CN1797847A - 薄膜天线及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜天线制造方法，特别是关于一种利用薄膜沉积方法于介电基板上形成一具有微带线天线图案的导电金属镀膜的平面天线制造方法。也就是说，本发明是利用薄膜沉积方法于介电基板表面上形成一具有天线的功能的天线图案的导电金属镀膜，其中该具有天线图案的金属镀膜利用一遮蔽罩(Mask)与介电基板贴合而遮蔽介电基板的部分表面，然后进行薄膜沉积将导电金属镀膜形成于介电基板表面，移除介电基板表面的遮蔽罩后形成具有天线图案的金属镀膜，其中该遮蔽罩具有天线图案的反白窗，使介电基板表面于反白窗处形成天线图案的金属镀膜。

Description

薄膜天线及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜天线制造方法，特别是关于一种利用薄膜沉积方法(Thin Film Deposition)于介电基板(Dielectric Substrate)上形成天线图案(Antenna Pattern)的导电金属镀膜的平面天线制造方法。

背景技术

薄膜型的天线被应用于行动通讯产品，例如行动电话、卫星电话(包括GMS，GPRS，CDMA，W-CDMA等系统)，也被应用于附有无线传输的数据通讯装置，例如笔记型计算机、个人数字助理、全球卫星定位系统等(包括WLAN/802.11a/b/g，blue tooth等系统)，其它也可应用于汽车或航海工业的通讯装置上。

关于平面天线构造，其由一介电材料基板、天线及地线所组成，习知的平面天线的应用以一般行动电话为例，参考图1A及图1B，其内建的平面天线模组亦包括一介电基板、天线及地线，其中介电基板11表面贴合一天线电路12，并利用一支撑13悬浮于行动电话的电路基板14上，于介电基板表面形成一导电微带图案15的微带天线，并使该微带天线以一电传导线16连接地线，而在微带天线一端设有一信号源馈入点，使信号输入后，调整天线图形的宽度及共振电路的长度，达到匹配成为一平面波导的天线模组。

关于习知的印刷平面天线的制造方法，主要利用印刷电路板的制程，例如化学蚀刻或电镀等，于介电材料支撑基板表面形成一天线电路图案的导电金属层，再利用焊接方法形成地线端子，由于利用印刷电路板的制程生产平面天线仍有许多缺点，因此近年来持续有新改良的印刷平面天线制造方法被提出。

中国台湾专利公告号：00574765(公告日期：2004年2月1日，专利名称：平面天线的制造方法，中请人：日立电线股份有限公司)，揭露一种平面天线制造方法，其主要步骤包含有：将镍电镀完全施加于长形金属片的正面与背面；将遮盖胶带黏合于二个带状区以外的经镍电镀的金属片正面；藉由将金属片潜浸于金电镀溶液中，而将金电镀施加于该二个带状区；在将遮盖胶带剥除后，沿着金属片的纵向在金属片的多数个区域上进行冲孔，而完成多数个导电平面金属片。该平面天线制造方法固然可以提升平面天线制造的速度，然而该制造方法中重复使用电镀制程使形成镍金属镀膜及金金属镀膜，其中电镀制程的电镀溶液与清洗液等会涉及非常严肃的环保议题，显然此方法仍有待改良。

中国台湾专利公告号：00566063(公告日期：2003年12月11日，专利名称：制造印刷电路的方法及以此印刷电路制造的平面天线，申请人：FCI公司)，提供一种在介电载体上制造印刷电路的方法，首先利用一导电墨水形成一电路图案，再对电路原型进行电镀，而该导电墨水藉由一凹版印刷法施加且电镀层以电解或化学方式完成。该印刷电路平面天线制造方法除了使用电镀制程，仍涉及环保问题，其所使用导电墨水也会伴随干燥溶剂的问题，显然此方法也有待改良。

发明内容

本发明的主要目的在于揭露一种薄膜天线制造方法，特别是指一利用薄膜沉积方法于介电基板上形成一具有天线图案的导电金属镀膜的天线制造方法。

本发明的另一目的在于揭露一种利用热蒸发沉积法或热蒸发沉积法等物理气相沉积方法于介电基板上形成一具有天线图案的导电金属镀膜的天线制造方法。

本发明的另一目的在于揭露一种利用一具有天线图案的反白窗的遮蔽罩与介电基板贴合而遮蔽介电基板的部分表面，使介电基板表面于遮蔽罩遮蔽处的不形成金属镀膜，然后进行薄膜沉积将导电金属镀膜形成于介电基板表面，最后移除介电基板表面的遮蔽罩后形成具有天线图案的金属镀膜的薄膜天线制造方法。

为此，本发明提出了一种薄膜天线制造方法，其主要是利用薄膜沉积方法于介电基板上形成一具有天线图案的导电金属镀膜，该天线图案的金属镀膜具有天线的功能。

较佳的，该薄膜沉积方法是物理气相沉积方法，该物理气相沉积方法是热蒸发沉积法，或是溅射沉积法。

较佳的，该天线图案的导电金属镀膜是微带线。

较佳的，该介电基板是一平面基板，或是塑胶片，该塑胶片是选自于聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、Valox、PS、电木或FR-4。

较佳的，该天线图案的金属镀膜是利用一遮蔽罩遮蔽部分介电基板表面后，再进行薄膜沉积于介电基板表面形成导电金属镀膜，其中该遮蔽罩具有天线图案的反白窗，使介电基板表面于遮蔽罩遮蔽处不形成金属镀膜。

较佳的，该遮蔽罩是一塑胶片或金属箔，并利用激光切割或冲压方法形成具有天线图案的反白窗。

较佳的，该遮蔽罩的一面设有黏着剂，可贴附于介电基板表面，并可于进行薄膜沉积后与介电基板分离。

较佳的，该遮蔽罩是利用磁性吸附贴附于介电基板表面，并可于进行薄膜沉积后与介电基板分离。

较佳的，该导电金属是选自于金、银、铜、铝、锡、镍-铬合金或不锈钢。

本发明还提出了一种薄膜天线制造方法，其包含下列步骤：

a.介电基板表面预先进行表面粗化；

b.将一罩片贴附于一介电基板表面，其中该罩片具有天线图案的反白窗；

c.利用薄膜沉积方法于介电基板表面形成一导电金属镀膜；

d.移除介电基板表上的遮蔽罩，介电基板表面于遮蔽罩的天线图案的反白窗处形成一天线图案的金属镀膜，该天线图案的金属镀膜具有天线的功能；以及

e.焊接地线。

较佳的，该薄膜沉积方法是物理气相沉积方法，该物理气相沉积方法是热蒸发沉积法，或是溅射沉积法。

较佳的，该介电基底板的材料是选自于聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、Valox、PS、电木或FR-4。

较佳的，该导电金属是选自于金、银、铜、铝、锡、镍-铬合金或不锈钢。

本发明还进一步提出了一种薄膜天线制造方法，其主要包含下列步骤：

a.将一遮蔽罩贴附于一介电基板表面；

b.利用薄膜沉积方法于介电基板表面形成一导电金属镀膜；以及

c.移除介电基板表上的遮蔽罩，介电基板表面形成一具有天线图案的金属镀膜；

其中遮蔽罩是选自塑胶片或金属箔，并利用激光切割或冲压方法形成具有天线图案的反白窗，于进行薄膜沉积时，该反白窗处可使金属源不受遮蔽而沉积于介电基板表面上。

较佳的，更包含一步骤d.焊接地线。

因此，本发明是利用薄膜沉积方法于介电基板表面上形成一具有天线的功能的天线图案的导电金属镀膜，其中该具有天线图案的金属镀膜利用一遮蔽罩(Mask)与介电基板贴合而遮蔽介电基板的部分表面，然后进行薄膜沉积将导电金属镀膜形成于介电基板表面，移除介电基板表面的遮蔽罩后形成具有天线图案的金属镀膜，其中该遮蔽罩具有天线图案的反白窗，使介电基板表面于反白窗处形成天线图案的金属镀膜。

附图说明

图1A是行动电话中的平面天线示意图。

图1B是薄膜天线的介电基板表面形成一电传导微带图案的示意图。

图2说明本发明薄膜天线的制造方法的实施步骤。

图3A至3E说明本发明方法在介电基板表面形成具有天线图案的金属镀膜的过程。

图4A至图4E是对应于图3A-图3E的截面图。

图5A是依据本发明方法实施例制作的薄膜天线图案的顶视图。

图5B至图5E显示本实施例制作的薄膜天线的测试结果。

附图标号说明：

11介电基板        12天线电路        13支撑            14电路基板

15导电微带图案    16电传导线        31介电基板        32遮蔽罩

33反白窗          34铜镀膜          35镍-铬合金镀膜   36天线图案导电镀膜

41介电基板        42介电基板表面    43遮蔽罩          44反白窗

45铜镀膜          46铜              47镍-铬合金镀膜

具体实施方式

本发明涉及一种薄膜天线制造方法，利用薄膜沉积方法于介电基板表面上形成一具有天线的功能的天线图案的导电金属镀膜，利用一遮蔽罩与该介电基板贴合而遮蔽介电基板的部分表面，然后进行薄膜沉积将导电金属镀膜形成于介电基板表面，移除介电基板表面的遮蔽罩后形成具有天线图案的金属镀膜，其中该遮蔽罩具有天线图案的反白窗，使介电基板表面于反白窗处形成天线图案的金属镀膜，该天线图案的金属镀膜具有天线的功能，其中该天线图案可为一微带线(Microstrip Line)。

薄膜沉积方法是利用物理或化学的方法在基材表面上沉积形成一层特殊材料薄膜，依据薄膜沉积过程中，是否含有化学反应的机制，可以区分为物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)及化学气相沉积(Chemical VaporDeposition)，本发明利用的薄膜沉积方法将导电金属或合金镀在介电基板表面，较佳的薄膜沉积方法是利用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition)，其中该物理气相沉积方法包括热蒸发沉积法(Thermal Evaporation)或溅射沉积法(Sputtering)。

本发明的薄膜天线制造方法所使用的介电基板可以是一平面介电基板，主要是一塑胶片，其中介电基板材料可选自于聚酯(Polyeaster)、聚酰亚胺(Polyimide)、聚氯乙烯(PVC)、Valox、PS、电木(Phenolic)或FR-4，较佳的可挠性的塑胶片可选自于聚酯及聚酰亚胺。

本发明的薄膜天线制造方法所使用的导电金属可选自金、银、铜、铝、锡、镍-铬合金或不绣钢，较佳导电金属可选自于铜及铝。

本发明的薄膜天线制造方法中与介电基板贴合的遮蔽罩选自塑胶片或金属箔，并利用激光切割或冲压方法形成具有天线图案的反白窗，于进行物理气相沉积时，该反白窗处可使金属源不受遮蔽而沉积于介电基板表面上，其中该遮蔽罩的一面可设有黏着剂，贴附于介电基板表面，并可于进行薄膜沉积后再与介电基板分离，此外，亦可令遮蔽罩利用磁性吸附方式贴附于介电基板表面，并于进行薄膜沉积后与介电基板分离。

本发明的薄膜天线制造方法中，产生天线电路图案是利用真空蒸镀方法沉积导电金属，以取代习知的薄膜天线制造的化学电镀或化学蚀刻方法，可以有效避免习知方法所困扰的环保问题。

以下说明本发明的薄膜天线制造方法的实施步骤。

本发明的薄膜天线制造方法主要包含下列步骤：

a.将一遮蔽罩贴附于一介电基板表面；

b.利用薄膜沉积方法于介电基板表面形成一导电金属镀膜；以及

c.移除介电基板表上的遮蔽罩，介电基板表面形成一具有天线图案的金属镀膜。

其中遮蔽罩选自塑胶片或金属箔，并利用激光切割或冲压方法形成具有天线图案的反白窗，于进行薄膜沉积时，该反白窗处可使金属源不受遮蔽而沉积于介电基板表面上；其中该介电基板的表面可以预先进行表面粗化，使介电基板表面与金属镀膜有更好的接着效果，进行表面粗化的方法则是利用等离子体蚀刻方式于介电基板表面形成较粗糙表面，同时也有洁净介电基板表面的效果；表面已经形成天线图案镀膜的介电基板则利用激光切割或冲压方法裁切成一薄膜天线，必要时则利用焊接方法形成地线端子。

综上说明，本发明的薄膜天线制造方法亦可表示为下列步骤：

a.介电基板表面预先进行表面粗化；

b.将一罩片贴附于一介电基板表面，其中该罩片具有天线图案的反白窗；

c.利用薄膜沉积方法于介电基板表面形成一导电金属镀膜；

d.移除介电基板表上的遮蔽罩，介电基板表面于遮蔽罩的天线图案的反白窗处形成一天线图案的金属镀膜，该天线图案的金属镀膜具有天线的功能；以及

e.焊接地线。

以下利用实施例更详细说明本发明的薄膜天线制造方法的实施步骤。

请参考图2，以下实施例详细说明本发明薄膜天线的制造方法：

介电基板表面粗化，作为介电基板的聚酰亚胺薄膜利用氩气等离子体设备进行表面粗化，介电基板是薄膜天线导电金属薄膜的载体，某些介电基板表面过于平滑，会使之与导电金属薄膜的接着性不好，若使其表面粗化，可提升介电基板与导电金属薄膜的黏结效果；

介电基板贴合遮蔽罩，介电基板贴合遮蔽罩形成层板，其中遮蔽罩是一不锈钢金属箔，预先设计的天线图案利用冲压方法形成反白窗，遮蔽罩的一面涂有胶液可使遮蔽罩贴合于介电基板表面；

层板置入工作台，将介电基板与遮蔽罩贴合成的层板排列置于一蒸镀的工作台，工作台设有数十个配合介电基板的尺寸的凹陷空间可以固定该层板；

工作台移入真空舱，将包含层板的工作台置入真空舱中并密合真空舱体，蒸镀的真空装置包括真空舱体、预真空泵、高真空泵、控制阀组等，其中真空舱为圆筒型金属容器，内部设有工作台固定座；

真空舱预真空，密闭的真空舱体由一机械泵先预抽真空至约0.01mmHg；

真空舱高真空，真空舱体继续由一扩散泵抽高真空至约5×10^-6mmHg，适合的金属材料热蒸镀的真空度须视金属源的不同及金属沉积速度的不同而调整，范围可为10^-4mmHg至10^-6mmHg；

蒸镀金属铜，本实施例的薄膜沉积方法是采用热蒸发沉积法，由钨丝加热金属铜，铜蒸气遇相对较冷的介电基板与遮蔽罩贴合成的层板而沉积于其表面，蒸镀金属铜程序进行至层板表面沉积的金属铜厚度到达约1,5micrometer，金属铜厚度的要求将视薄膜天线的设计而略有增减，蒸镀装置内的工作台固定座在真空舱内旋转，金属铜蒸气可以均匀地沉积在层板表面，蒸镀装置的金属源设有金属铜及镍-铬合金，分别为加热源的钨丝所卷绕，电流通过钨丝产生高温直接加热金属铜或镍-铬合金，使金属铜或镍-铬合金气化；

蒸镀镍-铬合金，层板表面沉积足够金属铜后，蒸镀装置切换成由钨丝加热镍-铬合金，镍-铬合金为耐氧化的材料，在金属铜表面形成的镍-铬合金的防蚀镀膜，防蚀镀膜可以避免金属铜接触空气而氧化；

真空舱回复常压，完成蒸镀金属程序后，控制气流进入真空舱内使气压回到大气压力；

工作台移出真空舱，取下经过蒸镀金属铜及镍-铬合金的介电基板与遮蔽罩贴合成的层板；

移除遮蔽罩，将遮蔽罩由介电基板表面剥离，介电基板表面形成具有天线图案的金属镀膜；

裁切薄膜天线，裁切介电基板的多余边缘，使成一薄膜天线；

焊接地线，将电传导连接线焊接于地线的导电金属膜层上做为馈入讯号的连接线，由于本发明的蒸镀金属铜与介电基板的接着性良好，因此地线的连接线可以直接以焊接方法固定。

以下说明本发明的金属镀膜是如何在介电基板表面形成具有天线图案，请参考图3A-3E，实施步骤依序有：

于一介电基板31表面贴合一遮蔽罩32，其中遮蔽罩32上先形成有天线电路图案的反白窗33；

接着利用物理气相沉积方法将金属铜于介电基板31与遮蔽罩32的层板上形成一铜镀膜34；

再接着将镍-铬合金子铜镀膜34上形成一镍-铬合金镀膜35；以及

最后将遮蔽罩32自介电基板31表面移除，介电基板31表面形成一天线图案导电镀膜36；

由于金属铜与镍-铬合金的蒸气皆被遮蔽罩32所阻挡，只有在遮蔽罩32的反白窗33处金属铜与镍-铬合金的蒸气才能沉积于介电基板31表面，因此遮蔽罩32移除后的介电基板31表面形成一天线图案导电镀膜36。

图3A-3E是前述步骤所获结果的上视外观图，图4A-4E是对应步骤所获结果的截面图，其说明本发明的金属镀膜在介电基板表面的沉积发展，首先于介电基板41的介电基板表面42进行表面粗化处理；介电基板41与遮蔽罩43贴合，其中反白窗44为穿透遮蔽罩43的开口；接着进行蒸镀金属铜，在遮蔽罩43上形成铜镀膜45，并于反白窗处形成铜46的沉积；再接着进行蒸镀镍-铬合金，在铜镀膜45上形成镍-铬合金镀膜47；最后将遮蔽罩自介电基板41表面移除，反白窗处形成铜46沉积及镍-铬合金镀膜47。

图5A是依据本发明方法实施例制作的薄膜天线图案的顶视图，该薄膜天线图案的设计为习知技术知识，运用于不同频率的接收传输就会有不同的天线图案，其效能通常须要反复进行检测、修饰，图5B至图5E则显示依据本发明实施例制作的薄膜天线的效能测试结果。

Claims (24)

1.一种薄膜天线制造方法，其主要是利用薄膜沉积方法于介电基板上形成一具有天线图案的导电金属镀膜，该天线图案的金属镀膜具有天线的功能。

2.如权利要求1所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该薄膜沉积方法是物理气相沉积方法。

3.如权利要求2所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该物理气相沉积方法是热蒸发沉积法。

4.如权利要求2所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该物理气相沉积方法是溅射沉积法。

5.如权利要求1所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该天线图案的导电金属镀膜是微带线。

6.如权利要求1所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该介电基板是一平面基板。

7.如权利要求1所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该介电基板是塑胶片。

8.如权利要求7所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该塑胶片是选自于聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、Valox、PS、电木或FR-4。

9.如权利要求1所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该天线图案的金属镀膜是利用一遮蔽罩遮蔽部分介电基板表面后，再进行薄膜沉积于介电基板表面形成导电金属镀膜，其中该遮蔽罩具有天线图案的反白窗，使介电基板表面于遮蔽罩遮蔽处不形成金属镀膜。

10.如权利要求9所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该遮蔽罩是一塑胶片或金属箔，并利用激光切割或冲压方法形成具有天线图案的反白窗。

11.如权利要求9所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该遮蔽罩的一面设有黏着剂，可贴附于介电基板表面，并可于进行薄膜沉积后与介电基板分离。

12.如权利要求9所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该遮蔽罩是利用磁性吸附贴附于介电基板表面，并可于进行薄膜沉积后与介电基板分离。

13.如权利要求1所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该导电金属是选自于金、银、铜、铝、锡、镍-铬合金或不锈钢。

14.一种薄膜天线制造方法，其包含下列步骤：

a.介电基板表面预先进行表面粗化；

b.将一罩片贴附于一介电基板表面，其中该罩片具有天线图案的反白窗；

c.利用薄膜沉积方法于介电基板表面形成一导电金属镀膜；

d.移除介电基板表上的遮蔽罩，介电基板表面于遮蔽罩的天线图案的反白窗处形成一天线图案的金属镀膜，该天线图案的金属镀膜具有天线的功能；以及

e.焊接地线。

15.如权利要求14所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该薄膜沉积方法是物理气相沉积方法。

16.如权利要求15所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该物理气相沉积方法是热蒸发沉积法。

17.如权利要求15所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该物理气相沉积方法是溅射沉积法。

18.如权利要求14所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该介电基底板的材料是选自于聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、Valox、PS、电木或FR-4。

19.如权利要求14所述的薄膜天线制造方法，其特征是，该导电金属是选自于金、银、铜、铝、锡、镍-铬合金或不锈钢。

20.一种薄膜天线制造方法，其主要包含下列步骤：

a.将一遮蔽罩贴附于一介电基板表面；

b.利用薄膜沉积方法于介电基板表面形成一导电金属镀膜；以及

c.移除介电基板表上的遮蔽罩，介电基板表面形成一具有天线图案的金属镀膜；

其中遮蔽罩是选自塑胶片或金属箔，并利用激光切割或冲压方法形成具有天线图案的反白窗，于进行薄膜沉积时，该反白窗处可使金属源不受遮蔽而沉积于介电基板表面上。

21.如权利要求20所述的薄膜天线制造方法，其特征是，更包含一步骤d.焊接地线。

22.一种薄膜天线，其利用如权利要求1的薄膜天线制造方法所制造而成。

23.一种薄膜天线，其利用如权利要求14的薄膜天线制造方法所制造而成。

24.一种薄膜天线，其利用如权利要求20的薄膜天线制造方法所制造而成。

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