TWI407629B - Multifunctional antenna wafers - Google Patents

Description

多功能天線晶片

本發明關於一種多功能天線晶片，尤指一種可搭配多種匹配電路而可調整該多功能天線晶片中天線結構之特性，使該天線結構具有一或多個通訊標準的工作頻率之晶片結構設計。

由於無線射頻通訊技術的快速發展，使得目前世界通訊標準規格種類繁多，且各國的通訊頻率規格，例如PCS,GSM,WCD MA,WLAN,Bluetooth,EDGE,DCS,CDMA,HSPA,UMTS,GPS,GPRS,WiMAX,HSPA,WiFi等標準。

以手機操作頻段而言，即有分歐規、美規...等數種頻段標準。往往一種手機如果要賣全球，將會直接設計一天線包含全部頻段。但這樣的天線，往往開發時間會較久、成本也較大；或是採取分別針對各地區頻段標準去設計，但產生要研發多隻天線的狀況，除了成本及開發時間外，更會造成庫存上的壓力。

而本發明採用全新的天線設計與應用概念，可針對所需的通訊標準，利用同一隻多功能天線晶片，搭配多種匹配電路，達到多功能的需求。

緣此，本發明提供了一種多功能天線晶片，係可搭配多種匹配電路而可調整該多功能天線晶片中一天線結構之特性，使該天線結構具有一或多個通訊標準的工作頻率。該天線結構基本上是一個折疊式的天線架構，以節省所佔面積。也可藉由該多功能天線晶片之非訊號輸入接腳連接增加的天線形狀，以調整天線架構設計型態。

本發明所提供的一種多功能天線晶片，使得天線變成一標準化天線，可運用於各種通訊標準，且可快速大量生產、降低產品天線部份的設計費用、並減少庫存壓力。而本發明的特點至少包括：

1.標準化產品(方便通訊產品設計)。

2.包裝於料帶上，SMD接腳(利用打件方式可加速產品量產速度)。

3.彈性的應用(可針對各種通訊標準利用匹配電路或是改變天線架構做調整)。

4.加速產品完成時間。

5.匹配電路可使用各種電子元件(電容、電感、可調式電容或電感、switch…等)。

6.四隻接腳皆可做為RF訊號輸入接腳(Layout便利性)。

7.容易與FPC軟板或是產品中的PCB板結合，產品設計者有相當大的自主性。

以下，將依據圖面所示之實施例而詳加說明本發明之結構及各種應用。

請參見第一圖及第二圖，本創作提供了一種多功能天線晶片1，如第三圖所示，該多功能天線晶片1被安裝於一具有一搭配的匹配電路21之電路板2上，並在匹配電路21上設有一饋入點22以做無線射頻訊號傳輸。

請配合第四圖至第七圖，本發明之多功能天線晶片1主要係以一封裝外殼11、一介質層基板12、一天線結構13及四接腳14所構成。

介質層基板12被設置於封裝外殼11內，並設有多數的導通孔(Via holes)121。而天線結構13包括一上層金屬131及一下層金屬132，被分別佈置於介質層基板12之上及下表面；該上層金屬131及下層金屬132經由該些導通孔121相連接以形成一個折疊式的天線架構。另，四接腳14為表面安裝設備(SMD)接腳，自封裝外殼11四個角隅外伸入介質層基板12，並與下層金屬132連接，但不與上層金屬131連接。

本發明的多功能天線晶片1具有縮小化的尺寸，例如為22.2×7.2×2.55mm³ ，可以被安裝於電路板2上，其中之一接腳14與電路板2上的匹配電路21連接，以成為訊號輸入接腳(參見第三圖及第三A圖)。

無線射頻訊號自饋入點22輸入，經過該匹配電路21後，再由訊號輸入接腳14進入天線結構13，以形成單極(Mono-pole antenna)天線結構。而本發明可以藉匹配電路21調整天線結構13特性，使該天線結構13具有一通訊標準的工作頻率，例如：PCS,GSM,WCDMA,WLAN,Bluetooth,EDGE,DCS,CDMA,HSPA,UMTS,GPS,GPRS,WiMAX,HSPA,WiFi等標準。

當然，本發明之多功能天線晶片安裝之電路板上搭配的匹配電路，所使用之電子元件可以是電容、電感、可調式電容、可調式電感或開關(Swith)等電子元件。

參見第八圖所示，係為本發明的另一種利用，係將多功能天線晶片1其中非訊號輸入之另一接腳14a接入電路板2之地面23，這將會使內部的天線結構13轉為平面倒F型天線(PIFA)架構或倒F型天線(IFA)架構，以達到多頻天線。

在第九圖所示，係為本發明的再一種利用，在電路板2上設有一天線金屬線段24，並連接到多功能天線晶片1的非訊號輸入之另一接腳14b以增加該天線結構型態，如此設計，也可達到天線結構13的工作頻率調整之目的。天線金屬線段24可以為任意形狀，使用者可以自行設計以達到天線特性之要求，這跟第八圖所示之實施方式目的相同，都是本發明之多功能天線晶片之延伸設計。另外，在第八圖與第九圖所示的利用方法，可一起結合利用，例如可將天線修改成第八圖PIFA、IFA結構並且結合九圖的天線延伸設計。

第八圖及第九圖所示本發明的兩種利用方式，是為了有時候此多功能天線晶片放入產品中加入匹配電路後，如果無法完全達到天線所要求的規格的情況下，可使用這兩種方式，去做延伸性的設計以達到符合天線所要求的規格。

參見第十圖，由於本發明多功能天線晶片之接腳是SMD接腳，可將多功能天線晶片1設置於捲帶(Reel taping)5上，利用表面安裝技術(SMT)，快速的安裝於電路板2上。

參見第十一圖，係為本發明多功能天線晶片的另一種實施例，其係以多層介質層基板12a及12b堆疊，且每兩層介質層基板12a及12b間設有一層中間金屬133，並經由該兩層介質層基板12a及12b之多數導通孔121而與上及下層金屬131及132連接。

在第十二圖中所示係為本發明運用於手機之實施例，其多功能天線晶片1的寬度W1為22.2mm，且被裝置於一電路板3上，該電路板3上具有一LC匹配電路31；電路板3具有一地面33之寬W2×高H2為40mm×90mm；而多功能天線晶片1與地面33之距離H1為5～8mm；而一微帶線32為50Ω饋入線。經此結構以形成一單極天線(Monopole antenna)。在第十三圖顯示了此實施例的電壓註波比曲線圖，顯示在頻率在824至960MHz及1710至2170MHz時，為良好的天線工作頻段。其被動效率(Passive efficiency)如下表：

824MHz

960MHz

1710MHz

2170MHz

參見第十四圖及第十四A圖，係為本發明多功能天線晶片1裝置於筆記型電腦4之螢幕上運用於WLAN實施例。在第十四B圖中顯了該實施例的電路示意圖，多功能天線晶片1與一LC匹配電路21連接，並具有一饋入點22。其中電容值為0.5pF，而電感值為1.5nH，其測試頻率為WLAN(2400MHz～2500MHz及5100MHz～5800MHz)。在第十五圖中顯示了天線測試的電壓駐波比(VSWR)曲線圖，其被動效率如下表，可知係為良好的WLAN操作頻率之天線：

參見第十六圖及第十六A圖，係為本發明多功能天線晶片1裝置於筆記型電腦4之螢幕上運用於GPS實施例。在第十六B圖中顯了該實施例的電路示意圖，多功能天線晶片1與一匹配電路21連接，並具有一饋入點22。其中匹配電路21之電感值為2.7nH，其測試頻率為GPS(1575.42MHz)。在第十七圖中顯示了天線測試的電壓駐波比(VSWR)曲線圖，其被動效率如下表，可知係為良好的GPS操作頻率之天線：

上述之兩實施案例中，其匹配電路中的電容及電感值，會隨著通訊產品內環境改變，並不一定以此為限。而匹配電路設計會隨著產品內部環境做變化，所使用之電子元件可選自由電容、電感、可調式電容、可調式電感及開關所構成的族群。

因此，本發明可針對所需的通訊標準，利用同一多功能天線晶片，搭配多種匹配電路，達到多功能的需求；使得本發明的多功能天線晶片可用於多種通訊產品，例如手機、筆記型電腦、網卡、導航機…等。而本發明所提供的多功能天線晶片至少具有以下的優點：

1.標準化產品(方便通訊產品設計)。

2.包裝於料帶上，SMD接腳(利用打件方式可加速產品量產速度)。

3.彈性的應用(可針對各種通訊標準利用匹配電路或是改變天線架構做調整)。

4.加速產品完成時間。

5.匹配電路可使用各種電子元件(電容、電感、可調式電容或電感、switch…等)。

6.四隻接腳皆可做為RF訊號輸入接腳(Layout便利性)。

7.容易與FPC軟板或是產品中的PCB板結合，產品設計者有相當大的自主性。

當然，以上圖面所示者僅為本發明之較佳結構及應用，但不以此為本案之專利範圍限制，但凡依據本發明技術思想所為簡易或等效之改變，仍屬本案專利範圍保護之中。

1．．．多功能天線晶片

11．．．封裝外殼

12、12a、12b．．．介質層基板

121．．．導通孔

13．．．天線結構

131．．．上層金屬

132．．．下層金屬

133．．．中間金屬

14、14a、14b．．．接腳

21、31．．．匹配電路

24．．．天線金屬線段

22．．．饋入點

23、33．．．地面

32．．．微帶線

2、3．．．電路板

4．．．筆記型電腦

5．．．捲帶

第一圖代表本發明之立體外觀圖，

第二圖代表本發明另一角度之立體外觀圖，

第三圖代表本發明組裝於電路板上與匹配電路連接之示意圖，

第三A圖代表第三圖的電路示意圖，

第四圖代表本發明之內部結構透視圖，

第五圖代表本發明另一角度之內部結構透視圖，

第六圖代表本發明之內部結構平面視圖，

第七圖代表本發明之內部結構側視圖，

第八圖代表本發明另一種組裝於電路板上與匹配電路連接且一非饋入接腳接地以形成PIFA或IFA架構之示意圖，

第九圖代表本發明另一種組裝於電路板上與匹配電路連接且一非饋入接腳連接一天線金屬線段之示意圖，

第十圖代表本發明被設置於捲帶(Reel taping)上之示意圖，

第十一圖代表本發明係為多層堆疊之內部結構透視圖，

第十二圖本發明運用於手機之實施例圖，

第十三圖為第十二圖之實施之天線測試電壓駐波比之曲線圖，

第十四圖代表本發明多功能天線晶片裝置於筆記型電腦之螢幕上運用於WLAN實施例圖，

第十四A圖為第十四圖中部份放大圖，

第十四B圖為第十四圖之電路示意圖，

第十五圖係為第十四圖中天線測試之電壓駐波比曲線圖，

第十六圖係為本發明多功能天線晶片裝置於筆記型電腦之螢幕上運用於GPS實施例圖，

第十六A圖為第十六圖中部份放大圖，

第十六B圖為第十六圖之電路示意圖，

第十七圖係為第十六圖中天線測試之電壓駐波比曲線圖。

12．．．介質層基板

121．．．導通孔

13．．．天線結構

131．．．上層金屬

132．．．下層金屬

14．．．接腳

Claims (6)

1. 一種多功能天線晶片，被安裝於一具有一搭配匹配電路之電路板上，做無線射頻訊號傳輸；其係包括：一封裝外殼，至少一介質層基板，被設置於該封裝外殼內，並設有多數的導通孔(Via holes)；一天線結構，至少包括一上層金屬及一下層金屬，被分別佈置於該介質層基板之上及下表面；該上層金屬及下層金屬經由該些導通孔相連接以形成一個折疊式的天線架構；及四接腳，自該封裝外殼四個角隅外伸入該介質層基板，並與下層金屬連接；無線射頻訊號經過該匹配電路後再由其中之一接腳進入該天線結構，以形成單極天線結構成；藉該匹配電路調整該天線結構特性，使該天線結構具有一通訊標準的工作頻率。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之多功能天線晶片，其中非訊號輸入之另一接腳接地，使該天線架構轉為平面倒F型天線(PIFA)架構或倒F型天線(IFA)架構。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之多功能天線晶片，其中在該電路板上設有一天線金屬線段並連接到非訊號輸入之另一接腳以改變該天線結構型態。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之多功能天線晶片，其中以多層介質層基板堆疊，且每兩層介質層基板間設有一層中間金屬，並經由該兩層介質層基板之多數導通孔而與上及下層金屬連接。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之多功能天線晶片，其中匹配電路所使用之電子元件可選自由電容、電感、可調式電容、可調式電感及開關所構成的族群。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之多功能天線晶片，其中多功能天線晶片尺寸為22.2×7.2×2.55mm³ 。