CN113195218B - 封装天线基板及其制造方法、封装天线及终端 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种封装天线基板及其制造方法、封装天线和终端，涉及封装天线技术领域，用于实现封装天线工艺的简化和天线性能的提升。该封装天线基板包括：衬底基板，设置于衬底基板一面上的第一天线辐射片，设置于第一天线辐射片背向衬底基板一侧的第二天线辐射片，及设置于第一天线辐射片与第二天线辐射片之间的介质叠层；介质叠层包括第一介质层，设置于第一介质层面向第一天线辐射片的一侧的粘接层，及设置于第一介质层面向第二天线辐射片一侧的第二介质层；其中，第一介质层的介电常数低于衬底基板的介电常数，第二介质层的膨胀系数低于第一介质层的膨胀系数。该封装天线基板应用于封装天线中。

Description

封装天线基板及其制造方法、封装天线及终端
技术领域
本申请涉及封装天线技术领域，尤其涉及一种封装天线基板、封装天线、终端及封装天线基板的制造方法。
背景技术
随着5G(the 5th Generation，第五代(通信技术))和VR(Virtual Reality，虚拟现实)等高速率通信时代的来临，毫米波通信逐步成为焦点，毫米波天线的设计和应用需求也越来越旺盛。由于毫米波频段传输路径长短对信号幅度损耗影响非常大，且毫米波天线的加工精度要求非常高，因此具有极短天线馈线路径和高加工精度的AiP(Antenna inPackage，封装天线集成)技术成为毫米波天线领域的主流技术之一。
AiP技术采用的架构为：将天线辐射片(Patch)集成在一个多层基板上，形成封装天线基板，并将射频芯片(RFIC，Radio Frequency Integrated Circuit)与该封装天线基板集成在一起，形成一个封装体，即封装天线。其中，封装天线基板一般包括两个天线辐射片，两个天线辐射片以堆叠的形式设置于多层基板上，并且在垂直于多层基板的方向上二者之间需要通过设置多层层间介质层来保持一定距离，以满足特定频段的性能需要。
在满足特定频段的性能需要的前提下，两个天线辐射片之间的距离较大，即二者之间的多层层间介质层的总厚度较厚，会导致封装天线基板的加工工艺难度升高，且引起层间介质层层数增多，进而造成加工工艺流程长，周期长，成本高。
发明内容
本申请提供一种封装天线基板、封装天线、终端及封装天线基板的制造方法，用于在满足特定频段的性能需要的前提下，降低封装天线基板中两层天线辐射片之间的距离，减少二者之间的层间介质层层数。
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：
本申请的第一方面提供一种封装天线基板，该封装天线基板包括衬底基板，设置于衬底基板一面上的第一天线辐射片，及设置于第一天线辐射片背向衬底基板一侧的第二天线辐射片，和设置于第一天线辐射片与第二天线辐射片之间的介质叠层。介质叠层包括第一介质层，设置于第一介质层面向第一天线辐射片的一侧的粘接层，及设置于第一介质层面向第二天线辐射片一侧的第二介质层。其中，第一介质层的介电常数低于衬底基板的介电常数，能够使第一天线辐射片与第二天线辐射片之间的介质叠层的等效介电常数降低，从而使第一天线辐射片与第二天线辐射片之间距离得以减小。第二介质层的膨胀系数低于第一介质层的膨胀系数，用于改善由于第一介质层的膨胀系数较高而引起的封装天线基板的板弯翘情况。
这样，封装天线基板通过采用包括第一介质层、第二介质层和粘接层的介质叠层，实现了将低介电常数的材料应用于封装天线基板中，降低了第一天线辐射片与第二天线辐射片之间的介质叠层的厚度，进而降低了整个封装天线基板的总厚度，从而降低了封装天线基板的加工工艺难度。并且介质叠层的所包括的介质层层数也得以减少，缩短了封装天线基板的加工工艺流程，缩短了其加工周期，降低了其成本。由于介质叠层中第一介质层采用较低介电常数的材料，因此降低了介质叠层的等效介电常数，有利于提高封装天线基板的增益和带宽。
结合第一方面，在一种可能的设计中，第一介质层的材料包括聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯材料的介电常数值为2.17左右，具有较低的介电常数，可以降低介质叠层整体的等效介电常数。
可选的，第一介质层的材料还包括添加在聚四氟乙烯材料中的填料，填料用于增强所述第一介质层的刚性，进一步改善板弯翘。
可选的，填料包括玻璃粉、陶瓷粉、玻纤布中的至少一种。
结合第一方面，在一种可能的设计中，第一介质层的厚度占介质叠层的总厚度的比例的取值范围为80％～90％，从而使得第一介质层在维持第一天线辐射片和第二天线辐射片之间的距离，及降低介质叠层的等效介电常数两方面发挥主导作用。
结合第一方面，在一种可能的设计中，第二介质层包括含玻纤布的树脂片，使用含玻纤布的树脂片可以降低第二介质层的膨胀系数，且使得第二介质层具有较好的机械特性，可以有效改善板弯翘问题。
结合第一方面，在一种可能的设计中，第二介质层的膨胀系数为6PPM～10PPM。这样，可以使介质叠层整体的膨胀系数降低，改善板弯翘问题。
结合第一方面，在一种可能的设计中，粘接层包括树脂片，用于将介质叠层中的第一介质层与衬底基板稳固地结合在一起。
结合第一方面，在一种可能的设计中，衬底基板的材料包括树脂材料。树脂材料具有较低的膨胀系数，可以将整个封装天线基板的等效膨胀系数维持在较低水平，使得整个封装天线基板能够与射频芯片及电路板有较好的匹配特性。
可选的，衬底基板的厚度为220μm～280μm。将衬底基板设置较厚的厚度可以支持整个封装天线基板的整体刚性。
结合第一方面，在一种可能的设计中，封装天线基板还包括设置于介质叠层背向衬底基板的一侧的多块铜皮，铜皮悬空或接地，且铜皮与第二天线辐射层电绝缘。这样，通过设置铜皮可以使得衬底基板两侧的铜含量均衡，从而改善板弯翘。
结合第一方面，在一种可能的设计中，封装天线基板还包括设置于衬底基板的与第一天线辐射片所在的一侧相对的一侧的功能叠层，在垂直于衬底基板且逐渐远离衬底基板的方向上，功能叠层依次包括接地屏蔽层、第一绝缘层、馈线层、第二绝缘层、信号输出层、及第三绝缘层。
其中，接地屏蔽层用于屏蔽电磁干扰，且为第一天线辐射片形成接地层参考。馈线层用于将能量耦合至第一天线辐射片和第二天线辐射片。信号输出层用于实现射频芯片与电路板之间的信息交流。第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层用于实现各自两侧的导电层的电绝缘。
可选的，功能叠层还包括第一馈电结构和第二馈电结构，第一馈电结构设置于第一天线辐射片与馈线层之间，第一馈电结构贯穿衬底基板及第一绝缘层，第一馈电结构的一端与第一天线辐射片电连接，另一端与馈线层电连接，且第一馈电结构与接地屏蔽层电绝缘。设置于馈线层背向衬底基板的一侧的第二馈电结构，第二馈电结构贯穿第二绝缘层及第三绝缘层，第二馈电结构的近馈线层端与馈线层电连接，且第二馈电结构与信号输出层电绝缘。第一馈电结构和第二馈电结构充当天线射频信号的垂直过渡，减少能量的损耗。
本申请的第二方面提供一种封装天线，该封装天线包括射频芯片，还包括如第一方面所述的封装天线基板，射频芯片安装在封装天线基板的与第二天线辐射片所在的一侧相对的一侧。射频芯片用于向封装天线基板提供天线射频信号。
本申请的第三方面提供一种终端，该终端包括电路板，还包括安装于电路板上的第二方面所述的封装天线，封装天线的安装有射频芯片的一侧面向电路板。终端用于实现天线信号的发送与接收。
本申请的第四方面提供一种封装天线基板的制造方法，该制造方法包括：提供衬底基板，在衬底基板的一面上制作第一天线辐射片；在第一天线辐射片上形成介质叠层，在垂直于衬底基板且逐渐远离衬底基板的方向上，介质叠层依次包括粘接层、第一介质层、及第二介质层。其中，第一介质层的介电常数低于衬底基板的介电常数，第二介质层的膨胀系数高于第一介质层的膨胀系数；在介质叠层背向衬底基板的一面上制作第二天线辐射片。该封装天线基板的制造方法能够产生与本申请的第一方面所提供的封装天线基板相同的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的封装天线基板的截面图；
图2为本申请实施例所提供的封装天线的截面图；
图3为本申请实施例所提供的终端中封装天线集成在电路板上的截面图；
图4为本申请实施例所提供的封装天线基板的俯视图；
图5a～5d为本申请实施例所提供的封装天线基板的各制造步骤图。
具体实施方式
正如背景技术所述，在满足特定频段的性能需要的前提下，两个天线辐射片之间的距离较大，会导致封装天线基板的加工工艺难度升高，且引起两个天线辐射片之间的层间介质层层数增多，进而造成加工工艺流程长，周期长，成本高。这是因为：两个天线辐射片之间的距离(即二者之间的多层层间介质层的总厚度)与天线频段和介质层的介电常数有关。天线频段越低，两个天线辐射片间的距离可以越大；天线频段越高，两个天线辐射片之间的距离可以越小。两个天线辐射片之间的介质层的介电常数值越低，两个天线辐射片间的距离可以越小；两个天线辐射片之间的介质层的介电常数值越高，则该距离需要更大。
当封装天线基板要满足较高的天线频段的要求时，两个天线辐射片之间的距离需要设置地较大。然而基于封装天线基板轻薄化的考虑，想要尽可能的减薄封装天线基板的厚度，这就要求尽可能的降低两个天线辐射片之间的距离。考虑到两个天线辐射片间的距离与两个天线辐射片之间的多层层间介质层的介电常数值呈正相关关系，因此需要具有较低的介电常数的材料作为层间介质层，然而，现有的层间介质层材料的介电常数均较高，无法满足较低介电常数的需要，这就造成两个天线辐射片间的距离无法降低。
而两个天线辐射片间的距离较大会引起如下问题：
一方面，在两个天线辐射片之间的层间介质层的层数一定的前提下，两个天线辐射片间的距离较大会导致加工工艺的难度加大。例如，为了增强封装天线基板在垂直于基板平面方向上的隔离度，通常会在层间介质层中制作盲孔，然而由于两个天线辐射片间的距离较大，在层间介质层的层数一定的前提下，会导致每层层间介质层的厚度过厚，造成盲孔的加工工艺困难，具体表现为在盲孔内填铜的工艺难度加大。尤其是针对40G以下频段，每层层间介质层的厚度需要做到80μm以上，盲孔加工十分困难。又如，两个天线辐射片间的距离较大会导致整个封装天线基板的总板厚过厚，甚至可能超出一般CSP(Chip ScalePackage，芯片级封装)产品产线的允许板厚能力，导致加工困难。
另一方面，由于受到盲孔加工工艺的限制，每层层间介质层的厚度不能过厚，因此两个天线辐射片间的距离较大，会引起两个天线辐射片之间的层间介质层层数增多。例如，对于28G频段，两个天线辐射片之间的层间介质层的介电常数为3.6的封装天线基板，两个天线辐射片之间的距离需要保持在400μm以上，而每层层间介质层的厚度不可能做得太厚，在80μm左右，这就需要两个天线辐射片之间的层间介质层层数至少为5层，层间介质层层数较多，从而造成封装天线基板加工工艺流程长，周期长，成本高。
再者，由于现有的两个天线辐射片之间的层间介质层的材料的介电常数普遍较高，因此会造成封装天线基板的性能变差，例如，增益低，带宽窄。
基于上述现状，本申请的实施例提供一种封装天线基板，采用低介电常数的材料形成封装天线基板中两层天线辐射片之间的一层层间介质层，使得两层天线辐射片之间的距离得以减小。由于低介电常数的材料可能会存在膨胀系数较大的问题，因此使用低膨胀系数的材料形成一层层间介质层，并使该层间介质层叠加在低介电常数的材料所形成的层间介质层与上层天线辐射片(即两层天线辐射片中靠近封装天线基板外部的一层天线辐射片)之间，以限制低介电常数的材料所形成的层间介质层涨缩，降低封装天线基板的板弯翘程度。由于低介电常数的材料与封装天线基板的衬底基板(用于支撑整个封装天线基板刚度的基板)的材料之间结合力可能较差，因此使用可同时粘接低介电常数材料和衬底基板材料的材料形成一层层间介质层，以将低介电常数的材料所形成的层间介质层牢固的粘接在衬底基板上。通过上述针对两层天线辐射片之间的层间介质层的设置，实现了在板弯翘程度可接受和基板各层之间结合可靠的前提下，将低介电常数的材料应用于封装天线基板中，使得封装天线基板的两层天线辐射片之间距离得以降低，二者之间的层间介质层层数得以减少。
以上是对本申请实施例所提供的封装天线基板的一些基本介绍，基于上述基本介绍，下面将对本申请实施例中的封装天线基板进行详细介绍。
如图1所示，本申请的实施例所提供的封装天线基板100，包括：衬底基板1、第一天线辐射片2、第二天线辐射片3和介质叠层4。其中，第一天线辐射片2设置于衬底基板1一面上，第二天线辐射片3设置于第一天线辐射片2背向衬底基板1一侧，介质叠层4设置于第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间。
介质叠层4包括第一介质层41、粘接层42和第二介质层43。其中，粘接层42设置于第一介质层41面向第一天线辐射片2的一侧，第二介质层43设置于第一介质层41面向第二天线辐射片3的一侧。
第一介质层41设置于第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间，能够使第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间形成一定距离，使天线满足特定频段的性能的需要。
且第一介质层41的介电常数低于衬底基板1的介电常数，这说明第一介质层41的介电常数较低，因此能够使第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的介质叠层4的等效介电常数降低，从而使第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间距离得以减小，有利于降低封装天线基板100的总板厚，降低基板加工工艺难度，并能提升天线性能，例如提高增益、带宽等。
第二介质层43的膨胀系数低于第一介质层41的膨胀系数。第二介质层43的膨胀系数较小，用于改善封装天线基板100的板弯翘情况。
介电常数较低的材料可能会伴随有膨胀系数较高的问题。假若第一介质层41的材料的膨胀系数较大，在介质叠层4压合时第一介质层41会受热变形，引起封装天线基板100弯翘。通过设置第二介质层43，使其的膨胀系数低于第一介质层41的膨胀系数，即第二介质层43的膨胀系数较小，从而将第二介质层43和第一介质层41结合，可以在降低第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的间隔距离的前提下，有效降低介质叠层4整体的膨胀系数，限制第一介质层41涨缩，进而可以有效改善封装天线基板100的板弯翘问题。
介质叠层4中的粘接层42可以提高第一介质层41与衬底基板1的粘合能力，用于将第一介质层41粘接在衬底基板1上，同时粘接层42还与第一天线辐射片2进行粘接。
需要说明的是，采用上述设计，在介质叠层4中，由于第一介质层41具有较低的介电常数，因此介质叠层4整体的等效介电常数也较低，该等效介电常数与第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例有关，第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例越高，等效介电常数就越低。然而，低介电常数的材料可能会伴随着膨胀系数较大的问题，如果第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例过高，可能会对封装天线基板100的板弯翘产生较大影响。因此，在实际设计时，需根据实际需要综合考虑上述两方面的因素：若更加注重降低封装天线基板100的厚度，则可适当调高第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例。若更加注重封装天线基板100的平整性，则可适当调低第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例。示例性的，第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例的取值范围为80％～90％，这样既可以有效降低介质叠层4的等效介电常数，从而降低介质叠层4的总厚度，又能够保证封装天线基板100的板弯翘在可接受范围内。
综上，本申请实施例所提供的封装天线基板100通过采用包括第一介质层41、粘接层42和第二介质层43的介质叠层4，实现了将低介电常数的材料应用于封装天线基板中，降低了第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的介质叠层4的厚度，进而降低了整个封装天线基板100的总厚度，从而降低了封装天线基板100的加工工艺难度。
由于第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的介质叠层4仅包括三层介质层，即第二介质层43、第一介质层41和粘接层42，因此介质叠层4的所包括的介质层层数也得以减少，进而整个封装天线基板100的总层数减少，从而缩短了封装天线基板100的加工工艺流程，缩短了其加工周期，降低了其成本。
并且，由于第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的介质叠层4中第一介质层41采用较低介电常数的材料，因此降低了介质叠层4的等效介电常数，有利于提高封装天线基板100的增益和带宽。进一步地，由于介质叠层4的等效介电常数得以降低，因此可以无需在介质叠层4中制作盲孔，也能满足封装天线基板100在垂直于基板平面方向上的隔离度要求，从而有助于降低封装天线基板100的加工工艺难度，且缩短加工工艺流程。
作为一种可能的设计，第一介质层41的介电常数为2.10～2.30，该介电常数值较低，从而可有效降低介质叠层4的等效介电常数。
在一些实施例中，第一介质层41的材料可包括聚四氟乙烯材料(PTFE，Poly TetraFluoro Ethylene)。聚四氟乙烯材料的介电常数值为2.17左右，可以认为聚四氟乙烯材料具有较低的介电常数，因此聚四氟乙烯材料可以作为第一介质层41的材料，用来降低介质叠层4整体的等效介电常数，以降低第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的介质叠层4的厚度。
示例性地，以28G频段的封装天线基板100为例，若第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的层间介质层采用介电常数为3.6的材料，则第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的距离需要保持在400μm以上。若第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间采用本申请实施例中的介质叠层4，介质叠层4中的第一介质层41的材料为聚四氟乙烯材料，则第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的距离可以降低到250μm左右。由此可见，采用本申请实施例所提供的技术方案，第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的距离得以大大降低，从而可以降低封装天线基板100的加工工艺难度。
仍以28G频段的封装天线基板100为例，若第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的层间介质层采用介电常数为3.6的材料，第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的距离需要保持在400μm以上，每层层间介质层的厚度需要在80μm左右，则层间介质层的层数至少需要5层。若第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间采用本申请实施例中的介质叠层4，介质叠层4中的第一介质层41的材料为聚四氟乙烯材料，第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间的距离可以降低到250μm，则介质叠层4的层数可以减少为3层，仅包括第二介质层43、第一介质层41和粘接层42，进而缩短了封装天线基板100的加工工艺流程。
进一步的，还可在包括聚四氟乙烯材料的第一介质层41中添加填料，以增强第一介质层41的刚性，进一步改善板弯翘。示例性地，添加在聚四氟乙烯材料中的填料可包括玻璃粉、陶瓷粉、玻纤布等中的至少一种。
在一些实施例中，第二介质层43包括含玻纤布的树脂片。树脂片具有较低的膨胀系数，玻纤布具有较强的抗拉性能和覆盖功能，通常用作复合材料中的增强材料，在树脂片中添加玻纤布可改善树脂片的机械特性，使用含玻纤布的树脂片可以降低第二介质层43的膨胀系数，且使得第二介质层43具有较好的机械特性，可以限制第一介质层41涨缩，进而可以有效改善板弯翘问题。
作为一种可能的设计，可以通过调整第二介质层43的材料种类、含量比例等，可实现对第二介质层43的膨胀系数的调整，例如，改变第二介质层43中树脂材料的类型，调整树脂片中所含玻纤布的比例等，从而使介质叠层4整体的膨胀系数降低，改善板弯翘问题。示例性的，第二介质层43的膨胀系数可为6PPM～10PPM。
在一些实施例中，粘接层42包括树脂片。树脂片为处于高分子交联反应还未完成的状态的材料，因此将介质叠层4设置于衬底基板1上，采用层压工艺进行压合时，树脂片会发生交联反应，产生较高的粘性，可将介质叠层4中的第一介质层41与衬底基板1稳固地结合在一起，同时，还将介质叠层4中的第一介质层41与第一天线辐射片2粘合。
在一些实施例中，介质叠层4中第一介质层41的厚度大于第二介质层43的厚度，也大于粘接层42的厚度，这使得第一介质层41在维持第一天线辐射片2和第二天线辐射片3之间的距离，及降低介质叠层4的等效介电常数两方面发挥主导作用。示例性的，第一介质层41的厚度占介质叠层4的总厚度的比例为80％～90％，第二介质层43的厚度占介质叠层4的总厚度的比例为5％～10％，粘接层42的厚度占介质叠层4的总厚度的比例为5％～10％。进一步的，对于28G频段的封装天线基板100，介质叠层4中的第一介质层41的材料为聚四氟乙烯材料，第二介质层43包括含玻纤布的树脂片，粘接层42包括树脂片，介质叠层4的总厚度为250μm，其中第一介质层41的厚度为200～225μm，第二介质层43的厚度为12.5～25μm，粘接层42的厚度为12.5～25μm。
在封装天线基板100中，第一天线辐射片2的数量和第二天线辐射片3的数量可以均为1个。或者，如图1和图4所示，第二天线辐射片3的数量可为多个，该多个第二天线辐射片3呈阵列式布置，相应的，第一天线辐射片2的数量也为多个，也呈阵列式布置，并且多个第一天线辐射片2与多个第二天线辐射片3一一对应设置。通过这样设置，将工作在同一频率的两个或两个以上的单个天线，按照天线馈电电流、间距、电长度等不同参数进行空间排列，构成天线阵列，从而可以获得较高的天线增益，提高天线的辐射方向性，并且还可以根据需要来调节辐射的方向性能。
在一些实施例中，请再次参见图4，封装天线基板100还包括设置于介质叠层4背向所衬底基板1的一侧的多块铜皮5，铜皮5悬空或接地，且铜皮5与第二天线辐射片3电绝缘。
由于封装天线基板100中衬底基板1背向第一天线辐射片2的一侧设置有多层结构，这多层结构为多种材料混合组成，其中铜是重要组成部分，因此铜的均匀分布对封装天线基板100整体的板弯翘改善有重要作用。封装天线基板100中衬底基板1的设置有第一天线辐射片2的一侧，由于设置有介质叠层4，因此这一侧的结构总体的铜含量相对于衬底基板1背向第一天线辐射片2的一侧的多层结构的铜含量较低，造成衬底基板1两侧的总体铜含量分布不均匀，因此在介质叠层4背向所衬底基板1的一侧添加多块铜皮5，可以增加衬底基板1的设置有第一天线辐射片2的一侧的总体含铜量，使得衬底基板1两侧的铜含量均衡，从而改善板弯翘。
铜皮5可以是直接通过焊镀的方式设置在介质叠层4背向衬底基板1的一面上，也可以是在介质叠层4背向衬底基板1的一面上整面覆铜，再根据铜皮5的设计图案刻蚀整面铜皮，去除不需要的部分，形成多块铜皮5。
如图4所示，阵列式布置的多个第二天线辐射片3与多块铜皮5的布置形式可以参照图示的形式，即多个第二天线辐射片3与多块铜皮5均呈阵列式布置且均匀分布，且各铜皮5与各第二天线辐射片3均为间隔设置，实现电绝缘。
在一些实施例中，衬底基板1的材料包括树脂材料。树脂材料具有较低的膨胀系数，可以将整个封装天线基板100的等效膨胀系数维持在较低水平，使得整个封装天线基板100能够与射频芯片及电路板有较好的匹配特性。封装天线基板100的等效膨胀系数可介于射频芯片与电路板的膨胀系数之间，示例性的，通常射频芯片的膨胀系数为3PPM～4PPM，电路板的膨胀系数为16PPM～18PPM，封装天线基板100的等效膨胀系数可为10PPM～13PPM。这样，在射频芯片与封装天线基板100进行集成时，通过焊接凸块将二者进行焊接，由于整个封装天线基板100的等效膨胀系数与射频芯片的膨胀系数的匹配度较好，因此可以避免焊接凸块发生破裂。在电路板与封装天线基板100进行集成时，通过焊球将二者进行焊接，由于整个封装天线基板100的等效膨胀系数与电路板的膨胀系数的匹配度较好，因此可以避免焊球发生破裂。
在另一些实施例中，衬底基板1的材料包括CCL(Copper-cladLaminate，铜箔基板)，CCL同样具有较低的膨胀系数，可以将整个封装天线基板100的等效膨胀系数维持在较低水平，使得整个封装天线基板100能够与射频芯片及电路板有较好的匹配特性。
作为一种可能的设计，为了支持整个封装天线基板100的整体刚性，衬底基板1需要具有较厚厚度，示例性地，衬底基板1的厚度为220μm～280μm。
在一些实施例中，封装天线基板100还包括：设置于衬底基板1的与第一天线辐射片2所在的一侧相对的一侧的功能叠层6，在垂直于衬底基板1且逐渐远离衬底基板1的方向上，功能叠层6依次包括接地屏蔽层61、第一绝缘层62、馈线层63、第二绝缘层64、信号输出层65、及第三绝缘层66。
接地屏蔽层61设置于衬底基板1背向第一天线辐射片2的一侧，接地屏蔽层61可以将衬底基板1、第一天线辐射片2、第二天线辐射片3和介质叠层4与接地屏蔽层61背向衬底基板1一侧的各层结构隔离，屏蔽接地屏蔽层61背向衬底基板1一侧的各层结构对第一天线辐射片2和第二天线辐射片3的干扰，同时为第一天线辐射片2形成接地层参考，以便于第一天线辐射片2和第二天线辐射片3形成电磁场向外辐射电磁波。
第一绝缘层62设置于接地屏蔽层61背向衬底基板1的一侧，第一绝缘层62用于将接地屏蔽层61与馈线层63电绝缘。
馈线层63设置于第一绝缘层62背向衬底基板1的一侧，馈线层63用于将射频芯片发出的天线射频信号作为能量传输至第一天线辐射片2和第二天线辐射片3，或者将第一天线辐射片2和第二天线辐射片3接收到的无线电波转换成的能量传输至射频芯片7，进而实现天线信号的发送与接收。
第二绝缘层64设置于馈线层63背向衬底基板1的一侧，用于将馈线层63与信号输出层65电绝缘。
信号输出层65设置于第二绝缘层64背向衬底基板1的一侧，用于实现射频芯片与电路板之间的信息交流，例如传输电源和控制信号等。
第三绝缘层66设置于信号输出层65背向衬底基板1的一侧，用于将信号输出层65与设置于第三绝缘层66背向衬底基板1一侧的电路电绝缘。
在一些实施例中，功能叠层6还可包括第一馈电结构67和第二馈电结构68。其中，第一馈电结构67设置于第一天线辐射片2与馈线层63之间，贯穿衬底基板1及第一绝缘层62，第一馈电结构67的一端与第一天线辐射片2电连接，另一端与馈线层63电连接，且第一馈电结构67与接地屏蔽层61电绝缘。第一馈电结构67充当天线射频信号的垂直过渡，能够将射频芯片传输至馈线层63的能量更有效地传输至第二天线辐射片3，减少能量的损耗。
第二馈电结构68设置于馈线层63背向衬底基板1的一侧，贯穿第二绝缘层64及第三绝缘层66，第二馈电结构68的近馈线层63端与馈线层63电连接，且第二馈电结构68与信号输出层65电绝缘。第二馈电结构68充当天线射频信号的垂直过渡，能够将射频芯片输出的能量更有效地传输至馈线层63，减少能量的损耗。
在一些实施例中，功能叠层6还包括设置于第二绝缘层64与信号输出层65之间的第二接地屏蔽层69和第四绝缘层610，第二接地屏蔽层69位于第二绝缘层64背向衬底基板1的一侧，第四绝缘层610位于第二接地屏蔽层69背向衬底基板1的一侧。第二接地屏蔽层69可作为馈线层63的接地面，为馈线层63形成接地层参考。第四绝缘层610用于将第二接地屏蔽层69与信号输出层65电绝缘。同时，第二馈电结构68还贯穿第四绝缘层610。
在一些实施例中，功能叠层6还包括依次设置于第三绝缘层66背向衬底基板1的一侧的连接层611和保护层612。连接层611包括第一金属垫611a、第二金属垫611b、第三金属垫611c和接地屏蔽电极611d，且第一金属垫611a、第二金属垫611b、第三金属垫611c和接地屏蔽电极611d相互电绝缘。
其中，在后续将封装天线基板100与射频芯片集成的工艺中，要用焊接凸块将封装天线基板100的馈线层63通过第二馈电结构68与射频芯片电连接，第一金属垫611a作为封装天线基板100的连接部件，其一面与第二馈电结构68电连接，另一面与焊接凸块相接，从而实现馈线层63与射频芯片的电连接。另外，还要用焊接凸块将封装天线基板100的信号输出层65与射频芯片电连接，第二金属垫611b作为封装天线基板100的连接部件，其一面与信号输出层65电连接，另一面与焊接凸块相接，从而实现信号输出层65与射频芯片的电连接。
在将封装天线基板100与射频芯片形成的封装天线集成到电路板上的工艺中，要用焊球将封装天线基板100的信号输出层65与电路板电连接，第三金属垫611c作为封装天线基板100的连接部件，一面与信号输出层65电连接，另一面与焊球相接，从而实现信号输出层65与电路板的电连接。
接地屏蔽电极611c可作为封装天线基板100的接地面。
保护层612覆盖在连接层611上，用于保护封装天线基板100中的各导电层。
以上是对本申请实施例所提供的封装天线基板100的介绍，基于上述封装天线基板100，本申请的另外一些实施例提供一种封装天线200，如图2所示，该封装天线200包括射频芯片7，及如上所述的封装天线基板100，射频芯片7安装在封装天线基板100的与第二天线辐射片3所在的一侧相对的一侧。射频芯片7用于向封装天线基板100提供天线射频信号，射频芯片7与封装天线基板100通过焊接凸块8实现电连接，示例性地，该焊接凸块8可以是焊锡凸块。
本申请的再一些实施例提供一种终端300，如图3所示，该终端300包括电路板9，还包括安装于电路板9上的如上所述的封装天线200，封装天线200的安装有射频芯片7的一侧面向电路板9。示例性地，电路板9可以为SMT(Surface Mount Technology，表面贴装技术)母板，或者为PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)等。电路板9与封装天线200通过焊球10实现电连接，示例性地，该焊球10可以是锡球。
终端300可为手机、可穿戴设备、手势雷达、车载雷达、AR(增强现实)\VR(虚拟现实)设备等任意由天线实现信号接收与发送需求的终端，本申请的实施例对此不作任何限制。
在本申请实施例提供的终端300中，天线实现信号发送的工作原理为：电路板9与封装天线200电连接，信号输出层65实现射频芯片7与电路板9之间的信息交流，从而提供射频芯片7和电路板9之间的电源、控制或基带信号的连接。射频芯片7输出天线射频信号，天线射频信号作为能量经过第二馈电结构68传输至馈线层63，馈线层63通过第一馈电结构67将能量传输到第一天线辐射片2和第二天线辐射片3，第一天线辐射片2和第二天线辐射片3将接收到的能量转换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的无线电波，该无线电波向周围空间辐射，进而实现信号的发送。
天线实现信号接收的工作原理为：第一天线辐射片2和第二天线辐射片3接收到空间中的无线电波，将该无线电波转换为能量，该能量依次经过第一馈电结构67、馈线层63和第二馈电结构68传输至射频芯片7，射频芯片7将接收到的能量进行处理，进而实现信号的接收。信号输出层65同样用于实现射频芯片7与电路板9之间的信息交流，从而提供射频芯片7和电路板9之间的电源、控制或基带信号的连接。
本申请的又一些实施例提供一种封装天线基板的制造方法，如图5a～5d所示，该制造方法包括如下步骤：
S1：如图5a所示，提供衬底基板1，在衬底基板1的一面上制作第一天线辐射片2。
在上述步骤中，衬底基板1的材料可以是树脂材料或者是CCL基板，树脂材料和CCL基板均具有较低的膨胀系数，可以将整个封装天线基板100的等效膨胀系数维持在较低水平。衬底基板1的厚度为220μm～280μm，可以支持整个封装天线基板100的整体刚性。第一天线辐射片2的数量可以为一个或者多个，当第一天线辐射片2的数量为多个时，多个第一天线辐射片2可呈阵列式布置，制作时可以按照所设计的阵列式布置的图案，将多个铜箔直接焊镀至衬底基板1上，形成多个第一天线辐射片2，也可以在衬底基板1上整面覆铜，再根据所设计的阵列式布置的图案进行刻蚀，去除不需要的部分，形成多个第一天线辐射片2。
S2：如图5b所示，在第一天线辐射片1上形成介质叠层4，在垂直于衬底基板1且逐渐远离衬底基板1的方向上，介质叠层4依次包括粘接层43、第一介质层41、及第二介质层42。
其中，第一介质层41的介电常数低于衬底基板1的介电常数，以降低介质叠层4的等效介电常数值，使第一天线辐射片2与第二天线辐射片3之间距离减小。第二介质层42的膨胀系数低于第一介质层41的膨胀系数，以限制第一介质层41涨缩，改善封装天线基板100的板弯翘。
示例性地，将介质叠层4中的粘接层43与第一介质层41依次堆叠在衬底基板1上，采用半固化片层压工艺进行压合，使粘接层43发生交联反应，产生较高的粘性，将第一介质层41与衬底基板1稳固地结合在一起，同时，还将第一介质层41与第一天线辐射片2粘合。接着，再将第二介质层42压贴于第一介质层41上。或者，可将粘接层43、第一介质层41及第二介质层42依次堆叠在衬底基板1上，通过层压工艺进行一次性压合，使粘接层43、第一介质层41及第二介质层42所构成的介质叠层4粘接于衬底基板1上。
S3：如图5c所示，在介质叠层4背向衬底基板1的一面上制作第二天线辐射片3。
在上述步骤中，第二天线辐射片3的数量可是多个，多个第二天线辐射片3可以呈阵列式布置。制作时，可以按照阵列式布置的图案，将铜箔直接焊镀至衬底基板1上，形成多个第二天线辐射片3，也可以在介质叠层4背向衬底基板1的一面上整面覆铜，再按照阵列式布置的图案进行刻蚀，形成多个第二天线辐射片3。并且，要使阵列式布置的多个第二天线辐射片3与阵列式布置的多个第一天线辐射片2一一对应。
上述封装天线基板的制造方法还可包括如下步骤：
S4：如图5d所示，在衬底基板1的与第一天线辐射片2所在的一侧相对的一侧制造功能叠层6。
示例性的，步骤S4包括以下流程：
S41：在衬底基板1背向第一天线辐射片2的一侧制作接地屏蔽层61。
制作接地屏蔽层61可以采用MSAP(Modified Semi-Additive Process、改良型半加成法)或者SAP(Semi-Additive Process、半加成法)工艺。示例性地，采用MSAP工艺，制作接地屏蔽层61的具体流程为：衬底基板1背向第一天线辐射片2的一侧覆盖一层超薄铜箔；在对应第一天线辐射片2的位置处，将衬底基板1进行激光钻孔，形成通孔a；在铜箔上覆盖一层抗刻蚀膜，进行曝光显影，在显影后形成的图案上再电镀一层铜箔，并用铜将在衬底基板1上通过激光钻孔形成的通孔a进行填充；将抗刻蚀膜去除，将抗刻蚀膜所覆盖位置处的超薄铜箔进行快速刻蚀，最后留在衬底基板1上的铜箔的图案形成接地屏蔽层61。
S42：在接地屏蔽层61背向衬底基板1的一侧形成第一绝缘层62。
示例性地，可采用化学沉积的方式形成第一绝缘层62。
S43：在第一绝缘层62背向衬底基板1的一侧形成馈线层63。
示例性地，馈线层63的制作可采用MSAP工艺。具体流程为：在第一绝缘层62背向衬底基板1的一侧覆盖一层超薄铜箔；在对应第一天线辐射片2的位置处，也就是对应衬底基板1形成通孔a的位置处，将第一绝缘层62进行激光钻孔，形成盲孔b；在铜箔上覆盖一层抗刻蚀膜，进行曝光显影，在显影后形成的图案上再电镀一层铜箔，并用铜将在第一绝缘层62上通过激光钻孔形成的盲孔b进行填充；将抗刻蚀膜去除，将抗刻蚀膜所覆盖位置处的超薄铜箔进行快速刻蚀，最后留在第一绝缘层62上的铜箔的图案形成馈线层63。
用铜将通孔a和盲孔b进行填充的工艺为孔金属化工艺，形成的通孔a和盲孔b一一对应连接，形成第一馈电结构67，第一馈电结构67将第一天线辐射片2与馈线层63电连接。
S44：在馈线层63背向衬底基板1的一侧形成第二绝缘层64。
示例性地，形成第二绝缘层64可采用化学沉积的方式。
S45：在第二绝缘层64背向衬底基板1的一侧形成信号输出层65。
示例性地，信号输出层65的制作可采用MSAP工艺，具体流程为：在第二绝缘层64背向衬底基板1的一侧覆盖一层超薄铜箔；在对应馈线层63的位置处，将第二绝缘层64进行激光钻孔，形成盲孔c；在铜箔上覆盖一层抗刻蚀膜，进行曝光显影，在显影后形成的图案上再电镀一层铜箔，并用铜将在第二绝缘层64上通过激光钻孔形成的盲孔c进行填充；将抗刻蚀膜去除，将抗刻蚀膜所覆盖位置处的超薄铜箔进行快速刻蚀，最后留在第二绝缘层64上的铜箔的图案形成信号输出层65。盲孔c中填充的铜形成第二馈电结构68的一部分。
S46：在信号输出层65背向衬底基板1的一侧形成第三绝缘层66。
示例性地，形成第三绝缘层66可采用化学沉积的方式。
采用MSAP工艺进行功能叠层6的制作，可以提高镀铜表面的附着力，提高线路之间的绝缘性，提高通孔连接的可靠性，且能达到简化工艺的效果。
作为一种可能的设计，功能叠层6还包括，设置于第二绝缘层64与信号输出层65之间的第二接地屏蔽层69和第四绝缘层610，以及依次设置于第三绝缘层66背向衬底基板1的一侧的连接层611和保护层612。第二接地屏蔽层69位于第二绝缘层64背向衬底基板1的一侧，第四绝缘层610位于第二接地屏蔽层69背向衬底基板1的一侧。相应的，在步骤S44和S45之间，还包括形成第二接地屏蔽层69和第四绝缘层610的步骤，在步骤S46之后，还包括形成连接层611和保护层612的步骤。同样，第二接地屏蔽层69和连接层611可采用MSAP工艺制作，第四绝缘层610和保护层612采用化学沉积的方式制作，此处不再详细说明。
需要说明的是，以上封装天线基板100的制造方法仅为一种示例，在实际制作封装天线基板100的过程中，根据封装天线基板100的各层材料的不同和各叠层图案的不同，封装天线基板100的制造方法可以有多种不同的变形。
在封装天线基板100制作完成后，还要将封装天线基板100与射频芯片7进行集成，形成封装天线200，可参照图2，将射频芯片7与封装天线基板100通过焊接凸块8实现电连接。
封装天线200还需集成在终端300中的电路板9上，可参照图3，示例性地，封装方法可采用BGA(Ball Grid Array，焊球阵列封装)工艺，在封装天线基板100的底部(即封装天线基板100的与设置有第二天线辐射片3的一侧相对的一侧)制作阵列式的焊球10，将封装天线基板100与电路板9表面的焊盘11通过焊球10实现互接。
总之，以上所述仅为本申请的一些实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种封装天线基板，其特征在于，包括：
衬底基板；
设置于所述衬底基板一面上的第一天线辐射片，及设置于所述第一天线辐射片背向所述衬底基板一侧的第二天线辐射片；
设置于所述第一天线辐射片与所述第二天线辐射片之间的介质叠层，所述介质叠层包括第一介质层，设置于所述第一介质层面向所述第一天线辐射片的一侧的粘接层，及设置于所述第一介质层面向所述第二天线辐射片一侧的第二介质层；
其中，所述第一介质层的介电常数低于所述衬底基板的介电常数，所述第二介质层的膨胀系数低于所述第一介质层的膨胀系数。
2.根据权利要求1所述的封装天线基板，其特征在于，所述第一介质层的材料包括聚四氟乙烯材料。
3.根据权利要求2所述的封装天线基板，其特征在于，所述第一介质层的材料还包括添加在所述聚四氟乙烯材料中的填料，所述填料用于增强所述第一介质层的刚性。
4.根据权利要求3所述的封装天线基板，其特征在于，所述填料包括玻璃粉、陶瓷粉、玻纤布中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的封装天线基板，其特征在于，第一介质层的厚度占介质叠层的总厚度的比例的取值范围为80％～90％。
6.根据权利要求1所述的封装天线基板，其特征在于，所述第二介质层包括含玻纤布的树脂片。
7.根据权利要求1所述的封装天线基板，其特征在于，所述第二介质层的膨胀系数为6PPM～10PPM。
8.根据权利要求1所述的封装天线基板，其特征在于，所述粘接层包括树脂片。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的封装天线基板，其特征在于，所述衬底基板的材料包括树脂材料。
10.根据权利要求9所述的封装天线基板，其特征在于，所述衬底基板的厚度为220μm～280μm。
11.根据权利要求1～8中任一项所述的封装天线基板，其特征在于，所述封装天线基板还包括设置于所述介质叠层背向所述衬底基板的一侧的多块铜皮，所述铜皮悬空或接地，且所述铜皮与所述第二天线辐射层电绝缘。
12.根据权利要求1～8中任一项所述的封装天线基板，其特征在于，所述封装天线基板还包括：
设置于所述衬底基板的与所述第一天线辐射片所在的一侧相对的一侧的功能叠层，在垂直于所述衬底基板且逐渐远离所述衬底基板的方向上，所述功能叠层依次包括接地屏蔽层、第一绝缘层、馈线层、第二绝缘层、信号输出层、及第三绝缘层；
设置于所述第一天线辐射片与所述馈线层之间的第一馈电结构，所述第一馈电结构贯穿所述衬底基板及所述第一绝缘层，所述第一馈电结构的一端与所述第一天线辐射片电连接，另一端与所述馈线层电连接，且所述第一馈电结构与所述接地屏蔽层电绝缘；
设置于所述馈线层背向所述衬底基板的一侧的第二馈电结构，所述第二馈电结构贯穿所述第二绝缘层及所述第三绝缘层，所述第二馈电结构的近馈线层端与所述馈线层电连接，且所述第二馈电结构与所述信号输出层电绝缘。
13.一种封装天线，包括射频芯片，其特征在于，所述封装天线还包括如权利要求1～12中任一项所述的封装天线基板，所述射频芯片安装在所述封装天线基板的与所述第二天线辐射片所在的一侧相对的一侧。
14.一种终端，包括电路板，其特征在于，所述终端还包括安装于所述电路板上的如权利要求13所述的封装天线，所述封装天线的安装有射频芯片的一侧面向所述电路板。
15.一种封装天线基板的制造方法，其特征在于，包括：
提供衬底基板，在所述衬底基板的一面上制作第一天线辐射片；
在所述第一天线辐射片上形成介质叠层，在垂直于所述衬底基板且逐渐远离所述衬底基板的方向上，所述介质叠层依次包括粘接层、第一介质层、及第二介质层；其中，所述第一介质层的介电常数低于所述衬底基板的介电常数，所述第二介质层的膨胀系数高于所述第一介质层的膨胀系数；
在所述介质叠层背向所述衬底基板的一面上制作第二天线辐射片。
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