TWI523315B - 使用硬軟結合板整合天線之無線模組 - Google Patents

使用硬軟結合板整合天線之無線模組 Download PDF

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TWI523315B
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施瑞坤
劉益誠
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環旭電子股份有限公司
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    • H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them

Description

使用硬軟結合板整合天線之無線模組
本發明與電子產品內建之無線模組有關，具體而言是指一種使用硬軟結合板(Rigid-Flex Board)以整合天線與通訊晶片於單一模組，具有小尺寸、低損耗、低成本、容易進行設計，以及容易最佳化的優點。
隨著科技進步，各式手持式電子產品快速普及，並且朝向高整合度與小尺寸的趨勢發展，內建於電子產品內部的通訊模組也無可避免地朝著相同的趨勢發展。
目前習用的無線模組是將通訊晶片與天線設置在單一印刷電路板上，但這樣的設計會產生較大的體積，不利於將天線設置在收發無線訊號的最佳位置，因而難以適用在小型化的電子產品當中。因此，廠商發展出另一種習用的無線模組，將通訊晶片與天線分開設置，再利用高頻連接器(RF Connector)與纜線連接兩者，雖然有利於配合電子產品的內部空間而能夠將天線設置在最佳位置，但是前述高頻連接器與纜線必須要採用特殊的材料與設計才能降低高頻損耗，導致零件成本大增，雖然可以改用頂針連接器(Pin Connector)來取代前述高頻連接器與纜線以降低高頻損耗，但訊號傳輸過程中的匹配阻抗問題仍將提高設計的困難度。
針對前述問題，US8344955揭露一種無線模組，將通訊晶片與天線分別設置在一硬性電路板(Rigid PCB)與一軟性電路板(Flexible PCB)，且前述軟性電路板至少部分結合於硬性電路板一端而形成類似硬軟結合板(Rigid-Flex PCB)的電路板結構，但是其電源層(Power Layer)與接地層(Ground Layer)是不連續地分段設置在硬性電路板與軟性電路板上，除了增加電路複雜度之外，還可能引進不必要的雜訊，因此還存有改進之必要。
有鑑於上述的缺失，本發明的主要目的在於提供一種整合天線之無線模組，利用硬軟結合板整合天線與通訊晶片，具有低損耗與低成本的優點，而且能提供可靠的訊號品質。
為達成上述的目的，本發明提供一種使用硬軟結合板整合天線之無線模組，包含有：一軟性基板，設有可導電的一信號層與一接地層；一天線，設於軟性基板的一側，具有一輻射體，以及一饋入段與一接地段自輻射體延伸且分別連接信號層與接地層；一第一硬性基板堆疊接合於軟性基板之一第一表面上相對遠離天線的一側；以及至少一通訊單元設置於第一硬性基板而電性連接信號層。
藉此，本發明的信號層與接地層是連續設置在同一軟性基板上，有助於減少高頻信號傳輸路徑上的不確定性與損失，進而提高訊號傳輸的效率與品質，同時降低零件成本，方便利用軟性基板可撓曲的特性而方便將天線設置於最佳化位置。此外，本發明將軟性基板與第一硬性基板構成一硬軟結合板將有助於縮小無線模組的整體尺寸，且方便組裝。
本發明之天線可以採用但不限於平面倒F型天線(Planar Inverted F Antenna,PIFA)、近場通訊(Near Field Communication,NFC)天線、單極(Monopole)天線或雙極(Dipole)天線。
本發明的較佳設計是將通訊單元是利用系統封裝技術(System In Package,SiP)而封裝於第一硬性基板，組裝應用上更加方便。
10‧‧‧無線模組
11‧‧‧主板
12‧‧‧電源線路
13‧‧‧信號線路
14‧‧‧接地線路
20‧‧‧軟性基板
21‧‧‧第一表面
22‧‧‧第二表面
23‧‧‧信號層
24‧‧‧接地層
30‧‧‧天線
31‧‧‧輻射體
32‧‧‧饋入段
33‧‧‧接地段
40‧‧‧硬軟結合板
41,42‧‧‧硬性基板
43‧‧‧導電貫孔
50‧‧‧通訊單元
51‧‧‧通訊晶片
第1圖為本發明一較佳實施例之示意圖。
第2圖為本發明一較佳實施例沿第一圖中2-2剖視線的剖視圖。
為了清楚說明本發明的技術特徵，請參閱第1圖與第2圖，本發明所提供一較佳實施例之無線模組10，包含有一軟性基板20、一天線30設於軟性基板20一側，二硬性基板41&42堆疊接合於軟性基板20遠離天線30的另側，以及一通訊單元50設置於硬性基板41上。前述各元件的具體結構詳述如后。
軟性基板20具有相對的一第一表面21與一第二表面22，且前述表面21&22分別設有可導電的一信號層23與一接地層24。
天線30設於軟性基板20的第一表面21，在本實施例中是以近場通訊(Near Field Communication,NFC)天線為例，其具有一輻射體31，以及一饋入段32與一接地段33自輻射體31延伸而出，並且分別連接信號層23與接地層24。對本領域技術人員來說，亦可視情況而將天線改為平面倒F型天線、單極天線或雙極天線等天線型式。
硬性基板41&42，如第2圖所示，是分別堆疊接合於軟性基板20之第一表面21與第二表面22遠離天線30的一側，主要是利用壓合製程而與軟性基板20共同構成一硬軟結合板40，因此可以利用板對板連接器(Board to Board Connector)或其他接合方式而將前述硬軟結合板40連接於一主板11。其中，該硬軟結合板40設有複數個導電貫孔(Conductive Via)43，以分別電性連接信號層23、接地層24，以及主板11上的電源線路(Power Trace)12、信號線路(Signal Trace)13與接地線路(Ground Trace)14。
該通訊單元50，具有至少一通訊晶片51，可利用封裝技術，例如系統封裝技術(System In Package,SiP)、多晶片封裝(Multi-Chip Package,MCP)、疊層封裝(Package on Package,PoP)等方式而封裝於硬軟結合板40之硬性基板41，且電性連接前述導電貫孔43以結合天線30，提供無線通訊的功能。
除了前述元件之外，前述實施例還可以增加一接地元件60，其設置有一導電結構61連接於天線30與接地層24相接設的接地段33。
藉由前述結構，本發明之無線模組10利用軟性基板20與硬性基板41&42共同構成一硬軟結合板40，進而整合天線30與通訊單元50於一體，且天線30是直接連接軟性基板20的信號層23與接地層24，再透過導電貫孔43連接到通訊單元50，因此高頻訊號的傳輸路徑相當單純，可以預先對匹配阻抗的問題採取因應措施，不需要在面對連接器與纜線的高頻不確定性，可以大幅降低開發的難度與零件成本，還利用模組化的設計而縮減無線模組10的尺寸，並能輕易安裝於電子產品的主板11上，再利用軟性基板20可撓曲的特性而容易將天線30配置於最佳位置，從而達成本發 明之目的。
補充說明的是，前述實施例當中所採用硬軟結合板的硬性基板數量還可以減少為1個，換言之，位於第二表面22之硬性基板42主要是做為機械強度的補強材，可以變更硬性基板41的幾何形狀來加以克服。
10‧‧‧無線模組
11‧‧‧主板
12‧‧‧電源線路
13‧‧‧信號線路
14‧‧‧接地線路
20‧‧‧軟性基板
21‧‧‧第一表面
22‧‧‧第二表面
23‧‧‧信號層
24‧‧‧接地層
30‧‧‧天線
31‧‧‧輻射體
32‧‧‧饋入段
33‧‧‧接地段
40‧‧‧硬軟結合板
41,42‧‧‧硬性基板
43‧‧‧導電貫孔
50‧‧‧通訊單元
51‧‧‧通訊晶片

Claims (9)

  1. 一種使用硬軟結合板整合天線之無線模組，包含有：一軟性基板，具有相對的一第一表面與一第二表面，並設有可導電的一信號層與一接地層；一天線，設於該軟性基板的一側，具有一輻射體，以及一饋入段與一接地段自該輻射體延伸且分別連接該信號層與該接地層；一第一硬性基板，直接堆疊接合於該第一表面之局部且遠離該天線；及一通訊單元，設置於該第一硬性基板而電性連接該信號層；其中，該天線與該信號層位於該第一表面。
  2. 如請求項1所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其中該接地層位於該第二表面。
  3. 如請求項1所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其中該通訊單元具有至少一通訊晶片。
  4. 如請求項3所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其中該通訊晶片是利用系統封裝技術而封裝於該第一硬性基板。
  5. 如請求項3所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其中該通訊晶片是利用多晶片封裝而封裝於該第一硬性基板。
  6. 如請求項3所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其中該通訊晶片是利用疊層封裝而封裝於該第一硬性基板。
  7. 如請求項3所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其更包含一第二硬性基板直接堆疊接合於該第二表面。
  8. 如請求項1所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其中該天線為平面倒F型天線、近場通訊天線、單極天線或雙極天線其中之一。
  9. 如請求項1所述使用硬軟結合板整合天線之無線模組，其更包含有一接地元件，具有一導電結構而連接於該天線與該接地層相接設之接地段。
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