TWI744052B - 天線元件與其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種天線元件，其包含：一玻璃基板；一軟性基板，貼合於該玻璃基板上；一透明導電圖案，形成於該軟性基板之一表面上。本發明更揭示一種天線元件的製作方法。本發明藉由將具有天線元件的軟性基板貼合於該玻璃基板上，可以輕易實現移動式的通信基地台。

Description

天線元件與其製造方法

本發明係有關於天線元件，更特別是有關於應用於移動式基地台的透明天線元件。

新一代行動通訊技術，5G網路將滿足2020年以後來自終端使用者與經濟發展的通訊需求。在此技術的支援下，包括手機、平板電腦、汽車、家電以及工廠生產設施在內的萬物互聯將得以實現，形成物聯網(IoT)。同時，5G也將成為建置移動型互聯社會的基礎，也是在生活和經濟各領域實現數位化的關鍵技術。

基地台天線為基地台設備與終端使用者間之資訊能轉換，在訊號發送過程中，調製後射頻電流經基地台天線轉換為電磁波，向預定區域(如手機)輻射出去；接收過程中，使用者資訊經調製後之電磁波，由基地台天線接收，有效地轉換為射頻電流，傳輸至局端設備，即基地台天線在行動通訊占有傳達的重要角色，直接影響通訊網路服務品質與覆蓋範圍。基地台天線設計技術中，包括多波束(Multi-Beam)、主動陣列天線(Active Phased Array)、波束成形(Beamforming)、巨量天線(Massive MIMO)等。

隨著5G天線設計系統化和複雜化，例如波束陣列(達成 空分複用)、多波束及多、高頻段，對天線提出更高需求，並涉及整個系統與相容問題，尤其陣列天線設計好壞會左右傳輸容量、涵蓋範圍及效率，對於電信業者來說，影響營運成本與資本支出。5G信號很難傳輸較遠的距離。基地台最好設置在大樓的中間層，而不是距離地面較遠的樓頂。玻璃天線採用透明且不顯眼的設計，預計很多大樓的所有者都會允許安裝這種天線。

5G技術的高傳輸率也將對智慧型手機的設計產生重大影響。由於使用5G技術的天線需要更多的空間，目前應用於手機後蓋的金屬材料將會被陶瓷、玻璃或塑膠取代。天線元件使用的系列材料需求包含：戶外低溫抗衝擊技術、天線外殼減重技術、射頻訊號傳輸研究、熱管理方案、電子集成方案、消費後回收材料等。軟性透明薄膜材料因其優異的性能已被廣泛應用於電子電器領域，同時也是5G技術的理想材料之一。透明薄膜產品可以根據環境和人口密度的不同，實現內嵌(Fitting)或外突(Protruding)，以匹配特定的環境。如此一來，將實現技術設施的功能最大化，不僅滿足了技術的需求，同時也確保產品可以更加融入或加強5G城市的建設。

然而，過去的透明天線係皆以單一基板為考量，亦即設計與製造玻璃基板，或軟性基板上。然而，在玻璃基板上製作天線需要使用較複雜的製程方式，例如氧化物的濺鍍與蝕刻；而在軟性基板製作透明天線，則必須使用低溫製程，且由於軟性基板的厚度較薄，因此天線的線寬都較細。這造成透明天線很難實現在玻璃基板上。

有鑑於上述問題，有必要提出一種可應用於移動式基地台的透明天線元件與其製造方法，可以解決上述問題。

本發明之主要目的係在於提出一種天線元件。該天線元件可以應用於移動式5G基地台，具有機動性高，攜帶方便，可抵抗戶外低溫衝擊，且消費後回收材料等優點。藉由貼合透明軟性基板在玻璃基板上，可以根據環境和人口密度的不同，實現內嵌(Fitting)或外突(Protruding)的天線元件，以匹配特定的環境信號接收。

本發明之另一目的係在於提出一種天線元件的製造方式。該天線元件的製造方式可以使得基地台的天線具有抵抗戶外低溫衝擊，且消費後回收材料等優點。藉由在透明軟性基板進行表面處理，該具有天線圖案的軟性基板可以任意地貼合在玻璃基板上，實現內嵌(Fitting)或外突(Protruding)，以匹配特定的環境，達到移動式5G基地台。

為達本發明之主要目的，本發明提供一種天線元件，其包含：一玻璃基板；一軟性基板，貼合於該玻璃基板上；一透明導電圖案，形成於該軟性基板之一表面上。

根據本發明的一特徵，該軟性基板係選自液晶高分子板或聚碳酸酯基材料，且其厚度小於1微米。

根據本發明的一特徵，該透明導電圖案的材料係選自：氧化物材料、奈米銀線、導電高分子或導電金屬網格之一。

根據本發明的一特徵，該透明導電圖案上更包含一層保護薄膜。

根據本發明的一特徵，該透明導電圖案係一共平面波導圖案。

為達本發明之主要目的，本發明提供一種天線元件的製造方法，其包含下列步驟：步驟1：形成一透明導電圖案於一軟性基板之一表面上；步驟2：將該軟性基板相對於該透明導電圖案的表面貼合於一玻璃基板上。

根據本發明的一特徵，該軟性基板係選自液晶高分子板或聚碳酸酯基材料，且其厚度小於1微米。

根據本發明的一特徵，該軟性基板與該玻璃基板的貼合的面上更包含一透明導電貼合層，其厚度小於150奈米(nm)。

根據本發明的一特徵，步驟2更包含：於該軟性基板相對於該透明導電圖案的表面做一表面處理。

根據本發明的一特徵，，該透明導電圖案係一天線結構，該天線結構的線寬的阻抗匹配以該玻璃基板與該軟性基板的厚度和做為該天線結構的整體基板厚度。

本發明之天線元件與其製造方法具有下列功效：

1.該天線元件可以應用於移動式5G基地台，具有機動性高，攜帶方便；

2.該天線元件可抵抗戶外低溫衝擊，且消費後回收材料等優點。

3.該天線元件可以根據環境和人口密度的不同，實現內嵌(Fitting)或外突(Protruding)的天線元件，以匹配特定的環境信號接收。

4.該天線元件藉由在軟性基板進行表面處理，可以任意地貼合在玻璃基板上，實現內嵌(Fitting)或外突(Protruding)的需求。

10:天線元件

20:玻璃基板

30:軟性基板

32、34:表面

40:透明導電圖案

50:保護薄膜

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數個較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第1圖為本發明天線元件示意圖；第2圖為本發明天線元件之製造方法流程圖。

雖然本發明可表現為不同形式之實施例，但附圖所示者及於本文中說明者係為本發明可之較佳實施例。熟習此項技術者將瞭解，本文所特定描述且在附圖中繪示之裝置及方法係考量為本發明之一範例，非限制性例示性實施例，且本發明之範疇僅由申請專利範圍加以界定。結合一例示性實施例繪示或描述之特徵可與其他實施例之諸特徵進行結合。此等修飾及變動將包括於本發明之範疇內。

現請參考第1圖，其為本發明一種天線元件10，其包含：一玻璃基板20；一軟性基板30，貼合於該玻璃基板20上；一透明導電圖案40，形成於該軟性基板30之一表面32上。

該玻璃基板20能夠承受高的熱負荷，能夠耐受超過600℃的溫度而不受損害，其厚度不到200μm，具可撓曲性，光學特性佳，耐候、耐熱且抗化性佳，且對於氣體分子之阻隔性優良，亦即不影響其光學、熱反射和電學性質。也能夠使用於貼合其他具有較低熱耐受性的層的導電薄膜層。該玻璃基板20較佳是含有微晶成分或石英成分的玻璃，該玻璃基板20具有至少大於或等於90%的總光穿透率。

該軟性基板30係聚醯亞胺、聚碳酸酯或聚對苯二甲酸乙二酯為主體之多層膜基板、光穿透率大於90%，霧度0.7~3；製程上將有機會使用連續式的捲式(Roll-to-Roll)製程。該軟性基板30較佳係選自液晶高分子板或聚碳酸酯基材料，且其厚度小於1微米。

該透明導電圖案40的材料係選自：氧化物材料、奈米銀線、導電高分子或導電金屬網格之一。該透明導電圖案40是一個天線結構圖案。該透明導電圖案40可以是使用微帶線圖案、帶線圖案或共平面波導線圖案。由於是製作在軟性基板30上，之後要貼合在該玻璃基板20上，該透明導電圖案較佳係一共平面波導圖案。

過去的透明天線的設計與製造係皆以單一基板為考量，亦即設計與製造於軟性基板或玻璃基板上。然而，在玻璃基板上製作天線需要使用較複雜的製程方式，例如氧化物的濺鍍與蝕刻；而在該軟性基板30製作透明天線，則必須使用低溫製程，且由於軟性基板的厚度較薄，因此天線的線寬都較細。

因此，本發明的重要技術是，克服上述的缺點，該天線結構係先製造於該軟性基板30上後，在貼合於該玻璃基板20上。如此可以減少玻璃上製作透明天線結構的困難。但是，在該透明導電圖案40設計成該天線結構時，已經考慮到該軟性基板30會貼合在該玻璃基板20，因此設計該天線結構的線寬的阻抗匹配時，係以該玻璃基板20與該軟性基板30的厚度和做為該天線結構的整體基板厚度。如此，又可以避免，在很薄的該軟性基板30上製作該天線結構會需要使用到很細的線寬，特別是設計用於5G通訊系統的28GHz釐米波天線時。由於該軟性基板30與該玻璃基板20的介電常數並不一樣，但皆在3至10之間，因此線寬的阻抗設計可以藉由電磁模擬軟體輕易推算出來。該透明導電圖案40的該天線結構的線寬的阻抗係介於40歐姆至90歐姆之間。該天線結構的頻率係較佳為5G通信系統的使用頻率，該天線結構較佳係使用片型天線(patch antenna)，以得到較高的功率承載能力。

藉由上述的技術，該軟性基板30可以使用非常薄的厚度，亦即小於1微米，該天線結構的線寬也不會太細而不好製作。該透明導電圖案40可以使用低成本的製造方式即可達到該天線結構的製作，例如使用連續式的捲式(Roll-to-Roll)製程大量地製造具有天線結構的該透明導電圖案40於該軟性基板30上。

該透明導電圖案40上更包含一層保護薄膜50，用以保護透明導電圖案40受到水氣而劣化。該保護薄膜50係可以是絕緣介電薄膜，例如是氧化鋁，厚度在100奈米以下，可以避免降低光穿透率。

第2圖為本發明第1圖天線元件10之製造方法流程圖。該天線元件10的製造方法，其包含下列步驟：步驟1：形成一透明導電圖案40於一軟性基板30之一表面上；步驟2：將該軟性基板30相對於該透明導電圖案40的表面34貼合於一玻璃基板20上。

該軟性基板30與該玻璃基板20的貼合的面上，更包含一透明導電貼合層(未顯示第1圖)，其厚度小於150奈米(nm)。該透明導電貼合層係一液態透明光學膠，主要是用於透明元件黏合的特殊黏著劑。

該透明導電圖案40事先形成該天線結構後，在將該軟性基板30會貼合在該玻璃基板20上。然而，需注意的是，該透明導電圖案40設計該天線結構時，已經考慮到該軟性基板30會貼合在該玻璃基板20，因此設計該天線結構的線寬的阻抗匹配時，係以該玻璃基板20與該軟性基板30的厚度和做為該天線結構的整體基板厚度。

步驟2更包含：於該透明軟性基板30相對於該透明導電圖案40的表面34做一表面處理。該表面處理係包含一電漿處理或一加熱處理，該表面處理是為了增加該玻璃基板20與該軟性基板30的貼合效果。該電漿處理係以氬氣電漿或氮氣電漿處理過該透明軟性基板30的表面34，以增加貼合到玻璃的能力。該加熱處理係在該透明軟性基板30的表面34加熱到攝氏50度至80度之間，以提高貼合到玻璃的附著力。

雖然本發明已以前述較佳實施例揭示，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內，當可作各種 之更動與修改。如上述的解釋，都可以作各型式的修正與變化，而不會破壞此發明的精神。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。

10:天線元件

20:玻璃基板

30:軟性基板

32、34:表面

40:透明導電圖案

50:保護薄膜

Claims (10)

1. 一種天線元件，其包含：一玻璃基板，該玻璃基板是含有微晶成分或石英成分的玻璃；一軟性基板，貼合於該玻璃基板上，其厚度小於1微米，與該玻璃基板的介電常數不一樣，但皆介於在3至10之間；一透明導電圖案，形成於該軟性基板之一表面上；其中，該透明導電圖案係一共平面波導圖案的天線結構，該天線結構的線寬的阻抗係介於40歐姆至90歐姆之間，且該天線結構的頻率係為5G通信系統的使用頻率，該天線結構較佳係使用片型天線，該天線結構的線寬的阻抗匹配以該玻璃基板與該軟性基板的厚度和做為該天線結構的整體基板厚度。
2. 如請求項1所述天線元件，其中，該軟性基板係選自液晶高分子板或聚碳酸酯基材料。
3. 如請求項1所述天線元件，其中，該透明導電圖案的材料係選自：氧化物材料、奈米銀線、導電高分子或導電金屬網格之一。
4. 如請求項1所述天線元件，其中，於該透明導電圖案上更包含一層保護薄膜。
5. 如請求項1所述天線元件，其中，該透明導電圖案係一共平面波導圖案。
6. 一種天線元件的製造方法，其包含下列步驟：步驟1：形成一透明導電圖案於一軟性基板之一表面上，該軟性基板厚 度小於1微米，與該玻璃基板的介電常數不一樣，但皆介於在3至10之間；步驟2：將該軟性基板相對於該透明導電圖案的表面貼合於一玻璃基板上，該玻璃基板是含有微晶成分或石英成分的玻璃；其中，該透明導電圖案係一共平面波導圖案的天線結構，該天線結構的線寬的阻抗係介於40歐姆至90歐姆之間，且該天線結構的頻率係為5G通信系統的使用頻率，該天線結構較佳係使用片型天線，該天線結構的線寬的阻抗匹配以該玻璃基板與該軟性基板的厚度和做為該天線結構的整體基板厚度。
7. 如請求項6所述天線元件的製造方法，其中，該軟性基板係選自液晶高分子板或聚碳酸酯基材料。
8. 如請求項6所述天線元件的製造方法，其中，該軟性基板與該玻璃基板的貼合的面上更包含一透明導電貼合層，其厚度小於150奈米(nm)。
9. 如請求項6所述天線元件的製造方法，其中，步驟2更包含：於該軟性基板相對於該透明導電圖案的表面做一表面處理。
10. 如請求項6所述天線元件的製造方法，其中，在步驟1係使用連續式的捲式製程製造具有天線結構的該透明導電圖案於該軟性基板上。

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