TWM603115U - 內嵌天線之軟性電路板 - Google Patents

Abstract

一種內嵌天線之軟性電路板包括天線單元、金屬層、介質層、通孔、導通結構以及接口。金屬層上形成傳輸線。介質層具有第一側面及第二側面，天線單元形成於第一側面，金屬層形成於第二側面。通孔穿設於介質層，且通孔一端對應於天線單元，另一端對應傳輸線之一端部。導通結構填充通孔並使天線單元及傳輸線經由導通結構電性連接。接口設置於介質層之第二側面側並電性連接至傳輸線遠離通孔之另一端部。藉此，以形成一體式的內嵌天線之軟性電路板，可以最佳化傳輸效能以提升天線效率，也可以使得加工製程的工時與成本降低，材料可利用率提升。

Description

內嵌天線之軟性電路板

一種軟性電路板，特別是具有內嵌天線及傳輸線的內嵌天線之軟性電路板。

現今目前軟性電路板（Flexible Printed Circuit, FPC）大多數應用在作為傳輸線上，或者是將多個電子零件結合。少數部分用於天線本體與傳輸線或增加銅軸電纜線結合，但都只局限用於電子信號或通訊3G/LTE應用上。

隨著即將到來的5G應用，在頻率升高且頻段增多，而天線的整體設計能力和解决方案將越來越重要。然而隨著材料上的創新，天線的智能化、小型化、訂製化的趨勢將更加明顯，所以在天線與傳輸線之間的設計將更需整合化與系統化，因此大規模陣列MASSIVE MIMO技術開始應用於5G通訊。

有鑑於此，本創作於一實施例中提供一種內嵌天線之軟性電路板包括天線單元、金屬層、介質層、通孔、導通結構以及接口。金屬層上形成傳輸線。介質層具有第一側面及第二側面，天線單元形成於第一側面，金屬層形成於第二側面。通孔穿設於介質層，且通孔一端對應於天線單元，另一端對應傳輸線之一端部。導通結構填充通孔並使天線單元及傳輸線經由導通結構電性連接。接口設置於介質層之第二側面側並電性連接至傳輸線遠離通孔之另一端部。

藉此，透過將傳輸線及天線輻射本體（Antenna radiation pattern）結合在介質層上，以形成一體式的內嵌天線之軟性電路板，可以最佳化傳輸效能以提升天線效率，也可以使得加工製程的工時與成本降低，材料可利用率提升。而且，在設計的過程中也可以透過調整天線單元及傳輸線的線寬、線徑、線厚、線距等，即可縮小軟性電路板之整體尺寸與有效利用率，進而提升S11（Reflection Loss，反射損失）、S21（Insertion loss，插入損失）與VSWR（Voltage Standing Wave Ratio，電壓駐波比），以符合5G通訊規格要求。

在一些實施例中，內嵌天線之軟性電路板更包括第一接地區以及複數接地結構。金屬層更形成第二接地區。第一接地區形成於介質層之第一側面，接地結構分別貫穿介質層並電性連接第一接地區及第二接地區。

在一些實施例中，介質層係由液晶高分子聚合物（Liquid Crystal Polymer, LCP）或聚醯亞胺（Polyimide, PI）所形成。

在一些實施例中，內嵌天線之軟性電路板更包括另一介質層、另一通孔及另一導通結構。另一介質層設置於金屬層遠離介質層之一側。接口設置於另一介質層遠離金屬層之一側。另一通孔穿設於另一介質層，且另一通孔一端對應於傳輸線之一端部，另一端對應於接口。另一導通結構填充另一通孔並使傳輸線及接口經由另一導通結構電性連接。

本創作於另一實施例中提供一種內嵌天線之軟性電路板包含第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層、第一介質層、第一通孔、第一導通結構、第二介質層、第二通孔、第二導通結構、第一接口、第三通孔、第三導通結構以及第二接口。第一金屬層形成第一天線單元及第二天線單元。第二金屬層形成第一傳輸線，第三金屬層形成第二傳輸線。第一介質層設置於第一金屬層及第二金屬層之間。第一通孔穿設於第一介質層，且第一通孔一端對應於第一天線單元，另一端對應第一傳輸線之一端部。第一導通結構填充第一通孔並使第一天線單元及第一傳輸線經由第一導通結構電性連接。

第二介質層設置於第二金屬層及第三金屬層之間。第二通孔穿設第一介質層、第二金屬層及第二介質層。第二通孔一端對應於第二天線單元，另一端對應第二傳輸線之一端部。第二導通結構填充第二通孔並使第二天線單元及第二傳輸線經由第二導通結構電性連接。第一接口設置於第三金屬層遠離第二介質層之一側。第三通孔穿設於第二金屬層、第二介質層及第三金屬層，第三通孔一端對應於第一傳輸線遠離第一通孔之另一端部，另一端對應第一接口。第三導通結構填充第三通孔並使第一傳輸線及第一接口經由第三導通結構電性連接。第二接口設置於第三金屬層遠離第二介質層之一側並電性連接至第二傳輸線遠離第二通孔之另一端部。

藉此，透過堆疊多層介質層的方式，能將多組傳輸線分設於不同金屬層處，並進一步應用於集合性的陣列天線。例如，通過在同一個軟性電路板上，依照所需形成多組天線單元，並透過設置於不同層上的傳輸線與接口連接，如此可以使得傳輸線設置的面積維持如同單一傳輸線一般的寬度即可，進而縮小軟性電路板的整體表面積。

在一些實施例中，內嵌天線之軟性電路板更包括複數接地結構，第一金屬層更形成第一接地區，第二金屬層更形成第二接地區，第三金屬層更形成第三接地區。接地結構分別貫穿第一介質層、第二金屬層及第二介質層，且接地結構分別電性連接第一接地區、第二接地區及第三接地區。

在一些實施例中，第一介質層及第二介質層係由液晶高分子聚合物或聚醯亞胺所形成。

在一些實施例中，內嵌天線之軟性電路板更包括第三介質層、第四通孔及第四導通結構。第三介質層設置於第三金屬層遠離第二介質層之一側。第一接口及第二接口設置於第三介質層遠離第三金屬層之一側。第三通孔更穿設於第三介質層，以使第三通孔之另一端對應第一接口。第四通孔穿設於第三介質層，且第四通孔一端對應於第二傳輸線之一端部，另一端對應於第二接口。第四導通結構填充第四通孔並使第二傳輸線及第二接口經由第四導通結構電性連接。

以下在實施方式中詳細敘述本申請之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟悉相關技藝者瞭解本申請之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本申請相關之目的及優點。

請同時參閱圖1至圖2，圖1為本創作第一實施例的內嵌天線之軟性電路板之俯視圖，圖2為本創作第一實施例的內嵌天線之軟性電路板之側視剖視圖。由圖1及圖2可見，本實施例之內嵌天線之軟性電路板100包括天線單元10、金屬層20、介質層30、通孔40、導通結構41以及接口50。

介質層30具有第一側面31及第二側面32，天線單元10形成於第一側面31，金屬層20形成於第二側面32。由於金屬層20會形成傳輸線21，因此會使得傳輸線21形成於介質層30的第二側面32上。由圖2可見，通孔40穿設於介質層30，使得通孔40一端對應於天線單元10，另一端對應傳輸線21之一端部。導通結構41填充通孔40並使天線單元10及傳輸線21經由導通結構41電性連接。接口50設置於介質層30之第二側面32側並電性連接至傳輸線21遠離通孔40之另一端部。

藉由上述結構，形成於介質層30二側的天線單元10及傳輸線21可以透過穿設於介質層30的通孔40及填充於其中的導通結構41而電性連接。再將傳輸線21另一端電性連接至接口50，即可以形成內嵌天線之軟性電路板100。由天線單元10接收的訊號可以經由導通結構41及傳輸線21傳送至接口50，又或者由接口50傳入之訊號可以經由傳輸線21及導通結構41傳送至天線單元10。

透過將傳輸線21及天線輻射本體（Antenna radiation pattern）（即本實施例的天線單元10），結合在介質層30上，以形成一體式的內嵌天線之軟性電路板100，可以最佳化傳輸效能以提升天線效率，也可以使得加工製程的工時與成本降低，材料可利用率提升。

另外，在設計內嵌天線之軟性電路板100的過程中也可以透過調整天線單元10及傳輸線21的線寬、線徑、線厚、線距等，即可縮小軟性電路板100之整體尺寸與有效利用率，進而提升S11（Reflection Loss，反射損失）、S21（Insertion loss，插入損失）與VSWR（Voltage Standing Wave Ratio，電壓駐波比），以符合5G通訊規格要求。

在本實施例中，由圖1及圖2可見，內嵌天線之軟性電路板100可更包括第一接地區60、複數接地結構61以及地線62。同時，在金屬層20可更形成第二接地區22。其中，由圖2可見，第一接地區60形成於介質層30之第一側面31，接地結構61則是分別貫穿介質層30並電性連接第一接地區60及第二接地區22。在本實施例中，接地結構61之設置方式可以透過在對應第一接地區60及第二接地區22之位置，設置貫穿孔611，並且於貫穿孔611中填充導電材料，以使得第一接地區60及第二接地區22相互電性連接而接地。另外，在傳輸線21設置的金屬層20設置第二接地區22，或是在介質層30上方設置第一接地區60，可以確保傳輸線21的訊號品質，而且也可以通過上、下層經由接地結構61貫穿接地的設置，達到所需的共振頻率之特性。

另外，由圖2可見，本實施例中，內嵌天線之軟性電路板100可包括另一介質層33、另一通孔42及另一導通結構43。另一介質層33設置於金屬層20遠離介質層30之一側。接口50設置於另一介質層33遠離金屬層20之一側。另一通孔42穿設於另一介質層33，且另一通孔42一端對應於傳輸線21之一端部，另一端對應於接口50。另一導通結構43填充另一通孔42並使傳輸線21及接口50經由另一導通結構43電性連接。藉由設置另一介質層33，可以將傳輸線21包覆於介質層中，除可減少訊號干擾外，也可以達到一定的增強與穩固結構之功效。

進一步，地線62形成於介質層30之第二側面32側並電性連接接口50。以圖2所示，地線62是設置於另一介質層33遠離金屬層20之一側，並電性連接接口50。接地結構61亦會貫穿另一介質層33，使得地線62、第一接地區60及第二接地區22皆電性連接。此處的接地結構61之設置方式與前述相同，可以透過在對應第二接地區22及地線62之位置，設置貫穿孔611，並且於貫穿孔611中填充導電材料，以使得第二接地區22及地線62相互電性連接而接地。如此，以使得所有結構皆共地，達到所需的共振頻率之特性。

另外，在本實施例中，上述的各介質層可由液晶高分子聚合物（Liquid Crystal Polymer, LCP）或聚醯亞胺（Polyimide, PI）所形成。透過二者的材料特性，可以作為金屬層之間（例如天線單元10及金屬層20）的融合基板。另外，利用LCP或PI的材料特性，也可以通過高溫彎折技術，將軟性電路板100彎折成所需的角度，以便於MASSIVE MIMO的技術應用時，透過向上彎折或向下彎折之設計方向來針對水平極化（Horizontal polarization）與垂直極化（Vertical polarization）理想得達到MASSIVE MIMO天線無死角的輻射場型。

實際應用時，可同時運用多個內嵌天線之軟性電路板100進行所需的排列組合，再透過設置於電路板上的切換器來切換所要接收的訊號來源或要傳輸的至哪一個內嵌天線之軟性電路板100，以達到陣列MASSIVE MIMO技術應用。

另外，在電子裝置空間有限的情形下，也可以通過將軟性電路板100彎折成特定角度進行組設，以提高電子裝置空間的有效利用。例如，可以經由前述的高溫彎折技術，將軟性電路板100由圖1一點鏈線所示意的彎折線L處向上彎折成所需的角度，以達到天線無死角的輻射場型。在此雖以向上彎折為示意，但本創作不以此為限，也可以任意角度彎折或是在設置軟性電路板100時即以特定的所需角度設置。

接下來請參閱圖3，圖3為本創作第二實施例的內嵌天線之軟性電路板之側視剖視示意圖。圖3為方便說明，僅以簡化的方式示意各層及傳輸線等的相關結構，未實際繪出剖面線及實際結構等，實際結構可參考第一實施例所述。本實施例之內嵌天線之軟性電路板200包括第一金屬層210、第二金屬層211、第三金屬層212、第一介質層220、第一通孔230、第一導通結構231、第二介質層221、第二通孔232、第二導通結構233、第一接口240、第三通孔234、第三導通結構235以及第二接口241。

第一金屬層210形成第一天線單元2101及第二天線單元2102。第一天線單元2101及第二天線單元2102可以為並排設置或是交互環繞等，以形成於第一金屬層210。第二金屬層211則是形成第一傳輸線2111，第三金屬層212形成第二傳輸線2121。第一介質層220是設置於第一金屬層210及第二金屬層211之間。第一通孔230穿設於第一介質層220，且第一通孔230一端對應於第一天線單元2101，另一端對應第一傳輸線2111之一端部。第一導通結構231填充第一通孔230並使第一天線單元2101及第一傳輸線2111經由第一導通結構231電性連接。

第二介質層221設置於第二金屬層211及第三金屬層212之間。第二通孔232穿設第一介質層220、第二金屬層211及第二介質層221，且第二通孔232一端對應於第二天線單元2102，另一端對應第二傳輸線2121之一端部。第二導通結構233填充第二通孔232並使第二天線單元2102及第二傳輸線2121經由第二導通結構233電性連接。

第一接口240設置於第三金屬層212遠離第二介質層221之一側。第三通孔234穿設於第二金屬層211、第二介質層221及第三金屬層212，且第三通孔234一端對應於第一傳輸線2111遠離第一通孔230之另一端部，另一端對應第一接口240。第三導通結構235填充第三通孔234並使第一傳輸線2111及第一接口240經由第三導通結構235電性連接。

藉此，第一天線單元2101與第一傳輸線2111可透過穿設於第一介質層220的第一通孔230及填充於其中的第一導通結構231而電性連接。第一傳輸線2111與第一接口240可透過穿設於第二介質層221的第三通孔234及填充於其中的第三導通結構235而電性連接。如此，第一天線單元2101接收的訊號可以經由第一導通結構231、第一傳輸線2111與第三導通結構235傳送至第一接口240，又或者由第一接口240傳入之訊號可以經由第三導通結構235、第一傳輸線2111及第一導通結構231傳送至第一天線單元2101。

另外，第二接口241設置於第三金屬層212遠離第二介質層221之一側並電性連接至第二傳輸線2121遠離第二通孔232之另一端部。藉此，第二天線單元2102與第二傳輸線2121可透過穿設於第一介質層220、第二金屬層211及第二介質層221的第二通孔232及填充於其中的第二導通結構233而電性連接。再將第二傳輸線2121另一端電性連接至第二接口241。如此，第二天線單元2102接收的訊號可以經由第二導通結構233及第二傳輸線2121傳送至第二接口241，又或者由第二接口241傳入之訊號可以經由第二傳輸線2121及第二導通結構233傳送至第二天線單元2102。

透過堆疊多層介質層的方式，能將多組傳輸線分設於不同金屬層，並進一步應用於集合性的陣列天線。例如，通過在同一個軟性電路板上，依照所需形成多組天線單元，並透過設置於不同層上的傳輸線與接口連接，如此可以使得傳輸線設置的面積維持如同單一傳輸線一般的寬度即可，進而縮小軟性電路板的整體表面積。

同樣地，在各層皆可設置接地層、在接口層或週圍設置地線並彼此電性連接，以使整體共地，以達到所需的共振頻率之特性。在本實施例中，內嵌天線之軟性電路板200包括複數接地結構250以及地線260，在圖3上僅以一接地結構250作為例示，實際可如圖1所示為環繞第一天線單元2101及第二天線單元2102設置，亦或者於所需位置進行設置。第一金屬層210更形成第一接地區2103，第二金屬層211更形成第二接地區2112，第三金屬層212更形成第三接地區2122。接地結構250分別貫穿第一介質層220、第二金屬層211及第二介質層221，且接地結構250分別電性連接第一接地區2103、第二接地區2112及第三接地區2122。如同第一實施例，接地結構250之設置方式可以透過在對應第一接地區2103、第二接地區2112及第三接地區2122之位置，設置貫穿孔2501，並且於貫穿孔2501中填充導電材料，以使得第一接地區2103、第二接地區2112及第三接地區2122相互電性連接而接地。

另外，如同第一實施例，本實施例中形成第二傳輸線2121之第三金屬層212與第一接口240、第二接口241之間，可以再設置介質層，以將第二傳輸線2121包覆於其中。如圖3所示，內嵌天線之軟性電路板200包括第三介質層222、第四通孔236及第四導通結構237。第三介質層222設置於第三金屬層212遠離第二介質層221之一側。第一接口240及第二接口241設置於第三介質層222遠離第三金屬層212之一側。第三通孔234更穿設於第三介質層222，以使第三通孔234之另一端對應第一接口240。第四通孔236穿設於第三介質層222，且第四通孔236一端對應於第二傳輸線2121之一端部，另一端對應於第二接口241。第四導通結構237填充第四通孔236並使第二傳輸線2121及第二接口241經由第四導通結構237電性連接。藉由設置第三介質層222，可以將第二傳輸線2121包覆於第三介質層222中，除可減少訊號干擾外，也可以達到一定的增強與穩固結構之功效。

另外，本實施例中，地線260設置於第三金屬層212遠離第二介質層221之一側並電性連接第一接口240及第二接口241。如圖3所示，地線260是設置於第三介質層222遠離第三金屬層212之一側，並電性連接第一接口240及第二接口241。接地結構250亦會貫穿第三介質層222，使得地線260、第一接地區2103、第二接地區2112及第三接地區2122皆電性連接。此處的接地結構250之設置方式與前述相同，可以透過在對應第三接地區2122及地線260之位置，延伸設置貫穿孔2501，並且於貫穿孔2501中填充導電材料，以使得第三接地區2122及地線62相互電性連接而接地。如此，以使得所有結構皆共地，達到所需的共振頻率之特性。

本實施例之第一介質層220、第二介質層221及第三介質層222可由液晶高分子聚合物或聚醯亞胺所形成。透過這二種材料的特性，可以作為金屬層之間（例如第一金屬層210與第二金屬層211之間以及第二金屬層211與第三金屬層212之間）的融合基板。

本實施例中雖以上述層數為例示說明，但本創作不以此為限，也可以視設計需求設置更多層，以符合所需。

雖然本創作以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習相像技術者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200:軟性電路板 10:天線單元 20:金屬層 21:傳輸線 22:第二接地區 30:介質層 31:第一側面 32:第二側面 33:另一介質層 40:通孔 41:導通結構 42:另一通孔 43:另一導通結構 50:接口 60:第一接地區 61、250:接地結構 611、2501:貫穿孔 62、260:地線 210:第一金屬層 2101:第一天線單元 2102:第二天線單元 2103:第一接地區 211:第二金屬層 2111:第一傳輸線 2112:第二接地區 212:第三金屬層 2121:第二傳輸線 2122:第三接地區 220:第一介質層 221:第二介質層 222:第三介質層 230:第一通孔 231:第一導通結構 232:第二通孔 233:第二導通結構 234:第三通孔 235:第三導通結構 236:第四通孔 237:第四導通結構 240:第一接口 241:第二接口 L:彎折線

[圖1] 為本創作第一實施例的內嵌天線之軟性電路板之俯視圖； [圖2] 為本創作第一實施例的內嵌天線之軟性電路板之側視剖視圖；以及 [圖3] 為本創作第二實施例的內嵌天線之軟性電路板之側視示意圖。

100:軟性電路板

10:天線單元

20:金屬層

21:傳輸線

22:第二接地區

30:介質層

31:第一側面

32:第二側面

33:另一介質層

40:通孔

41:導通結構

42:另一通孔

43:另一導通結構

50:接口

60:第一接地區

61:接地結構

611:貫穿孔

62:地線

Claims (8)

1. 一種內嵌天線之軟性電路板，包含： 一天線單元； 一金屬層，形成一傳輸線； 一介質層，具有一第一側面及一第二側面，該天線單元形成於該第一側面，該金屬層形成於該第二側面； 一通孔，穿設於該介質層，該通孔一端對應於該天線單元，另一端對應該傳輸線之一端部； 一導通結構，填充該通孔並使該天線單元及該傳輸線經由該導通結構電性連接；以及 一接口，設置於該介質層之該第二側面側並電性連接至該傳輸線遠離該通孔之另一端部。
2. 如請求項1所述的內嵌天線之軟性電路板，更包括一第一接地區、複數接地結構以及一地線，該金屬層更形成一第二接地區，該第一接地區形成於該介質層之該第一側面，該地線形成於該介質層之該第二側面側並電性連接該接口，該些接地結構分別貫穿該介質層並電性連接該第一接地區、該第二接地區及該地線。
3. 如請求項1所述的內嵌天線之軟性電路板，其中該介質層係由液晶高分子聚合物或聚醯亞胺所形成。
4. 如請求項1所述的內嵌天線之軟性電路板，更包括另一介質層、另一通孔及另一導通結構，該另一介質層設置於該金屬層遠離該介質層之一側，該接口設置於該另一介質層遠離該金屬層之一側，該另一通孔穿設於該另一介質層，該另一通孔一端對應於該傳輸線之一端部，另一端對應於該接口，該另一導通結構填充該另一通孔並使該傳輸線及該接口經由該另一導通結構電性連接。
5. 一種內嵌天線之軟性電路板，包含： 一第一金屬層，形成一第一天線單元及一第二天線單元； 一第二金屬層，形成一第一傳輸線； 一第三金屬層，形成一第二傳輸線； 一第一介質層，設置於該第一金屬層及該第二金屬層之間； 一第一通孔，穿設於該第一介質層，該第一通孔一端對應於該第一天線單元，另一端對應該第一傳輸線之一端部； 一第一導通結構，填充該第一通孔並使該第一天線單元及該第一傳輸線經由該第一導通結構電性連接； 一第二介質層，設置於該第二金屬層及該第三金屬層之間； 一第二通孔，穿設該第一介質層、該第二金屬層及該第二介質層，該第二通孔一端對應於該第二天線單元，另一端對應該第二傳輸線之一端部； 一第二導通結構，填充該第二通孔並使該第二天線單元及該第二傳輸線經由該第二導通結構電性連接； 一第一接口，設置於該第三金屬層遠離該第二介質層之一側； 一第三通孔，穿設於該第二金屬層、該第二介質層及該第三金屬層，該第三通孔一端對應於該第一傳輸線遠離該第一通孔之另一端部，另一端對應該第一接口； 一第三導通結構，填充該第三通孔並使該第一傳輸線及該第一接口經由該第三導通結構電性連接；以及 一第二接口，設置於該第三金屬層遠離該第二介質層之一側並電性連接至該第二傳輸線遠離該第二通孔之另一端部。
6. 如請求項5所述的內嵌天線之軟性電路板，更包括複數接地結構及一地線，該第一金屬層更形成一第一接地區，該第二金屬層更形成一第二接地區，該第三金屬層更形成一第三接地區，該些接地結構分別貫穿該第一介質層、該第二金屬層及該第二介質層，該些接地結構分別電性連接該第一接地區、該第二接地區、該第三接地區及該地線，該地線設置於該第三金屬層遠離該第二介質層之一側並電性連接該第一接口及該第二接口。
7. 如請求項5所述的內嵌天線之軟性電路板，其中該第一介質層及該第二介質層係由液晶高分子聚合物或聚醯亞胺所形成。
8. 如請求項5所述的內嵌天線之軟性電路板，更包括一第三介質層、一第四通孔及一第四導通結構，該第三介質層設置於該第三金屬層遠離該第二介質層之一側，該第一接口及該第二接口設置於該第三介質層遠離該第三金屬層之一側，該第三通孔更穿設於該第三介質層，以使該第三通孔之另一端對應該第一接口，該第四通孔穿設於該第三介質層，該第四通孔一端對應於該第二傳輸線之一端部，另一端對應於該第二接口，該第四導通結構填充該第四通孔並使該第二傳輸線及該第二接口經由該第四導通結構電性連接。

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