CN112531339A - 一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线 - Google Patents
一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112531339A CN112531339A CN202011448695.1A CN202011448695A CN112531339A CN 112531339 A CN112531339 A CN 112531339A CN 202011448695 A CN202011448695 A CN 202011448695A CN 112531339 A CN112531339 A CN 112531339A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antenna
- fan
- millimeter wave
- circular patch
- patch antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 title claims description 6
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 claims abstract description 20
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 53
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 53
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 53
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 11
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 10
- 239000005022 packaging material Substances 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 16
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 7
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
本发明提供一种基于Fan‑out封装工艺的毫米波宽带封装天线,包括封装组件、与封装组件通过球栅阵列连接的微波介质板、位于封装组件内的芯片组件和重布线层以及位于重布线层内的天线组件,所述芯片组件包括硅基芯片,所述天线组件包括圆形贴片天线和馈电结构,所述圆形贴片天线上刻有单边圆弧矩形缺口和扇形缺口,所述单边圆弧矩形缺口的中心线与扇形缺口的中心线在一条直线上,所述馈电结构的一端插入单边圆弧矩形缺口,另一端连接硅基芯片的端口。本发明通过对圆形贴片天线的改进,实现了宽带特性,解决了毫米波封装天线窄带特性的问题。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波封装天线技术领域,具体是一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线。
背景技术
随着晶圆级封装(Wafer LevelPackaging,WLP)技术的发展,利用WLP技术可以有效实现异构设备的嵌入,包括基带处理器、射频收发器和电源管理IC等。按照结构和制作工艺的不同,WLP技术大致可以分为两类:扇入型WLP(Fan-in WLP)和扇出型WLP(Fan-outWLP)。Fan-in WLP的特征是引脚局限在芯片的尺寸轮廓内,由于芯片面积较小,而为了保证倒装后凸点的可靠性以及方便PCB的布线设计,凸点的尺寸必须满足一定要求,因此,在Fan-in WLP技术中,芯片上可制作的凸点数目受到很大限制,这也使得Fan-in WLP技术仅适用于I/O数目较少的芯片。后来为了适应更多I/O数目的芯片结构以及提高封装的可靠性,在Fan-in WLP的基础上衍生发展了Fan-out WLP技术,该技术实际是对芯片封装尺寸的一种折中。
嵌入式晶圆级球栅阵列(Embedded Wafer Level Ball Grid Array,eWLB)作为WLP技术的代表,在晶圆级封装工艺中得到广泛的研究和利用。采用eWLB封装工艺的优点总结如下:更小及更薄的封装,良好的电性能和热特性;采用批次加工和简单供应链的低成本路径;与任何基于叠层封装比较,由于寄生参量低而对射频和混合信号极为有利;适合高频应用;在重布线层(RDL)中很容易实现高密度布线。
随着现代通信系统对数据传输速率的需求日益增长,原本有限的微波频段无法满足日常需求,毫米波频段逐渐引起各个领域专家的注意。相比微波频段,毫米波频段具有导波波长短、工作频谱宽等优点,因此毫米波天线具有小尺寸、强辐射性能等特点。
天线是使无线通信和探测成为可能的基本组件。天线以分立或集成的形式制造。分立天线包括金属设计、陶瓷芯片、导电材料金属化的成型零件等。集成天线包括片上天线(AoC)和封装天线(AiP)结构。AoC技术利用芯片的后端将天线(或多个天线)与晶圆上的其他电路集成在一起。由于成本和性能原因,它更适合太赫兹(THz)应用。AiP技术将带无线电或雷达模块的天线(或多个天线)实现为标准的表面安装设备。AiP技术现在被芯片制造商广泛应用于60GHz无线电和手势雷达,还应用于77GHz和79GHz的汽车雷达、94GHz的相控阵、122GHz和160GHz的传感器以及300GHz的无线链路。由此可见,AiP技术已经成为各种毫米波应用的主流天线和封装技术。
封装天线技术(AiP)是基于封装材料和工艺,将三维多芯片组件和射频天线集成在一起的技术,其目的是实现系统级通信的小型化设计。通过在天线周围集成封装腔体,其内部装贴多芯片组件,能够实现天线与射频芯片的集成设计,降低了系统的整体尺寸,芯片信号引脚透过介质基板连接到PCB板,缩短了互连线长度,在保证天线和芯片能够正常工作的前提下,减小了系统体积,并且能够与射频前端电路共同工作。
天线宽带的实现条件,一是多辐射技术,一个或多个大小相当的寄生贴片堆叠在主辐射贴片上,从而形成整体宽频带响应;二是耦合馈电增强技术,馈线用于电磁馈电辐射贴片上,通过接近耦合或孔径耦合;三是电抗补偿技术,对于在厚基片上设计的贴片天线,可以补偿长探头引起的等效电感,或通过电容间隙、U型槽、L型探针、E型贴片等在主辐射引起的谐振附近出现一个或多个额外的辐射谐振。
传统的封装天线主要有偶极子天线、折叠偶极子天线、菱形天线、矩形天线、蝶形天线等天线类型,实现了封装天线的相关性能。Christopher Beck提出了一种集成在嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装中的60GHz雷达的偶极子天线,并且设计了一个单端口的偶极子天线阵列,在60GHz时相对带宽为16.67%;Alexander Fischer提出了一种基于嵌入式晶圆级球栅阵列(eWLB)封装中的77GHz雷达的折叠偶极子天线,实现了在77GHz时相对带宽达到10.39%;Abouzar Hamidipour提出了一种适用于77GHz雷达的菱形封装天线,但是并未给出阻抗带宽;Ismail Nasr提出了一种用于60GHz雷达的四端口矩形封装天线,在60GHz时相对带宽达到15%;Faisal Ahmed提出了一种工作在D波段和J波段频率范围内的宽带蝶形封装天线,实现了在120GHz和240GHz时相对带宽分别达到20.83%和41.67%。
上述文献,尽管已经证明了采用eWLB封装的天线具有良好的方向性,但是在阻抗匹配带宽方面,仍未实现良好的宽带特性且上述天线类型大部分都是窄带谐振结构。
因此,如何设计基于晶圆级封装具有宽带特性的小型化天线单元结构,实现毫米波封装天线的宽带特性就成为亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有技术,本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现宽带特性的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线。
本发明的技术方案为:
一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,包括封装组件、与所述封装组件通过球栅阵列连接的微波介质板、位于所述封装组件内的芯片组件和重布线层以及位于所述重布线层内的天线组件,所述芯片组件包括硅基芯片,所述天线组件包括圆形贴片天线和馈电结构,所述圆形贴片天线上刻有单边圆弧矩形缺口和扇形缺口,所述单边圆弧矩形缺口的中心线与所述扇形缺口的中心线在一条直线上,所述馈电结构的一端插入所述单边圆弧矩形缺口,另一端连接所述硅基芯片的端口。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述天线组件还包括一对耦合凹臂,所述一对耦合凹臂以所述扇形缺口的中心线所在直线为对称轴环绕分布在圆形贴片天线的外侧。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述耦合凹臂含有平底部和围绕所述平底部设置的两个侧壁部,其中一个侧壁部上增设有矩形枝节部。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述馈电结构采用四分之一波长渐变传输线阻抗匹配变换器。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述重布线层内布置有矩形环,所述天线组件设置在所述矩形环内侧,所述硅基芯片的端口为共面波导端口,其两端地均与所述矩形环连接。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述封装组件由背面保护层、玻璃塑封材料层和钝化层依次叠加设置而成,所述芯片组件和重布线层均位于玻璃塑封材料层内,所述钝化层通过球栅阵列与微波介质板连接;所述背面保护层选用介电常数为3.5、损耗角正切值为0.0067的背面保护层,所述玻璃塑封材料层选用介电常数为5、损耗角正切值为0.011的玻璃塑封材料层,所述钝化层选用介电常数为2.8、损耗角正切值为0.02的钝化层。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述微波介质板采用Rogers3003板材制作而成,所述微波介质板选用介电常数为3.06、损耗角正切值为0.01、厚度为0.127mm的微波介质板;所述微波介质板的顶部和底部均覆设有厚度为0.018mm的铜金属层,顶部的铜金属层用作圆形贴片天线的反射板,底部的铜金属层接地。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述圆形贴片天线的尺寸满足以下条件:
其中,r表示圆形贴片天线的半径,k表示n阶贝塞尔函数的根,c表示自由空间中的光速,f表示圆形贴片天线的中心频率,εr表示微波介质板的介电常数。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述耦合凹臂的尺寸满足以下条件:
L1+L2+L3=0.5λ1
Gap=0.018λ
其中,L1、L2、L3分别表示耦合凹臂的平底部、侧壁部、矩形枝节部的长度,W1、W2、W3分别表示耦合凹臂的平底部、侧壁部、矩形枝节部的宽度,Z1、Z2、Z3分别表示耦合凹臂的平底部、侧壁部、矩形枝节部的特征阻抗,d表示微波介质板的厚度,c表示自由空间中的光速,λ1表示耦合凹臂的谐振频率f1对应的自由空间中的波长,λ表示圆形贴片天线的中心频率f对应的自由空间中的波长,Gap表示圆形贴片天线与耦合凹臂的平底部的最小间距,A1、A2、A3表示中间变量,εr表示微波介质板的介电常数。
所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,所述矩形环的尺寸满足以下条件:
Lm=1.375λ
Wm=λ
其中,Lm、Wm分别表示矩形环的长度、宽度,λ表示圆形贴片天线的中心频率f对应的自由空间中的波长,c表示自由空间中的光速。
本发明的有益效果为:
(1)本发明通过对圆形贴片天线的改进,即在圆形贴片天线上刻出一个扇形缺口,在圆形贴片天线原来只有一个自由度即半径的基础上,灵活地增加了另一个自由度即扇形缺口的角度,不仅圆形贴片天线的中心频率可以由两个自由度共同控制,还可以使圆形贴片天线在高频处产生一个谐振点,从而拓宽了封装天线的阻抗带宽。
(2)本发明通过采用四分之一波长渐变传输线阻抗匹配变换器作为馈电结构,实现了硅基芯片的端口与圆形贴片天线之间的低反射系数的阻抗匹配,通过使用插入式馈电,在圆形贴片天线的中心频率处回波损耗更小,通过调节单边圆弧矩形缺口的长度和宽度,可以更易实现硅基芯片的端口与圆形贴片天线的匹配。
(3)本发明通过在重布线层内设置矩形环,避免了能量损耗;通过在微波介质板的顶部设置铜金属层,用作圆形贴片天线的反射板,提高了圆形贴片天线的增益。
(4)本发明在圆形贴片天线两边加载了一对耦合凹臂,在原有谐振的基础上,在高频处又增加了一个谐振点,进一步拓宽了封装天线的阻抗带宽;通过对耦合凹臂的改进,即在平底部和侧壁部的基础上又增加了一个矩形枝节部,通过对平底部、侧壁部和矩形枝节部的长度和宽度的优化,实现了对馈电结构的高阶谐振点的匹配,又进一步拓宽了封装天线的阻抗带宽,实现了封装天线的宽带特性。
(5)本发明实现的阻抗带宽为69.4GHz-117.1GHz,在77GHz时相对带宽为61.95%,这是目前所知的封装天线中带宽最宽的,涵盖了整个W波段(75GHz-110GHz)。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的结构示意图;
图2是本发明具体实施方式的结构侧视图;
图3是本发明具体实施方式的局部结构平面示意图;
图4是本发明具体实施方式的等效电路示意图;
图5是本发明具体实施方式的耦合凹臂平底部取不同宽度时的S参数比较图;
图6是本发明具体实施方式的耦合凹臂平底部取不同长度时的S参数比较图;
图7是本发明具体实施方式的耦合凹臂侧壁部取不同宽度时的S参数比较图;
图8是本发明具体实施方式的圆形贴片天线与耦合凹臂平底部的最小间距取不同值时的S参数比较图;
图9是本发明具体实施方式的圆形贴片天线上的扇形缺口取不同角度时的S参数比较图;
图10是本发明具体实施方式的圆形贴片天线上的单边圆弧矩形缺口取不同宽度时的S参数比较图;
图11是本发明具体实施方式的圆形贴片天线中心频率为77GHz时在xz、yz面上的辐射方向图;
图12是封装天线结构中圆形贴片天线、圆扇形贴片天线(即刻有扇形缺口的圆形贴片天线)和带有凹臂的圆扇形贴片天线(即本发明具体实施方式的刻有扇形缺口并加载了耦合凹臂的圆形贴片天线)的S参数比较图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1、图2所示,一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,包括由背面保护层1、玻璃塑封材料层2、第一钝化层3和第二钝化层4依次叠加设置而成的封装组件、与第二钝化层4通过球栅阵列5连接的微波介质板6、位于玻璃塑封材料层2内的芯片组件和重布线层(RDL)以及位于重布线层内的矩形环7和天线组件。芯片组件包括二氧化硅芯片保护层8和位于其中的硅基芯片9。
天线组件设置在矩形环7内侧,包括圆形贴片天线10、馈电结构11和一对耦合凹臂12。圆形贴片天线10上刻有单边圆弧矩形缺口101和扇形缺口102,单边圆弧矩形缺口101的中心线与扇形缺口102的中心线在一条直线上。馈电结构11的一端插入单边圆弧矩形缺口101,另一端连接硅基芯片9的端口。硅基芯片9的端口引出的信号线为共面波导结构,对应的硅基芯片9的端口为共面波导端口,其两端地均与矩形环7连接,将信号束缚在矩形环7内,避免能量损耗。毫米波信号从硅基芯片9的端口输出,通过圆柱13垂直过渡到重布线层,再经过圆形贴片天线10辐射出去。
馈电结构11采用四分之一波长渐变传输线阻抗匹配变换器。一对耦合凹臂12以扇形缺口102的中心线所在直线为对称轴环绕分布在圆形贴片天线10的外侧。耦合凹臂12含有平底部121和围绕平底部121设置的两个侧壁部122,其中一个侧壁部122上增设有矩形枝节部123。
微波介质板6的顶部和底部均覆设有厚度为0.018mm的铜金属层,顶部的铜金属层14用作圆形贴片天线10的反射板,提高圆形贴片天线10的增益,底部的铜金属层15接地。第二钝化层4与球栅阵列5之间通过焊盘16连接,球栅阵列5与微波介质板6之间也通过焊盘16连接。封装组件通过球栅阵列5连接到微波介质板6,实现了将信号从硅基芯片9的端口传输到微波介质板6上。
背面保护层1的介电常数为3.5、损耗角正切值为0.0067。玻璃塑封材料层2的介电常数为5、损耗角正切值为0.011。第一钝化层3和第二钝化层4的介电常数为2.8、损耗角正切值为0.02。微波介质板6采用Rogers3003板材制作而成。微波介质板6的介电常数为3.06、损耗角正切值为0.01、厚度为0.127mm。
圆形贴片天线10的尺寸满足以下条件:
其中,r表示圆形贴片天线10的半径,k表示n阶贝塞尔函数的根,c表示自由空间中的光速,f表示预先设定的圆形贴片天线10的中心频率,εr表示微波介质板6的介电常数。
如图3所示,矩形环7的尺寸满足以下条件:
Lm=1.375λ
Wm=λ
其中,Lm、Wm分别表示矩形环7的长度、宽度,λ表示圆形贴片天线10的中心频率f对应的自由空间中的波长。
耦合凹臂12的尺寸满足以下条件:
L1+L2+L3=0.5λ1
Gap=0.018λ
其中,L1、L2、L3分别表示耦合凹臂12的平底部121、侧壁部122、矩形枝节部123的长度,W1、W2、W3分别表示耦合凹臂12的平底部121、侧壁部122、矩形枝节部123的宽度,Z1、Z2、Z3分别表示耦合凹臂12的平底部121、侧壁部122、矩形枝节部123的特征阻抗,d表示微波介质板6的厚度,c表示自由空间中的光速,f1表示预先设定的耦合凹臂12的谐振频率,此处设为90GHz,λ1表示耦合凹臂12的谐振频率f1对应的自由空间中的波长,Gap表示圆形贴片天线10与耦合凹臂12的平底部121的最小间距,A1、A2、A3表示中间变量,εr表示微波介质板6的介电常数。
如图4所示,L1和C1分别为圆形贴片天线10的等效电感和等效电容,Ls为在圆形贴片天线10上刻有扇形缺口102而增加的额外电感,L2和C2分别为耦合凹臂12的等效电感和等效电容,C3为耦合电容。
如图5所示,当耦合凹臂12的平底部121的宽度W1取值不同时,刻有扇形缺口102的圆形贴片天线10与耦合凹臂12的阻抗匹配变化明显,当W1变小时,其阻抗匹配更佳。
如图6所示,当耦合凹臂12的平底部121的长度L1取值不同时,耦合凹臂12的谐振频率变化明显,根据优化结果显示,当L1=1.4mm时,匹配更好。
如图7所示,当耦合凹臂12的侧壁部122的宽度W2取值不同时,刻有扇形缺口102的圆形贴片天线10与耦合凹臂12的阻抗匹配变化明显,当W2变小时,其阻抗匹配更佳。
如图8所示,当刻有扇形缺口102的圆形贴片天线10与耦合凹臂12的平底部121的最小间距Gap取不同值时,刻有扇形缺口102的圆形贴片天线10与耦合凹臂12的阻抗匹配变化明显,Gap越小,耦合电容越大,越易达到匹配。
如图9所示,圆形贴片天线10上的扇形缺口102的角度θ对圆形贴片天线10的谐振频率有影响,θ越大,谐振频率越往高频移动。
如图10所示,圆形贴片天线10上的单边圆弧矩形缺口101的宽度W4对刻有扇形缺口102的圆形贴片天线10与耦合凹臂12的阻抗匹配也有影响,根据优化结果显示,当W4=3.8mm时,其阻抗匹配更佳。
如图11所示,在谐振带宽内,本发明实施方式的封装天线方向图较为对称,增益为7dBi。
如图12所示,本发明实施方式的封装天线工作时,其阻抗带宽为69.4GHz-117.1GHz,在带宽内回波损耗S11均小于-10dB,相对带宽为61.95%,带宽远大于传统的封装天线带宽,显示出优良的带宽特性,解决了传统封装天线窄带特性的问题。
由于圆形贴片天线相较于矩形贴片天线而言,具有较低的辐射损耗和面积,本发明选择将圆形贴片天线作为基础结构来设计封装天线。本发明实施方式采用刻有扇形缺口102的圆形贴片天线10,圆形贴片天线10的表面电流在经过扇形缺口102时发生改变,表面电流沿着扇形缺口102的边缘流动,延长了表面电流的路径,使圆形贴片天线10在高频处产生一个谐振点,从而拓宽了封装天线的阻抗带宽。并且除了圆形贴片天线10的半径r之外,又增加了一个自由度即扇形缺口102的角度θ,通过合理控制r和θ,可以更好地控制圆形贴片天线10的谐振频率,更易实现对封装天线的设计。
本发明实施方式的馈电结构11采用四分之一波长渐变传输线阻抗匹配变换器进行硅基芯片9的端口与圆形贴片天线10的匹配,相比较于传统的四分之一波长阻抗匹配变换器,反射系数更小,更易实现匹配;且使用插入式馈电,在中心频率处的回波损耗更小;通过调节单边圆弧矩形缺口的长度L4和宽度W4,更易实现硅基芯片9的端口与圆形贴片天线10的匹配。
本发明实施方式利用耦合谐振器理论,在圆形贴片天线10两边加载了一对耦合凹臂12,在原有谐振的基础上,在高频处又增加了一个谐振点,进一步拓宽了封装天线的阻抗带宽,并且封装天线的物理尺寸也较小。通过对耦合凹臂12的改进,即在平底部121和侧壁部122的基础上又增加了一个矩形枝节部123,通过对平底部121、侧壁部122和矩形枝节部123的长度和宽度的优化,实现了对馈电结构11的高阶谐振点的匹配,又进一步拓宽了封装天线的阻抗带宽,实现了封装天线的宽带特性。
以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,包括封装组件、与所述封装组件通过球栅阵列连接的微波介质板、位于所述封装组件内的芯片组件和重布线层以及位于所述重布线层内的天线组件,所述芯片组件包括硅基芯片,其特征在于:所述天线组件包括圆形贴片天线和馈电结构,所述圆形贴片天线上刻有单边圆弧矩形缺口和扇形缺口,所述单边圆弧矩形缺口的中心线与所述扇形缺口的中心线在一条直线上,所述馈电结构的一端插入所述单边圆弧矩形缺口,另一端连接所述硅基芯片的端口。
2.根据权利要求1所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述天线组件还包括一对耦合凹臂,所述一对耦合凹臂以所述扇形缺口的中心线所在直线为对称轴环绕分布在圆形贴片天线的外侧。
3.根据权利要求2所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述耦合凹臂含有平底部和围绕所述平底部设置的两个侧壁部,其中一个侧壁部上增设有矩形枝节部。
4.根据权利要求1所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述馈电结构采用四分之一波长渐变传输线阻抗匹配变换器。
5.根据权利要求1所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述重布线层内布置有矩形环,所述天线组件设置在所述矩形环内侧,所述硅基芯片的端口为共面波导端口,其两端地均与所述矩形环连接。
6.根据权利要求1所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述封装组件由背面保护层、玻璃塑封材料层和钝化层依次叠加设置而成,所述芯片组件和重布线层均位于玻璃塑封材料层内,所述钝化层通过球栅阵列与微波介质板连接;所述背面保护层选用介电常数为3.5、损耗角正切值为0.0067的背面保护层,所述玻璃塑封材料层选用介电常数为5、损耗角正切值为0.011的玻璃塑封材料层,所述钝化层选用介电常数为2.8、损耗角正切值为0.02的钝化层。
7.根据权利要求1所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述微波介质板采用Rogers3003板材制作而成,所述微波介质板选用介电常数为3.06、损耗角正切值为0.01、厚度为0.127mm的微波介质板;所述微波介质板的顶部和底部均覆设有厚度为0.018mm的铜金属层,顶部的铜金属层用作圆形贴片天线的反射板,底部的铜金属层接地。
9.根据权利要求3所述的基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线,其特征在于:所述耦合凹臂的尺寸满足以下条件:
L1+L2+L3=0.5λ1
Gap=0.018λ
其中,L1、L2、L3分别表示耦合凹臂的平底部、侧壁部、矩形枝节部的长度,W1、W2、W3分别表示耦合凹臂的平底部、侧壁部、矩形枝节部的宽度,Z1、Z2、Z3分别表示耦合凹臂的平底部、侧壁部、矩形枝节部的特征阻抗,d表示微波介质板的厚度,c表示自由空间中的光速,λ1表示耦合凹臂的谐振频率f1对应的自由空间中的波长,λ表示圆形贴片天线的中心频率f对应的自由空间中的波长,Gap表示圆形贴片天线与耦合凹臂的平底部的最小间距,A1、A2、A3表示中间变量,εr表示微波介质板的介电常数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011448695.1A CN112531339B (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202011448695.1A CN112531339B (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN112531339A true CN112531339A (zh) | 2021-03-19 |
CN112531339B CN112531339B (zh) | 2022-04-15 |
Family
ID=74998630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202011448695.1A Active CN112531339B (zh) | 2020-12-11 | 2020-12-11 | 一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN112531339B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113964110A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-21 | 西安电子科技大学 | 基于嵌入式z线的嵌入式晶圆级球珊阵列封装天线结构 |
Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090207080A1 (en) * | 2008-02-20 | 2009-08-20 | International Business Machines Corporation | Radio Frequency (RF) Integrated Circuit (IC) Packages with Integrated Aperture-Coupled Patch Antenna(s) |
KR20100018963A (ko) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | 중앙대학교 산학협력단 | Rf-mems 패키징 기반의 슬롯 결합형 패치 안테나 및그의 제조방법 |
CN201466214U (zh) * | 2009-02-24 | 2010-05-12 | 烟台宏益微波科技有限公司 | 超薄平板式圆极化天线 |
CN104167602A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-11-26 | 上海大学 | Q波段单向宽带毫米波圆极化缝隙天线 |
US20150069134A1 (en) * | 2013-09-11 | 2015-03-12 | Michael Westick Westrick | Reduced Ground Plane Shorted-Patch Hemispherical Omni Antenna |
CN204464453U (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-08 | 天津职业技术师范大学 | 共面波导馈电的环形伞状超宽带天线 |
CN107968257A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-27 | 电子科技大学 | 一种具有谐波抑制功能的倍压整流天线 |
CN108172564A (zh) * | 2017-12-24 | 2018-06-15 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种毫米波天线与硅基组件三维集成封装 |
CN109166845A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-01-08 | 清华大学 | 封装天线及其制造方法 |
CN109244641A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-01-18 | 清华大学 | 封装天线及其制造方法 |
CN110444864A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-12 | 华南理工大学 | 一种超宽带高增益毫米波差分馈电封装天线 |
CN110504537A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-26 | 榆林学院 | 一种基于多元寄生表面结构宽带二单元微带mimo天线 |
CN111478035A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-31 | 上海电力大学 | 基于共面波导馈电的柔性双阻带uwb-mimo天线 |
CN111696959A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-22 | 安徽大学 | 晶圆级封装中球栅阵列毫米波宽带匹配结构及设计方法 |
CN111969300A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-20 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | 微带阵列盘锥复合共形天线 |
-
2020
- 2020-12-11 CN CN202011448695.1A patent/CN112531339B/zh active Active
Patent Citations (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090207080A1 (en) * | 2008-02-20 | 2009-08-20 | International Business Machines Corporation | Radio Frequency (RF) Integrated Circuit (IC) Packages with Integrated Aperture-Coupled Patch Antenna(s) |
KR20100018963A (ko) * | 2008-08-08 | 2010-02-18 | 중앙대학교 산학협력단 | Rf-mems 패키징 기반의 슬롯 결합형 패치 안테나 및그의 제조방법 |
CN201466214U (zh) * | 2009-02-24 | 2010-05-12 | 烟台宏益微波科技有限公司 | 超薄平板式圆极化天线 |
US20150069134A1 (en) * | 2013-09-11 | 2015-03-12 | Michael Westick Westrick | Reduced Ground Plane Shorted-Patch Hemispherical Omni Antenna |
CN104167602A (zh) * | 2014-01-06 | 2014-11-26 | 上海大学 | Q波段单向宽带毫米波圆极化缝隙天线 |
CN204464453U (zh) * | 2015-04-13 | 2015-07-08 | 天津职业技术师范大学 | 共面波导馈电的环形伞状超宽带天线 |
CN107968257A (zh) * | 2017-11-27 | 2018-04-27 | 电子科技大学 | 一种具有谐波抑制功能的倍压整流天线 |
CN108172564A (zh) * | 2017-12-24 | 2018-06-15 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种毫米波天线与硅基组件三维集成封装 |
CN109166845A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-01-08 | 清华大学 | 封装天线及其制造方法 |
CN109244641A (zh) * | 2018-08-07 | 2019-01-18 | 清华大学 | 封装天线及其制造方法 |
CN110444864A (zh) * | 2019-08-02 | 2019-11-12 | 华南理工大学 | 一种超宽带高增益毫米波差分馈电封装天线 |
CN110504537A (zh) * | 2019-08-28 | 2019-11-26 | 榆林学院 | 一种基于多元寄生表面结构宽带二单元微带mimo天线 |
CN111478035A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-07-31 | 上海电力大学 | 基于共面波导馈电的柔性双阻带uwb-mimo天线 |
CN111696959A (zh) * | 2020-06-19 | 2020-09-22 | 安徽大学 | 晶圆级封装中球栅阵列毫米波宽带匹配结构及设计方法 |
CN111969300A (zh) * | 2020-07-30 | 2020-11-20 | 西南电子技术研究所(中国电子科技集团公司第十研究所) | 微带阵列盘锥复合共形天线 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
RICKY HSIEH: "《Advanced Thin-Profile Fan-Out with Beamforming Verification for 5G Wideband Antenna》", 《2019 IEEE 69TH ELECTRONIC COMPONENTS AND TECHNOLOGY CONFERENCE (ECTC)》 * |
吴金财: "《微波毫米波多芯片模块三维互联与封装技术》", 《微波学报》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113964110A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-21 | 西安电子科技大学 | 基于嵌入式z线的嵌入式晶圆级球珊阵列封装天线结构 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN112531339B (zh) | 2022-04-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7675466B2 (en) | Antenna array feed line structures for millimeter wave applications | |
US7545329B2 (en) | Apparatus and methods for constructing and packaging printed antenna devices | |
US7999753B2 (en) | Apparatus and methods for constructing antennas using vias as radiating elements formed in a substrate | |
US8378469B2 (en) | Apparatus and methods for packaging antennas with integrated circuit chips for millimeter wave applications | |
US7952531B2 (en) | Planar circularly polarized antennas | |
JP5015962B2 (ja) | 電子装置、無線通信装置及び電子パッケージ装置の製造方法(パッケージ・リード・ワイヤから形成されたアンテナを備える集積回路チップをパッケージする装置及び方法) | |
US8558637B2 (en) | Circuit device with signal line transition element | |
US8482463B2 (en) | On-chip highly-efficient antennas using strong resonant coupling | |
US20170141472A1 (en) | Millimeter wave antenna for diagonal radiation | |
Bae et al. | Broadband 120 GHz L-probe differential feed dual-polarized patch antenna with soft surface | |
US11791535B2 (en) | Non-galvanic interconnect for planar RF devices | |
Säily et al. | Millimetre-wave beam-switching Rotman lens antenna designs on multi-layered LCP substrates | |
Huang et al. | A circular ring-shape monopole on-chip antenna with artificial magnetic conductor | |
CN112531339B (zh) | 一种基于Fan-out封装工艺的毫米波宽带封装天线 | |
Mandal et al. | On-chip antennas using standard CMOS technology: A brief overview | |
CN111224236B (zh) | 一种宽带圆极化微带天线阵 | |
Zhu et al. | Co-design of chip-package-antenna in fan-out package for practical 77 GHz automotive radar | |
Kumar et al. | Gain and directivity enhancment of microstrip patch antenna using frequency selective surface | |
Tang et al. | Design of antenna on glass integrated passive device for WLAN applications | |
Wang et al. | 79-GHz LTCC RF-frontend deploying 45 degree linear-polarized vertical parallel-feed antennas | |
Zhou et al. | Design of circularly polarized antenna for 60 GHz wireless communications | |
CN112909531B (zh) | 一种应用于毫米波频段的l形宽带宽波束圆极化片上天线 | |
Gupta et al. | Design and simulation of microstrip patch antenna for next generation communication applications | |
Nakano et al. | 60-GHz post-wall waveguide aperture antenna with directors made by multilayer PCB process | |
Zhou | A novel, dual-band, miniaturized antenna with fractal-curve patch and TSV-CPW feeder |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |