CN217182409U - 天线封装结构 - Google Patents

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陈仁君
廖雅雯
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Abstract

本申请提供的天线封装结构，在多频段天线结构上配置介质谐振器，且该介质谐振器可以根据天线操作频率具有不同介电常数的介电层，使各层介电层可依据电磁波频率而调整波束宽、降低旁波束，增加天线增益。

Description

天线封装结构
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体涉及天线封装结构。
背景技术
在AiP(Antenna-in-Package，封装天线)/AiM(Antenna-in-Module，天线模块)结构中，利用例如频率选择表面(Frequency Selective Surface，FSS)、电波导引器(WaveDirector)、介电质透镜(Dielectric Lens)或介电覆层等辅助性电磁元件，能提升天线增益性能。目标在于产生较高的天线增益，一则让多天线整合时降低相关的耦合效应，二则控制天线的辐射波束。两者目标一致，均希望在多天线结构中，每个天线均能产生独立不受耦合干扰之波束，让天线在使用时能够具备预先规划的辐射特性。
在介电覆层的设计中，当有多波段的天线图案时，特别是堆叠的多波段天线结构下，同一介电常数的介电覆层并无法同时满足/增加多波段天线的增益。
实用新型内容
本申请提供了一种天线封装结构，包括：
天线基板；
介质谐振器，设于所述天线基板上，所述介质谐振器包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层外周缘的至少一部分位于第二介电层外周缘的外侧。
在一些可选的实施方式中，所述第一介电层的介电常数小于所述第二介电层的介电常数。
在一些可选的实施方式中，所述第一介电层的侧面与所述第二介电层的侧面不共面。
在一些可选的实施方式中，所述天线基板包括第一天线和第二天线，所述第一天线的操作频率小于所述第二天线的操作频率，所述第一介电层完全覆盖所述第一天线，所述第二介电层完全覆盖所述第二天线。
在一些可选的实施方式中，所述介质谐振器还包括第三介电层，所述第二介电层外周缘的至少一部分位于第三介电层外周缘的外侧。
在一些可选的实施方式中，所述第二介电层的介电常数小于所述第三介电层的介电常数。
在一些可选的实施方式中，所述第一介电层的中心、所述第二介电层的中心位于同一竖直线上。
在一些可选的实施方式中，所述第二介电层堆叠于所述第一介电层上。
在一些可选的实施方式中，所述第一介电层的高度小于所述第二介电层的高度。
在一些可选的实施方式中，所述第一介电层的高度等于所述第二介电层的高度。
本申请提供的天线封装结构，在多频段天线结构上配置介质谐振器，且该介质谐振器可以根据天线操作频率具有不同介电常数的介电层，使各层介电层可依据电磁波频率而调整波束宽、降低旁波束，增加天线增益。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是根据本申请第一实施例的天线封装结构的结构示意图；
图2是根据本申请第一实施例的天线封装结构的局部结构示意图；
图3是根据本申请第二实施例的天线封装结构的局部结构示意图；
图4是根据本申请第三实施例的天线封装结构的局部结构示意图；
图5至图7是根据本申请第一实施例的天线封装结构的介质谐振器的制造过程中的结构示意图；
图8至图10是根据本申请第二实施例的天线封装结构的介质谐振器的制造过程中的结构示意图；
图11至图14是根据本申请第三实施例的天线封装结构的介质谐振器的制造过程中的结构示意图。
符号说明：
1-天线基板，13-第一天线，12-第二天线，11-第三天线，2-介质谐振器，21-第一介电层，211-第一介电材，22-第二介电层，221-第二介电材，23-第三介电层，3-模封层，4-有源元件，5-无源元件，6-连接器，7-胶带，8-载体，9-电磁屏蔽层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对说明本申请的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本申请所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。
需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本申请可实施的范畴。
还需要说明的是，本申请的实施例对应的纵向截面可以为对应前视图方向截面，横向截面可以为对应右视图方向截面，而水平截面可以为对应上视图方向截面。
应容易理解，本申请中的“在...上”、“在...之上”和“在...上面”的含义应该以最广义的方式解释，使得“在...上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还意味着包括存在两者之间的中间部件或层的“在某物上”。
此外，为了便于描述，本申请中可能使用诸如“在...下面”、“在...之下”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或部件与附图中所示的另一元件或部件的关系。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。设备可以以其他方式定向(旋转90°或以其他定向)，并且在本申请中使用的空间相对描述语可以被同样地相应地解释。
另外，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是根据本申请第一实施例的天线封装结构的结构示意图。图2是根据本申请第一实施例的天线封装结构的局部结构示意图。图2中(a)图为局部俯视图，图2中(b)图为对应的局部截面图。如图1和图2所示，该天线封装结构包括天线基板1和介质谐振器2。
在本实施例中，天线基板1可以包括天线层以及天线层之间的介电材。天线层例如可以是第一天线13、第二天线12或第三天线11。天线层可以包括用于辐射和/或接收例如射频(Radio Frequency，RF)无线信号或毫米波(mmW)信号的电磁信号的天线阵列或结构。应当理解的是，天线层可以是任何类型的天线结构。在一个实施例中，天线层可以是栅格阵列天线。在又一个实施例中，由于平板天线的高增益和宽边辐射(broadside radiation)特性，天线层可以采用平板天线。在又一个实施例中，天线层可以是相控阵天线(phased-array antenna)、极(dipole)天线、槽孔(slot)天线等。
在本实施例中，介质谐振器2可以设于天线基板1上。介质谐振器2可以采用高介电常数材料，例如陶瓷。在一个实施例中，介质谐振器2的介电常数可以高于天线基板1中的介电材的介电常数。
在本实施例中，介质谐振器2包括第一介电层21和第二介电层22。第一介电层21外周缘的至少一部分位于第二介电层22外周缘的外侧。第一介电层21的介电常数和第二介电层22的介电常数可以不同。
在一个实施例中，第一介电层21的介电常数可以小于第二介电层22的介电常数。例如，第一介电层21的介电常数Dk可以在18～21之间。第一介电层21的介电损耗Df可以小于0.01。第二介电层22的介电常数Dk可以在21～22之间。第二介电层22的介电损耗Df可以小于0.006。在又一个实施例中，第一介电层21的侧面与第二介电层22的侧面可以不共面。在又一个实施例中，第一介电层21的面积可以大于第二介电层22的面积。在又一个实施例中，第二介电层22可以堆叠于第一介电层21上。
在一个实施例中，天线基板1可以包括第一天线13和第二天线12。第一天线13的操作频率可以小于第二天线12的操作频率。第一天线13的操作频率可以在20GHz～30GHz。第二天线12的操作频率可以在30GHz～40GHz。第二介电层22可以完全覆盖第二天线12。
这里，第一介电层21可以完全覆盖第一天线13。第一天线13可以对应第一介电层21，即第一介电层21的介电常数可以是根据第一天线13的操作频率设置的。第二介电层22可以完全覆盖第二天线12。第二天线12可以对应第二介电层22，即第二介电层22的介电常数可以是根据第二天线12的操作频率设置的。由于第二介电层22位于第一介电层21的上方且第二介电层22的面积小于第一介电层21的面积，所以第一天线13发出的较低频率的辐射电磁波只经过第一介电层21，而不会经过其他介电层(第二介电层22和第三介电层23)，进而可以降低对较低频电磁波的影响，有利于较低频率辐射电波的增益。
在一个实施例中，介质谐振器2还可以包括第三介电层23。第二介电层22外周缘的至少一部分可以位于第三介电层23外周缘的外侧。在又一个实施例中，第二介电层22的介电常数可以小于第三介电层23的介电常数。第三介电层23的介电常数Dk可以在22～25之间。第一介电层21的介电损耗Df可以小于0.006。在又一个实施例中，第二介电层22的面积可以大于第三介电层23的面积。在又一个实施例中，第三介电层23可以堆叠于第二介电层22上。在又一个实施例中，第一介电层21的侧面、第二介电层22的侧面以及第三介电层23的侧面可以不共面。在又一个实施例中，第一介电层21的中心、第二介电层22的中心以及第三介电层23的中心可以位于同一竖直线上。在又一个实施例中，第一介电层21/第二介电层22/第三介电层23的高度在0.1mm～0.2mm±10％。在又一个实施例中，如图2中(a)图所示，从俯视方向看，第一介电层21的外周缘、第二介电层22的外周缘以及第三介电层23的外周缘例如可以是长方形或正方形。
在又一个实施例中，天线基板1还可以包括第三天线11。第二天线12的操作频率可以小于第三天线11的操作频率。例如第三天线11的操作频率可以在40GHz～50GHz。第三介电层23可以完全覆盖第三天线11。第三天线11可以对应第三介电层23，即第三介电层23的介电常数可以是根据第三天线11的操作频率设置的。
在一个实施例中，该天线封装结构还可以包括有源元件4、连接器6、无源元件5、模封层3以及电磁屏蔽层9。其中，有源元件4可以设于天线基板1远离介质谐振器2的一侧。连接器6可以设于天线基板1远离介质谐振器2的一侧。无源元件5可以设于天线基板1远离介质谐振器2的一侧。模封层3可以包覆有源元件4和无源元件5，且与连接器6区隔。电磁屏蔽层9可以形成于模封层3的表面。
这里，有源元件4可以是各种芯片(专用集成电路芯片、高带宽存储器芯片、电源管理芯片、逻辑功能芯片、存储芯片、通信芯片、微处理器芯片、图形芯片，光子芯片(PIC，photonic integrated circuit)。
连接器6可以用于外部连接，例如可以是板对板连接器(Board To BoardConnector，BTB)、热压熔锡焊接(HotBar)。
无源元件5例如可以是电容器、电阻器、电感器等。
模封层3可以是由各种模封材料(Molding Compound)形成。例如，模封材料可包括环氧树脂(Epoxy resin)、填充物(Filler)、催化剂(Catalyst)、颜料(Pigment)、脱模剂(Release Agent)、阻燃剂(Flame Retardant)、耦合剂(Coupling Agent)、硬化剂(Hardener)、低应力吸收剂(Low Stress Absorber)、粘合促进剂(Adhesion Promoter)、离子捕获剂(Ion Trapping Agent)等。
电磁屏蔽层9可以避免电磁波干扰、提升信号品质以及天线增益。
本实施例提供的天线封装结构，介质谐振器2的多个介电层(第一介电层21、第二介电层22、第三介电层23)由下而上为相对小的介电常数至相对大的介电常数配置。
图3是根据本申请第二实施例的天线封装结构的局部结构示意图。图3中(a)图为局部俯视图，图3中(b)为相应的局部截面图。如图3所示，与图1和图2所示的天线封装结构的区别在于，第一介电层21的高度可以等于第二介电层22的高度。第二介电层22的高度可以等于第三介电层23的高度。
在一个实施例中，第二介电层22的全部可以内嵌于第一介电层21。第三介电层23的全部可以内嵌于第二介电层22。在又一个实施例中，第一介电层21/第二介电层22/第三介电层23的高度在0.4mm～0.5mm±10％。
本实施例提供的天线封装结构，介质谐振器2的多个介电层(第一介电层21、第二介电层22、第三介电层23)由内向外为相对大的介电常数至相对小的介电常数配置。
图4是根据本申请第三实施例的天线封装结构的局部结构示意图。图4中(a)图为局部俯视图，图4中(b)为相应的局部截面图。如图4所示，与图1和图2所示的天线封装结构的区别在于，第一介电层21的高度可以小于第二介电层22的高度。第二介电层22的高度可以小于第三介电层23的高度。
在一个实施例中，第二介电层22的部分可以内嵌于第一介电层21。第三介电层23的部分可以内嵌于第二介电层22。在又一个实施例中，第一介电层21/第二介电层22/第三介电层23暴露在外的高度在0.1mm～0.2mm±10％。
本实施例提供的天线封装结构，介质谐振器2的多个介电层(第一介电层21、第二介电层22、第三介-电层23)由外向内为相对小的介电常数至相对大的介电常数配置。
在第二实施例及第三实施例的天线封装结构中，第一天线13发出的电磁波只通过第一介电层21，第二天线12发出的电磁波只通过第二介电层22，第三天线11发出的电磁波只通过第三介电层23，总而言之，电磁波是在各介电层的界面间反射。而第二实施例相对于第三实施例的天线封装结构而言，第一介电层21和第二介电层22的高度较高，因而较低频率的电磁波可以在第一介电层21和第二介电层22中反射较多次数，有利于电磁波聚集，而能提高增益效果。
第二实施例及第三实施例的天线封装结构，相较于第一实施例的天线封装结构而言，由于在第二实施例及第三实施例的天线封装结构中，由第二天线12发出的较高频率的辐射电磁波只会通过第二介电层22，而不会经过第一介电层21，且由第三天线11发出的更高频率的辐射电磁波只会通过第三介电层23，而不会经过其他介电层(第一介电层21和第二介电层22)，进而可以降低对较高频率辐射电磁波的影响，有利于较高频率辐射电磁波的增益。
综上所述，从图2中(a)图、图3中(a)图以及图4中的(a)图可以看出，第二实施例与第三实施例相对于第一实施例的共同区别在于：第二介电层22可以包覆在第三介电层23外，第一介电层21可以包覆在第二介电层22外。且在某些实施态样中，第一介电层21、第二介电层22以及第三介电层23的中心可以位于同一竖直线上。另外，第二实施例与第三实施例的区别在于：第一介电层21的高度可以小于第二介电层22的高度。第二介电层22的高度可以小于第三介电层23的高度。
图5至图7是根据本申请第一实施例的天线封装结构的介质谐振器2的制造过程中的结构示意图。
如图5所示，提供载体8，在载体8上设置胶带7。形成第一介电层21。例如可以采用模塑(molding)工艺形成第一介电层21。
如图6所示，在第一介电层21上形成第二介电层22。
如图7所示，在第二介电层22上形成第三介电层23。得到介质谐振器2。在一个例子中，第一介电层21、第二介电层22以及第三介电层23可以是采用模塑工艺形成的，然后进行模塑后固化(post mold cure，PMC)工艺，得到介质谐振器2。
图8至图10是根据本申请第二实施例的天线封装结构的介质谐振器2的制造过程中的结构示意图。
如图8所示，提供载体8，在载体8上设置胶带7。形成第三介电层23。例如可以使用印刷工艺形成第三介电层23。例如可以采用模塑工艺形成第三介电层23。
如图9所示，形成第二介电层22。
如图10所示，形成第一介电层21。得到介质谐振器2。
图11至图14是根据本申请第三实施例的天线封装结构的介质谐振器2的制造过程中的结构示意图。
如图11所示，提供载体8，在载体8上设置胶带7。形成第三介电层23。例如可以使用印刷工艺形成第三介电层23。例如可以采用模塑工艺形成第三介电层23。
如图12所示，形成第二介电材221。
如图13所示，形成第一介电材211。
如图14所示，采用激光工艺去除第二介电材221的部分，形成第二介电层22。采用激光工艺去除第一介电材211的部分，形成第一介电层21。得到介质谐振器2。
本申请提供的天线封装结构，在多频段天线结构上配置介质谐振器，且该介质谐振器可以根据天线操作频率具有不同介电常数的介电层，使各层介电层可依据电磁波频率而调整波束宽、降低旁波束，增加天线增益。当介质谐振器与天线层配合使用时，可导引辐射电波经由透射聚焦的原理在其结构中传播，因此可将辐射电波自天线层导引至外侧，进一步改变其衍生之相位差，达到方向性与增益值提升等等特性。
尽管已参考本申请的特定实施例描述并说明本申请，但这些描述和说明并不限制本申请。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本申请的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本申请中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本申请的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本申请的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本申请中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本申请的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本申请中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本申请。

Claims (10)

1.一种天线封装结构，包括：
天线基板；
介质谐振器，设于所述天线基板上，所述介质谐振器包括第一介电层和第二介电层，所述第一介电层外周缘的至少一部分位于第二介电层外周缘的外侧。
2.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述第一介电层的介电常数小于所述第二介电层的介电常数。
3.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述第一介电层的侧面与所述第二介电层的侧面不共面。
4.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述天线基板包括第一天线和第二天线，所述第一天线的操作频率小于所述第二天线的操作频率，所述第一介电层完全覆盖所述第一天线，所述第二介电层完全覆盖所述第二天线。
5.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述介质谐振器还包括第三介电层，所述第二介电层外周缘的至少一部分位于第三介电层外周缘的外侧。
6.根据权利要求5所述的天线封装结构，其特征在于，所述第二介电层的介电常数小于所述第三介电层的介电常数。
7.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述第一介电层的中心、所述第二介电层的中心位于同一竖直线上。
8.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述第二介电层堆叠于所述第一介电层上。
9.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述第一介电层的高度小于所述第二介电层的高度。
10.根据权利要求1所述的天线封装结构，其特征在于，所述第一介电层的高度等于所述第二介电层的高度。
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