CN112490685B - 天线封装结构及封装方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了天线封装结构及封装方法。该天线封装结构包括：基板，其第一表面具有凹陷结构；反射面，设置于凹陷结构内，具有一聚焦点，反射面为金属材料；天线，设置于第一表面并位于聚焦点处。该天线封装结构能够利用反射面将来自不同方向的信号汇聚至天线，或者利用反射面将来自将天线的信号向不同方向发射，扩大了天线收发信号的角度并增强了天线收发信号的强度。

Description

天线封装结构及封装方法

技术领域

本公开涉及天线封装装置技术领域，具体涉及天线封装结构及封装方法。

背景技术

随着人们对移动网络的依赖以及无线通讯技术的演进，可用的频带范围越来越有限。在第五代移动通讯(5th generation mobile networks，5G)中，业界已注意到毫米波(Millimeter Wave)这一重要因素。相对于现行常用的2.4GHz与5GHz等有限频带，毫米波对应的30-300GHz频带则是相对充裕且干净的，其天线设计可以更加微小化，有利于提升产品的便携性。

在现有的通讯设备中，平板天线(或者称之为贴片天线)通常被设计为向单一方向辐射信号，具有一定的收发角度。如果在天线收发角度之外发射或者接受信号，则信号强度会显著衰减，影响通讯效果。

因此，有必要提出一种新的天线技术方案。

发明内容

本公开提供了天线封装结构及封装方法。

第一方面，本公开提供了一种天线封装结构，包括：

基板，其第一表面具有凹陷结构；

反射面，设置于所述凹陷结构内，具有一聚焦点，所述反射面为金属材料；

天线，设置于所述第一表面并位于所述聚焦点处。

在一些可选的实施方式中，所述天线封装结构还包括：

封装材料，设置于所述反射面和所述天线之间，所述封装材料为低介电常数/耗散因数材料。

在一些可选的实施方式中，所述基板上还设置有馈入部，所述馈入部将所述天线和所述基板电连接。

在一些可选的实施方式中，所述馈入部为刚性材料，所述馈入部穿过所述反射面并支撑所述天线。

在一些可选的实施方式中，所述馈入部周围为空腔。

在一些可选的实施方式中，所述馈入部周围设置有低介电常数/耗散因数材料。

在一些可选的实施方式中，所述天线与所述基板上的信号传输部相对设置，以通过耦合方式传输信号。

在一些可选的实施方式中，所述信号传输部和所述天线之间设置有低介电常数/耗散因数材料。

在一些可选的实施方式中，所述反射面具有阶梯状结构。

在一些可选的实施方式中，所述阶梯状结构由至少两个第一介电层形成。

在一些可选的实施方式中，所述反射面接地。

在一些可选的实施方式中，所述基板上设置有至少两个天线以及对应的反射面，所述至少两个天线中的部分天线用作发射天线，部分天线用作接收天线。

在一些可选的实施方式中，所述基板的两个表面均设置有反射面以及对应的天线。

在一些可选的实施方式中，所述天线用作接收天线。

第二方面，本公开提供了一种封装方法，包括：

提供一载体；

在所述载体上设置至少两个第一介电层，并通过所述至少两个第一介电层形成凹陷结构；

在所述凹陷结构处形成反射面，其中，所述反射面具有聚焦点；

在所述至少两个第一介电层的最上层表面设置第二介电层，并在所述第二介电层表面设置天线，其中，所述天线位于所述聚焦点处；

去除所述载体。

在一些可选的实施方式中，所述在所述载体上设置至少两个第一介电层，并通过所述至少两个第一介电层形成凹陷结构，包括：

在所述载体上依次设置两个第一介电层；

在所述两个第一介电层上形成所述凹陷结构。

在一些可选的实施方式中，所述在所述两个第一介电层上形成所述凹陷结构，包括：

通过控制光刻能量，在不同的水平位置形成不同的光刻深度，形成所述凹陷结构。

在一些可选的实施方式中，所述在所述凹陷结构处形成反射面，包括：

在所述凹陷结构处电镀金属，以形成所述反射面。

在一些可选的实施方式中，所述在第二介电层表面设置天线，包括：

在第二介电层表面形成金属电镀层；

对所述金属电镀层进行图案化处理，得到所述天线。

在一些可选的实施方式中，所述第二介电层为低介电常数/耗散因数材料。

为了解决现有技术中贴片天线收发角度存在限制的问题，本公开提供的天线封装结构及封装方法，在基板的凹陷结构内设置反射面，并将天线设置于凹陷结构的聚焦点处，能够利用反射面将来自不同方向的信号汇聚至天线，或者利用反射面将来自将天线的信号向不同方向发射，扩大了天线收发信号的角度并增强了天线收发信号的强度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明第一实施例的天线封装结构的示意图；

图2是根据本发明第二实施例的天线封装结构的示意图；

图3是根据本发明第三实施例的天线封装结构的示意图；

图4是根据本发明第四实施例的天线封装结构的示意图；

图5-图11是根据本发明实施例的天线封装结构的制作流程的示意图。

符号说明：

1 天线 11 第一天线

12 第二天线 2 反射面

3 基板 4 封装材料

5 信号传输部 6 馈入部

7 导线 81 载体

82 第三介电层 83 第一个第一介电层

84 第二个第一介电层 85 第二介电层

具体实施方式

下面结合附图和实施例对说明本公开的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本公开所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本公开可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本公开所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本公开所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本公开可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本公开可实施的范畴。

另外，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

请参见图1，图1是根据本发明第一实施例天线封装结构的示意图。如图1所示，该天线封装结构包括基板3、反射面2和天线1。

基板3的第一表面(即图1中的上表面)具有凹陷结构。在图1中，若去除基板3上表面的天线1和封装材料4，可见基板3的裸露表面具有向下凹陷的部分，即为凹陷结构。该凹陷结构整体为上宽下窄的碗状结构。该凹陷结构的水平截面可以是圆形，也可以是椭圆形、方形等。

反射面2设置于基板3的凹陷结构内。反射面2的材料可以是金属，也可以是其他能够反射信号的材料。

在一个例子中，反射面2可以铺设在凹陷结构的内表面。例如，可以在凹陷结构的内表面电镀金属，从而形成反射面2。容易理解，反射面2和凹陷结构的内表面具有相对应的形状。

与凹陷结构的形状相对应，反射面2整体亦为上宽下窄的碗状结构。此外，为了设置信号传输部5，反射面2的底部为开放而非封闭的，以便使天线1中的信号能够通过耦合方式传输至信号传输部5，或者使信号传输部5中的信号通过耦合方式传输至天线1。

由于图1中对封装结构进行了剖切，因此反射面2包括了左侧部分和右侧部分。容易理解，图1中反射面2的左侧部分和右侧部分属于同一整体。

反射面2具有一聚焦点。在反射面2是标准抛物面的情况下，该聚焦点可以是该标准抛物面的焦点。在反射面2不是标准抛物面(例如近似为抛物面，但其表面呈阶梯状而非平滑曲面)的情况下，该聚焦点可以是与反射面2近似的抛物面的焦点。

还可以通过反射面2对信号的汇聚作用确定聚焦点，例如，如果反射面2能够将信号的大部分(例如80％以上)能量汇聚至某一有限的空间，则该空间即为反射面2的聚焦点。

天线1设置于基板3的第一表面，并位于反射面2的聚焦点处。在图1中，反射面2的上方填充有封装材料4，天线1设置在封装材料4的上表面。天线1所在位置为反射面2的聚焦点。

在图1中，信号的传输路径如图中虚线所示，来自上方的信号经反射面2的反射，汇聚至天线1，再由天线1传输至信号传输部5。图1中的信号来自正上方，容易理解，对于来自斜上方的信号，反射面2也可以将其汇聚至天线1，再由天线1传输至信号传输部5，从而获得良好的信号接收效果。

上述信号传输路径是基于信号接收过程进行描述的，容易理解，信号发射过程的传输路径相对于信号接收过程的传输路径只有传输方向上的差别，这里不再赘述。

本实施例中的天线封装结构，在基板的凹陷结构内设置反射面，并将天线设置于凹陷结构的聚焦点处，能够利用反射面将来自不同方向的信号汇聚至天线，或者利用反射面将来自将天线的信号向不同方向发射，扩大了天线收发信号的角度并增强了天线收发信号的强度。

在图1中，天线1与基板3上的信号传输部5相对设置。天线1和信号传输部5之间以通过耦合方式传输信号。

在图1中，反射面2和天线1之间设置有封装材料4。封装材料4可以是低介电常数/耗散因数材料。借助低介电常数/耗散因数材料，可以减少信号衰减，提高信号强度。

在图1中，反射面2具有阶梯状结构。如图1所示，反射面2的左侧部分或右侧部分并非平滑曲线，而是阶梯状的折线。上述阶梯状的折线对应于空间上的阶梯状结构。与凹陷结构的形状类似，该阶梯状结构整体亦为上宽下窄的碗状结构，其水平截面可以是圆形、椭圆形、方形等。

通过将反射面2设计为阶梯状结构，可以便于对反射面2及半导体封装结构进行加工制造。

上述阶梯状结构可以由两个或两个以上的第一介电层形成。在封装结构的制造过程中，可以逐个设置第一介电层并对其进行加工。如此，可以进一步降低反射面2及半导体封装结构的加工制造难度。

在一个例子中，反射面2接地，以起到良好的反射信号的作用。

在一个例子中，天线1用作接收天线，相对于现有的接收天线能够获得更大的接收角度和接收强度。

图2是根据本发明第二实施例的天线封装结构的示意图。该实施例与第一实施例的区别在于，在该实施例中，天线1上的信号通过馈入部6传输至基板3。

在图2中，基板3上还设置有馈入部6。馈入部6的一端(即图2中的上端)与天线1电连接，馈入部6的另一端(即图2中的下端)与基板3电连接。馈入部6采用导电材料制成。因此，馈入部6能够将天线1和基板3电连接。

在该实施例中，与第一实施例类似，来自天线封装结构上方的信号经反射面2的反射，汇聚至天线1。之后，天线1中的信号通过馈入部6直接传输至基板3的电路中，而非通过耦合方式传输至基板3。

该实施例中的天线封装结构能够实现与第一实施例中的天线封装结构类似的技术效果，这里不再赘述。

图3是根据本发明第三实施例的天线封装结构的示意图。该实施例与第二实施例的区别在于，在该实施例中，馈入部6的周围为空腔，不设置封装材料。

在图3中，馈入部6的一端(即图3中的上端)与天线1电连接，馈入部6的另一端(即图3中的下端)与基板3电连接。馈入部6采用刚性材料制成，其穿过反射面2底部的开口并支撑天线1。

在图3中，由于馈入部6具有刚性，因此馈入部6能够支撑天线1，使天线1位于反射面2的聚焦点处。此外，由于天线1中的信号通过馈入部6直接传输至基板3，因此即使将馈入部周围的低介电常数/耗散因数材料去除，也不会影响信号的传输效果。

在一些可选的实施方式中，可以在馈入部6周围设置封装材料或者低介电常数/耗散因数材料，以便更好地支撑天线1，提升封装结构的稳固性。

该实施例中的天线封装结构能够实现与第一实施例中的天线封装结构类似的技术效果，这里不再赘述。

图4是根据本发明第四实施例的天线封装结构的示意图。该实施例与前述实施例的区别在于，在该实施例中，天线封装装置包括馈入部6，并且馈入部6不是与天线1直接连接，而是通过导线7与其连接。

在图4中，天线1包括第一天线11和第二天线12。第一天线11和第二天线12平行且相对，二者能够通过耦合方式传输信号。第一天线11位于反射面2的聚焦点处。馈入部6位于天线1的左侧。馈入部6的上端与第二天线12的上表面通过导线7电连接。

在该实施例中，与第一实施例类似，来自天线封装结构上方的信号经反射面2的反射，汇聚至第一天线11。之后，第一天线11中的信号通过耦合方式传输至第二天线12。第二天线12中的信号通过导线7传输至馈入部6，再通过馈入部6传输至基板3的电路中。

该实施例中的天线封装结构能够实现与第一实施例中的天线封装结构类似的技术效果，这里不再赘述。

此外，通过设置多个天线单元(例如第一天线11和第二天线12)，可以增大天线1的工作频带宽度。

在一些可选的实施方式中，可以在基板上设置两个或两个以上的天线以及对应的反射面，从而形成天线阵列。其中部分天线可以用作发射天线，部分天线可以用作接收天线。例如，可以采用SISO(Single-Input Single-Output，单输入单输出)的形式，可以采用SIMO(Single-Input Multi-Output，单输入多输出)的形式，可以采用MISO(Multiple-Input Single-Output，多输入单输出)的形式，还可以采用MIMO(Multi-input Multi-Output，多输入多输出)的形式。

在一些可选的实施方式中，可以在基板的两个表面均设置反射面以及对应的天线。即，可以在基板3的上表面设置至少一个反射面以及对应的天线，同时在基板3的下表面设置至少一个反射面以及对应的天线。如此，可以利用基板的两面进行信号的接收和/或发送，进一步提高信号收发的范围和效果。

图5-图11是根据本发明实施例的天线封装结构的制作流程的示意图。参见图5-图11，根据本发明实施例的天线封装结构的制作流程包括以下步骤：

首先，提供一载体。如图5所示，提供载体81。

其次，在载体上设置至少两个第一介电层，并通过至少两个第一介电层形成凹陷结构。如图9所示，在载体81上设置第一个第一介电层83和第二个第一介电层84。第一个第一介电层83和第二个第一介电层84共同形成凹陷结构。

再次，在凹陷结构处形成反射面，其中，反射面具有聚焦点。如图10所示，在第一个第一介电层83和第二个第一介电层84形成的凹陷结构的上表面电镀金属以形成反射面。

之后，在至少两个第一介电层的最上层表面设置第二介电层，并在第二介电层表面设置天线，其中，天线位于聚焦点处。如图11所示，在第二个第一介电层84的上层表面设置第二介电层85。

最后，去除载体。例如，将图11中的载体81去除，得到天线封装结构。

在一些可选的实施方式中，上述在载体上设置至少两个第一介电层，并通过至少两个第一介电层形成凹陷结构的步骤可以进一步包括：

首先，在载体上依次设置两个第一介电层。

具体来说，如图5和图6所示，可以先在载体81上设置第三介电层82。例如，可以通过涂布光刻胶、光刻、电镀铜、蚀刻等工艺在载体81上形成金属图案。在此基础上，可以设置第三介电层82(该第三介电层具有光化学敏感性)，通过光刻在第三介电层82上形成图案，通过物理气相沉积形成种子层，再通过涂布光刻胶、光刻、电镀铜、蚀刻等工艺形成基板上的线路。在此基础上，如图7和图8所示，可以在第三介电层82上先设置第一个第一介电层83，再设置第二个第一介电层84。

其次，在两个第一介电层上形成凹陷结构。

在一个例子中，可以通过以下方式形成凹陷结构：通过控制光刻能量，在不同的水平位置形成不同的光刻深度，进而得到凹陷结构。例如，在半径为R₁的圆形区域形成第一光刻深度H₁，在半径为R₂的圆形区域形成第二光刻深度H₂，在半径为R₃的圆形区域形成第三光刻深度H₃，其中，R₁＜R₂＜R₃，H₁＞H₂＞H₃。

在另外一个例子中，可以基于相同的光刻能量，通过调整光刻位置来形成凹陷结构。

在一些可选的实施方式中，可以通过以下方式在第二介电层表面设置天线：首先，在第二介电层表面形成金属电镀层。其次，对金属电镀层进行图案化处理，得到天线。上述图案化处理可以通过激光刻图等方式实现。

在一些可选的实施方式中，第二介电层可以为低介电常数/耗散因数材料。借助低介电常数/耗散因数材料，可以减少信号衰减，提高信号强度。

借助上述制造方法可以得到前述实施例中的天线封装结构，能够实现类似的技术效果，这里不再赘述。

尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的艺术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修改都打算属于在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本公开。

Claims (7)

1.一种天线封装结构，包括：

基板，其第一表面具有凹陷结构，所述凹陷结构整体为上宽下窄的碗状结构；

反射面，设置于所述凹陷结构内，具有一聚焦点，所述反射面为金属材料；与凹陷结构的形状相对应，所述反射面整体为上宽下窄的碗状结构；所述反射面的底部为开放而非封闭的；

天线，设置于所述第一表面并位于所述聚焦点处；

所述天线与所述基板上的信号传输部相对设置，以通过耦合方式传输信号，所述信号传输部设置在所述反射面的底部。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其中，所述信号传输部和所述天线之间设置有低介电常数/耗散因数材料。

3.根据权利要求1所述的封装结构，所述反射面具有阶梯状结构，所述阶梯状结构由至少两个第一介电层形成。

4.一种天线封装结构，包括：

基板，其第一表面具有凹陷结构，所述凹陷结构整体为上宽下窄的碗状结构；

反射面，设置于所述凹陷结构内，具有一聚焦点，所述反射面为金属材料；所述反射面的底部为开放而非封闭的；

天线，设置于所述第一表面并位于所述聚焦点处；

所述基板上还设置有馈入部，所述馈入部将所述天线和所述基板电连接；

所述馈入部为刚性材料，所述馈入部穿过所述反射面并支撑所述天线；

所述馈入部周围为空腔，所述空腔由与所述凹陷结构的形状相对应的反射面形成，所述馈入部至少部分位于所述空腔内。

5.根据权利要求4所述的封装结构，其中，所述反射面具有阶梯状结构，所述阶梯状结构由至少两个第一介电层形成。

6.一种封装方法，包括：

提供一载体；

在所述载体上设置至少两个第一介电层，并通过所述至少两个第一介电层形成凹陷结构和信号传输部；所述通过所述至少两个第一介电层形成凹陷结构，包括：通过控制光刻能量，在不同的水平位置形成不同的光刻深度，形成所述凹陷结构，所述凹陷结构整体为上宽下窄的碗状结构；

在所述凹陷结构处形成反射面，其中，所述反射面具有聚焦点；与凹陷结构的形状相对应，所述反射面整体为上宽下窄的碗状结构；所述反射面的底部为开放而非封闭的；所述信号传输部位于所述反射面的底部；

在所述至少两个第一介电层的最上层表面设置第二介电层，并在所述第二介电层表面设置天线，其中，所述天线位于所述聚焦点处，所述天线与所述信号传输部相对，所述第二介电层为低介电常数/耗散因数材料；

去除所述载体。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述在所述第二介电层表面设置天线，包括：

在所述第二介电层表面形成金属电镀层；

对所述金属电镀层进行图案化处理，得到所述天线，并使所述天线与所述信号传输部相对设置，以通过耦合方式传输信号。

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