TW202406212A - 堆疊式天線模組及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種堆疊式天線模組包括第一基板、第一天線陣列、第二基板、第二天線陣列、多個間隔件以及接合層。第一天線陣列位於第一基板的第一表面上。第二基板與第一基板在垂直方向上堆疊。第二天線陣列位於第二基板的第二表面上。第二天線陣列與第一天線陣列在垂直方向上堆疊。多個間隔件位於第一基板的第一表面上與第二基板的第二表面上。接合層位於第二基板與間隔件之間。

Description

堆疊式天線模組及其製造方法

本揭露係關於一種堆疊式天線模組以及一種堆疊式天線模組的製造方法。

一般而言，天線模組包括基板與設置於基板上的天線陣列以提供天線增益。為了提高天線模組的天線增益，通常會加大基板的尺寸以承載更多的天線陣列。然而，具有較大尺寸的基板將不利於微型化，提高了天線模組的使用空間限制。此外，設置多個天線陣列容易使隔離度劣化，造成天線陣列彼此之間發生干擾，使得天線模組的天線增益無法有效提升。

本揭露之一技術態樣為一種堆疊式天線模組。

根據本揭露一實施方式，一種堆疊式天線模組包括第一基板、第一天線陣列、第二基板、第二天線陣列、多個間隔件以及接合層。第一天線陣列位於第一基板的第一表面上。第二基板與第一基板在垂直方向上堆疊。第二天線陣列位於第二基板的第二表面上。第二天線陣列與第一天線陣列在垂直方向上堆疊。多個間隔件位於第一基板的第一表面上與第二基板的第二表面上。接合層位於第二基板與間隔件之間。

在本揭露一實施方式中，上述堆疊式天線模組還包括接地區以及饋線。接地區位於第一基板相對於第一表面的第三表面上。饋線位於第一基板上且電性連接第一天線陣列。

在本揭露一實施方式中，上述堆疊式天線模組還包括第一導電部、第二導電部以及第三導電部。第一導電部位於第一基板中且電性連接接地區。第二導電部位於第二基板中。第三導電部位於接合層中。第一導電部、第二導電部以及第三導電部在垂直方向上位置對準。第三導電部電性連接第二導電部。

在本揭露一實施方式中，上述間隔件的表面材料為鐵氧體，且間隔件的內部為金屬導體。

在本揭露一實施方式中，上述第一天線陣列包括多個第一天線單元。第一天線單元彼此電性連接。第一天線單元之每一者位於間隔件之相鄰兩者之間。第二天線陣列包括多個第二天線單元。第二天線單元彼此電性連接。第二天線單元之每一者位於間隔件之相鄰兩者之間。第一天線單元的其中一者的面積不同於第二天線單元的其中一者的面積。

在本揭露一實施方式中，上述第一基板的高度在25μm至300μm之間。第一天線單元的其中一者的高度在11μm至18μm之間。接合層的高度在95μm至105μm之間。

在本揭露一實施方式中，上述第一天線單元的相鄰兩者之間的距離小於或等於堆疊式天線模組的工作波長。

本揭露之一技術態樣為一種堆疊式天線模組的製造方法。

根據本揭露一實施方式，一種堆疊式天線模組的製造方法包括：形成第一基板、第二基板以及接合層，其中於第一基板的第一表面上形成第一天線陣列，於第二基板的第二表面上形成第二天線陣列，於第一基板的第一表面上與第二基板的第二表面上形成多個間隔件；堆疊第一基板、第二基板以及接合層，使得第二基板與第一基板在垂直方向上位置對準，第一天線陣列與第二天線陣列在垂直方向上堆疊；以及壓合第一基板、第二基板以及接合層，使得接合層連接第一基板的多個間隔件與第二基板。

在本揭露一實施方式中，上述壓合第一基板、第二基板以及接合層使得位於第一基板中的第一導電部、位於第二基板中的第二導電部以及位於接合層中的第三導電部在垂直方向上位置對準，且第二導電部電性連接第三導電部。

在本揭露一實施方式中，上述形成第一天線陣列與第二天線陣列使得第一天線陣列包括多個第一天線單元，第二天線陣列包括多個第二天線單元，第一天線陣列的多個第一天線單元的其中一者的面積不同於第二天線陣列的多個第二天線單元的其中一者的面積。

在本揭露上述實施方式中，堆疊式天線模組的第二天線陣列與第一天線陣列在垂直方向上堆疊的配置可增加堆疊式天線模組的頻帶寬度與天線增益，並且第二基板與第一基板在垂直方向上堆疊的配置可縮小堆疊式天線模組的整體尺寸，以達到微型化、高增益、高帶寬的效果。此外，堆疊式天線模組的間隔件具有隔離與屏蔽的功能，因此第一天線陣列與第二天線陣列不會互相干擾，可改善堆疊式天線模組的天線增益。

以下揭示之實施方式內容提供了用於實施所提供的標的之不同特徵的許多不同實施方式，或實例。下文描述了元件和佈置之特定實例以簡化本案。當然，該等實例僅為實例且並不意欲作為限制。此外，本案可在各個實例中重複元件符號及/或字母。此重複係用於簡便和清晰的目的，且其本身不指定所論述的各個實施方式及/或配置之間的關係。

諸如「在……下方」、「在……之下」、「下部」、「在……之上」、「上部」等等空間相對術語可在本文中為了便於描述之目的而使用，以描述如附圖中所示之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。空間相對術語意欲涵蓋除了附圖中所示的定向之外的在使用或操作中的裝置的不同定向。裝置可經其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)並且本文所使用的空間相對描述詞可同樣相應地解釋。

此外，為了清楚呈現本案的技術特徵，圖式中的元件（例如層、膜、基板以及區域等）的尺寸（例如長度、寬度、厚度與深度）會以不等比例的方式放大，而且有的元件數量會減少。因此，下文實施例的說明與解釋不受限於圖式中的元件數量以及元件所呈現的尺寸與形狀，而應涵蓋如實際製程及/或公差所導致的尺寸、形狀以及兩者的偏差。例如，圖式所示的平坦表面可以具有粗糙及/或非線性的特徵，而圖式所示的銳角可以是圓的。所以，本案圖式所呈示的元件主要是用於示意，並非旨在精準地描繪出元件的實際形狀，也非用於限制本案的申請專利範圍。

第1圖繪示根據本揭露一實施方式的堆疊式天線模組100的立體圖。第2圖繪示第1圖的堆疊式天線模組100沿線段2-2的剖面圖。同時參照第1圖與第2圖，堆疊式天線模組100包括第一基板110、第一天線陣列120、第二基板130a、第三基板130b、第二天線陣列140a、第三天線陣列140b、間隔件150以及接合層160，其中第1圖省略繪示接合層160。

在本實施方式中，堆疊式天線模組100的基板的個數可為三個（即第一基板110、第二基板130a與第三基板130b）。在其他實施方式中，基板的個數可為兩個或四個以上，且第一天線陣列120、第二天線陣列140a、第三天線陣列140b以及間隔件150的個數並無限制。堆疊式天線模組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上堆疊。

此外，堆疊式天線模組100的第一天線陣列120位於第一基板110的第一表面112上，第二天線陣列140a位於第二基板130a的第二表面132a上，並且第三天線陣列140b位於第三基板130b的頂面132b上。堆疊式天線模組100的第一天線陣列120、第二天線陣列140a與第三天線陣列140b在垂直方向V上堆疊。堆疊式天線模組100的多個間隔件150分別位於第一基板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的頂面132b上。

具體而言，堆疊式天線模組100的第一天線陣列120、第二天線陣列140a、第三天線陣列140b在垂直方向V上堆疊的配置可增加堆疊式天線模組100的頻帶寬度與天線增益，並且可縮小堆疊式天線模組100的整體尺寸，以達到微型化、高增益、高帶寬的效果。此外，堆疊式天線模組100的間隔件150具有隔離與屏蔽的功能，因此第一天線陣列120、第二天線陣列140a以及第三天線陣列140b不會互相干擾，可改善堆疊式天線模組100的天線增益。

在一些實施方式中，堆疊式天線模組100還包括第一導電部116、第二導電部136以及第三導電部166。第一導電部116位於第一基板110中且電性連接多個間隔件150與接地區170。第二導電部136位於第二基板130a與第三基板130b中。第三導電部166位於接合層160中。第三導電部166電性連接第二導電部136與間隔件150。第一導電部116、第二導電部136以及第三導電部166在垂直方向V上位置對準。在本文敘述中，位置對準意指元件之間實質上可位於同一直線上。

在一些實施方式中，第一基板110的高度H1可在25μm至300μm之間(例如50μm)。第一基板110、第二基板130a以及第三基板130b的材質可包括BT樹脂、ABF(Ajinomoto build-up film)樹脂、液晶高分子(LCP)、聚四氟乙烯(Polytetraethylene，PTFE)以及聚亞醯胺(Polyimide，PI)。接合層160的高度H3可在95μm至105μm之間(例如100μm)，以提高堆疊式天線模組100的結構穩定度。

在一些實施方式中，間隔件150的表面材料可為鐵氧體。舉例來說，鐵氧體可為一種電磁吸收體。位於第一天線陣列120周圍的多個間隔件150可吸附第一天線陣列120外溢的電磁波，讓第一天線陣列120平面陣列間彼此不受影響。位於第二天線陣列140a周圍的多個間隔件150可吸附第二天線陣列140a外溢的電磁波，讓第二天線陣列140a彼此不受影響。位於第三天線陣列140b周圍的多個間隔件150可吸附第三天線陣列140b外溢的電磁波，讓第三天線陣列140b彼此不受影響。多個間隔件150可達到隔離的作用。間隔件150的內部可為金屬導體，具有屏蔽的作用。此外，可藉由調整這些間隔件150之間的間距來控制堆疊式天線模組100的輻射方向性。

在一些實施方式中，堆疊式天線模組100的第一天線陣列120、第二天線陣列140a以及第三天線陣列140b具有接收(Receiver，RX)與發射(Transmitter，TX)的功能。堆疊式天線模組100可與信號產生器、可調式無線電發送器以及無線電接收機中的本機振盪器混合成 TX模式以及RX模式。此外，堆疊式天線模組100的發射(TX)輸出功率可藉由第一天線陣列120、第二天線陣列140a以及第三天線陣列140b調整混合型波束成形(Hybrid Beam Forming) 的架構。

第3圖繪示根據本揭露一實施方式的第一基板110的立體圖。請參照第1圖至第3圖，第一天線陣列120包括多個第一天線單元122。第一天線單元122彼此電性連接。第一天線單元122之每一者位於間隔件150之相鄰兩者之間。第一天線單元122的高度H2可在11μm至18μm之間。在一些實施方式中，當中心頻率為23GHz或24GHz時，第一天線陣列120的增益可為11.8(dBi)。當中心頻率為25GHz時，第一天線陣列120的增益可為11.1(dBi)。當中心頻率為26GHz時，第一天線陣列120的增益可為10.4(dBi)。此外，第一天線單元122的長度(L1)可表示為 ，其中 。f為堆疊式天線模組100的中心頻率，中心頻率可介於任意毫米波的頻率之間，例如介於30GHz至300GHz之間。ε為介電常數，介電常數可介於2.8至3.0之間。第一天線單元122的寬度(W1)可表示為 。第一天線單元122的面積可表示為 。

第二天線陣列140a包括多個第二天線單元142a。第二天線單元142a彼此電性連接。第二天線單元142a之每一者位於間隔件150之相鄰兩者之間。此外，第二天線單元142a的長度(L2)可表示為 ，其中 為第一天線單元122的長度對應之波長且介於0.115mm至1.45mm之間。第二天線單元142a的寬度(W2)可表示為 ，其中 為第一天線單元122的寬度對應之波長且介於0.175mm至1.79mm之間。第二天線單元142a的面積可表示為 。

第三天線陣列140b包括多個第三天線單元142b。第三天線單元142b彼此電性連接。第三天線單元142b之每一者位於間隔件150之相鄰兩者之間。此外，第三天線單元142b的長度(L3)可表示為 ，其中 為第二天線單元142a的長度對應之波長且介於0.057mm至0.725mm之間。第三天線單元142b的(W3)可表示為 ，其中 為第二天線單元142a的寬度對應之波長且介於0.087mm至0.895mm之間。第三天線單元142b的面積可表示為 。

值得注意的是，第一天線單元122的面積不同於第二天線單元142a的面積，第二天線單元142a的面積不同於第三天線單元142b的面積。詳細來說，第一天線單元122的面積大於第二天線單元142a的面積，並且第二天線單元142a的面積大於第三天線單元142b的面積。這樣的配置可使堆疊式天線模組100具有高天線增益的效果。

在一些實施方式中，堆疊式天線模組100還包括接地區170以及饋線180。堆疊式天線模組100的接地區170位於第一基板110相對於第一表面112的第三表面114上。堆疊式天線模組100的饋線180位於第一基板110上且電性連接第一天線陣列120。

在一些實施方式中，堆疊式天線模組100的工作波長(λ)可介於對應頻段之的1/4λ 與λ之間，例如在0.01mm至10mm之間。第一天線單元122相鄰兩者之間的距離d1以及第三天線單元142b相鄰兩者之間的距離d3小於或等於堆疊式天線模組100的工作波長。舉例來說，第一天線單元122相鄰兩者之間的距離d1以及第三天線單元142b相鄰兩者之間的距離d3可為堆疊式天線模組100的工作波長的一半(λ/2)，這樣的配置可讓堆疊式天線模組100達到波束成形(Beamforming)的效果並且可降低旁瓣輻射(Grating lobe)效應。堆疊式天線模組100的工作波長(λ)與中心頻率(f)兩者關係為λ=C/f，其中C為光速。

應理解到，已敘述的元件連接關係與功效將不重覆贅述，合先敘明。在以下敘述中，將說明堆疊式天線模組的製造方法。

第4圖繪示根據本揭露一實施方式的堆疊式天線模組的製造方法的流程圖。堆疊式天線模組的製造方法包括下列步驟。首先在步驟S1中，形成第一基板、第二基板以及接合層，其中於第一基板的第一表面上形成第一天線陣列，於第二基板的第二表面上形成第二天線陣列，於第一基板的第一表面上與第二基板的第二表面上形成多個間隔件。接著在步驟S2中，堆疊第一基板、第二基板以及接合層，使得第二基板與第一基板在垂直方向上位置對準，第一天線陣列與第二天線陣列在垂直方向上堆疊。之後在步驟S3中，壓合第一基板、第二基板以及接合層，使得接合層連接第一基板的多個間隔件與第二基板。在以下敘述中，將詳細說明上述各步驟。

第5A圖與第5B圖繪示根據本揭露一實施方式的第一基板110的製造方法在不同階段的剖面圖。同時參照第5A圖與第5B圖，首先，可利用熱壓合的方式，將金屬層一體成形於第一基板110的第一表面112上。之後，蝕刻金屬層以形成第一天線陣列120，並且可在第一基板110的第一表面112上形成間隔件150。接著，可於第一基板110與接地區170中形成第一開口O1，其中第一開口O1可利用鑽孔或蝕刻而形成。在形成第一開口O1後，可於第一開口O1中形成第一導電部116，以形成如第5B圖所示之結構。

第6A圖與第6B圖繪示根據本揭露一實施方式的第二基板130a的製造方法在不同階段的剖面圖。同時參照第6A圖與第6B圖，首先，可利用熱壓合的方式，將金屬層一體成形於第二基板130a的第二表面132a上。之後，蝕刻金屬層以形成第二天線陣列140a，並且可在第二基板130a的第二表面132a上形成間隔件150。接著，可於第二基板130a中形成第二開口O2，其中第二開口O2的形成方法可相同於第一開口O1的形成方法。在形成第二開口O2後，可於第二開口O2中形成第二導電部136，以形成如第6B圖所示之結構。

第7圖繪示根據本揭露一實施方式的堆疊第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合層160的剖面圖。請參照第7圖，第三天線陣列140b的形成方法與上述第二天線陣列140a的形成方法相似。第三基板130b上的間隔件150的形成方法與上述第二基板130a上的間隔件150的形成方法相似。第三基板130b上的第二導電部136的形成方法與上述第二基板130a上的第二導電部136的形成方法相似。此外，形成第一天線陣列120、第二天線陣列140a以及第三天線陣列140b使得第一天線陣列120包括多個第一天線單元122，第二天線陣列140a包括多個第二天線單元142a，第三天線陣列140b包括多個第三天線單元142b。第一天線陣列120的第一天線單元122的面積不同於第二天線陣列140a的第二天線單元142a的面積，第二天線陣列140a的第二天線單元142a的面積不同於第三天線陣列140b的第三天線單元142b的面積。

可加工衝型層間虛設板以形成接合層160，並於接合層160中形成第三導電部166。在形成第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合層160後，可堆疊第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合層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上位置對準，也就是說第一基板110、第二基板130a以及第三基板130b彼此對齊。此外，第一天線陣列120、第二天線陣列140a以及第三天線陣列140b在垂直方向V上堆疊。

回到第2圖，在堆疊第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合層160後，可壓合第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合層160，使得接合層160連接間隔件150、第二基板130a與第三基板130b。此外，壓合第一基板110、第二基板130a、第三基板130b以及接合層160使得位於第一基板110中的第一導電部116、位於第二基板130a與第三基板130b中的第二導電部136以及位於接合層160中的第三導電部166在垂直方向V上位置對準，且第二導電部136電性連接第三導電部166。

前述概述了幾個實施方式的特徵，使得本領域技術人員可以更好地理解本揭露的態樣。本領域技術人員應當理解，他們可以容易地將本揭露用作設計或修改其他過程和結構的基礎，以實現與本文介紹的實施方式相同的目的和/或實現相同的優點。本領域技術人員還應該認識到，這樣的等效構造不脫離本揭露的精神和範圍，並且在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下，它們可以在這裡進行各種改變，替換和變更。

100:堆疊式天線模組 110:第一基板 112:第一表面 114:第三表面 116:第一導電部 120:第一天線陣列 122:第一天線單元 130a:第二基板 132a:第二表面 130b:第三基板 132b:頂面 136:第二導電部 140a:第二天線陣列 142a:第二天線單元 140b:第三天線陣列 142b:第三天線單元 150:間隔件 160:接合層 166:第三導電部 170:接地區 180:饋線 d1:距離 d3:距離 H1:高度 H2:高度 H3:高度 O1:第一開口 O2:第二開口 S1:步驟 S2:步驟 S3:步驟 V:垂直方向 2-2:線段

當結合隨附諸圖閱讀時，得自以下詳細描述最佳地理解本揭露之一實施方式。應強調，根據工業上之標準實務，各種特徵並未按比例繪製且僅用於說明目的。事實上，為了論述清楚，可任意地增大或減小各種特徵之尺寸。 第1圖繪示根據本揭露一實施方式的堆疊式天線模組的立體圖。 第2圖繪示第1圖的堆疊式天線模組沿線段2-2的剖面圖。 第3圖繪示根據本揭露一實施方式的第一基板的立體圖。 第4圖繪示根據本揭露一實施方式的堆疊式天線模組的製造方法的流程圖。 第5A圖與第5B圖繪示根據本揭露一實施方式的第一基板的製造方法在不同階段的剖面圖。 第6A圖與第6B圖繪示根據本揭露一實施方式的第二基板的製造方法在不同階段的剖面圖。 第7圖繪示根據本揭露一實施方式的堆疊第一基板、第二基板、第三基板以及接合層的剖面圖。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100:堆疊式天線模組

110:第一基板

112:第一表面

114:第三表面

116:第一導電部

120:第一天線陣列

122:第一天線單元

130a:第二基板

132a:第二表面

130b:第三基板

132b:頂面

136:第二導電部

140a:第二天線陣列

142a:第二天線單元

140b:第三天線陣列

142b:第三天線單元

150:間隔件

160:接合層

166:第三導電部

170:接地區

H1:高度

H2:高度

H3:高度

V:垂直方向

Claims (10)

1. 一種堆疊式天線模組，包含： 一第一基板； 一第一天線陣列，位於所述第一基板的一第一表面上； 一第二基板，與所述第一基板在一垂直方向上堆疊； 一第二天線陣列，位於所述第二基板的一第二表面上，其中所述第二天線陣列與所述第一天線陣列在所述垂直方向上堆疊； 多個間隔件，位於所述第一基板的所述第一表面上與所述第二基板的所述第二表面上；以及 一接合層，位於所述第二基板與所述間隔件之間。
2. 如請求項1所述的堆疊式天線模組，更包含： 一接地區，位於所述第一基板相對於所述第一表面的一第三表面上；以及 一饋線，位於所述第一基板上且電性連接所述第一天線陣列。
3. 如請求項2所述的堆疊式天線模組，更包含： 一第一導電部，位於所述第一基板中且電性連接所述接地區； 一第二導電部，位於所述第二基板中；以及 一第三導電部，位於所述接合層中，其中所述第一導電部、所述第二導電部以及所述第三導電部在所述垂直方向上位置對準，且所述第三導電部電性連接所述第二導電部。
4. 如請求項1所述的堆疊式天線模組，其中所述間隔件的表面材料為鐵氧體，且所述間隔件的內部為金屬導體。
5. 如請求項1所述的堆疊式天線模組，其中所述第一天線陣列包含多個第一天線單元，所述第一天線單元彼此電性連接，所述第一天線單元之每一者位於所述間隔件之相鄰兩者之間，所述第二天線陣列包含多個第二天線單元，所述第二天線單元彼此電性連接，所述第二天線單元之每一者位於所述間隔件之相鄰兩者之間，所述第一天線單元的其中一者的面積不同於所述第二天線單元的其中一者的面積。
6. 如請求項5所述的堆疊式天線模組，其中所述第一基板的高度在25μm至300μm之間，所述第一天線單元的其中一者的高度在11μm至18μm之間，所述接合層的高度在95μm至105μm之間。
7. 如請求項5所述的堆疊式天線模組，其中所述第一天線單元的相鄰兩者之間的距離小於或等於所述堆疊式天線模組的工作波長。
8. 一種堆疊式天線模組的製造方法，包含： 形成一第一基板、一第二基板以及一接合層，其中於所述第一基板的一第一表面上形成一第一天線陣列，於所述第二基板的一第二表面上形成一第二天線陣列，於所述第一基板的所述第一表面上與所述第二基板的所述第二表面上多個間隔件； 堆疊所述第一基板、所述第二基板以及所述接合層，使得所述第二基板與所述第一基板在一垂直方向上位置對準，所述第一天線陣列與所述第二天線陣列在所述垂直方向上堆疊；以及 壓合所述第一基板、所述第二基板以及所述接合層，使得所述接合層連接所述第一基板的所述間隔件與所述第二基板。
9. 如請求項8所述的方法，其中壓合所述第一基板、所述第二基板以及所述接合層使得位於所述第一基板中的一第一導電部、位於所述第二基板中的一第二導電部以及位於所述接合層中的一第三導電部在所述垂直方向上位置對準，且所述第二導電部電性連接所述第三導電部。
10. 如請求項8所述的方法，其中形成所述第一天線陣列與所述第二天線陣列使得所述第一天線陣列包含多個第一天線單元，所述第二天線陣列包含多個第二天線單元，所述第一天線陣列的所述第一天線單元的其中一者的面積不同於所述第二天線陣列的所述第二天線單元的其中一者的面積。

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