CN112310611A - 片式天线 - Google Patents

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CN112310611A CN202010429264.4A CN202010429264A CN112310611A CN 112310611 A CN112310611 A CN 112310611A CN 202010429264 A CN202010429264 A CN 202010429264A CN 112310611 A CN112310611 A CN 112310611A
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patch
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郑地亨
金载英
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Abstract

本发明提供一种片式天线，所述片式天线包括：第一基板；第二基板，与所述第一基板叠置；第一贴片，设置在所述第一基板的第一表面上；第二贴片，设置在所述第二基板上；至少一个馈电过孔，在厚度方向上贯穿所述第一基板并且被配置为向所述第一贴片提供馈电信号；以及结合焊盘，设置在所述第一基板的第二表面上。所述第一基板包括介电物质和磁性物质。

Description

片式天线
本申请要求于2019年8月2日提交到韩国知识产权局的第10-2019-0094469号韩国专利申请的优先权的权益，所述韩国专利申请的全部公开内容出于所有目的通过引用被包含于此。
技术领域
本公开涉及一种片式天线。
背景技术
5G通信系统在例如10GHz和100GHz之间的较高频带(mmWave)中实施，以获得高的数据传输速率。为了降低无线电波的损耗并且增大传输距离，在5G通信系统中已经考虑了诸如波束成形、大规模多输入多输出(L-MIMO)、全维度多输入多输出(FD-MIMO)、阵列天线、模拟波束成形的技术和其他大规模天线技术。
支持无线通信的移动通信终端(诸如，移动电话、个人数字助理(PDA)、导航装置、膝上型计算机)及类似终端已经被设计为具有诸如码分多址(CDMA)、无线局域网(LAN)、数字多媒体广播(DMB)、近场通信(NFC)的功能及类似功能。实现这样的功能的主要组件之一是天线。
然而，在应用在5G通信系统中的GHz频带中，由于波长在GHz频带中可能小至几毫米，因此可能难以使用传统天线。因此，期望可安装在移动通信装置上并且可在GHz频带中使用的小尺寸片式天线模块。
发明内容
提供本发明内容是为了按照简化的形式介绍在下面的具体实施方式中进一步描述的所选择的构思。本发明内容既不意在限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意在用作帮助确定所要求保护的主题的范围。
在一个总体方面，一种片式天线包括：第一基板；第二基板，与所述第一基板叠置；第一贴片，设置在所述第一基板的第一表面上；第二贴片，设置在所述第二基板上；至少一个馈电过孔，在厚度方向上贯穿所述第一基板，并且被配置为向所述第一贴片提供馈电信号；以及结合焊盘，设置在所述第一基板的第二表面上，其中，所述第一基板包括介电物质和磁性物质。
所述第一贴片可以为馈电贴片，并且所述第二贴片可以为辐射贴片。
所述介电物质可包含陶瓷。
所述陶瓷可包括CaTiO3。
所述磁性物质可包括M型六角铁氧体。
所述M型六角铁氧体可包括BaM六角铁氧体和SrM六角铁氧体中的至少一种。
所述介电物质在所述第一基板中的含量可小于5wt％。
所述磁性物质在所述第一基板中的含量可大于95wt％。
所述第二基板可包括介电物质和磁性物质。
所述第二基板可包括与所述第一基板的材料相同的材料。
所述第一基板的厚度可对应于所述第二基板的厚度的两倍至三倍。
所述第一基板可具有150μm至500μm的厚度。
所述第二基板可具有50μm至200μm的厚度。
间隔件可设置在所述第一基板和所述第二基板之间。
结合层可设置在所述第一基板和所述第二基板之间。
所述结合层可具有比所述第一基板的介电常数和所述第二基板的介电常数低的介电常数。
在一个总体方面，一种片式天线包括：第一基板，包括介电物质和磁性物质；第二基板，与所述第一基板叠置；以及结合层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间，其中，所述结合层的介电常数低于所述第一基板的介电常数和所述第二基板的介电常数。
通过下面的具体实施方式、附图和权利要求，其他特征和方面将是显而易见的。
附图说明
图1示出了根据一个或更多个实施例的片式天线模块的透视图的示例；
图2A示出了示出图1中的片式天线模块的一部分的截面图的示例；
图2B和2C示出了图2A中的片式天线模块的变型示例；
图3A示出了图1中的片式天线模块的平面图；
图3B示出了图3A中的片式天线模块的变型示例；
图4A示出了根据第一示例的片式天线的透视图；
图4B示出了图4A中的片式天线的侧视图；
图4C示出了图4A中的片式天线的截面图；
图4D-A至图4D-E示出了图4A中的片式天线的仰视图；
图4E示出了图4A中的片式天线的变型示例的透视图；
图5A至图5F示出了制造根据第一示例的片式天线的方法的工艺图；
图6A示出了根据第二示例的片式天线的透视图；
图6B示出了图6A中的片式天线的侧视图；
图6C示出了图6A中的片式天线的截面图；
图7A至图7F示出了制造根据第二示例的片式天线的方法的工艺图；
图8A示出了根据第三示例的片式天线的透视图；
图8B示出了图8A中的片式天线的截面图的示例；
图9A至图9E示出了制造根据第三示例的片式天线的方法的工艺图；并且
图10示出了根据一个或更多个实施例的其上安装有片式天线模块的便携式终端的透视图。
在整个附图和具体实施方式中，除非另外描述或另外规定，否则相同的附图标记将被理解为表示相同的元件、特征和结构。附图可不按照比例绘制，并且为了清楚、说明和方便起见，可夸大附图中的元件的相对尺寸、比例和描绘。
具体实施方式
提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本申请的公开内容之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、变型和等同物将是显而易见的。例如，在此描述的操作的顺序仅仅是示例，并且不限于在此阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的改变。另外，为了增加清楚性和简洁性，可省略已知的特征的描述。
在此描述的特征可以以不同的形式实现，并且将不被解释为限于在此描述的示例。更确切地说，已经提供在此描述的示例仅仅是为了说明在理解本申请的公开内容之后将是显而易见的实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些方式。
示例实施例中的术语“上侧”、“下侧”、“侧表面”等是基于附图中的图示的，并且当相应元件的方向改变时，术语可有不同指示。
尽管可在此使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各种构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语限制。更确切地说，这些术语仅用来将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例的教导的情况下，在此描述的示例中所称的第一构件、第一组件、第一区域、第一层或第一部分也可被称作第二构件、第二组件、第二区域、第二层或第二部分。
在此使用的术语仅用于描述各种示例，并且不用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”列举存在所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开所属领域的普通技术人员在理解本公开之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地定义，否则诸如在常用词典中定义的术语应被解释为具有与它们在相关领域和本公开的上下文中的含义一致的含义，并且不按照理想化或过于形式化的意义来解释。
示例中示出的片式天线模块可在高频范围(例如，在3GHz或更高的频带中)中操作。在示例中，片式天线模块可安装在被配置为接收或者接收和发送射频(RF)信号的电子装置上。例如，片式天线可安装在便携式电话、便携式膝上型PC和无人机上，但不限于此。在此，注意的是，关于示例或实施例的术语“可”的使用(例如，示例或实施例可包括什么或实现什么)意味着存在包括或实现这样的特征的至少一个示例或实施例，但所有示例和实施例不限于此。
图1是根据示例的片式天线模块的透视图，图2A是示出图1中的片式天线模块的一部分的截面图，图3A是图1中的片式天线模块的平面图，并且图3B示出了图3A中的片式天线模块的变型示例。
参照图1、图2A和图3A，根据示例的片式天线模块1可包括基板10、电子元件50和片式天线100，并且还可包括端射天线200。至少一个电子元件50、多个片式天线100以及多个端射天线200可设置在基板10上。
基板10可被构造为其上安装有片式天线100所需的电路或电子组件的电路基板。例如，基板10可被构造为在其表面上安装有一个或更多个电子组件的印刷电路板(PCB)。因此，基板10可包括使电子组件彼此电连接的电路布线。基板10还可实现为柔性基板、陶瓷基板和玻璃基板，但不限于此。基板10可包括多个层。例如，基板10可包括通过交替地层压至少一个绝缘层17和至少一个布线层16而形成的多层基板。至少一个布线层16可包括设置在基板10的第一表面和第二表面上的两个外层以及设置在两个外层之间的至少一个内层。
在示例中，绝缘层17可利用诸如半固化片、ABF(Ajinomoto build-up film，味之素堆积膜)、FR-4、双马来酰亚胺三嗪(BT)的绝缘材料或类似的材料形成。可使用热固性树脂(诸如，环氧树脂)、热塑性树脂(诸如，聚酰亚胺树脂)、其中热固性树脂或热塑性树脂与无机填料一起浸在芯材料(诸如，玻璃纤维(或玻璃布或玻璃织物))中的树脂来形成该绝缘材料。根据示例，绝缘层17可利用感光绝缘树脂形成。
布线层16可使电子元件50、多个片式天线100和多个端射天线200彼此电连接。布线层16还可使多个电子元件50、多个片式天线100和多个端射天线200电连接到外部实体。
在示例中，布线层16可利用诸如铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、锡(Sn)、金(Au)、镍(Ni)、铅(Pb)、钛(Ti)或它们的合金的导电材料形成，但不限于此。
布线过孔18可设置在绝缘层17中以使布线层16彼此连接。
片式天线100可安装在基板10的第一表面(具体地，基板10的上表面)上。片式天线100可具有在Y轴方向上延伸的宽度、在与Y轴方向相交(详细地，垂直于Y轴方向)的X轴方向上延伸的长度以及在Z轴方向上延伸的高度。如图1中所示，片式天线100可布置成n×1结构。然而，这仅仅是示例，并且片式天线100可布置成n×m结构，其中，n≥1且m≥1。多个片式天线100可布置在X轴方向上。多个片式天线100之中的在X轴方向上彼此相邻的两个片式天线100可彼此相对。
根据示例，片式天线100可布置成n×m结构。多个片式天线100可布置在X轴方向和Y轴方向上。多个片式天线100的在Y轴方向上彼此相邻的两个片式天线的长度可彼此相对。多个片式天线100的在X轴方向上彼此相邻的两个片式天线100的宽度可彼此相对。
在X轴方向和Y轴方向中的至少一个方向上彼此相邻的片式天线100的中心可彼此间隔开λ/2，λ为发送到片式天线100以及从片式天线100接收的射频(RF)信号的波长。
当根据示例的片式天线模块1发送和接收20GHz至40GHz频带中的RF信号时，彼此相邻的片式天线100的中心可彼此间隔开3.75mm至7.5mm。当片式天线模块1发送和接收28GHz频带中的RF信号时，彼此相邻的片式天线100的中心可彼此间隔开5.36mm。
用在5G通信系统中的RF信号可具有比用在3G/4G通信系统中的RF信号的波长短的波长并且可具有比用在3G/4G通信系统中的RF信号的能量大的能量。因此，为了显著减少各个片式天线100处发送和接收的RF信号之间的干扰，期望片式天线100具有充足的间隔距离。
根据示例，片式天线100的中心可充分间隔开λ/2，以使由各个片式天线100发送和接收的RF信号之间的干扰显著减少。因此，片式天线100可用在在5G通信系统中。
根据示例，相邻的片式天线100的中心之间的间隔距离可小于λ/2。如稍后将描述的，片式天线100中的每个可利用陶瓷基板构成，并且至少一个贴片可设置在陶瓷基板的一部分上。在该示例中，陶瓷基板可彼此间隔开预定距离，或者可在陶瓷基板之间设置具有比陶瓷基板的介电常数低的介电常数的材料，从而减小片式天线100的总介电常数。结果，由于通过片式天线100发送和接收的RF信号的波长可增大以改善辐射效率和增益，因此即使当相邻的片式天线100被布置成使得相邻的片式天线100的中心之间的间隔距离小于RF信号的λ/2时，RF信号之间的干扰也可显著减少。当根据示例的片式天线模块1发送和接收28GHz频带中的RF信号时，相邻的片式天线100的中心之间的间隔距离可小于5.36mm。
基板10的上表面设置有向片式天线100提供馈电信号的馈电焊盘16a。接地层16b设置在基板10的多个层中的任意一个内层中。作为示例，最靠近基板10的上表面的布线层16用作接地层16b。接地层16b用作片式天线100的反射器。因此，接地层16b可通过反射从片式天线100输出的RF信号而使RF信号集中在与导向方向对应的Z轴方向上。
在图2A中，接地层16b被示出为设置在最靠近基板10的上表面的层上。然而，根据示例，接地层16b可设置在基板10的上表面上，并且还可设置在基板10的其他层中。
此外，上表面焊盘16c可设置在基板10的第一表面(例如，基板10的上表面)上，以结合到片式天线100。电子元件50可安装在基板10的第二表面上(具体地，基板10的下表面上)。基板10的下表面可设置有电连接到电子元件50的下表面焊盘16d。
绝缘保护层19可设置在基板10的下表面上。绝缘保护层19可在基板10的下表面上按照覆盖绝缘层17和布线层16的方式设置，以保护设置在绝缘层17的下表面上的布线层16。作为示例，绝缘保护层19可包括绝缘树脂和无机填料，但不限于此。绝缘保护层19可具有使布线层16的至少一部分暴露的开口。电子元件50可通过设置在开口中的焊球而安装在下表面焊盘16d上。
图2B和图2C示出了图2A中的片式天线模块的变型示例。
由于根据图2B和图2C中的示例的片式天线模块与图2A中的片式天线模块相似，因此将省略重复的描述并且描述将集中在它们之间的差异。
参照图2B，基板10包括：至少一个布线层1210b；至少一个绝缘层1220b；布线过孔1230b，连接到至少一个布线层1210b；连接焊盘1240b，连接到布线过孔1230b；以及阻焊层1250b。基板10可具有与铜重新分布层(RDL)相似的结构。片式天线100可设置在基板10的上表面上。
集成电路(IC)1301b、电源管理集成电路(PMIC)1302b以及多个无源组件1351b、1352b和1353b可通过焊球1260b安装在基板的下表面上。IC 1301b可对应于用于操作片式天线模块1的IC。PMIC 1302b可产生电力，并且可通过基板10的至少一个布线层1210b将产生的电力传输到IC 1301b。
多个无源组件1351b、1352b和1353b可为IC 1301b和/或PMIC 1302b提供阻抗。例如，多个无源组件1351b、1352b和1353b可包括电容器(诸如，多层陶瓷电容器(MLCC)等)、电感器和片式电阻器中的至少一部分。
参照图2C，基板10可包括至少一个布线层1210a、至少一个绝缘层1220a、布线过孔1230a、连接焊盘1240a以及阻焊层1250a。
电子组件封装件可安装在基板10的下表面上。电子组件封装件包括：IC 1300a；包封剂1305a，包封IC 1300a的至少一部分；支撑构件1355a，具有面对IC 1300a的第一侧；至少一个布线层1310a，电连接到IC 1300a和支撑构件1355a；以及连接构件，包括绝缘层1280a。
由IC 1300a产生的RF信号可通过至少一个布线层1310a发送到基板10，以朝向片式天线模块1的上表面发送。由片式天线模块1接收到的RF信号可通过至少一个布线层1310a发送到IC 1300a。
电子组件封装件还可包括设置在IC 1300a的第一表面或上表面和/或第二表面或下表面上的连接焊盘1330a。设置在IC 1300a的第一表面上的连接焊盘1330a可电连接到至少一个布线层1310a，并且设置在IC 1300a的第二表面上的连接焊盘1330a可通过底布线层1320a电连接到支撑构件1355a或芯镀覆构件1365a。芯镀覆构件1365a可为IC 1300a提供接地。
支撑构件1355a可包括芯介电层1356a和至少一个芯过孔1360a，至少一个芯过孔1360a贯穿芯介电层1356a并且电连接到底布线层1320a。至少一个芯过孔1360a可电连接到电连接结构1340a(诸如，焊球、引脚或焊盘)。因此，支撑构件1355a可从基板10的下表面接收基础信号或电力并且通过至少一个布线层1310a将基础信号和/或电力发送到IC 1300a。
IC 1300a可使用基础信号和/或电力产生毫米波(mmWave)频带的RF信号。例如，IC1300a可接收低频基础信号并且执行频率转换、放大、滤波、相位控制和电力生成。IC 1300a可利用复合半导体(例如，GaAs)和硅半导体中的一种形成，以实现高频特性。电子组件封装件还可包括电连接到至少一个布线层1310a的无源组件1350a。无源组件1350a可设置在由支撑构件1355a提供的容纳空间1306a中。无源组件1350a可包括多层陶瓷电容器(MLCC)、电感器和片式电阻器中的至少一部分。
电子组件封装件可包括设置在支撑构件1355a的侧表面上的芯镀覆构件1365a和1370a。芯镀覆构件1365a和1370a可为IC 1300a提供接地，并且可使IC 1300a的热散到外部或者去除可能被引入到IC 1300a中的噪声。
电子组件封装件的除了连接构件之外的构造和连接构件可被单独制造并且彼此组合，但也可一起制造。
在图2C中，电子组件封装件被示出为通过电连接结构1290a和阻焊层1285a结合到基板10。然而，可根据示例省略电连接结构1290a和阻焊层1285a。
参照图3A，片式天线模块1还可包括至少一个或更多个端射天线200。端射天线200中的每个可包括端射天线图案210、导向器图案215和端射馈线220。
端射天线图案210可沿横向方向发送或接收RF信号。端射天线图案210可设置在基板10的一侧上，并且可形成为具有偶极形式或折叠偶极形式，但不限于此。导向器图案215可电磁耦合到端射天线图案210以提高多个端射天线图案210的增益或带宽。端射馈线220可将从端射天线图案210接收到的RF信号发送到电子装置或IC，并且可将从电子装置或IC接收到的RF信号发送到端射天线图案210。
如图3B中所示，由图3A中的布线图案形成的端射天线200可实现为具有片形状的端射天线200。
参照图3B，端射天线200中的每个可包括主体部230、辐射部240和接地部250。
主体部230可具有六面体形状并且可利用介电物质形成。例如，主体部230可利用具有预定介电常数的聚合物或陶瓷烧结材料形成。
辐射部240结合到主体部230的第一表面，并且接地部250结合到主体部230的与第一表面相对的第二表面。辐射部240和接地部250可利用相同的材料形成。辐射部240和接地部250可利用从银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铝(Al)、铂(Pt)、钛(Ti)、钼(Mo)、镍(Ni)和钨(W)或者它们中的两种或更多种的合金选择的材料形成。辐射部240和接地部250可形成为具有相同的形状或相同的结构。当辐射部240和接地部250被安装在基板10上时，辐射部240和接地部250可根据要结合的焊盘的类型而彼此区分。例如，辐射部240和接地部250的结合到馈电焊盘的部分可用作辐射部240，并且结合到接地焊盘的部分可用作接地部250。
由于片型端射天线200因辐射部240与接地部250之间的电介质而具有电容，因此可利用该电容来设计耦合天线或者利用该电容来调谐谐振频率。
传统上，为了在多层基板中确保实现为具有图案形式的贴片天线的充足的天线特性，在基板中可能需要多个层。这导致贴片天线的体积过度增大的问题。可通过将具有相对高的介电常数的绝缘体设置在多层基板中以形成较薄的绝缘体并且通过减小天线图案的尺寸和厚度来解决这个问题。
然而，当绝缘体的介电常数增大时，RF信号的波长可缩短，并且RF信号可被具有高的介电常数的绝缘体捕获。因此，可能显著降低RF信号的辐射效率和增益。
根据示例，在现有技术的多层基板中实现为具有图案形式的贴片天线可实现为具有片形式。因此，其上安装有片式天线的基板的层数可显著减少。结果，可减小根据本示例的片式天线模块1的制造成本和体积。
根据示例，设置在片式天线100中的陶瓷基板的介电常数可高于设置在基板10中的绝缘层的介电常数。因此，可实现片式天线100的小型化，以改善天线100的特性。
此外，片式天线100的第一基板和第二基板可彼此间隔开预定距离，或者具有比第一基板和第二基板的介电常数低的介电常数的材料可设置在第一基板和第二基板之间，以减小片式天线100的总介电常数。结果，在使片式天线模块1小型化的同时，可使RF信号的波长增大以改善辐射效率和增益。
图4A示出了根据第一示例的片式天线的透视图，图4B是图4A中的片式天线的侧视图，图4C是图4A中的片式天线的截面图，图4D-A至图4D-E是图4A中的片式天线的仰视图，并且图4E是示出图4A中的片式天线的变型示例的透视图。
参照图4A、图4B、图4C以及图4D-A至图4D-E，根据第一示例的片式天线100可包括第一基板110a、第二基板110b和第一贴片120a，并且可包括第二贴片120b和第三贴片120c中的至少一者。第二基板110b与第一基板110a叠置。
第一贴片120a可利用呈具有预定面积的平板形状的金属形成。第一贴片120a形成为具有四边形形状。根据示例，第一贴片120a可具有诸如多边形形状、圆形形状等的各种形状。第一贴片120a可连接到馈电过孔131(图4C)而起作用并作为馈电贴片操作。
第二贴片120b和第三贴片120c设置为与第一贴片120a间隔开预定距离，并且利用具有一个恒定面积的平板形状的金属形成。第二贴片120b和第三贴片120c可具有与第一贴片120a的面积相同的面积或不同的面积。作为示例，第二贴片120b和第三贴片120c可具有比第一贴片120a的面积小的面积，并且可设置在第一贴片120a上。作为示例，第二贴片120b和第三贴片120c可形成为比第一贴片120a小5％至8％。例如，第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c中的每个可具有20μm的厚度。
第二贴片120b和第三贴片120c可电磁耦合到第一贴片120a而起作用并且作为辐射贴片操作。第二贴片120b和第三贴片120c可进一步使RF信号集中在与片式天线100的安装方向对应的Z方向上，以改善第一贴片120a的增益或带宽。片式天线100可包括作为辐射贴片起作用的第二贴片120b和第三贴片120c中的至少一者。
第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c可利用从Ag、Au、Cu、Al、Pt、Ti、Mo、Ni和W中选择的元素或者它们中的两种或更多种的合金形成。第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c可利用导电膏或导电环氧树脂形成。
可通过以下方法制备第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c：将铜箔层压在基板110a和110b上以形成电极，并且将形成的电极图案化以具有设计的形状。可使用诸如光刻工艺的蚀刻工艺来使电极图案化。可在使用无电镀覆工艺形成种子层之后使用后续电镀工艺形成电极。可选地，可在使用溅射工艺形成种子层之后使用后续电镀工艺形成电极。
此外，第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c可通过在陶瓷基板上印刷并固化导电膏或导电环氧树脂而形成。通过印刷工艺，第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c可直接形成为具有设计的形状而无需额外的蚀刻工艺。
根据示例，第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c中的每个可设置有沿着其表面以膜的形式额外形成的保护层。保护层可通过镀覆工艺形成在第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c中的每个的表面上。保护层可通过顺序地层压镍(Ni)层和锡(Sn)层或者通过顺序地层压锌(Zn)层和锡(Sn)层而形成。保护层可形成在第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c中的每个上，以保护第一贴片120a、第二贴片120b和第三贴片120c免被氧化。保护层还可沿着馈电焊盘130、馈电过孔131、结合焊盘140和间隔件150(稍后将描述)的表面形成。
第一基板110a可包括介电物质和磁性物质以具有介电常数和磁导率。短语“以具有介电常数和磁导率”是指“介电常数和磁导率均大于1”。第一基板110a可利用通过将介电物质和磁性物质彼此混合并对混合物进行热处理而获得的烧结材料形成。在第一基板110a中，介电物质可包含陶瓷，并且可包含例如镁(Mg)、硅(Si)、铝(Al)、钙(Ca)和钛(Ti)。作为示例，介电物质可包括Mg2SiO4、MgAl2O4、CaTiO3和MgTiO3中的至少一种。在该示例中，如稍后将描述的，即使当第一基板110a包括的介电物质的量比磁性物质的量少时，由于介电物质具有高介电常数，使得第一基板110a具有预期水平的介电常数。介电物质可包括具有大约170的介电常数的CaTiO3。在该示例中，第一基板110a中的介电物质的含量可小于5％(按重量)。
包括在第一基板110a中的磁性物质具有大于1的磁导率，并且可包括例如M型六角铁氧体。更具体地，M型六角铁氧体可包括BaM六角铁氧体和SrM六角铁氧体中的至少一种。在本示例中，第一基板110a可包括大量的磁性物质。例如，第一基板110a中的磁性物质的含量可大于95％(按重量)。
如上所述，第一基板110a具有介电常数和磁导率二者。可调节第一基板110a的介电常数和磁导率以有效地减小片式天线100的尺寸，并且还增加片式天线100的带宽。现在将对此进行描述。
天线具有λ/2的尺寸或长度，并且λ与基板的介电常数εr和磁导率μr具有如下式1中的关系，其中，λ0为自由空间波长。
式1：
Figure BDA0002499892360000121
根据式1，第一基板101a的介电常数εr和磁导率μr的乘积越大，天线的长度越小。
从下式2中可以看出，天线的带宽BW与磁导率μr的平方根成比例(参见式2)，其中，t为光速。因此，当介电常数相同时，带宽BW可随着磁导率μr的增加而增加。
式2：
Figure BDA0002499892360000131
下表1和表2示出了当通过改变介电物质和磁性物质的类型和重量比来制备基板时，各种基板的介电常数、磁导率和尺寸比的变化。
表1
Figure BDA0002499892360000132
如从表1可以看出的，在三种类型的样品(比较示例、示例1和示例2)中，通过改变介电物质和磁性物质的类型和比来实现用于天线主体的基板，并且获得如下结果。尺寸比是通过长度比和体积比表示的，并且是通过将仅包括介电物质的比较示例设定为100％而获得的结果。
表2
介电常数 磁导率 长度比 体积比 带宽比
比较示例 8.60 1.00 100％ 100％ 100％
示例1 8.60 1.19 92％ 84％ 109％
示例2 8.60 1.29 88％ 78％ 113％
根据上述结果，与仅使用电介质来实现天线基板的示例(比较示例)相比，在天线基板具有电介质和磁性物质二者的示例(示例1和示例2)中，可减小天线的尺寸，同时保持相同水平的介电常数，并且天线的长度可减小大约10％，天线的体积可减小大约20％。此外，由于天线基板具有如示例1和示例2的介电常数和磁导率二者，因此天线的带宽可增加10％或更多，这可有利于天线效率的改善。
磁性物质应当具有磁导率和适当水平的介电常数，并且可以是从可与介电物质(诸如，CaTiO3)混合以进行烧结的材料中选择的物质。如上所述，作为这样的材料的示例，磁性物质可包括M型六角铁氧体(诸如，BaM六角铁氧体和SrM六角铁氧体)中的至少一种。如从实验结果可以看出的，可使磁性物质的含量大于95％(重量比)以确保高的磁导率。此外，即使当包含少量(小于约5％)的介电常数时，介电物质也可对第一基板110a的介电常数具有影响。这样的介电物质的示例可以是CaTiO3，但不限于此。因此，第一基板110a可在28GHz下具有大约5至12的介电常数。
与第一基板110a类似，第二基板110b可包括介电物质和磁性物质。然而，这仅是示例，并且第二基板110b可仅包括介电物质。当第二基板110b包括介电物质和磁性物质时，第二基板110b可利用与第一基板110a的材料相同的材料形成。因此，可有效地制备第一基板110a和第二基板110b。
如所示出的，第二基板110b的厚度可小于第一基板110a的厚度。第一基板110a的厚度可对应于第二基板110b的厚度的1倍至5倍(具体地，2倍至3倍)。例如，第一基板110a的厚度可以是150μm至500μm，而第二基板110b的厚度可以是100μm至200μm(具体地，50μm至200μm)。在与上述示例不同的示例中，第二基板110b可具有与第一基板110a的厚度相同的厚度。
当片式天线模块1的接地层16b(图2A)与片式天线100的第一贴片120a之间的距离对应于λ/10至λ/20时，接地层16b可沿导向方向有效地反射从片式天线100输出的RF信号。
当接地层16b设置在基板10的上表面时，片式天线模块1的接地层16b与片式天线100的第一贴片120a之间的距离大体上等于第一基板110a的厚度与结合焊盘140的厚度之和。
因此，第一基板110a的厚度可根据接地层16b与第一贴片120a之间的设计距离(λ/10至λ/20)来确定。作为示例，第一基板110a的厚度可对应于设计距离(λ/10至λ/20)的90％至95％。作为示例，当第一基板110a的介电常数在28GHz下为5至12时，第一基板110a的厚度可以为150μm至500μm。
参照图4B，第一基板110a的第一表面(例如，上表面)可设置有第一贴片120a，并且第一基板110a的第二表面(例如，下表面)可设置有馈电焊盘130。至少一个馈电焊盘130可设置在第一基板110a的第二表面上。馈电焊盘130可具有20μm的厚度。
设置在第一基板110a的第二表面上的馈电焊盘130电连接到设置在基板10的第一表面上的馈电焊盘16a。馈电焊盘130可电连接到在厚度方向上贯穿第一基板110a的馈电过孔131，并且馈电过孔131可向设置在第一基板110a的第一表面上的第一贴片提供馈电信号。馈电信号可提供给第一基板110a。可设置至少一个馈电过孔131。例如，可设置两个馈电过孔131以对应于两个馈电焊盘130。两个馈电过孔131中的一个馈电过孔131可对应于用于产生竖直极化的馈电线，而另一馈电过孔131可对应于用于产生水平极化的馈电线。馈电过孔131可具有150μm的直径。至少一个结合焊盘140可设置在第一基板110a的第二表面上。设置在第一基板110a的第二表面上的结合焊盘140结合到设置在基板10的第一表面上的上表面焊盘16c。例如，片式天线100的结合焊盘140可通过焊膏结合到基板10的上表面焊盘16c。结合焊盘140可具有20μm的厚度，但不限于此。
参照图4D-A，多个结合焊盘可在第一基板110a的第二表面上设置在具有矩形形状的第一基板110a的各个角部处。
参照图4D-B，多个结合焊盘140可沿着具有矩形形状的第一基板110a的第一边以及与第一边相对的第二边彼此间隔开预定距离。
参照图4D-C，多个结合焊盘140可沿着矩形形状的第一基板110a的四条边中的每条边设置在第一基板110a的第二表面上，以彼此间隔开预定距离。
参照图4D-D，结合焊盘140可设置为具有与具有矩形形状的第一基板110a的第一边的长度以及与第一边相对的第二边的长度对应的长度。具体地，结合焊盘可在第一基板110a的第二表面上沿着第一边和第二边设置。
参照图4D-E，结合焊盘140可在第一基板110a的第二表面上设置为具有与矩形形状的第一基板110a的四条边中的每条边的长度对应的长度。
在图4D-A至图4D-C中，结合焊盘140被示出为具有矩形形状。然而，在示例中，结合焊盘140可形成为具有诸如圆形的各种形状。此外，在图4D-A至图4D-E中，结合焊盘140被示出为与矩形形状的第一基板110a的四条边相邻设置。然而，在示例中，结合焊盘140可与第一基板110a的四条边间隔开预定距离。
参照图4E，第二基板110b的第一表面可设置有与第三贴片120c绝缘的屏蔽电极120d，屏蔽电极120d沿着第二基板110b的边缘区域形成。屏蔽电极120d可在片式天线100被布置成n×1阵列等时减小片式天线100之间的干扰。因此，当片式天线100被布置成4×1阵列时，根据示例的片式天线模块1可被制造为具有19mm的长度、4.0mm的宽度和1.04mm的高度的小尺寸模块。
第一基板110a和第二基板110b可通过间隔件150彼此间隔开。间隔件150可设置在矩形形状的第一基板110a和第二基板110b的每个角部上，并且可定位在第一基板110a与第二基板110b之间。在示例中，间隔件150可设置在矩形形状的第一基板110a或第二基板110b的第一边上的中央部分处。在示例中，间隔件150可设置在第一基板110a或第二基板110b的四条边上。因此，第二基板110可稳定地支撑在第一基板110a上。因此，可通过间隔件150在设置在第一基板110a的第一表面(或上表面)上的第一贴片120a与设置在第二基板110b的第二表面(或下表面)上的第二贴片120b之间形成间隙。由于介电常数为1的空气填充由间隙形成的空间，因此可降低片式天线100的总介电常数。
图5A至图5F是示出制造根据第一示例的片式天线的方法的工艺图。在图5A至5F中，单个片式天线被示出为被单独制造。然而，根据示例，在使用稍后描述的制造方法一体地形成多个片式天线之后，可使用切割工艺将多个一体地形成的片式天线分割成单独的片式天线。
参照图5A至图5F，制造根据示例的片式天线的方法在图5A中开始，在图5A中，设置第一基板110a和第二基板110b。然后，在图5B中，将通路孔VH形成为在厚度方向上贯穿第一基板110a，并且在图5C中，将导电膏涂覆到通路孔VH或用导电膏填充通路孔VH以形成馈电过孔131。导电膏可填充整个通路孔VH，或者可涂覆到通路孔VH的内表面以具有预定厚度。
参照图5D，在形成馈电过孔131之后，在第一基板110a和第二基板110b上印刷并固化导电膏或导电环氧树脂以在第一基板110a的第一表面上形成第一贴片120a、在第一基板110a的第二表面上形成馈电焊盘130和结合焊盘140、在第二基板110b的第二表面上形成第二贴片120b并且在第二基板110b的第一表面上形成第三贴片120c。
参照图5E，在第一基板110a的第一表面的边缘上厚膜印刷并固化导电膏或导电环氧树脂以形成间隔件150。
参照图5F，在形成间隔件150之后，在其中形成间隔件150的区域中额外地印刷导电膏或导电环氧树脂一次或更多次。在固化额外印刷的导电膏或导电环氧树脂之前，使第二基板110b与间隔件150压接。在固化设置在其中形成间隔件150的区域中的导电膏或导电环氧树脂之后，使用镀覆工艺在第一贴片120a、第二贴片120b、第三贴片120c、馈电焊盘130、馈电过孔131、结合焊盘140和间隔件150上形成保护层。保护层可防止第一贴片120a、第二贴片120b、第三贴片120c、馈电焊盘130、馈电过孔131、结合焊盘140和间隔件150的氧化。然后，可使用切割工艺使多个一体形成的片式天线分离以制造单独的片式天线。
图6A是根据第二示例的片式天线的透视图，图6B是图6A中的片式天线的侧视图，并且图6C是图6A中的片式天线的截面图。由于根据第二示例的片式天线与根据第一示例的片式天线类似，因此将省略重复的描述，并且描述将集中于它们之间的差异。
根据第一示例的片式天线100的第一基板110a和第二基板110b可被布置为通过间隔件150彼此间隔开，而根据第二示例的片式天线100的第一基板110a和第二基板110b可通过结合层155彼此结合。第二示例的结合层155可被解释为设置在由第一示例的第一基板110a与第二基板110b之间的间隙形成的空间中。
结合层155形成为覆盖第一基板110a的第一表面和第二基板110b的第二表面，因此，可使第一基板110a和第二基板110b完全地结合。作为示例，结合层155可利用聚合物形成，但不限于此。作为示例，聚合物可包括聚合物片。结合层155可具有比第一基板110a和第二基板110b的介电常数低的介电常数。作为示例，结合层155可在28GHz下具有2至3的介电常数，并且可具有50μm至200μm的厚度。
图7A至图7F示出了制造根据第二示例的片式天线的方法的工艺图。
参照图7A至图7F，制造根据示例的片式天线的方法开始于图7A，在图7A中，设置第一基板110a和第二基板110b。然后，在图7B中，将通路孔VH形成为在厚度方向上贯穿第一基板110a，并且在图7C中，将导电膏涂覆到通路孔VH或用导电膏填充通路孔VH。因此，形成馈电过孔131。导电膏可填充整个通路孔VH，或者可涂覆到通路孔VH的内表面以具有预定厚度。
参照图7D，在形成馈电过孔131之后，在第一基板110a和第二基板110b上印刷并固化导电膏或导电环氧树脂以在第一基板110a的第一表面上形成第一贴片120a、在第一基板110a的第二表面上形成馈电焊盘130和结合焊盘140、并且在第二基板110b的第二表面上形成第二贴片120b、并且在第二基板110b的第一表面上形成第三贴片120c。然后，使用镀覆工艺在第一贴片120a、第二贴片120b、第三贴片120c、馈电焊盘130、馈电过孔131和结合焊盘140上形成保护层。保护层可防止第一贴片120a、第二贴片120b、第三贴片120c、馈电焊盘130、馈电过孔131和结合焊盘140的氧化。
在图7E中，在形成保护层之后，形成结合层155以覆盖第一基板110a的第一表面。
在图7F中，在形成结合层155之后，对第二基板110b和第一基板110a施压。在结合层155固化之后，可使用切割工艺分割多个一体形成的片式天线以制造单独的片式天线。
图8A是根据第三示例的片式天线的透视图，并且图8B是图8A中的片式天线的截面图。由于根据第三示例的片式天线与根据第一示例的片式天线类似，因此将省略重复的描述，并且描述将集中于它们之间的差异。
根据第一示例的片式天线100的第一基板110a和第二基板110b可布置成通过间隔件150彼此间隔开，而根据第三示例的片式天线100的第一基板110a和第二基板110b可利用介于第一基板110a和第二基板110b之间的第一贴片120a彼此结合。
具体地，第一贴片120a可设置在第一基板110a的第一表面上，并且第二贴片120b可设置在第二基板110b的第一表面上。设置在第一基板110a的第一表面上的第一贴片120a可结合到第二基板110b的第二表面。因此，第一贴片120a可介于第一基板110a和第二基板110b之间。
图9A至图9E示出了制造根据第三示例的片式天线的方法的工艺图。
参照图9A至图9E，制造根据示例的片式天线的方法开始于图9A，在图9A中，设置第一基板110a和第二基板110b。然后，在图9B中，将通路孔VH形成为在厚度方向上贯穿第一基板110a，并且在图9C中，将导电膏涂覆到通路孔VH或用导电膏填充通路孔VH以形成馈电过孔131。导电膏可填充整个通路孔VH，或者可涂覆到通路孔VH的内表面以具有预定厚度。
参照图9D，在形成馈电过孔131之后，在第一基板110a和第二基板110b上印刷并固化导电膏或导电环氧树脂以在第一基板110a的第一表面上形成第一贴片120a、在第一基板110a的第二表面上形成馈电焊盘130和结合焊盘140并且在第二基板110b的第一表面上形成第二贴片120b。
然后，在图9E中，在其中形成第一贴片120a的区域上额外地印刷导电膏或导电环氧树脂一次或更多次，并且在额外地印刷的导电膏或导电环氧树脂固化之前，使第二基板110b与第一贴片120a压接。
在第一贴片120a固化之后，通过实施镀覆工艺在第二贴片120b、馈电焊盘130、馈电过孔131和结合焊盘140上形成保护层。保护层可防止第二贴片120b、馈电焊盘130、馈电过孔131和结合焊盘140的氧化。然后，可使用切割工艺分割多个一体形成的片式天线以制造单独的片式天线。
图10是其上安装有根据示例的片式天线模块的便携式终端的透视图。
参照图10，根据示例的片式天线模块1可设置为与便携式终端的边缘相邻。例如，片式天线模块1可设置为面对便携式终端的在长度方向上的一侧或便携式终端的在宽度方向上的一侧。在本示例中，阐述了片式天线模块设置在便携式终端的在长度方向上的两侧以及便携式终端的在宽度方向上的一侧。本示例不限于此，并且当便携式终端的内部空间不足时，根据需要，可改变片式天线模块的布置结构以具有各种形状，诸如其中仅两个片式天线模块设置在便携式终端的对角线方向上的结构等。通过片式天线模块1的片式天线辐射的RF信号可在便携式终端(例如，诸如手机或智能手机的移动终端)的厚度方向上辐射。通过片式天线模块1的端射天线辐射的RF信号可沿垂直于便携式终端的在长度方向上的一侧的方向或可沿垂直于便携式终端的在宽度方向上的一侧的方向辐射。
根据示例，在根据传统贴片天线的多层基板中以图案形式实现的贴片天线可按照片形式实现，以显著减少其上安装片式天线的基板的层数。可减小片式天线模块的制造成本和体积。
根据示例，可通过混合介电物质和磁性物质来实现设置有片式天线的基板，以改善片式天线的特性并实现片式天线的小型化。
虽然本公开包括具体示例，但是在理解本申请的公开内容之后将明显的是，在不脱离权利要求及其等同物的精神和范围的情况下，可在这些示例中做出形式上和细节上的各种改变。在此描述的示例将仅被认为是描述性的意义，而不是出于限制的目的。每个示例中的特征或方面的描述将被认为是可适用于其他示例中的类似的特征或方面。如果以不同的顺序执行描述的技术，和/或如果以不同的方式组合描述的系统、架构、装置或电路中的组件和/或用其他组件或它们的等同物替换或补充描述的系统、架构、装置或电路中的组件，则可获得合适的结果。因此，本公开的范围不由具体实施方式限定，而是由权利要求及其等同物来限定，并且在权利要求及其等同物的范围内的所有变型将被解释为包括在本公开中。

Claims (17)

1.一种片式天线，包括：
第一基板；
第二基板，与所述第一基板叠置；
第一贴片，设置在所述第一基板的第一表面上；
第二贴片，设置在所述第二基板上；
至少一个馈电过孔，在厚度方向上贯穿所述第一基板，并且被配置为向所述第一贴片提供馈电信号；以及
结合焊盘，设置在所述第一基板的第二表面上，
其中，所述第一基板包括介电物质和磁性物质。
2.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述第一贴片为馈电贴片，并且所述第二贴片为辐射贴片。
3.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述介电物质包含陶瓷。
4.根据权利要求3所述的片式天线，其中，所述陶瓷包括CaTiO3。
5.根据权利要求3所述的片式天线，其中，所述磁性物质包括M型六角铁氧体。
6.根据权利要求5所述的片式天线，所述M型六角铁氧体包括BaM六角铁氧体和SrM六角铁氧体中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述介电物质在所述第一基板中的含量小于5wt％。
8.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述磁性物质在所述第一基板中的含量大于95wt％。
9.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述第二基板包括介电物质和磁性物质。
10.根据权利要求9所述的片式天线，其中，所述第二基板包括与所述第一基板的材料相同的材料。
11.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述第一基板的厚度对应于所述第二基板的厚度的两倍至三倍。
12.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述第一基板具有150μm至500μm的厚度。
13.根据权利要求1所述的片式天线，其中，所述第二基板具有50μm至200μm的厚度。
14.根据权利要求1所述的片式天线，所述片式天线还包括：
间隔件，设置在所述第一基板和所述第二基板之间。
15.根据权利要求1所述的片式天线，所述片式天线还包括：
结合层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间。
16.根据权利要求15所述的片式天线，其中，所述结合层具有比所述第一基板的介电常数和所述第二基板的介电常数低的介电常数。
17.一种片式天线，包括：
第一基板，包括介电物质和磁性物质；
第二基板，与所述第一基板叠置；以及
结合层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间，
其中，所述结合层的介电常数低于所述第一基板的介电常数和所述第二基板的介电常数。
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