CN117525830A - 堆叠式天线模组 - Google Patents

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CN117525830A
CN117525830A CN202210903176.2A CN202210903176A CN117525830A CN 117525830 A CN117525830 A CN 117525830A CN 202210903176 A CN202210903176 A CN 202210903176A CN 117525830 A CN117525830 A CN 117525830A
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吴宇轩
徐筱婷
沈芾云
钟福伟
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Avary Holding Shenzhen Co Ltd
Qing Ding Precision Electronics Huaian Co Ltd
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Avary Holding Shenzhen Co Ltd
Qing Ding Precision Electronics Huaian Co Ltd
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Abstract

一种堆叠式天线模组包括第一基板、第一天线阵列、第二基板、第二天线阵列、多个间隔件以及接合层。第一天线阵列位于第一基板的第一表面上。第二基板与第一基板在垂直方向上堆叠。第二天线阵列位于第二基板的第二表面上。第二天线阵列与第一天线阵列在垂直方向上堆叠。多个间隔件位于第一基板的第一表面上与第二基板的第二表面上。接合层位于第二基板与间隔件之间。通过以上第二天线阵列、第一天线阵列、第二基板与第一基板在垂直方向上堆叠的配置，可达到微型化、高增益、高带宽的效果。

Description

堆叠式天线模组
技术领域
本发明关于一种堆叠式天线模组以及一种堆叠式天线模组的制造方法。
背景技术
一般而言，天线模组包括基板与设置于基板上的天线阵列以提供天线增益。为了提高天线模组的天线增益，通常会加大基板的尺寸以承载更多的天线阵列。然而，具有较大尺寸的基板将不利于微型化，提高了天线模组的使用空间限制。此外，设置多个天线阵列容易使隔离度劣化,造成天线阵列彼此之间发生干扰，使得天线模组的天线增益无法有效提升。
发明内容
本发明的一技术态样为一种堆叠式天线模组。
根据本发明一实施方式，一种堆叠式天线模组包括第一基板、第一天线阵列、第二基板、第二天线阵列、多个间隔件以及接合层。第一天线阵列位于第一基板的第一表面上。第二基板与第一基板在垂直方向上堆叠。第二天线阵列位于第二基板的第二表面上。第二天线阵列与第一天线阵列在垂直方向上堆叠。多个间隔件位于第一基板的第一表面上与第二基板的第二表面上。接合层位于第二基板与间隔件之间。
在本发明一实施方式中，上述堆叠式天线模组还包括接地区以及馈线。接地区位于第一基板相对于第一表面的第三表面上。馈线位于第一基板上且电性连接第一天线阵列。
在本发明一实施方式中，上述堆叠式天线模组还包括第一导电部、第二导电部以及第三导电部。第一导电部位于第一基板中且电性连接接地区。第二导电部位于第二基板中。第三导电部位于接合层中。第一导电部、第二导电部以及第三导电部在垂直方向上位置对准。第三导电部电性连接第二导电部。
在本发明一实施方式中，上述间隔件的表面材料为铁氧体，且间隔件的内部为金属导体。
在本发明一实施方式中，上述第一天线阵列包括多个第一天线单元。第一天线单元彼此电性连接。第一天线单元的每一者位于间隔件的相邻两者之间。第二天线阵列包括多个第二天线单元。第二天线单元彼此电性连接。第二天线单元的每一者位于间隔件的相邻两者之间。第一天线单元的其中一者的面积不同于第二天线单元的其中一者的面积。
在本发明一实施方式中，上述第一基板的高度在25μm至300μm之间。第一天线单元的其中一者的高度在11μm至18μm之间。接合层的高度在95μm至105μm之间。
在本发明一实施方式中，上述第一天线单元的相邻两者之间的距离小于或等于堆叠式天线模组的工作波长。
本发明的一技术态样为一种堆叠式天线模组的制造方法。
根据本发明一实施方式，一种堆叠式天线模组的制造方法包括：形成第一基板、第二基板以及接合层，其中于第一基板的第一表面上形成第一天线阵列，于第二基板的第二表面上形成第二天线阵列，于第一基板的第一表面上与第二基板的第二表面上形成多个间隔件；堆叠第一基板、第二基板以及接合层，使得第二基板与第一基板在垂直方向上位置对准，第一天线阵列与第二天线阵列在垂直方向上堆叠；以及压合第一基板、第二基板以及接合层，使得接合层连接第一基板的多个间隔件与第二基板。
在本发明一实施方式中，上述压合第一基板、第二基板以及接合层使得位于第一基板中的第一导电部、位于第二基板中的第二导电部以及位于接合层中的第三导电部在垂直方向上位置对准，且第二导电部电性连接第三导电部。
在本发明一实施方式中，上述形成第一天线阵列与第二天线阵列使得第一天线阵列包括多个第一天线单元，第二天线阵列包括多个第二天线单元，第一天线阵列的多个第一天线单元的其中一者的面积不同于第二天线阵列的多个第二天线单元的其中一者的面积。
在本发明上述实施方式中，堆叠式天线模组的第二天线阵列与第一天线阵列在垂直方向上堆叠的配置可增加堆叠式天线模组的频带宽度与天线增益，并且第二基板与第一基板在垂直方向上堆叠的配置可缩小堆叠式天线模组的整体尺寸，以达到微型化、高增益、高带宽的效果。此外，堆叠式天线模组的间隔件具有隔离与屏蔽的功能，因此第一天线阵列与第二天线阵列不会互相干扰，可改善堆叠式天线模组的天线增益。
附图说明
当结合随附附图阅读时，得自以下详细描述最佳地理解本发明的一实施方式。应强调，根据工业上的标准实务，各种特征并未按比例绘制且仅用于说明目的。事实上，为了论述清楚，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。
图1绘示根据本发明一实施方式的堆叠式天线模组的立体图。
图2绘示图1的堆叠式天线模组沿线段2-2的剖面图。
图3绘示根据本发明一实施方式的第一基板的立体图。
图4绘示根据本发明一实施方式的堆叠式天线模组的制造方法的流程图。
图5A与图5B绘示根据本发明一实施方式的第一基板的制造方法在不同阶段的剖面图。
图6A与图6B绘示根据本发明一实施方式的第二基板的制造方法在不同阶段的剖面图。
图7绘示根据本发明一实施方式的堆叠第一基板、第二基板、第三基板以及接合层的剖面图。
具体实施方式
以下揭示的实施方式内容提供了用于实施所提供的目标的不同特征的许多不同实施方式或实例。下文描述了元件和布置的特定实例以简化本案。当然，该等实例仅为实例且并不意欲作为限制。此外，本案可在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复用于简便和清晰的目的，且其本身不指定所论述的各个实施方式及/或配置之间的关系。
诸如“在……下方”、“在……之下”、“下部”、“在……之上”、“上部”等等空间相对术语可在本文中为了便于描述的目的而使用，以描述如附图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。空间相对术语意欲涵盖除了附图中所示的定向之外的在使用或操作中的装置的不同定向。装置可经其他方式定向(旋转90度或以其他定向)并且本文所使用的空间相对描述词可同样相应地解释。
此外，为了清楚呈现本案的技术特征，附图中的元件(例如层、膜、基板以及区域等)的尺寸(例如长度、宽度、厚度与深度)会以不等比例的方式放大，而且有的元件数量会减少。因此，下文实施例的说明与解释不受限于附图中的元件数量以及元件所呈现的尺寸与形状，而应涵盖如实际工艺及/或公差所导致的尺寸、形状以及两者的偏差。例如，附图所示的平坦表面可以具有粗糙及/或非线性的特征，而附图所示的锐角可以是圆的。所以，本案附图所呈示的元件主要是用于示意，并非旨在精准地描绘出元件的实际形状，也非用于限制本案的权利要求。
图1绘示根据本发明一实施方式的堆叠式天线模组100的立体图。图2绘示图1的堆叠式天线模组100沿线段2-2的剖面图。同时参照图1与图2，堆叠式天线模组100包括第一基板110、第一天线阵列120、第二基板130a、第三基板130b、第二天线阵列140a、第三天线阵列140b、间隔件150以及接合层160，其中图1省略绘示接合层160。
在本实施方式中，堆叠式天线模组100的基板的个数可为三个(即第一基板110、第二基板130a与第三基板130b)。在其他实施方式中，基板的个数可为两个或四个以上，且第一天线阵列120、第二天线阵列140a、第三天线阵列140b以及间隔件150的个数并无限制。堆叠式天线模组100的第一基板110、第二基板130a以及第三基板130b在垂直方向V上堆叠。
此外，堆叠式天线模组100的第一天线阵列120位于第一基板110的第一表面112上，第二天线阵列140a位于第二基板130a的第二表面132a上，并且第三天线阵列140b位于第三基板130b的顶面132b上。堆叠式天线模组100的第一天线阵列120、第二天线阵列140a与第三天线阵列140b在垂直方向V上堆叠。堆叠式天线模组100的多个间隔件150分别位于第一基板110的第一表面112、第二基板130a的第二表面132a以及第三基板130b的顶面132b上。
具体而言，堆叠式天线模组100的第一天线阵列120、第二天线阵列140a、第三天线阵列140b在垂直方向V上堆叠的配置可增加堆叠式天线模组100的频带宽度与天线增益，并且可缩小堆叠式天线模组100的整体尺寸，以达到微型化、高增益、高带宽的效果。此外，堆叠式天线模组100的间隔件150具有隔离与屏蔽的功能，因此第一天线阵列120、第二天线阵列140a以及第三天线阵列140b不会互相干扰，可改善堆叠式天线模组100的天线增益。
在一些实施方式中，堆叠式天线模组100还包括第一导电部116、第二导电部136以及第三导电部166。第一导电部116位于第一基板110中且电性连接多个间隔件150与接地区170。第二导电部136位于第二基板130a与第三基板130b中。第三导电部166位于接合层160中。第三导电部166电性连接第二导电部136与间隔件150。第一导电部116、第二导电部136以及第三导电部166在垂直方向V上位置对准。在本文叙述中，位置对准意指元件之间实质上可位于同一直线上。
在一些实施方式中，第一基板110的高度H1可在25μm至300μm之间(例如50μm)。第一基板110、第二基板130a以及第三基板130b的材质可包括BT树脂、ABF(Ajinomoto build-up film)树脂、液晶高分子(LCP)、聚四氟乙烯(Polytetraethylene，PTFE)以及聚亚酰胺(Polyimide，PI)。接合层160的高度H3可在95μm至105μm之间(例如100μm)，以提高堆叠式天线模组100的结构稳定度。
在一些实施方式中，间隔件150的表面材料可为铁氧体。举例来说，铁氧体可为一种电磁吸收体。位于第一天线阵列120周围的多个间隔件150可吸附第一天线阵列120外溢的电磁波，让第一天线阵列120平面阵列间彼此不受影响。位于第二天线阵列140a周围的多个间隔件150可吸附第二天线阵列140a外溢的电磁波，让第二天线阵列140a彼此不受影响。位于第三天线阵列140b周围的多个间隔件150可吸附第三天线阵列140b外溢的电磁波，让第三天线阵列140b彼此不受影响。多个间隔件150可达到隔离的作用。间隔件150的内部可为金属导体，具有屏蔽的作用。此外，可通过调整这些间隔件150之间的间距来控制堆叠式天线模组100的辐射方向性。
在一些实施方式中，堆叠式天线模组100的第一天线阵列120、第二天线阵列140a以及第三天线阵列140b具有接收(Receiver，RX)与发射(Transmitter，TX)的功能。堆叠式天线模组100可与信号产生器、可调式无线电发送器以及无线电接收机中的本机振荡器混合成TX模式以及RX模式。此外，堆叠式天线模组100的发射(TX)输出功率可通过第一天线阵列120、第二天线阵列140a以及第三天线阵列140b调整混合型波束成形(Hybrid BeamForming)的架构。
图3绘示根据本发明一实施方式的第一基板110的立体图。请参照图1至图3，第一天线阵列120包括多个第一天线单元122。第一天线单元122彼此电性连接。第一天线单元122的每一者位于间隔件150的相邻两者之间。第一天线单元122的高度H2可在11μm至18μm之间。在一些实施方式中，当中心频率为23GHz或24GHz时，第一天线阵列120的增益可为11.8(dBi)。当中心频率为25GHz时，第一天线阵列120的增益可为11.1(dBi)。当中心频率为26GHz时，第一天线阵列120的增益可为10.4(dBi)。此外，第一天线单元122的长度(L1)可表示为其中/>f为堆叠式天线模组100的中心频率，中心频率可介于任意毫米波的频率之间，例如介于30GHz至300GHz之间。ε为介电常数，介电常数可介于2.8至3.0之间。第一天线单元122的宽度(W1)可表示为第一天线单元122的面积可表示为L1×W1。
第二天线阵列140a包括多个第二天线单元142a。第二天线单元142a彼此电性连接。第二天线单元142a的每一者位于间隔件150的相邻两者之间。此外，第二天线单元142a的长度(L2)可表示为L2＝λL1/2，其中λL1为第一天线单元122的长度对应的波长且介于0.115mm至1.45mm之间。第二天线单元142a的宽度(W2)可表示为W2＝λW1/2，其中λW1为第一天线单元122的宽度对应的波长且介于0.175mm至1.79mm之间。第二天线单元142a的面积可表示为L2×W2。
第三天线阵列140b包括多个第三天线单元142b。第三天线单元142b彼此电性连接。第三天线单元142b的每一者位于间隔件150的相邻两者之间。此外，第三天线单元142b的长度(L3)可表示为L3＝λL2/2，其中λL2为第二天线单元142a的长度对应的波长且介于0.057mm至0.725mm之间。第三天线单元142b的(W3)可表示为W3＝λW2/2，其中λW2为第二天线单元142a的宽度对应的波长且介于0.087mm至0.895mm之间。第三天线单元142b的面积可表示为L3×W3。
值得注意的是，第一天线单元122的面积不同于第二天线单元142a的面积，第二天线单元142a的面积不同于第三天线单元142b的面积。详细来说，第一天线单元122的面积大于第二天线单元142a的面积，并且第二天线单元142a的面积大于第三天线单元142b的面积。这样的配置可使堆叠式天线模组100具有高天线增益的效果。
在一些实施方式中，堆叠式天线模组100还包括接地区170以及馈线180。堆叠式天线模组100的接地区170位于第一基板110相对于第一表面112的第三表面114上。堆叠式天线模组100的馈线180位于第一基板110上且电性连接第一天线阵列120。
在一些实施方式中，堆叠式天线模组100的工作波长(λ)可介于对应频段的1/4λ与λ之间，例如在0.01mm至10mm之间。第一天线单元122相邻两者之间的距离d1以及第三天线单元142b相邻两者之间的距离d3小于或等于堆叠式天线模组100的工作波长。举例来说，第一天线单元122相邻两者之间的距离d1以及第三天线单元142b相邻两者之间的距离d3可为堆叠式天线模组100的工作波长的一半(λ/2)，这样的配置可让堆叠式天线模组100达到波束成形(Beamforming)的效果并且可降低旁瓣辐射(Grating lobe)效应。堆叠式天线模组100的工作波长(λ)与中心频率(f)两者关系为λ＝C/f，其中C为光速。
应理解到，已叙述的元件连接关系与功效将不重复赘述，合先叙明。在以下叙述中，将说明堆叠式天线模组的制造方法。
图4绘示根据本发明一实施方式的堆叠式天线模组的制造方法的流程图。堆叠式天线模组的制造方法包括下列步骤。首先在步骤S1中，形成第一基板、第二基板以及接合层，其中于第一基板的第一表面上形成第一天线阵列，于第二基板的第二表面上形成第二天线阵列，于第一基板的第一表面上与第二基板的第二表面上形成多个间隔件。接着在步骤S2中，堆叠第一基板、第二基板以及接合层，使得第二基板与第一基板在垂直方向上位置对准，第一天线阵列与第二天线阵列在垂直方向上堆叠。之后在步骤S3中，压合第一基板、第二基板以及接合层，使得接合层连接第一基板的多个间隔件与第二基板。在以下叙述中，将详细说明上述各步骤。
图5A与图5B绘示根据本发明一实施方式的第一基板110的制造方法在不同阶段的剖面图。同时参照图5A与图5B，首先，可利用热压合的方式，将金属层一体成形于第一基板110的第一表面112上。之后，蚀刻金属层以形成第一天线阵列120，并且可在第一基板110的第一表面112上形成间隔件150。接着，可于第一基板110与接地区170中形成第一开口O1，其中第一开口O1可利用钻孔或蚀刻而形成。在形成第一开口O1后，可于第一开口O1中形成第一导电部116，以形成如图5B所示的结构。
图6A与图6B绘示根据本发明一实施方式的第二基板130a的制造方法在不同阶段的剖面图。同时参照图6A与图6B，首先，可利用热压合的方式，将金属层一体成形于第二基板130a的第二表面132a上。之后，蚀刻金属层以形成第二天线阵列140a，并且可在第二基板130a的第二表面132a上形成间隔件150。接着，可于第二基板130a中形成第二开口O2，其中第二开口O2的形成方法可相同于第一开口O1的形成方法。在形成第二开口O2后，可于第二开口O2中形成第二导电部136，以形成如图6B所示的结构。
图7绘示根据本发明一实施方式的堆叠第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合层160的剖面图。请参照图7，第三天线阵列140b的形成方法与上述第二天线阵列140a的形成方法相似。第三基板130b上的间隔件150的形成方法与上述第二基板130a上的间隔件150的形成方法相似。第三基板130b上的第二导电部136的形成方法与上述第二基板130a上的第二导电部136的形成方法相似。此外，形成第一天线阵列120、第二天线阵列140a以及第三天线阵列140b使得第一天线阵列120包括多个第一天线单元122，第二天线阵列140a包括多个第二天线单元142a，第三天线阵列140b包括多个第三天线单元142b。第一天线阵列120的第一天线单元122的面积不同于第二天线阵列140a的第二天线单元142a的面积，第二天线阵列140a的第二天线单元142a的面积不同于第三天线阵列140b的第三天线单元142b的面积。
可加工冲型层间虚设板以形成接合层160，并于接合层160中形成第三导电部166。在形成第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合层160后，可堆叠第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合层160，使得第一基板110、第二基板130a以及第三基板130b在垂直方向V上位置对准，也就是说第一基板110、第二基板130a以及第三基板130b彼此对齐。此外，第一天线阵列120、第二天线阵列140a以及第三天线阵列140b在垂直方向V上堆叠。
回到图2，在堆叠第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合层160后，可压合第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合层160，使得接合层160连接间隔件150、第二基板130a与第三基板130b。此外，压合第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合层160使得位于第一基板110中的第一导电部116、位于第二基板130a与第三基板130b中的第二导电部136以及位于接合层160中的第三导电部166在垂直方向V上位置对准，且第二导电部136电性连接第三导电部166。
前述概述了几个实施方式的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的态样。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地将本发明用作设计或修改其他过程和结构的基础，以实现与本文介绍的实施方式相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的等效构造不脱离本发明的精神和范围，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，它们可以在这里进行各种改变，替换和变更。
【符号说明】
100:堆叠式天线模组
110:第一基板
112:第一表面
114:第三表面
116:第一导电部
120:第一天线阵列
122:第一天线单元
130a:第二基板
132a:第二表面
130b:第三基板
132b:顶面
136:第二导电部
140a:第二天线阵列
142a:第二天线单元
140b:第三天线阵列
142b:第三天线单元
150:间隔件
160:接合层
166:第三导电部
170:接地区
180:馈线
d1:距离
d3:距离
H1:高度
H2:高度
H3:高度
O1:第一开口
O2:第二开口
S1:步骤
S2:步骤
S3:步骤
V:垂直方向
2-2:线段。

Claims (10)

1.一种堆叠式天线模组，其特征在于，包含：
第一基板；
第一天线阵列，位于所述第一基板的第一表面上；
第二基板，与所述第一基板在垂直方向上堆叠；
第二天线阵列，位于所述第二基板的第二表面上，其中所述第二天线阵列与所述第一天线阵列在所述垂直方向上堆叠；
多个间隔件，位于所述第一基板的所述第一表面上与所述第二基板的所述第二表面上；以及
接合层，位于所述第二基板与所述间隔件之间。
2.根据权利要求1所述的堆叠式天线模组，其特征在于，还包含：
接地区，位于所述第一基板相对于所述第一表面的第三表面上；以及
馈线，位于所述第一基板上且电性连接所述第一天线阵列。
3.根据权利要求2所述的堆叠式天线模组，其特征在于，还包含：
第一导电部，位于所述第一基板中且电性连接所述接地区；
第二导电部，位于所述第二基板中；以及
第三导电部，位于所述接合层中，其中所述第一导电部、所述第二导电部以及所述第三导电部在所述垂直方向上位置对准，且所述第三导电部电性连接所述第二导电部。
4.根据权利要求1所述的堆叠式天线模组，其特征在于，所述间隔件的表面材料为铁氧体，且所述间隔件的内部为金属导体。
5.根据权利要求1所述的堆叠式天线模组，其特征在于，所述第一天线阵列包含多个第一天线单元，所述第一天线单元彼此电性连接，所述第一天线单元的每一者位于所述间隔件的相邻两者之间，所述第二天线阵列包含多个第二天线单元，所述第二天线单元彼此电性连接，所述第二天线单元的每一者位于所述间隔件的相邻两者之间，所述第一天线单元的其中一者的面积不同于所述第二天线单元的其中一者的面积。
6.根据权利要求5所述的堆叠式天线模组，其特征在于，所述第一基板的高度在25μm至300μm之间，所述第一天线单元的其中一者的高度在11μm至18μm之间，所述接合层的高度在95μm至105μm之间。
7.根据权利要求5所述的堆叠式天线模组，其特征在于，所述第一天线单元的相邻两者之间的距离小于或等于所述堆叠式天线模组的工作波长。
8.一种堆叠式天线模组的制造方法，其特征在于，包含：
形成第一基板、第二基板以及接合层，其中于所述第一基板的第一表面上形成第一天线阵列，于所述第二基板的第二表面上形成第二天线阵列，于所述第一基板的所述第一表面上与所述第二基板的所述第二表面上多个间隔件；
堆叠所述第一基板、所述第二基板以及所述接合层，使得所述第二基板与所述第一基板在垂直方向上位置对准，所述第一天线阵列与所述第二天线阵列在所述垂直方向上堆叠；以及
压合所述第一基板、所述第二基板以及所述接合层，使得所述接合层连接所述第一基板的所述间隔件与所述第二基板。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，压合所述第一基板、所述第二基板以及所述接合层使得位于所述第一基板中的第一导电部、位于所述第二基板中的第二导电部以及位于所述接合层中的第三导电部在所述垂直方向上位置对准，且所述第二导电部电性连接所述第三导电部。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述第一天线阵列与所述第二天线阵列使得所述第一天线阵列包含多个第一天线单元，所述第二天线阵列包含多个第二天线单元，所述第一天线阵列的所述第一天线单元的其中一者的面积不同于所述第二天线阵列的所述第二天线单元的其中一者的面积。
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