CN114464983A - 封装天线基板及其制备方法、电子设备 - Google Patents

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CN114464983A CN202210025312.2A CN202210025312A CN114464983A CN 114464983 A CN114464983 A CN 114464983A CN 202210025312 A CN202210025312 A CN 202210025312A CN 114464983 A CN114464983 A CN 114464983A
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Abstract

本申请提供一种封装天线基板及其制备方法、电子设备。所述封装天线基板包括功能叠层和层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料。本申请的技术方案能够降低天线阵子与射频芯片之间传输线的损耗。

Description

封装天线基板及其制备方法、电子设备
技术领域
本申请涉及通信技术领域,尤其涉及一种封装天线基板及其制备方法、电子设备。
背景技术
AiP(Antenna in Package,封装天线集成)技术和板载天线(Antenna-on-Board,AOB)技术中,天线阵子和射频芯片集成在电路板(Printed Circuit Board,PCB)的两个相背设置的表面,而为天线阵子进行馈电的馈电网络设置在电路板的内部,其能够在天线阵子和射频芯片之间传输信号。目前,天线阵子与射频芯片之间传输线的损耗较高,需要持续改善降低。
发明内容
本申请的实施例提供一种封装天线基板及其制备方法、电子设备,能够降低天线阵子与射频芯片之间传输线的损耗。
第一方面,本申请提供一种封装天线基板,所述封装天线基板包括功能叠层和层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料。
需说明的是,第一介质层既可以设置在封装叠层与馈电网络层之间,第一介质层还可以设置在馈电网络层背离封装叠层一侧,仅需满足与馈电网络层接触即可。而第二材料层可以为任意抗热氧老化能力强的材料,如具有耐高温老化能力的热塑性的氟树脂。
其中,封装天线基板使用毫米波频段进行通信。可以理解的是,电磁波的工作频率越高,对应的工作波长越短。当电磁波的工作波长在毫米量级时,称这样的频段为毫米波频段,使用毫米波频段进行通信的好处在于毫米波频段具有非常宽的频谱资源,能够实现5G系统的超高数据传输速率。而5G系统中规划的毫米波频段较多,例如以28GHz为主的n257(26.5GHz-29.5GHz)频段,或者以39GHz为主的n260(37.0GHz-40.0GHz)频段。
可以理解的是,毫米波信号传输很大,通过采用封装天线基板,可以使射频芯片与天线阵子集成在封装天线基板上,以获取最低的链路损耗。但由于射频芯片与天线阵子之间传输线的损耗较高,会对封装天线基板的工作可靠性产生不良影响。而影响封装天线基板内部传输线损耗的主要因素之一为封装天线基板中的介质损耗。
由此,通过使与馈电网络层相邻的第一介质层具有两层材料不同的材料层,能够使第一介质层可以通过两种不同介质混压形成。而第一材料层相对于第二材料层更靠近功能叠层。也即为,在封装天线基板中,第一材料层为介质层中的内层结构,第二材料层为介质层中的外层结构。而在第一介质层中,第一材料层具有良好的结合性能,能够与其他结构层(如功能叠层)具有较佳的结合力,以提升第一介质层整体的结合性能。第二材料层具有良好的耐热氧老化性能(亦可称之为抗热氧老化性能),有利于提升封装天线基板整体的耐高温氧化能力,可靠性佳。
并且,相比于第一介质层采用单一介质压合形成,采用复合介质制备形成的第一介质层。一方面,可以最大限度的降低第一介质层在高温老化后损耗急剧恶化的情况,有效增强第一介质层的耐高温氧化能力,进而减少第一介质层因老化后介质损耗恶化而导致传输线损耗较高的问题,有利于减少封装天线基板整体的传输损耗,使封装天线基板具有良好的传输可靠性和稳定性。另一方面,能够有效改善封装天线基板整体的等效全向辐射功率(equivalent isotropically radiated power,EIRP),使封装天线基板的工作可靠性得以提升。
一种可能的实施方式中,所述封装天线基板还包括第二介质层,所述功能叠层、所述第一介质层、所述馈电网络层和所述第二介质层依次层叠设置,所述第二介质层包括第三材料层和第四材料层,所述第四材料层相对于所述第三材料层靠近所述馈电网络层,所述第三材料层所采用的材料和所述第四材料层所采用的材料不相同,所述第四材料层包括耐热氧老化材料。
需说明的是,第四材料层可以为任意抗热氧老化能力强的材料,如具有耐高温老化能力的热塑性的氟树脂。
一种可能的实施方式中,所述第一材料层的材质包括聚苯醚或碳氢树脂。
其中,第一材料层的材料可以为低损耗的热固性树脂(半固化材料)。示例性地,第一材料层的材料可以为玻纤型号为1080、1078、1086、106、1037、1027、1067等的热固性树脂。
可以理解的是,第一材料层因采用聚苯醚或碳氢树脂而具备粘接作用,其与功能叠层和/或馈电网络层之间能够具有良好的结合力,故而能够使第一介质层牢固的粘接在功能叠层和/或第二介质层牢固的粘接在馈电网络层上。
一种可能的实施方式中,所述第二材料层的材质包括基板或氟树脂膜。
其中,第二材料层的材料可以为低损耗且耐高温老化的材料。需说明的是,基板可采用基板材料制备而成,其具有良好的耐热氧老化性能。例如,基板可以采用覆铜板(Copper Clad Laminate,CCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,或者,基板可以采用挠性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate,FCCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,其类型的选取可根据封装天线基板的实际应用场景而进行灵活调整,本申请的技术方案对此不做严格限制。
示例性地,第二材料层的材质可包括氟树脂,如包括聚四氟乙烯(PTFE,PolyTetra Fluoro Ethylene)、可溶性聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene,PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylene propylen,FEP)等及其混合物,也可以包括耐高温氧化的热固性树脂。
可以理解的是,第二材料层因采用基板或氟树脂膜而具有良好的耐高温老化能力,且还能够与铜箔具有较高的结合力,从而能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第一介质层能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板的传输损耗,使封装天线基板具有良好的工作可靠性。
一种可能的实施方式中,在10吉赫的频率下,所述第一介质层的介电损耗小于0.004。
由此,介电损耗满足此范围的第一介质层能够具有较低的介电损耗,能够使信号在第一介质层中的完整性较好,有利于改善封装天线基板的传输损耗。
一种可能的实施方式中,在10吉赫的频率下,所述第一介质层的介电常数小于4.0。
由此,介电损耗满足此范围的第一介质层能够具有较低的介电常数,能够有效改善高速传输信号的质量,提升信号速率,有利于改善封装天线基板的传输损耗。
一种可能的实施方式中,所述馈电网络层的表面粗糙度小于2微米。
其中,表面粗糙度(surface roughness)是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小,属于微观几何形状误差。
由此,表面粗糙度满足此范围的馈电网络层能够具有较低的铜箔粗糙度,可以有效改善毫米波频段下的导体损耗,且此损耗在工作频率高的波段改善的更为明显,有利于降低封装天线基板的整体的传输线损耗。
一种可能的实施方式中,所述馈电网络层与所述第一介质层之间的剥离强度大于3磅/英寸。
由此,剥离强度(peel strength)满足此范围的第一介质层能够与馈电网络层具有较强的剥离强度,有利于改善毫米波频段下的导体损耗,进而降低封装天线基板的整体的传输线损耗。
第二方面,本申请还提供一种封装天线基板的制备方法,所述方法包括:
制备功能叠层;及
制备层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料。
一种可能的实施方式中,所述制备制备层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料包括:
提供第一材料层和覆铜芯层,所述覆铜芯层包括第二材料层和设置在所述第二材料层相背设置的两面的铜层;
刻蚀所述铜层以形成覆盖所述第二材料层的馈电网络层;及
将所述功能叠层、所述第一材料层、所述第二材料层和所述馈电网络层一起压合,以形成层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,且所述第二材料层包括耐热氧老化材料。
第三方面,本申请还提供一种电子设备,所述电子设备包括主板和如上所述的封装天线基板,或者,所述电子包括主板和如上所述的制备方法所制得的封装天线基板;所述封装天线基板连接至所述主板。
附图说明
图1是本申请实施例提供的电子设备的结构示意图;
图2是本申请实施例提供的封装天线基板的一种结构示意图;
图3是本申请实施例提供的封装天线基板的另一种结构示意图;
图4是本申请实施例提供的封装天线基板的又一种结构示意图;
图5是本申请实施例提供的封装天线基板的制备方法的流程示意图;
图6是本申请实施例提供的封装天线基板的制备方法的部分步骤示意图。
具体实施方式
为了方便理解,首先对本申请的实施例所涉及的术语进行解释。
和/或:仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。
多个:是指两个或多于两个。
连接:应做广义理解,例如,A与B连接,可以是A与B直接相连,也可以是A与B通过中间媒介间接相连。
下面将结合附图,对本申请的具体实施方式进行清楚地描述。
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)技术和板载天线(Antenna-on-Board,AOB)技术成为毫米波天线领域的主流技术。
在AiP(Antenna in Package,封装天线集成)技术和板载天线(Antenna-on-Board,AOB)技术中,天线阵子和射频芯片集成在电路板(Printed Circuit Board,PCB)的两个相背设置的表面,而为天线阵子进行馈电的馈电网络设置在电路板的内部,其能够在天线阵子和射频芯片之间传输信号。目前,天线阵子与射频芯片之间传输线的损耗较高,需要持续改善降低。
基于此,请结合参阅图1-图6,本申请的实施例提供一种封装天线基板100和应用封装天线基板100的电子设备200,能够降低天线阵子与射频芯片之间的传输线的损耗。
其中,电子设备200可以为但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手环、智能手表、等智能消费类电子设备200,也可以为如城域路由器、中心路由器等电信机房类设备,也可以为如数据中心服务器、数据中心交换机等IT计算机房类设备,也可以为如MDC(Mobile Data Center,移动数据中心)等车载类设备,其还可应用至工业机器人、轨道交通(例如地铁、高铁)或特种电源(例如舰船、飞机、车辆)等。
需说明的是,封装天线基板100不局限于应用至上述列举的设备,其还可以应用于任何涉及由天线实现信号接收与发送需求的设备,如具有无源天线阵列、有源射频收发或辐相控制功能的设备;或可应用于光模块;或可应用于基站,如射频拉远单元(RemoteRadio Unit,RRU)、有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU)、室内基站处理单元(Building Base band Unite,BBU)、射频拉远集线器(Remote Radio Unit-Hub,RHUB);或可应用于雷达等,本申请的实施例对此不做严格限制。
请参阅图1,电子设备200可以包括主板210和连接至主板210的封装天线基板100。主板210能够承载封装天线基板100并与封装天线基板100组装,进而实现与封装天线基板100之间的电气互连。示例性地,封装天线基板100可以为带球栅阵列封装(Ball GridArra,BGA)形式的封装基板,可通过设置在封装天线基板100上的焊球而实现与主板210之间的电连接。
需说明的是,图1的目的仅在于示意性的描述主板210和封装天线基板100的连接关系,并非是对各个设备的连接位置、具体构造及数量做具体限定。而本申请实施例示意的结构并不构成对电子设备200的具体限定。在本申请另一些实施例中,电子设备200可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者拆分某些部件,或者不同的部件布置。图示的部件可以以硬件,软件或软件和硬件的组合实现。
请结合参阅图2、图3和图4,封装天线基板100包括功能叠层10、第一增层20、第二增层30和射频芯片40(RFIC,Radio Frequency Integrated Circuit)。其中,封装天线基板100使用毫米波频段进行通信。
可以理解的是,电磁波的工作频率越高,对应的工作波长越短。当电磁波的工作波长在毫米量级时,称这样的频段为毫米波频段,使用毫米波频段进行通信的好处在于毫米波频段具有非常宽的频谱资源,能够实现5G系统的超高数据传输速率。而5G系统中规划的毫米波频段较多,例如以28GHz为主的n257(26.5GHz-29.5GHz)频段,或者以39GHz为主的n260(37.0GHz-40.0GHz)频段。
请继续参阅图2、图3和图4,功能叠层10包括多层线路层11、多层第一绝缘层12和多层第二绝缘层13。多层线路层11、多层第一绝缘层12和多层第二绝缘层13按照一层线路层11、一层第一绝缘层12、一层线路层11、一层第二绝缘层13的顺序连续交替层叠设置,以形成“线路层11-第一绝缘层12-线路层11-第二绝缘层13-线路层11...-线路层11”的布局设置。也即为,每相邻两层线路层11能够通过一层第一绝缘层12或一层第二绝缘层13间隔。而第一绝缘层12和第二绝缘层13可采用高频介质材料制成,以满足封装天线基板100的高频传输需求。且第一绝缘层12和第二绝缘层13所采用的材料不相同。示例性地,线路层11的材质可以为铜,如超低轮廓铜箔(HVLP)。第一绝缘层12的材质可以采用覆铜板(CopperClad Laminate,CCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,第二绝缘层13的材质可以为热固性树脂。
可以理解的是,线路层11具备导电功能,通过在相邻两个线路层11之间设置第一绝缘层12或第二绝缘层13,能够有效把相邻两个线路层11间隔开,使相邻两个线路层11能够彼此独立的发挥其各自的作用而不会相互干涉,可靠性佳。
需说明的是,每一线路层11可根据需要而被刻蚀成为相应的线路图形,以具备相应的功能。例如,线路层11可以用作缝隙耦合层。或者,线路层11可以用作地层,以实现隔离或接地保护。或者,线路层11可以用作电源层,以实现为射频芯片40供电。或者,线路层11可以用作控制层,以控制如时钟信号(CLK),片选(CSB)等控制信号。或者,线路层11可以用作带状线层,以实现为天线辐射单元馈电的功能。或者,线路层11可以用作天线转接层。换言之,在功能叠层10中,多层线路层11各自的作用和其具体排布位置可根据应用场景进行选取和布置,本申请的实施例不做严格限制。
一种可能的实施方式中,请参阅图2,功能叠层10还可以包括层间互连结构50。可以理解的是,层间互连结构50可根据需要而设置在功能叠层10的预设位置,其能够将多层线路层11中需要互连的线路层11连接起来。另外,可通过在多层线路层11中需要互连的线路层11围绕层间互连结构50的位置处设置金属区,并通过在多层线路层11中不需要互连的线路层11围绕层间互连结构50的位置处设置绝缘区,以使多层线路层11中需进行互连的线路层11能够与层间互连结构50之间形成金属连接带,以及多层线路层11中不需要互连的线路层11能够与层间互连结构50之间形成绝缘隔离带,保障多层线路层11中需互连的线路层11与无需互连的线路层11之间彼此独立而不会发生干涉,进一步达成层间互连结构50的互连需求。示例性地,层间互连结构50可以为贯穿功能叠层10中所有线路层11的金属化过孔,其中,金属化过孔可理解为在过孔内部填充电镀金属而形成的电连接结构。
需说明的是,层间互连结构50的数量可根据封装天线基板100的制备需求而相应的调整为一个或多个。每一个层间互连结构50均要求一个独立的金属化过孔,例如若有N个层间互连结构50,则需有N个金属化通孔,N为正整数。而同一线路层11中可以存在不同的层间互连结构50,例如在同一线路层11中具有两个层间互连结构50,其中一个层间互连结构50可实现相邻两个线路层11之间的互连,另一个层间互连结构50可实现相邻三个线路层11之间的互连。另外,层间互连结构50可用于实现相邻的多个线路层11之间的互连,层间互连结构50也可用于实现不相邻的多个线路层11之间的互连。对于层间互连结构50的数量、设置位置、具体的互连需求等可根据封装天线基板100的实际应用需求进行选取,本申请的实施例对此不做严格限制。
情继续参阅图2、图3和图4,第一增层20和第二增层30分别设置在功能叠层10的两侧。也即为,功能叠层10为双面叠层,其相背设置的两面均可设置增层。换言之,第一增层20和第二增层30设置在功能叠层10相背设置的两面。需说明的是,第一增层20的层数和第二增层30的层数可以相同或不相同,可根据功能叠层10的实际应用需求进行设置。当第一增层20的层数与第二增层30的层数相同时,第一增层20和第二增层30对称地分布在功能叠层10的两侧,能够有效避免叠层加工时出现翘曲的缺陷,保证产品质量。例如,第一增层20的层数为两层,第二增层30的层数也为两层。当第一增层20的层数与第二增层30的层数不相同时,第一增层20和第二增层30非对称地分布在功能叠层10的两侧。例如,第一增层20的层数为三层,第二增层30的层数为五层。另外,如下是以功能叠层10的双面均设置增层为例进行说明,但也仅可在功能叠层10相背设置的两面中的任意一面设置增层,也即功能叠层10可以为单面叠层。本申请的实施例对于功能叠层10为单面叠层或双面叠层不做严格限制,可根据功能叠层10的实际应用需求进行灵活设置。
具体而言,第一增层20可以包括依次设置在功能叠层10上的第一介质层21、馈电网络层22、第二介质层23和器件层24。其中,第一介质层21和第二介质层23均可采用高频介质材料制成,以满足封装天线基板100的高频传输需求。馈电网络层22和器件层24可采用铜箔制成,如超低轮廓铜箔(HVLP)。馈电网络层22的表面粗糙度可以小于2微米,表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离(波距)很小,属于微观几何形状误差。由此,表面粗糙度满足此范围的馈电网络层22能够具有较低的铜箔粗糙度,可以有效改善毫米波频段下的导体损耗,且此损耗在工作频率高的波段改善的更为明显,有利于降低封装天线基板100的整体的传输线损耗。另外,馈电网络层22与第一介质层21和/或第二介质层23之间的剥离强度可以大于3磅/英寸(如4磅/英寸)。由此,剥离强度满足此范围的第一介质层21和/或第二介质层23能够与馈电网络层22具有较强的剥离强度,有利于改善毫米波频段下的导体损耗,进而降低封装天线基板100的整体的传输线损耗。
可以理解的是,封装天线基板100为多层板结构,通过将馈电网络层22设置在封装天线基板100的次外层,可以将馈电网络层22设置在封装天线基板100的内部,从而使馈电网络层22能够在天线辐射单元和射频芯片40之间传输微波信号(例如28Hz以上),有效保障封装天线基板100内部信号的稳定传输。
一种可能的实施方式中,如图2所示,第一介质层21包括第一材料层211和第二材料层212,第一材料层211为第一介质层21中与功能叠层10相接触的层结构,第二材料层212为第一介质层21中与馈电网络层22相接触的层结构。第一材料层211所采用的材料和第二材料层212所采用的材料不相同。
本实施方式中,第一材料层211相对于第二材料层212靠近功能叠层10,第一材料层211为低损耗粘接片,第二材料层212为高耐热氧老化材料层。
可以理解的是,第一材料层211相对于第二材料层212更靠近功能叠层10。也即为,在封装天线基板100中,第一材料层211为介质层中的内层结构,第二材料层212为介质层中的外层结构。通过将介质层中靠内侧的材料层设置为具有良好粘接性能,靠外侧的材料层设置为具有良好的耐热氧老化性能,能够使两者配合而为提升封装天线基板整体的耐高温氧化能力作出突出贡献,可靠性佳。
示例性地,第一材料层211的材质可以包括聚苯醚或碳氢树脂。第二材料层212的材质可以包括基板或氟树脂膜。
需说明的是,基板可采用基板材料制备而成,其具有良好的耐热氧老化性能。例如,基板可以采用覆铜板(Copper Clad Laminate,CCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,或者,基板可以采用挠性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate,FCCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,其类型的选取可根据封装天线基板的实际应用场景而进行灵活调整,本申请的技术方案对此不做严格限制。
可以理解的是,毫米波信号传输很大,通过采用封装天线基板100,可以使射频芯片40与天线阵子集成在封装天线基板100上,以获取最低的链路损耗。但由于封装天线基板100内部馈电网络传输线的损耗较高,会对封装天线基板100的工作可靠性产生不良影响。而影响封装天线基板100内部馈电网络传输线损耗的主要因素之一为封装天线基板100中的介质损耗。
由此,通过使与馈电网络层22相邻的第一介质层21具有两层材料不同的材料层,能够使第一介质层21可以通过两种不同介质混压形成。相比于第一介质层21采用单一介质压合形成,采用复合介质制备形成的第一介质层21。一方面,可以最大限度的降低第一介质层21在高温老化后损耗急剧恶化的情况,有效增强第一介质层21的耐高温氧化能力,进而减少第一介质层21因老化后介质损耗恶化而导致传输线损耗较高的问题,有利于减少封装天线基板100整体的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的传输可靠性和稳定性。另一方面,能够有效改善封装天线基板100整体的等效全向辐射功率(equivalentisotropically radiated power,EIRP),使封装天线基板100的工作可靠性得以提升。
本实施方式中,在10吉赫(Ghz)的频率下,第一介质层21的介电损耗(DissipationFactor,Df)可以小于0.004。换言之,第一材料层211的介电损耗和第二材料层212的介电损耗均可小于0.004。由此,介电损耗满足此范围的第一介质层21能够具有较低的介电损耗,能够使信号在第一介质层21中的完整性较好,有利于改善封装天线基板100的传输损耗。
而在10吉赫的频率下,第一介质层21的介电常数(Dielectric Constant,Dk)小于4.0。换言之,第一材料层211的介电常数和第二材料层212的介电常数均可小于4.0。由此,介电损耗满足此范围的第一介质层21能够具有较低的介电常数,能够有效改善高速传输信号的质量,提升信号速率,有利于改善封装天线基板100的传输损耗。
在一具体的应用场景中,第一材料层211的材质包括聚苯醚,第二材料层212的材质包括基板,基板可以采用覆铜板中剥离表面铜层后的材料制备而成。可以理解的是,第一材料层211因采用聚苯醚而具备粘接作用,其与功能叠层10之间能够具有良好的结合力,故而能够使第一介质层21牢固的粘接在功能叠层10上。而第二材料层212因采用基板而具有良好的耐高温老化能力,且还能够与铜箔具有较高的结合力,从而能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第一介质层21能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板100的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的工作可靠性。示例性地,第一材料层211可采用Megtron 7N级别的材料。第二材料层212的材质可包括氟树脂,如包括聚四氟乙烯(PTFE,Poly Tetra Fluoro Ethylene)、可溶性聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene,PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylene propylen,FEP)等及其混合物,也可以包括耐高温氧化的热固性树脂。
在另一具体的应用场景中,第一材料层211的材质包括碳氢树脂,第二材料层212的材质包括基板,基板可以采用挠性覆铜板中剥离表面铜层后的材料制备而成。可以理解的是,第一材料层211因采用碳氢树脂而具备粘接作用,其与功能叠层10之间能够具有良好的结合力,故而能够使第一介质层21牢固的粘接在功能叠层10上。而第二材料层212因采用基板而具有良好的耐高温老化能力,且还能够与铜箔具有较高的结合力,从而能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第一介质层21能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板100的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的工作可靠性。
另一种可能的实施方式中,请参阅图3,第二介质层23包括第三材料层231和第四材料层232,第三材料层231为第二介质层23中与馈电网络层22相接触的层结构,第四材料层232为第二介质层23中与器件层24相接触的层结构。第三材料层231所采用的材料和第四材料层232所采用的材料不相同。
本实施方式中,第三材料层231相对于第四材料层232靠近功能叠层10,第三材料层231为低损耗粘接片,第四材料层232为高耐热氧老化材料层。
可以理解的是,第三材料层231相对于第四材料层232更靠近功能叠层10。也即为,在封装天线基板100中,第三材料层231为介质层中的内层结构,第四材料层232为介质层中的外层结构。通过将介质层中靠内侧的材料层设置为具有良好粘接性能,靠外侧的材料层设置为具有良好的耐热氧老化性能,能够使两者配合而为提升封装天线基板整体的耐高温氧化能力作出突出贡献,可靠性佳。
示例性地,第三材料层231的材质可以包括聚苯醚或碳氢树脂。第四材料层232的材质可以包括基板或氟树脂膜。
需说明的是,基板可采用基板材料制备而成,其具有良好的耐热氧老化性能。例如,基板可以采用覆铜板(Copper Clad Laminate,CCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,或者,基板可以采用挠性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate,FCCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,其类型的选取可根据封装天线基板的实际应用场景而进行灵活调整,本申请的技术方案对此不做严格限制。
可以理解的是,毫米波信号传输很大,通过采用封装天线基板100,可以使射频芯片40与天线阵子集成在封装天线基板100上,以获取最低的链路损耗。但由于封装天线基板100内部馈电网络传输线的损耗较高,会对封装天线基板100的工作可靠性产生不良影响。而影响封装天线基板100内部馈电网络传输线损耗的主要因素之一为封装天线基板100中的介质损耗。
由此,通过使与馈电网络层22相邻的第二介质层23具有两层材料不同的材料层,能够使第二介质层23可以通过两种不同介质混压形成。相比于第二介质层23采用单一介质压合形成,采用复合介质制备形成的第二介质层23。一方面,可以最大限度的降低第二介质层23在高温老化后损耗急剧恶化的情况,有效增强第二介质层23的耐高温氧化能力,进而减少第二介质层23因老化后介质损耗恶化而导致传输线损耗较高的问题,有利于减少封装天线基板100整体的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的传输可靠性和稳定性。另一方面,能够有效改善封装天线基板100整体的等效全向辐射功率(equivalentisotropically radiated power,EIRP),使封装天线基板100的工作可靠性得以提升。
本实施方式中,在10吉赫(Ghz)的频率下,第二介质层23的介电损耗(DissipationFactor,Df)可以小于0.004。换言之,第三材料层231的介电损耗和第四材料层232的介电损耗均可小于0.004。由此,介电损耗满足此范围的第二介质层23能够具有较低的介电损耗,能够使信号在第二介质层23中的完整性较好,有利于改善封装天线基板100的传输损耗。
而在10吉赫的频率下,第二介质层23的介电常数(Dielectric Constant,Dk)小于4.0。换言之,第三材料层231的介电常数和第四材料层232的介电常数均可小于4.0。由此,介电损耗满足此范围的第二介质层23能够具有较低的介电常数,能够有效改善高速传输信号的质量,提升信号速率,有利于改善封装天线基板100的传输损耗。
在一具体的应用场景中,第三材料层231的材质包括聚苯醚,第四材料层232的材质包括基板,基板可以采用覆铜板中剥离表面铜层后的材料制备而成。可以理解的是,第三材料层231因采用聚苯醚而具备粘接作用,其与馈电网络层22之间能够具有良好的结合力,故而能够使第二介质层23牢固的粘接在馈电网络层22上。而第四材料层232因采用基板而具有良好的耐高温老化能力,可长期工作在高温环境中,且老化后损耗恶化小。还能够与铜箔具有较高的结合力,从而能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第二介质层23能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板100的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的工作可靠性。示例性地,第三材料层231可采用Megtron 7N级别的材料。第四材料层232的材质可包括氟树脂,如包括聚四氟乙烯(PTFE,Poly Tetra Fluoro Ethylene)、可溶性聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene,PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylenepropylen,FEP)等及其混合物,也可以包括耐高温氧化的热固性树脂。
在另一具体的应用场景中,第三材料层231的材质包括碳氢树脂,第四材料层232的材质包括基板,基板可以采用挠性覆铜板中剥离表面铜层后的材料制备而成。可以理解的是,第三材料层231因采用碳氢树脂而具备粘接作用,其与馈电网络层22之间能够具有良好的结合力,故而能够使第二介质层23牢固的粘接在馈电网络层22上。而第四材料层232因采用基板而具有良好的耐高温老化能力,可长期工作在高温环境中,且老化后损耗恶化小。还能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第一介质层21能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板100的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的工作可靠性。
又一种可能的实施方式中,请参阅图4,第一介质层21包括第一材料层211和第二材料层212。在第一介质层21中,第一材料层211为第一介质层21中与功能叠层10相接触的层结构,第二材料层212为第一介质层21中与馈电网络层22相接触的层结构。第二介质层23包括第三材料层231和第四材料层232。在第二介质层23中,第三材料层231为第二介质层23中与馈电网络层22相接触的层结构,第四材料层232为第二介质层23中与器件层24相接触的层结构。第三材料层231所采用的材料和第四材料层232所采用的材料不相同。
本实施方式中,第一材料层211相对于第二材料层212靠近功能叠层10,第三材料层231相对于第四材料层232更靠近功能叠层10。第一材料层211和第三材料层231为低损耗粘接片,第二材料层212和第四材料层232为高耐热氧老化材料层。
可以理解的是,第一材料层211相对于第二材料层212更靠近功能叠层10,第三材料层231相对于第四材料层232更靠近功能叠层10。也即为,在封装天线基板100中,第一材料层211和第三材料层231为介质层中的内层结构,第二材料层212和第四材料层232为介质层中的外层结构。通过将介质层中靠内侧的材料层设置为具有良好粘接性能,靠外侧的材料层设置为具有良好的耐热氧老化性能,能够使两者配合而为提升封装天线基板整体的耐高温氧化能力作出突出贡献,可靠性佳。
示例性地,第一材料层211和第三材料层231的材质可以包括聚苯醚或碳氢树脂。第二材料层212和第四材料层232的材质可以包括基板或氟树脂膜。
需说明的是,基板可采用基板材料制备而成,其具有良好的耐热氧老化性能。例如,基板可以采用覆铜板(Copper Clad Laminate,CCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,或者,基板可以采用挠性覆铜板(Flexible Copper Clad Laminate,FCCL)中剥离表面铜层后的材料制备而成,其类型的选取可根据封装天线基板的实际应用场景而进行灵活调整,本申请的技术方案对此不做严格限制。
可以理解的是,毫米波信号传输很大,通过采用封装天线基板100,可以使射频芯片40与天线阵子集成在封装天线基板100上,以获取最低的链路损耗。但由于封装天线基板100内部馈电网络传输线的损耗较高,会对封装天线基板100的工作可靠性产生不良影响。而影响封装天线基板100内部馈电网络传输线损耗的主要因素之一为封装天线基板100中的介质损耗。
由此,通过使与馈电网络层22相邻的第一介质层21和第二介质层23具有两层材料不同的材料层,能够使第一介质层21和第二介质层23可以通过两种不同介质混压形成。相比于第一介质层21和第二介质层23采用单一介质压合形成,采用复合介质制备形成的第一介质层21和第二介质层23。一方面,可以最大限度的降低第一介质层21和第二介质层23在高温老化后损耗急剧恶化的情况,有效增强第二介质层23的耐高温氧化能力,进而减少第一介质层21和第二介质层23因老化后介质损耗恶化而导致传输线损耗较高的问题,有利于减少封装天线基板100整体的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的传输可靠性和稳定性。另一方面,能够有效改善封装天线基板100整体的等效全向辐射功率(equivalentisotropically radiated power,EIRP),使封装天线基板100的工作可靠性得以提升。
本实施方式中,在10吉赫(Ghz)的频率下,第一介质层21和第二介质层的介电损耗(Dissipation Factor,Df)和第二介质层23的介电损耗均可以小于0.004。换言之,第一介质层21的第一材料层211的介电损耗和第二材料层212的介电损耗均可小于0.004,第二介质层23的第三材料层231的介电损耗和第四材料层232的介电损耗均可小于0.004。由此,介电损耗满足此范围的第一介质层21和第二介质层23能够具有较低的介电损耗,能够使信号在第一介质层21和第二介质层23中的完整性较好,有利于改善封装天线基板100的传输损耗。
而在10吉赫的频率下,第一介质层21的介电常数(Dielectric Constant,Dk)和第二介质层23的介电常数小于4.0。换言之,第一介质层21的第一材料层211的介电常数和第二材料层212的介电常数均可小于4.0,第二介质层23的第三材料层231的介电常数和第四材料层232的介电常数均可小于4.0。由此,介电损耗满足此范围的第一介质层21和第二介质层23能够具有较低的介电常数,能够有效改善高速传输信号的质量,提升信号速率,有利于改善封装天线基板100的传输损耗。
在一具体的应用场景中,第一材料层211和第三材料层231的材质包括聚苯醚,第二材料层212和第四材料层232的材质包括基板,基板可以采用覆铜板中剥离表面铜层后的材料制备而成。可以理解的是,第一材料层211和第三材料层231因采用聚苯醚而具备粘接作用,其与功能叠层10和馈电网络层22之间能够具有良好的结合力,故而能够使第一介质层21牢固的粘接在功能叠层10以及第二介质层23牢固的粘接在馈电网络层22上。而第二材料层212和第四材料层232因采用基板而具有良好的耐高温老化能力,可长期工作在高温环境中,且老化后损耗恶化小。还能够与铜箔具有较高的结合力,从而能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第一介质层21和第二介质层23能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板100的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的工作可靠性。示例性地,第一材料层211和第三材料层231可采用Megtron 7N级别的材料。第二材料层212和第四材料层232的材质可包括氟树脂,如包括聚四氟乙烯(PTFE,Poly Tetra Fluoro Ethylene)、可溶性聚四氟乙烯(Polytetrafluoro ethylene,PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(Fluorinated ethylenepropylen,FEP)等及其混合物,也可以包括耐高温氧化的热固性树脂。
在另一具体的应用场景中,第一材料层211和第三材料层231的材质包括碳氢树脂,第二材料层212和第四材料层232的材质包括基板,基板可以采用挠性覆铜板中剥离表面铜层后的材料制备而成。可以理解的是,第一材料层211和第三材料层231因采用碳氢树脂而具备粘接作用,其与功能叠层10和馈电网络层22之间能够具有良好的结合力,故而能够使第一介质层21牢固的粘接在功能叠层10以及第二介质层23牢固的粘接在馈电网络层22上。而第二材料层212和第四材料层232因采用基板而具有良好的耐高温老化能力,可长期工作在高温环境中,且老化后损耗恶化小。还能够与铜箔具有较高的结合力,从而能够搭配更低粗糙度的铜箔。由此,第一介质层21和第二介质层23能够因采用混压的复合介质而有效降低封装天线基板100的传输损耗,使封装天线基板100具有良好的工作可靠性。
请结合参阅图2、图3和图4,本申请的实施例中,第一介质层21可具有一阶金属化过孔60,一阶金属化过孔60贯穿第一介质层21,功能叠层10与馈电网络层22通过一阶金属化过孔60电性连接。第二介质层23可具有二阶金属化过孔70,二阶金属化过孔70贯穿第二介质层23,馈电网络层22与器件层24通过二阶金属化过孔70电性连接。
由此,能够通过一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70搭配细线与密距而实现层间互连,以实现单位面积中能够搭载更多的电子元器件或布设更多的线路,能够大大增强封装天线基板100内部的信号传导性能。
可以理解的是,一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70的数量可根据需要而为一个或多个。一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70的孔位可以相互错开,也可以在垂直方向上叠合在一起。本申请的实施例对于一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70的形状、数量、位置等不做严格限制。
需说明的是,如上是以第一增层20为二阶增层为例进行说明,但第一增层20实际还可以为三阶增层或三阶以上增层,当第一增层20为三阶或三阶以上增层时,第一增层20中的每一介质层均可参阅前述描述而为两种介质混压所形成的复合介质层,本申请的实施例对此不做严格限制。
请结合参阅图2、图3和图4,第二增层30可与第一增层20的层数一致而也为二阶增层,第二增层30可包括依次设置在功能叠层10上的第三介质层31、导电层32、第四介质层33和天线辐射层34。其中,第三介质层31和第四介质层33均可采用高频介质材料制成,以满足封装天线基板100的高频传输需求。导电层32和天线辐射层34均可采用铜箔制成,如超低轮廓铜箔(HVLP)。
第三介质层31可具有一阶金属化过孔60,一阶金属化过孔60贯穿第三介质层31,功能叠层10与导电层32通过一阶金属化过孔60电性连接。第四介质层33可具有二阶金属化过孔70,二阶金属化过孔70贯穿第四介质层33,天线辐射层34与导电层32通过二阶金属化过孔70电性连接。
由此,能够通过一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70搭配细线与密距而实现层间互连,以实现单位面积中能够搭载更多的电子元器件或布设更多的线路,能够大大增强封装天线基板100内部的信号传导性能。
可以理解的是,一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70的数量可根据需要而为一个或多个。一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70的孔位可以相互错开,也可以在垂直方向上叠合在一起。本申请的实施例对于一阶金属化过孔60和二阶金属化过孔70的形状、数量、位置等不做严格限制。
需说明的是,第三介质层31和第四介质层33即可以为单一介质(如热固性树脂)构成的介质层,第三介质层31和第四介质层33也可以为两种不同的介质混压形成的复合介质层。当第三介质层31和第四介质层33为两种不同的介质混压形成的复合介质层时,第三介质层31和第四介质层33具体的层结构构成可参阅上述的第一介质层21和第二介质层23,在此不再赘述。而导电层32可根据需要而被刻蚀成为相应的线路图形,以具备相应的功能,本申请的实施例对于导电层32的具体用途不做严格限制。天线辐射层34可根据需要而被刻蚀成为不同排布形式的天线阵子,其具体排布形式不是本申请的实施例的关键设计,在此不再赘述。
请结合参阅图2、图3和图4,射频芯片40连接至器件层24,由此,能够使天线辐射层34和射频芯片40位于功能叠层10的两侧。天线辐射层34耦合或直接馈电射频芯片40,射频芯片40通过天线辐射层34发射和/或接收射频信号(如毫米波信号)。具体而言,射频芯片40输出天线射频信号,天线射频信号作为能量传输至天线辐射层34,天线辐射层34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。天线辐射层34接收到空间中的无线电波,将该无线电波转换为能量,该能量传输至射频芯片40,射频芯片40将接收到的能量进行处理,进而实现信号的接收。
本申请的实施例还提供一种封装天线基板100的制备方法,关于封装天线基板100的结构请参阅图1-图4以及前述描述,在此不在赘述。请参阅图5,封装天线基板100的制备方法至少可以包括S100和S200,详细描述如下。
S100:制备功能叠层10。
S200:制备层叠设置在功能叠层10上的第一介质层21和馈电网络层22,第一介质层21包括第一材料层211和第二材料层212,第一材料层211相对于第二材料层212靠近功能叠层10,第一材料层211所采用的材料和第二材料层212所采用的材料不相同,第二材料层212包括耐热氧老化材料。
以下将对各个步骤分别进行进一步的描述。
S100:制备功能叠层10。
可以理解的是,本申请的实施例的关键设计不在于功能叠层10的制备,功能叠层10的制备可参阅常规流程,其具体层数也可根据封装天线基板100的实际应用场景进行选取,本申请的实施例对此不做严格限制。
S200:制备层叠设置在功能叠层10上的第一介质层21和馈电网络层22,第一介质层21包括第一材料层211和第二材料层212,第一材料层211相对于第二材料层212靠近功能叠层10,第一材料层211所采用的材料和第二材料层212所采用的材料不相同,第二材料层212包括耐热氧老化材料。
首先,制备第一介质层21和馈电网络层22,并将制备得到的第一介质层21和馈电网络层22与功能叠层10一起压合,以得到依次设置在功能叠层10上的第一介质层21和馈电网络层22。其中,在制备第一介质层21和馈电网络层22的工艺步骤中,可同步制备第三介质层31和导电层32。在将制备得到第一介质层21和馈电网络层22与功能叠层10一起压合的工艺步骤中,可同步将制备得到的第三介质层31和导电层32与功能叠层10一起压合。
其次,制备第二介质层23和器件层24,并将制备得到的第二介质层23和器件层24与前述步骤中的功能叠层10、第一介质层21和馈电网络层22一起压合,以得到依次设置在功能叠层10上的第一介质层21、馈电网络层22、第二介质层23和器件层24。其中,在制备第二介质层23和器件层24的工艺步骤中,可同步制备第四介质层33和天线辐射层34。在将制备得到的第二介质层23和器件层24与前述步骤中的功能叠层10、第一介质层21和馈电网络层22一起压合的工艺步骤中,可同步将制备得到的第四介质层33和天线辐射层34与功能叠层10、第三介质层31和导电层32一起压合。
可以理解的是,第一介质层21和/或第二介质层23均可包括两种不同的材料层,如下将结合图6,以第一介质层21包括第一材料层211和第二材料层212为例来对制备依次设置在功能叠层10上的第一介质层21和馈电网络层22进行说明。
首先,提供第一材料层211和覆铜芯层25,覆铜芯层25包括第二材料层212和设置在第二材料层212相背设置的两面的铜层26。
其次,刻蚀铜层26以形成覆盖第二材料层212的馈电网络层22,此步骤中,会将覆铜芯层25中将与第一材料层211接触的铜层26完全去除。
接着,将功能叠层10、第一材料层211、第二材料层212和馈电网络层22一起压合,以形成依次设置在功能叠层10上的第一介质层21和馈电网络层22,第一材料层211所采用的材料和第二材料层212所采用的材料不相同。
以上对本申请实施例进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (11)

1.一种封装天线基板,其特征在于,所述封装天线基板包括功能叠层和层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料。
2.如权利要求1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第二介质层,所述功能叠层、所述第一介质层、所述馈电网络层和所述第二介质层依次层叠设置,所述第二介质层包括第三材料层和第四材料层,所述第四材料层相对于所述第三材料层靠近所述馈电网络层,所述第三材料层所采用的材料和所述第四材料层所采用的材料不相同,所述第四材料层包括耐热氧老化材料。
3.如权利要求1或2任一项所述的封装天线基板,其特征在于,所述第一材料层的材质包括聚苯醚或碳氢树脂。
4.如权利要求1-3任一项所述的封装天线基板,其特征在于,所述第二材料层的材质包括基板或氟树脂膜。
5.如权利要求1-4任一项所述的封装天线基板,其特征在于,在10吉赫的频率下,所述第一介质层的介电损耗小于0.004。
6.如权利要求1-5任一项所述的封装天线基板,其特征在于,在10吉赫的频率下,所述第一介质层的介电常数小于4.0。
7.如权利要求1-6任一项所述的封装天线基板,其特征在于,所述馈电网络层的表面粗糙度小于2微米。
8.如权利要求1-7任一项所述的封装天线基板,其特征在于,所述馈电网络层与所述第一介质层之间的剥离强度大于3磅/英寸。
9.一种封装天线基板的制备方法,其特征在于,所述方法包括:
制备功能叠层;及
制备层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述制备层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一介质层包括第一材料层和第二材料层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料包括:
提供第一材料层和覆铜芯层,所述覆铜芯层包括第二材料层和设置在所述第二材料层相背设置的两面的铜层;
刻蚀所述铜层以形成覆盖所述第二材料层的馈电网络层;及
将所述功能叠层、所述第一材料层、所述第二材料层和所述馈电网络层一起压合,以形成层叠设置在所述功能叠层上的第一介质层和馈电网络层,所述第一材料层相对于所述第二材料层靠近所述功能叠层,所述第一材料层所采用的材料和所述第二材料层所采用的材料不相同,所述第二材料层包括耐热氧老化材料。
11.一种电子设备,其特征在于,所述电子设备包括主板和如权利要求1-8任一项所述的封装天线基板,或者,所述电子包括主板和如权利要求9-10任一项所述的制备方法所制得的封装天线基板;所述封装天线基板连接至所述主板。
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