TWI401838B - 薄膜天線之製造方法 - Google Patents

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薄膜天線之製造方法
本發明係有關於一種天線，尤其是關於一種薄膜天線之製造方法。
近年來無線傳輸技術乃普遍發展於世界各地，而絕大部分之無線裝置，如行動電話、個人數位助理以及數位電視等，均需使用接收傳輸訊號之接收裝置。由於資訊傳遞之數位化，使得如聲音訊號、影像訊號等之各種資訊得以輕易地由個人電腦、行動裝置等處理，而藉由聲音與影像編解碼技術，更可增進上述資訊種類之頻帶壓縮。而數位通訊與數位傳播能製造容易且有效地傳遞此種資訊至終端裝備之環境，例如將聲音影像資料(AV資料)傳遞至一可攜式電話。
無線傳輸模組乃藉由連接器來安裝或分離於主要裝置，以使來自主要裝置之資料可儲存在快閃記憶體中，並將儲存在快閃記憶體中之資料傳遞至主要裝置。當其安裝至主要裝置時，此無線傳輸模組利用外部突出之天線部份進行主要裝置與主機或無線系統間之訊號交換。射頻電路、傳輸線與天線元件通常製造在特別設計之基板上，針對這些電路之用途特殊，維持阻抗特性之控制乃不容忽視，所以在這些電路中，傳輸線與發射天線的長度便為關鍵之設計要素。兩個影響基底材料效能之重要關鍵因素為介電常數(有時稱作相對介電常數)以及介電損失(有時稱作散逸係數)，其中介電常數決定訊號於基底材料中之傳遞速度，以及傳輸線與其他施作在基板上之零件的訊號收發相關長度。而介電損失係為訊號於基底材料中傳遞所造成之耗損，此耗損會隨頻率之變大而增多。
印刷傳輸線、被動電路以及用於射頻電路之發射元件通常以下列三種方式其中之一來形成。第一種為微帶線(micro-strip)結構，將訊號線放置在板狀物表面上並提供一導電層，此導電層一般稱為接地面。第二種為埋式微帶線(buried micro-strip)結構，除了其訊號線被一介電基底材料覆蓋外，其餘均與第一種結構相似。第三種為帶狀線(strip-line)結構，其訊號線乃夾在兩導電(接地)面之間，並且天線配置在印刷電路板之主要平面上。對於車輛之應用，此類系統絕大部分的解決方式均為將鞭狀天線安裝在車頂，而相對於現今汽車設計之潮流，乃將這些天線嵌入車輛結構中，以減少天線對於車輛美觀上與空氣動力上之影響。並且，將數種電信服務整合進單一天線將可降低製造之成本。天線可接收頻帶包含：調頻(Frequency Modulation；FM)、個人手機系統(Personal Handyphone System；PHS)、Wireless car aperture、全球移動通信系統(System For Mobile；GSM 900、GSM 1800)、分碼多重存取(Code Division Multiple Access；CDMA)、一般封包式無線服務(General Package Radio Service；GPRS)、藍芽(Bluetooth)、無線網路(Wireless Local Area Network；WLAN)以及數位電視之頻帶。
某些天線結構僅能在預設之頻帶中運作，此乃頻率受限於天線之特性因而不適合多頻運作之緣故，並且天線之材質不外乎金屬或合金，其若形成於玻璃之上將影響能見度。此外金屬原物料上漲成本提高。
本發明係關於具有下列特徵之薄膜天線之製造方法。
一種薄膜天線製造方法，包含備置導電凝膠，將導電凝膠塗佈於一基材表面上形成導電薄膜；將該導電型薄膜熱處理形成薄膜天線。其中導電性凝膠配置步驟包含備置烯類氧化物與金屬化合物。該烯類氧化物包含聚乙烯氧化物(PEO)，聚乙烯氧化物(PEO)至少包含In(NO)3 ‧3H2 O,In(Ac)3 ,SnCl2 ‧2H2 O,或Sn(C2 O4 )。其中金屬化合物包含銦、錫化合物。基板包含PCB、陶瓷、高分子、玻璃或纖維。
另一實施例中，本發明揭露一種薄膜天線製造方法，包含形成無機聚合物，利用無機物備置凝膠；將該凝膠塗佈於基材表面上形成薄膜；將該薄膜熱處理形成薄膜天線。其中前趨物(precursor)為鹼性氧化物，無機鹽及有機鹽類。該凝膠包含SiO2 、TiO2 或/及ZnO2 。無機鹽包含氯化物或/及硝酸鹽；有機鹽包含醋酸鹽。
本發明之優點為不採用貴重之金屬原物料，故利用非金屬材質採用溶膠凝膠與塗佈製造天線將使製造所得之薄膜天線更輕、更小、更降低成本且製程簡化並環保。上述方法亦可做為觸控面板透明電極製作方法，或顯示器透明電極製作方法。
本發明揭露一種薄膜天線，本發明之較佳實施例包含在物體上形成透明導電圖樣。一保護層可視需求塗佈在透明導電圖樣上。物體可包含手持裝置基材或殼體、顯示表面、擋風玻璃、車輛之後視鏡、建築物窗戶等。在一實施例中，電源可選擇性地耦合至此天線結構以提供熱能或電力，使此透明導電圖樣可除去玻璃上之霧氣或溼氣。天線輸入阻抗匹配，其中饋入導電傳輸線乃以如300歐姆、50歐姆或75歐姆之傳輸線製成。
導電圖樣之材料包含具有金屬之氧化物，其中該金屬最好為一個或以上選自金、鋅、銀、鈀、鉑、銠、釕、銅、鐵、鎳、鈷、錫、鈦、銦、鋁、鉭、鎵、鍺、銻，而某些以此方法製成之導電材質為透明，且假使此天線附著於玻璃上，其將具有視覺穿透力。或者，此天線可形成在全球定位系統(GPS)、無線滑鼠、無線鍵盤、遙控器、筆記型電腦或行動電話等等之殼體或螢幕上可降低屏蔽效應。可藉由空間變異(space-diversity)或極化變異技術來改進接收系統。在此亦可採用兩個或數個之天線，而使用本發明所述之技術其優點在於複數個附著於同一物體之天線可以低成本來含括不同之結構。此饋入結構乃為本領域習知之技術，其他天線之結構亦可應用於本發明相同之領域與精神中。
天線之製作方法包含備置一基板，基板可以為PCB、陶瓷、高分子、玻璃、纖維(例如紙纖維)等，較佳為PET，其具可曲性，溫度可耐攝氏一百多度。隨之備製塗佈溶劑，其步驟包含：於低溫下形成無機聚合物(inorganic polymeric network)；將此無機物在低於此氧化物熔點的溫度下轉換成凝膠；前趨物(precursor)可為鹼性氧化物(alk-oxides)，[M(OR)n ,Rx -M(OR)n-x ]；無機鹽(例如氯化物、硝酸鹽)；有機鹽類(例如醋酸鹽、acetylacetonate)。上述程序包含溶液轉換成膠體；及鹼性物的置換。參閱第一圖及第二圖。
以溶膠-凝膠法(Sol-Gel)與旋轉塗佈法(Spin coating)製作TiO2 ，添加不同比例APTMS(SiO2 )當TiO2 顆粒間的黏結劑，來增加TiO2 顆粒間的接觸面積，以降低內電阻，細化晶粒。TiO2 顆粒接觸面積變大，其中添加5wt%APTMS的TiO2 電極，具較佳光電轉換。舉一實施例而言，利用上述程序可製作天線塗佈溶液，上述前趨物可包含Si(OC2 H5 )4 ，Ti(OC2 H5 )4 或/及Zr(OC3 H7 )4 ；初始溶液成份：鹼性氧化物：酒精=1:18-20，鹼性氧化物：水=1:1-2，較佳為鹼性氧化物：酒精：水=1:19.3:1.85，pH=3.5。以上可製作SiO2 -TiO2 ；SiO2 -ZrO2 。塗佈可採旋轉塗佈，每分鐘2000轉。
在另一實施例中，可在In2O3得到In氧化物，將其與Sn處理可得ITO溶膠凝膠液，將其旋轉塗佈後可得ITO薄膜。其製作實施例包含混合10wt %及5wt %的聚乙烯氧化物PEO poly(ethylene oxide)溶液與In、Sn化合物，例如In(NO)3 ‧3H2 O,In(Ac)3 ,SnCl2 ‧2H2 O,或Sn(C2 O4 )，之後以熱分解處理，溫度為攝氏450至600間。前趨物莫爾比例約為9:1(In/Sn)。
之後使其乾燥化後，可裁切或壓印成天線圖案；亦可利用網印技術，配合塗佈製作天線圖案。表面上具有圖樣化溶液之基材將經由室溫至攝氏九十度之溫度處理使此溶液乾躁，以得到一透明導電層。接續，再以高於攝氏一百度之溫度例如攝氏180度至220度間之溫度進行熱處理大約一至三小時或以電磁輻射照射烘烤來降低薄膜之電阻並增進其透光度。
本發明揭露附著於窗戶、玻璃或擋風玻璃至少一面上之透明天線結構。一傳輸線可藉由歐姆接觸或一電容或電導耦合機制來耦合至天線結構之圖樣。一除濕電源可藉由傳輸線耦合至此天線結構以提供熱能至此圖樣來除去玻璃或窗戶上之霧氣或水分。因此，在某些情況中，此結構可包含雙重功能，作為一接收訊號以及除霧或除濕之裝置。
在其他實施例中上述各實施例之材質可包含導電高分子、導電碳或導電膠來提升導電度。利用非金屬材質將使裝置更輕、更小、降低成本(不採用貴重之金屬原物料)以及製程簡化。例如傳統均採用銅材，其重且昂貴。相反的本發明採用非金屬材質作為天線。非金屬天線在此指的是天線主體不採用金屬原物料，非不含金屬添加物、或顆粒。上述材質得透過移印之技術製作，製程較金屬材質容易且不會污染環境，傳統天線採用蝕刻或電鍍汙染問題嚴重。且此薄膜式天線可以附著於不規則或不平表面。此外，手持裝置之傳統天線均配置於印刷電路板上，故極易與電子元件間造成干擾。但是依據本發明可以將天線自電路板上移走。若其為透明，則可以貼附於銀幕或玻璃或外表面。
一實施例為採用導電高分子，其可以利用前驅物製作(precursor monomer)，其選自塞吩(thiophenes)、硒吩(selenophenes)、碲吩(tellurophenes)、吡咯(pyrroles)、苯胺(anilines)、多環芳香族(polycyclic aromatics)，以此製作高分子可包含但不限於聚塞吩(polythiophenes)、聚硒吩(poly(selenophenes)、聚碲吩(poly(tellurophenes))、聚吡咯(polypyrroles)、聚苯胺(polyanilines)、多環芳香族聚合物(polycyclic aromatic polymers)等。美國專利US. Patent Application 20080017852 to Huh;Dal Ho et al.，發明名稱為“Conductive Polymer Composition Comprising Organic Ionic Salt and Optoelectronic Device Using the Same”揭露製作導電高分子之方法可做參考。再另一實施例中，導電高分子為有機高分子半導體(organic polymer semiconductor)或有機半導體(organic semiconductor)。導電聚乙炔(polyacetylenes)型態包含聚乙炔(polyacetylene)、聚吡咯(polypyrrole)、聚苯胺(polyaniline)及其衍生物(derivatives)。導電有機高分子通常具有延伸非定域鍵(extended delocalized bonds)，此造成導帶結構(band structure)，類似於矽但是具有定域態(localized states)。此零能隙(zero-band gap)導電高分子具有類金屬行為。
導電膠體可以包含至少一種玻璃、金屬微粒以及添加物。其中該玻璃選自下列族群之一或其組合：氧化鋁(Al2 O3 )、氧化硼(B2 O3 )、二氧化矽(SiO2 )、氧化鐵(Fe2 O3 )、氧化磷(P2 O5 )、二氧化鈦(TiO2 )、氧化硼/硼酸/四硼酸鈉(B2 O3 /H3 BO3 /Na2 B4 O7 )、氧化鉛(PbO)、氧化鎂(MgO)、氧化鎵(Ga2 O3 )、氧化鋰(Li2 O)、五氧化二釩(V2 O5 )、過氧化鋅(ZnO2 )、氧化鈉(Na2 O)、氧化鋯(ZrO2 )、氧化鉈/三氧化二鉈/氫氧化鉈(TlO/Tl2 O3 /TlOH)、氧化鎳/鎳(NiO/Ni)、二氧化錳(MnO2 )、氧化銅(CuO)、氧化銀(AgO)、氧化鈧(Sc2 O3 )、氧化鍶(SrO)、氧化鋇(BaO)、氧化鈣(CaO)、鉈(Tl)、氧化鋅(ZnO)。添加物可以包含油酸(oleic acid)。天線得包含不同形狀。倒F天線可參閱2007年7月3日提出申請之美國專利公開第20080001826號。上述各實施方式亦可製作太陽能導電電極。天線結構可配置於手持裝置、行動電話、筆記型電腦、個人數位助理、可攜式裝置、交通載具、近場通訊(Near Field Communication;NFC)應用。
對熟悉此領域技藝者，本創作雖以較佳實例闡明如上，然其並非用以限定本創作精神。在不脫離本創作之精神與範圍內所作之修改與類似的配置，均應包含在下述之申請專利範圍內，此範圍應覆蓋所有類似修改與類似結構，且應做最寬廣的詮釋。
第一圖為溶液-凝膠反應。
第二圖為鹼性氧化物凝膠反應。

Claims (23)

  1. 一種薄膜天線製造方法，包含：備置導電性凝膠，包含混合烯類氧化物與金屬化合物，之後以熱分解製作該導電性凝膠，其中該烯類氧化物包含聚乙烯氧化物(PEO)，其中該金屬化合物包含銦、錫化合物；將該導電性凝膠塗佈於一基材表面上形成導電薄膜；將該導電型薄膜熱處理形成薄膜天線。
  2. 如請求項1所述之薄膜天線之製造方法，其中該聚乙烯氧化物(PEO)至少包含In(NO)3 ．3H2 O,In(Ac)3 ,SnCl2 ．2H2 O,或Sn(C2 O4 )。
  3. 如請求項1或2所述之薄膜天線之製造方法，其中該銦、錫化合物包含In(NO)3 ．3H2 O,In(Ac)3 ,SnCl2 ．2H2 O,或Sn(C2 O4 )。
  4. 如請求項1或2所述之薄膜天線之製造方法，其中該基板包含PCB、陶瓷、高分子、玻璃或纖維。
  5. 如請求項1或2所述之薄膜天線之製造方法，其中該基材包含PET。
  6. 一種薄膜天線製造方法，包含： 以前趨物(precursor)形成無機聚合物，其中該前趨物選自鹼性氧化物(alk-oxides)，[M(OR)n,Rx-M(OR)n-x]或無機鹽或有機鹽類；以溶膠-凝膠法(Sol-Gel)與旋轉塗佈法(Spin coating)製作包含TiO2 或ZrO2 凝膠，添加SiO2 當TiO2 或ZrO2 顆粒間的黏結劑，以降低內電阻以製作SiO2 -TiO2 或SiO2 -ZrO2 ；將該凝膠塗佈於基材表面上形成薄膜；將該薄膜熱處理形成薄膜天線。
  7. 如請求項6所述之薄膜天線之製造方法，其中該基板包含PCB、陶瓷、高分子、玻璃或纖維。
  8. 如請求項6所述之薄膜天線之製造方法，其中該基材包含PET。
  9. 如請求項6所述之薄膜天線之製造方法，其中該無機鹽包含氯化物或/及硝酸鹽。
  10. 如請求項6所述之薄膜天線之製造方法，其中該有機鹽包含醋酸鹽。
  11. 如請求項6或9或10所述之薄膜天線之製造方法，其中該前趨物包含Si(OC2 H5 )4 ，Ti(OC2 H5 )4 或/及 Zr(OC3 H7 )4 。
  12. 一種觸控面板薄膜電極製造方法，包含：備置導電性凝膠，其中該導電性凝膠配置步驟包含，包含混合烯類氧化物與金屬化合物，之後以熱分解製作該導電性凝膠，其中該金屬化合物包含銦、錫化合物；將該導電性凝膠塗佈於一透明基材表面上形成導電薄膜；將該導電型薄膜熱處理形成薄膜透明電極。
  13. 如請求項12所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該烯類氧化物包含聚乙烯氧化物(PEO)。
  14. 如請求項13所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該聚乙烯氧化物(PEO)至少包含In(NO)3 ．3H2 O,In(Ac)3 ,SnCl2 ．2H2 O,或Sn(C2 O4 )。
  15. 如請求項12所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該銦、錫化合物包含In(NO)3 ．3H2 O,In(Ac)3 ,SnCl2 ．2H2 O,或Sn(C2 O4 )。
  16. 如請求項12或13所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該透明基板包含玻璃。
  17. 如請求項12或13所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該透明基材包含PET。
  18. 一種觸控面板薄膜電極製造方法，包含：以前趨物(precursor)形成無機聚合物，其中該前趨物選自鹼性氧化物(alk-oxides)，[M(OR)n,Rx-M(OR)n-x]或無機鹽或有機鹽類；以溶膠-凝膠法(Sol-Gel)與旋轉塗佈法(Spin coating)製作包含TiO2 或ZrO2 凝膠，添加SiO2 當TiO2 或ZrO2 顆粒間的黏結劑，以降低內電阻以製作SiO2 -TiO2 或SiO2 -ZrO2 ；將該凝膠塗佈於基材表面上形成薄膜；將該薄膜熱處理形成薄膜透明電極。
  19. 如請求項18所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該透明基板包含玻璃。
  20. 如請求項18所述之觸控面板薄膜電極，其中該透明基材包含PET。
  21. 如請求項18所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該無機鹽包含氯化物或/及硝酸鹽。
  22. 如請求項18所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中 該有機鹽包含醋酸鹽。
  23. 如請求項18或21或22所述之觸控面板薄膜電極製造方法，其中該前趨物包含Si(OC2 H5 )4 ，Ti(OC2 H5 )4 或/及Zr(OC3 H7 )4 。
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