容纳部分。
9.根据权利要求8所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体框架具有矩形框架形状，一个容纳部分以所述矩形框架形状形成。
10.根据权利要求8所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体基板还包括：第二控制信号传输电极，所述第二控制信号传输电极被形成于所述腔体框架的下表面上，并且被连接至被形成于所述天线基板上的第一控制信号传输电极。
11.根据权利要求10所述的具有腔体结构的天线封装组件，还包括：
RF信号传输电极，所述RF信号传输电极被形成于所述腔体框架的下表面上以与所述第二控制信号传输电极间隔开，
其中，所述RF信号传输电极被连接至所述天线基板的第一RF信号传输图案。
12.根据权利要求8所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体框架具有网格形状，多个容纳部分以矩阵的形式且以所述网格形状设置。
13.根据权利要求12所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体基板还包括第二RF信号传输图案，所述第二RF信号传输图案被形成于所述腔体框架的下表面上，并且
其中，所述第二RF信号传输图案的一端被连接至RF信号传输电极，并且所述第二RF信号传输图案的另一端被形成为朝向所述腔体框架的中心延伸。
14.根据权利要求13所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述第二RF信号传输图案的另一端通过通孔被连接至所述天线基板的第一RF信号传输图案。
15.根据权利要求1所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体基板与所述天线基板由相同的陶瓷材料制成。
16.根据权利要求1所述的具有腔体结构的天线封装组件，
其中，所述腔体基板由与制造所述天线基板的材料不同的材料制成。
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