TW201304269A - 具有天線之封裝結構及其天線 - Google Patents

Abstract

一種具有天線之封裝結構，係包含：一載板單元，係包含一基板、一介質體及一載板接地部，該基板設置該介質體及該載板接地部；一天線單元，係於上述載板單元之介質體內設置一饋入導體、一輻射導體及一接地導體，該饋入導體形成一分岔端，該輻射導體耦合該分岔端，該接地導體電性連接該饋入導體及上述載板單元之載板接地部；及至少一電路單元，係設置於上述載板單元之介質體外，並電性連接上述天線單元之饋入導體及接地導體。一種天線，係應用於封裝結構，該天線包含：一饋入導體耦合一輻射導體，一接地導體電性連接該饋入導體。

Description

具有天線之封裝結構及其天線

本發明係關於一種具有天線之封裝結構，尤其是一種具有耦合饋入環形天線之積體電路封裝結構。

隨著無線通訊產品不斷推陳出新，如何使無線通訊產品功能更多，且體積更小乃是產品設計重點。然而，隨著無線通訊產品之通訊頻率提高，電路板上的金屬導線將會產生較大的傳輸損耗，因此，電路單元之間的訊號若能透過無線傳輸，則預期可克服此問題。惟，電路單元之間的無線傳輸勢必要將天線與電路單元置於封裝結構內，使電路單元透過封裝結構內之天線做為訊號收發的元件。因此，逐漸發展出「系統封裝技術」(System in Package，SiP)，系統封裝技術可於一封裝體中整合無線通訊系統所需之元件，例如：電路單元、電子元件、天線及連接器等。

請參閱第1圖所示，中華民國公開第201030864號「有助於半導體封裝技術之天線及其製程」發明專利申請案，揭示一種習知具有天線之封裝結構9，由一多層印刷電路組裝91電性連接一導電構件92，該導電構件92垂直連接一導電構件93，用以饋電至該導電構件93，而使該導電構件93形成該天線，藉此，該多層印刷電路組裝91可以由該天線收發訊號。其中，該導電構件93之表面可以額外連接數個電子組件94，例如：電感器、電容器、開關或可變電容二極體等，而形成一匹配電路，以提供訊號頻率調諧功能或重新配置該導電構件93。

惟，該導電構件92係位於該多層印刷電路組裝91之外，且垂直連接該導電構件93，而形成該天線，由於該天線必須佔據三維空間，使習知具有天線之封裝結構9之體積無法縮小。再者，該習知具有天線之封裝結構9必須額外連接該匹配電路，才能調諧訊號頻率，因此，若要調諧不同訊號頻率，則必須設計不同匹配電路，而提高該習知具有天線之封裝結構9之結構複雜度。

綜上所述，有必要提供一種體積小及不需匹配電路的具有天線之封裝結構。

本發明的目的乃改良上述之缺點，以提供一種具有天線之封裝結構，係將平面天線設於不同介質層之間，而達到體積小之目的者。

本發明之次一目的係提供一種具有天線之封裝結構，由平面天線之幾何變化即可調諧訊號頻率，而達到不需匹配電路之目的者。

本發明之另一目的係提供一種天線，可以應用於系統封裝結構，使系統封裝結構縮小體積，且不需匹配電路者。

一種具有天線之封裝結構，係包含：一載板單元，係包含一基板、一介質體及一載板接地部，該基板設置該介質體及該載板接地部；一天線單元，係於上述載板單元之介質體內設置一饋入導體、一輻射導體及一接地導體，該饋入導體形成一分岔端，該輻射導體耦合該分岔端，該接地導體電性連接該饋入導體及上述載板單元之載板接地部；及至少一電路單元，係設置於上述載板單元之介質體外，並電性連接上述天線單元之饋入導體及接地導體。

其中，該饋入導體之分岔端形成一第一分支及一第二分支，該輻射導體之一端設於該第一分支及該第二分支之間。

本發明之天線，係應用於封裝結構，該天線包含：一饋入導體，係由一輸入端設於二饋入接地部之間，該輸入端形成一分岔端；一輻射導體，係由一耦合饋入端耦合上述饋入導體之分岔端，該耦合饋入端連接一輻射部，該輻射部連接一第一彎折部，該第一彎折部連接一第二彎折部，該第二彎折部電性連接一輻射接地部，該接地導體電性連接該饋入導體之饋入接地部；及一接地導體，電性連接該饋入導體之饋入接地部。

其中，該饋入導體之分岔端形成一第一分支及一第二分支，該輻射導體之耦合饋入端設於該第一分支及該第二分支之間。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

本發明全文所述之「系統封裝」，係於一封裝體中整合通訊系統所需之元件，例如：電路單元、電子元件、天線及連接器等，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「電路單元」，係指將電晶體、電容器、電阻器或其他電子元件及其間之連接線路，集積在半導體材料上或材料中，而具有電子電路功能之成品或半成品，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「電子元件」，係指構成電子電路功能之元件，例如：電阻器、電容器、電感器、二極體或電晶體等，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「天線」，係指用以發射或接收無線電波之元件，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「連接器」，係指連接於電路單元、電子元件及天線之間的導體或半導體，使電路單元、電子元件及天線之間可以傳遞電氣訊號，例如：導線架(Lead Frame)等，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「耦合」(Coupling)，係指電子元件之間藉由電場、磁場或兩者混合，而作為能量轉換之方式，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「饋入」(Feeding)，係指藉由有線或無線的方式提供能量給該電子元件，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

本發明全文所述之「耦合饋入」，係指數個電子元件之導體間，藉由無線傳輸以提供能量轉換，係本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以理解。

請參閱第2圖所示，其係本發明之具有天線之封裝結構較佳實施例的組合立體圖，該具有天線之封裝結構係包含一載板單元1、一天線單元2及至少一電路單元3，該天線單元2設置於該載板單元1內，且該天線單元2藉由連接導體(Via)V及導線(Bonding Wire)B電性連接該載板單元1，該電路單元3設置於該載板單元1之表面，且該電路單元3藉由連接導體V電性連接該天線單元2。為方便後續說明，該電路單元3之數量係以一個作為實施態樣，惟不以此為限。

請再參閱第2圖所示，其中，該載板單元1係設有一基板11、一介質體12及一載板接地部13，該基板11係用以設置該介質體12及該載板接地部13；該介質體12內用以設置該天線單元2，且該介質體12外用以設置該電路單元3，並由數個連接導體V電性連接載板接地部13、該天線單元2及該電路單元3；該載板接地部13可以電性連接一接地線(圖未繪示)，使該載板單元1實質接地。

請參閱第3圖所示，其係本發明之具有天線之封裝結構較佳實施例的側面剖視圖，該基板11係由陶瓷基板(ceramic board)或層壓板(laminate)或玻璃基板(glass substrate)等構成，用以設置該介質體12及該載板接地部13。其中，該基板11設置該介質體12及該載板接地部13之區域可以相互重疊或鄰接，該二設置區域較佳鄰接於該基板11之一表面111，使該基板11具有較佳接地效果，惟不以此為限。該介質體12係以一第一介質層121依序疊合一第二介質層122及一第三介質層123作為實施態樣說明，用以設置該天線單元2，使該天線單元2設於該第一介質層121、一第二介質層122及一第三介質層123之間，惟不以此為限。詳言之，該第一介質層121係由絕緣材料構成，例如：玻璃材質及二氧化矽(SiO2)等，該第一介質層121具有相對二表面，其中一表面設於該基板11之表面111，另一表面用以承載第二介質層122及該天線單元2之一構件(如第3圖所示之接地導體23)，使該第一介質層121位於該基板11及該天線單元2之間，而使該基板11與該天線單元2形成電性絕緣。該第二介質層122係由polyimide(聚亞醯胺)材料構成，該第二介質層122設於該第一介質層121，且覆蓋該天線單元2之接地導體23，使該接地導體23設置於該第二介質層122與該第一介質層121之間；且該第二介質層122用以承載該第三介質層123及該天線單元2之另二構件(如第3圖所示之饋入導體21及輻射導體22)。該第三介質層123係由polyimide(聚亞醯胺)材料構成，該第三介質層123設置於該第二介質層122，且覆蓋該天線單元2之饋入導體21及輻射導體22，使該饋入導體21及該輻射導體22設置於該第三介質層123與該第一介質層121之間，且該第三介質層123用以承載該電路單元3。

請參閱第4圖所示，其係本發明具有天線之封裝結構較佳實施例之連接導體V的示意圖，在此實施例中，該連接導體V係以至少一第一連接導體V1、數個第二連接導體V2及數個第三連接導體V3作為實施態樣說明，惟不以此為限，該第一連接導體V1設置於該第三介質層123，用以電性連接該天線單元2及該電路單元3，供該天線單元2及該電路單元3之間傳遞訊號；該第二連接導體V2設置於該第二介質層122及該第三介質層123，用以電性連接該天線單元2及該電路單元3，使該天線單元2及該電路單元3之接地部位互相連接；請再參閱第2及3圖所示，該第三連接導體V3設置於該第二介質層122及該第三介質層123，用以電性連接該天線單元2及數個導線B，該導線B電性連接該載板接地部13，使該載板單元1、該天線單元2及該電路單元3共同接地。

請參閱第2及5圖所示，第5圖係本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的部份放大上視圖，其中，該天線單元2係由導體形成一耦合饋入環形天線，包含該饋入導體21、該輻射導體22及該接地導體23，該饋入導體21藉由該第一連接導體V1電性連接該電路單元3(如第4圖所示)；該輻射導體22耦合該饋入導體21，使該電路單元3之訊號饋入該輻射導體22，再由該輻射導體22收發無線訊號，且該輻射導體22電性連接該饋入導體21，而形成該耦合饋入環形天線，其中，該輻射導體22之介電係數值可用以調整該天線單元2之操作頻帶；該接地導體23藉由該第二連接導體V2電性連接該饋入導體21及該電路單元3(如第4圖所示)，藉由該第三連接導體V3，使該接地導體23能夠以導線B電性連接該載板單元1之載板接地部13。其中，藉由印刷或蝕刻彎曲圖形技術，可以使該饋入導體21、該輻射導體22及該接地導體23形成於該載板單元1內，且該饋入導體21、該輻射導體22及該接地導體23可設置於同一平面或不同平面。

在此實施例中，請參閱第5及6圖所示，第6圖係本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元2之部分放大上視圖，其中，該饋入導體21係由一輸入端211設於二饋入接地部212之間，且該輸入端211電性連接該電路單元3，用以傳導該電路單元3之訊號，該饋入導體21另包含一分岔端，該分岔端分岔形成一第一分支213及一第二分支214，其中，該第二分支214之長度L2與該天線單元2之阻抗有關，使該長度L2能夠用於調整該天線單元2之操作頻帶。該輻射導體22係由一耦合饋入端221設置於該饋入導體21之第一分支213及第二分支214之間，該耦合饋入端221分別與該第一分支213及該第二分支214電性隔離，用以使該輻射導體22耦合該饋入導體21，而饋入該電路單元3之訊號，該耦合饋入端221之另一端連接一輻射部222；該輻射部222與該第二分支214之間距G可用於調整該天線單元2之操作頻帶，該間距G需小於16微米，該間距G較佳為15微米，用以提供適當的容抗或感抗，作為該天線單元2之虛部阻抗的補償，而達到阻抗匹配之功效，且該輻射部222連接一第一彎折部223之一端；該第一彎折部223迂迴彎折而形成一第一折段2231、一第二折段2232及一第三折段2233，該第一折段2231平行該第二折段2232及該第三折段2233，該第一彎折部223之另一端連接一第二彎折部224之一端；該第二彎折部224迂廻彎折而形成一第四折段2241、一第五折段2242及一第六折段2243，該第四折段2241、該第五折段2242及該第六折段2243彎折形成ㄇ形，該第二彎折部224之另一端連接一輻射接地部225；該輻射接地部225電性連接該饋入導體21之饋入接地部212a，而使該天線單元2形成一環形天線。該接地導體23電性連接該饋入接地部212a、該載板單元1之載板接地部13及該電路單元3。舉例而言，若設定該第一分支213之長度L1為2.45毫米(mm)，該輻射部222之寬度W1為1.2毫米，該第一折段2231與該輻射部222之寬度W2為2毫米，該第一折段2231之長度L3為2.8毫米，該第一折段2231與該第二折段2232之寬度W3為0.7毫米，該第二折段2232之長度L4為2.3毫米，該第三折段2233之長度L5為3.8毫米，該第四折段2241之長度L6為4.7毫米，該第五折段2242之長度L7為0.6毫米，該第六折段2243之長度L8為1.3毫米，則該天線單元2僅需3.8×4.2平方毫米(mm²)，即可達成收發無線電波之功能。

請再參閱第3及4圖所示，該電路單元3包含一訊號腳位31及數個接地腳位32，該訊號腳位31及該接地腳位32可以直接設置於該介質體12之第三介質層123，或藉由數個墊片(PAD)P設置於該第三介質層123，該訊號腳位31藉由該第一連接導體V1電性連接該天線單元2之饋入導體21，並傳送訊號至該饋入導體21，使訊號耦合至該天線單元2之輻射導體22；該接地腳位32藉由該第二連接導體V2電性連接該天線單元2之接地導體23。

此外，該具有天線之封裝結構還可以包含一封裝殼(圖未繪示)，該封裝殼設置於該載板單元1，使該載板單元1與該封裝殼可以封裝該天線單元2及該電路單元3。

請再參閱第3、4及5圖所示，本發明之具有天線之封裝結構使用時，係由該電路單元3之訊號腳位31傳送訊號至該天線單元2之饋入導體21，該饋入導體21將訊號耦合至該天線單元2之輻射導體22，並由該輻射導體22形成無線電波傳送出去；或由該輻射導體22接收無線電波，並耦合至該饋入導體21，該電路單元3再由該饋入導體21接收訊號。其中，該饋入導體21及該輻射導體22形成一環形天線，使該天線單元2之電流路徑較集中於該環形天線，而不易對該天線單元2周圍之電子元件運作產生干擾。

請參閱第7圖所示，其係本發明具有天線之封裝結構的天線單元2之頻率響應圖，其中，當該饋入導體21之第二分支214之長度L2為0.2毫米、0.7毫米、1.2毫米及1.7毫米時，該天線單元2之頻率響應曲線分別為C1、C2、C3及C4，由頻率響應曲線C1、C2、C3及C4可得知，本發明之天線單元2可適用於IEEE 802.11 b/g，且該天線單元2之操作頻率可藉由該第二分支214之長度L2進行調整，無需改變該天線單元2之結構，亦不需額外使用匹配電路，因此，可降低該天線單元2之結構複雜度。

請參閱第8圖所示，其係本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元之反射係數圖，其中，S₁₁參數為-10dB的頻率點F1及F2分別為2.125GHz及2.695GHz，且頻率點F1及F2之間的反射係數值皆小於-10dB。一般而言，該天線單元2的反射係數值越小，代表有較多的功率被該天線單元2所接收，也就是該天線單元2的阻抗匹配越好，其中，S₁₁小於-10 dB代表90%以上功率被接收，故習知天線的反射係數值大部份都以-10 dB作為判斷基準，供使用者判斷天線之效能是否良好。，因此，本發明之天線單元2具有反射係數佳及阻抗匹配佳之功效。

請參閱第9圖所示，其係本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元之增益及輻射效率圖，其中，該天線單元2之峰值增益曲線C5顯示本發明之峰值增益值大於1.5dBi，因此，本發明之具有天線之封裝結構具有峰值增益值高之功效。另，由於峰值增益與輻射效率成正比，有較高的峰值增益值會具有較高的輻射效率，由該天線單元2之輻射效率曲線C6顯示本發明之輻射效率約為80%，因此，本發明之具有天線之封裝結構具有輻射效率高之功效。

本發明之具有天線之封裝結構，係藉由該天線單元2設置於該介質體12之第一介質層121、第二介質層122及第三介質層123之間，且該天線單元2所需面積僅需3.8×4.2平方毫米，因此，本發明之具有天線之封裝結構可將該天線單元2設置於該載板單元1內，而達成不佔空間之功效。

本發明之具有天線之封裝結構，係藉由該饋入導體21之第二分支214之長度L2變化，而調整該天線單元2之操作頻率，並不需要外接匹配電路，即可調諧訊號頻率，因此，本發明之具有天線之封裝結構無需改變該天線單元2之結構，亦不需外加匹配電路，而具有降低結構複雜度之功效。

本發明之具有天線之封裝結構，係藉由該饋入導體21之第二分支214之長度L2變化，及，而調整該天線單元2之操作頻率，並不需要外接匹配電路，即可調諧訊號頻率，因此，本發明之具有天線之封裝結構不需匹配電路，而具有降低結構複雜度之功效。

本發明之天線，係由該天線單元2之饋入導體21形成該分岔端(即該第一分支213及該第二分支214)，且該輻射導體22之耦合饋入端221耦合該分岔端，而將該電路單元3之訊號饋入該輻射導體22，且可由該第二分支214之長度L2變化，而調整該天線單元2之操作頻率，因此，本發明之天線應用於系統封裝結構時，不僅具有使系統封裝結構縮小體積之功效，並具有不需匹配電路之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

[本發明]

1．．．載板單元

11．．．基板

111．．．表面

12．．．介質體

121．．．第一介質層

122．．．第二介質層

123．．．第三介質層

13．．．載板接地部

2．．．天線單元

21．．．饋入導體

211．．．輸入端

212,212a．．．饋入接地部

213．．．第一分支

214．．．第二分支

22．．．輻射導體

221．．．耦合饋入端

222．．．輻射部

223．．．第一彎折部

2231．．．第一折段

2232．．．第二折段

2233．．．第三折段

224．．．第二彎折部

2241．．．第四折段

2242．．．第五折段

2243．．．第六折段

225．．．輻射接地部

23．．．接地導體

3．．．電路單元

31．．．訊號腳位

32．．．接地腳位

B．．．導線

C1至C4．．．頻率響應曲線

C5．．．峰值增益曲線

C6．．．輻射效率曲線

F1．．．頻率點

F2．．．頻率點

G．．．間距

L1至L7．．．長度

P．．．墊片

V．．．連接導體

V1．．．第一連接導體

V2．．．第二連接導體

V3．．．第三連接導體

W1,W2．．．寬度

[習知]

9．．．習知具有天線之封裝結構

91．．．多層印刷電路組裝

92,93．．．導電構件

94．．．電子組件

第1圖：習知具有天線之封裝結構示意圖。

第2圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例之示意圖。

第3圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的側面剖視圖。

第4圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例之連接導體的示意圖。

第5圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的部份放大上視圖。

第6圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元之部分放大上視圖。

第7圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元之頻率響應圖。

第8圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元之操作頻率的反射係數圖。

第9圖：本發明具有天線之封裝結構較佳實施例的天線單元之操作頻率的增益及輻射效率圖。

1．．．載板單元

11．．．基板

12．．．介質體

13．．．載板接地部

2．．．天線單元

21．．．饋入導體

22．．．輻射導體

23．．．接地導體

3．．．電路單元

B．．．導線

V．．．連接導體

V1．．．第一連接導體

V2．．．第二連接導體

V3．．．第三連接導體

Claims (14)

1. 一種具有天線之封裝結構，係包含：一載板單元，係包含一基板、一介質體及一載板接地部，該基板設置該介質體及該載板接地部；一天線單元，係於上述載板單元之介質體內設置一饋入導體、一輻射導體及一接地導體，該饋入導體形成一分岔端，該輻射導體耦合該分岔端，該接地導體電性連接該饋入導體及上述載板單元之載板接地部；及至少一電路單元，係設置於上述載板單元之介質體外，並電性連接上述天線單元之饋入導體及接地導體。
2. 依申請專利範圍第1項所述之具有天線之封裝結構，其中該饋入導體之分岔端形成一第一分支及一第二分支，該輻射導體之一端設於該第一分支及該第二分支之間。
3. 依申請專利範圍第1項所述之具有天線之封裝結構，其中該饋入導體由一輸入端設於二饋入接地部之間，該饋入導體之一端電性連接該電路單元，該輸入端之另一端分岔形成該分岔端，並具有一第一分支及一第二分支，該輻射導體由一耦合饋入端設於該第一分支及該第二分支之間，該耦合饋入端連接一輻射部，該輻射部連接一第一彎折部，該第一彎折部連接一第二彎折部，該第二彎折部電性連接一輻射接地部，該接地導體電性連接該饋入導體之饋入接地部、該載板單元之載板接地部及該電路單元。
4. 依申請專利範圍第1項所述之具有天線之封裝結構，其中該介質體包含一第一介質層、一第二介質層及一第三介質層，該接地導體設於該第一介質層及該第二介質層之間，該饋入導體及該輻射導體設於該第二介質層及該第三介質層之間。
5. 依申請專利範圍第4項所述之具有天線之封裝結構，其中該介質體設置至少一第一連接導體，該天線單元之饋入導體藉由該第一連接導體電性連接該電路單元。
6. 依申請專利範圍第4項所述之具有天線之封裝結構，其中該介質體設置數個第二連接導體，該天線單元之饋入導體藉由該第二連接導體電性連接該接地導體及該電路單元。
7. 依申請專利範圍第4項所述之具有天線之封裝結構，其中該介質體設置數個第三連接導體，該天線單元之接地導體藉由該第三連接導體及數個導線電性連接該載板單元之載板接地部。
8. 依申請專利範圍第1項所述之具有天線之封裝結構，其中該天線單元係由印刷或蝕刻彎曲圖形技術形成。
9. 一種天線，係應用於封裝結構，該天線包含：一饋入導體，係由一輸入端設於二饋入接地部之間，該輸入端形成一分岔端；一輻射導體，係由一耦合饋入端耦合上述饋入導體之分岔端，該耦合饋入端連接一輻射部，該輻射部連接一第一彎折部，該第一彎折部連接一第二彎折部，該第二彎折部電性連接一輻射接地部，該接地導體電性連接該饋入導體之饋入接地部；及一接地導體，電性連接該饋入導體之饋入接地部。
10. 依申請專利範圍第9項所述之天線，其中該饋入導體之分岔端形成一第一分支及一第二分支，該輻射導體之耦合饋入端設於該第一分支及該第二分支之間。
11. 依申請專利範圍第10項所述之天線，其中該第二分支之長度能夠調整該天線之操作頻帶。
12. 依申請專利範圍第10項所述之天線，其中該輻射部與該第二分支之間距能夠調整該天線之操作頻帶。
13. 依申請專利範圍第9項所述之天線，其中該饋入導體之輸入端能夠輸入一電路單元之訊號。
14. 依申請專利範圍第9項所述之天線，其中該饋入導體、該輻射導體及該接地導體係由印刷或蝕刻彎曲圖形技術形成。