專利名稱：用于系統(tǒng)級(jí)封裝的ltcc雙層微帶天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微波毫米波通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及天線技術(shù)和系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)，尤其涉及同軸饋電的疊層微帶天線技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代室內(nèi)移動(dòng)通訊設(shè)備的普及，在很多應(yīng)用場(chǎng)合都需要體積小、重量輕的天線裝置。微帶天線以其剖面薄、重量輕、可與載體共形、易與有源器件集成等優(yōu)點(diǎn)而成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，并廣泛以用于藍(lán)牙、無線USB、WIFI等領(lǐng)域。但是普通的單層微帶天線也有其固有的缺點(diǎn)，即阻抗帶寬較窄，一般只有百分之幾，這一點(diǎn)限制了它的實(shí)際應(yīng)用。在過去幾年中，科研工作者們?yōu)榱嗽诒３痔炀€較大帶寬和較小尺寸方面不斷創(chuàng)新。本發(fā)明就是通過在雙層微帶天線上采用邊角饋電的方式和添加短路針的方式，有效地在控制天線高度的同時(shí)，保持了天線的較大帶寬，而且并未改變天線的極化方式。系統(tǒng)級(jí)封裝技術(shù)從20世紀(jì)90年代提出到現(xiàn)在，已經(jīng)被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛接受，并成為電子技術(shù)研究熱點(diǎn)和技術(shù)應(yīng)用的主要方向之一。通過系統(tǒng)級(jí)封裝，可以盡可能多的把無源器件和小功率有源器件埋入基板內(nèi)，因此是電子系統(tǒng)集成化、小型化、微型化的有效途徑。LTCC技術(shù)，即低溫共燒陶瓷技術(shù)，是近年發(fā)展起來的令人矚目的整合組件技術(shù)，而且已成為無源集成的主流技術(shù)。陶瓷基板可內(nèi)置無源元件和貼裝有源器件，制成無源和有源集成的功能模塊，可進(jìn)一步將通訊組件小型化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明綜合上述考慮，提供一種體積小、帶寬大，可內(nèi)部集成1C，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，以滿足2. 35GHz-2. 55GHz頻段的藍(lán)牙、無線USB、WiFi的應(yīng)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，自上而下包括天線覆層(I)、上層輻射單元(2)、中間夾層(3)、下層輻射單元(4)、天線襯底層(5)、內(nèi)部接地板￠)、封裝體
(7)、外部接地板(8);天線覆層(I)采用厚度H = O. 79mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料，中間夾層(3)采用厚度3. 3mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料，天線襯底層(5)采用厚度1. 03mm、介電常數(shù)為7.8的LTCC介質(zhì)材料；天線襯底層(5)下表面涂有銀或金作為內(nèi)部接地金屬層(6);外部接地板(8)采用介電常數(shù)為4. 4的PCB板，長(zhǎng)度為41mm，寬度為41mm;上層輻射單元(2)和下層輻射單元(4)的特性阻抗為50 Q，下層輻射單元(2)的邊長(zhǎng)PL = 20. 2mm,上層福射單元(2)的邊長(zhǎng)為UPL = 17. 9mm ;天線襯底(5)開設(shè)有第一垂直通孔(9)、第二垂直通孔(10);第一垂直通孔(9)與天線襯底(5)的最近邊界與次最近邊界的距離分別為L(zhǎng)3 = 10. 25mm和L4 = 12. 8mm，第二垂直通孔(10)與襯底最近邊界與次最近的距離分別為L(zhǎng)5 = 12. 4mm和L4 = 12. 8mm。所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，上層輻射單元(2)和下層輻射單元(4)都采用微帶線結(jié)構(gòu)，形狀為正方形片的上層輻射單元(2)與形狀為正方形片的下層輻射單元(4)的中心軸不在同一直線上；下層輻射單元(4)與中間夾層(3)邊界距離LI為
11.4mm,而上層福射單元(2)與中間夾層(3)邊界距離L2 = 11.55mm。所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線,天線覆層(I)厚度Hl = 0. 83mm ；天線襯底(5)厚度H3 =1. 32mm ;上層福射單元(2)與下層福射單元(4)中心軸在同一直線上，上層輻射單元(2)距介質(zhì)層邊界距離為L(zhǎng)I = 13. 2mm，下層輻射單元(4)距介質(zhì)層邊界距離為L(zhǎng)2 = 13. 9mm ;封裝體每個(gè)封裝側(cè)壁的厚度Wl = 2mm，其上通孔間距為0. 8mm。所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，內(nèi)部接地金屬層(6)涂覆在天線襯底(5)的下面，用于最小化天線和封裝體(7)之間的不需要的耦合；內(nèi)部接地金屬層(6)內(nèi)開設(shè)有一個(gè)與第一垂直通孔(9)相通的第一通孔(12)，第一通孔(12)的直徑0.5_，大于第一垂直通孔(9)的直徑0.25_，用于作為天線的饋電通道；外部接地金屬層⑶內(nèi)開設(shè)有一個(gè)與第一垂直通孔(9)和第一通孔(12)相通的第二通孔(13)，第二通孔(13)的直徑
0.5_，用于作為天線的饋電通道。所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，封裝體(7)包括四個(gè)封裝側(cè)壁
(16)，四個(gè)封裝側(cè)壁(16)圍成一內(nèi)部空腔(15)，封裝體(7)與下層輻射單元⑷同軸；封裝體(7)高度為4mm，邊長(zhǎng)為20. 2mm,材料為介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料；每個(gè)封裝側(cè)壁(16)的壁厚為2mm，其上有若干開孔，孔間距為Imm;開孔內(nèi)灌裝銀材料，用于將外部接地板(8)與下層輻射單元(4)連接為一體。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)(I)本發(fā)明采用3D-MCM技術(shù)，在封裝體內(nèi)部開設(shè)空腔，可以內(nèi)置IC裸芯片，使系統(tǒng)的尺寸更小、功能更加多樣化。

(2)本發(fā)明在外部接地板處使用全地設(shè)計(jì)，從而使天線的沒有空間上的使用限制，不必置于PCB板邊角。(3)本發(fā)明采用雙層微帶線作為輻射單元，從而使得天線在保持較小橫向尺寸的同時(shí)，獲得2. 35GHz-2. 55GHz較大帶寬。(4)本發(fā)明由于將饋電孔置于輻射單元邊角處，又另一邊角處添加短路針，顯著減小了天線的高度，而且并未改變天線的線極化方式，


圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中的天線輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖)；圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中的天線襯底；圖4是內(nèi)(外)部接地板示意圖(俯視圖)；圖5是本發(fā)明系統(tǒng)封裝層的結(jié)構(gòu)示意圖(俯視圖)；圖6是本發(fā)明系統(tǒng)與反射損耗Sll之間的關(guān)系仿真圖；圖7是本發(fā)明系統(tǒng)的增益方向圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)施例1參照?qǐng)D1，本發(fā)明系統(tǒng)包括八層，第一層為天線覆層1，第二層為上層輻射單元2，第三層為中間夾層3，第四層為下層輻射單元4，第五層為天線襯底層5，第六層為內(nèi)部接地板6，第七層為封裝體7，第八層為外部接地板8。其中第一層天線覆層I采用厚度H =
0.79mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料構(gòu)成，第三層中間夾層3采用厚度H = 3. 3mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料構(gòu)成，第五層天線襯底層5采用厚度H=L 03mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料構(gòu)成。第五層下表面涂有銀或金作為內(nèi)部接地金屬層6 ;第七層封裝體7采用介電常數(shù)為7. 8的LTCC材料；第八層外部接地板8采用介電常數(shù)為4. 4的PCB板，長(zhǎng)度為41mm,寬度為41mm。上層輻射單元2和下層輻射單元4都采用微帶線結(jié)構(gòu)，形狀為正方形片的上層輻射單元2與形狀為正方形片的下層輻射單元4的中心軸不在同一直線上。下層輻射單元4與中間夾層3邊界距離LI為11. 4mm，而上層輻射單元2與中間夾層3邊界距離L2 =
11.55mm。兩層福射單元的特性阻抗為50 Q ,下層福射單元2的邊長(zhǎng)PL = 20. 2mm,上層福射單元2的邊長(zhǎng)為UPL = 17. 9mm。第五層的天線襯底5，其結(jié)構(gòu)如圖3，它開設(shè)有兩個(gè)垂直通孔9、10。垂直通孔9與天線襯底5的最近邊界與次最近邊界的距離分別為L(zhǎng)3 = 10. 25mm和L4 = 12. 8mm,垂直通孔10與襯底最近邊界與次最近的距離分別為L(zhǎng)5 = 12. 4mm和L4 = 12. 8mm。第六層的內(nèi)部接地金屬層6，如圖4，涂覆在天線襯底5的下面，用于最小化天線和封裝體7之間的不需要的耦合。內(nèi)部接地金屬層6內(nèi)開設(shè)有一個(gè)與垂直通孔9相通的通孔12，該通孔12的直徑0. 5mm， 大于垂直通孔9的直徑0. 25mm，用于作為天線的饋電通道。外部接地金屬層8內(nèi)開設(shè)有一個(gè)與垂直通孔9和通孔12相通的通孔13，該通孔13的直徑
0.5_，用于作為天線的饋電通道。第七層的封裝體7，其結(jié)構(gòu)如圖5所示，四個(gè)封裝側(cè)壁16圍成一內(nèi)部空腔15，封裝體7與下層輻射單元4同軸。封裝體7高度H4為4mm，邊長(zhǎng)為PL = 20. 2mm,材料為介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料。每個(gè)封裝側(cè)壁的壁厚Wl為2mm，其上有若干開孔，孔間距為1_。通孔內(nèi)灌裝銀材料，用于將外部接地板8與下層輻射單元4連接為一體。實(shí)施例2總體結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相同，其不同參數(shù)如下天線覆層I厚度Hl = 0. 83mm。天線襯底5厚度H3 =1. 32mm正方形片上層輻射單元與正方形片下層輻射單元采用共軸設(shè)計(jì)，中心軸在同一直線上，即上層輻射單元2距中間夾層3邊界距離為L(zhǎng)I = 13. 2mm，下層輻射單元4距中間夾層3邊界距離為L(zhǎng)2 = 13. 9mm。封裝體每個(gè)封裝側(cè)壁的厚度Wl = 2mm,其上通孔間距為0. 8mm。采用此實(shí)例可改變天線的諧振頻率。本發(fā)明的效果可以通過以下仿真進(jìn)一步說明采用電磁場(chǎng)仿真軟件Ansoft-HFSS對(duì)實(shí)施例1進(jìn)行仿真,得到的天線反射系數(shù)Sll曲線如圖6，輻射方向圖如圖7。圖6表明，天線的諧振點(diǎn)為2. 4GHz,該點(diǎn)處的反射系數(shù)是_21. 4613dB,在2.35GHz-2. 55GHz頻率范圍的反射系數(shù)小于_10db。圖7為天線的輻射方向圖?？梢?，該集可用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線能滿足藍(lán)牙、無線USB、WIFI等領(lǐng)域在2. 35GHz-2. 55GHz帶寬內(nèi)的使用要求。應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都 應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，其特征在于，白上而下包括天線覆層(I)、上層輻射單元(2)、中間夾層(3)、下層輻射單元(4)、天線襯底層(5)、內(nèi)部接地板(6)、封裝體(7)、外部接地板(8);天線覆層(I)采用厚度H = 0. 79mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料，中間夾層(3)采用厚度3. 3mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料，天線襯底層(5)采用厚度1. 03mm、介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料；天線襯底層(5)下表面涂有銀或金作為內(nèi)部接地金屬層(6);外部接地板(8)采用介電常數(shù)為4. 4的PCB板，長(zhǎng)度為41mm，寬度為41mm ;上層輻射單元(2)和下層輻射單元(4)的特性阻抗為50 Q，下層輻射單元(2)的邊長(zhǎng)PL = 20. 2mm,上層福射單元(2)的邊長(zhǎng)為UPL = 17. 9mm ;天線襯底(5)開設(shè)有第一垂直通孔(9)、第二垂直通孔(10);第一垂直通孔(9)與天線襯底(5)的最近邊界與次最近邊界的距離分別為L(zhǎng)3 = 10. 25mm和L4 = 12. 8mm，第二垂直通孔(10)與襯底最近邊界與次最近的距離分別為L(zhǎng)5 = 12. 4mm和L4 = 12. 8mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，其特征在于，上層輻射單元(2)和下層輻射單元(4)都采用微帶線結(jié)構(gòu)，形狀為正方形片的上層輻射單元(2)與形狀為正方形片的下層輻射單元(4)的中心軸不在同一直線上；下層輻射單元(4)與中間夾層⑶邊界距離LI為11. 4mm，而上層輻射單元⑵與中間夾層(3)邊界距離L2 =11.55mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，其特征在于，天線覆層(I)厚度Hl = 0. 83mm ;天線襯底(5)厚度H3 =1. 32mm ;上層福射單元(2)與下層福射單元(4)中心軸在同一直線上，上層輻射單元(2)距介質(zhì)層邊界距離為L(zhǎng)I = 13. 2mm，下層輻射單元(4)距介質(zhì)層邊界距離為L(zhǎng)2 = 13. 9mm ;封裝體每個(gè)封裝側(cè)壁的厚度Wl = 2mm，其上通孔間距為0. 8mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，其特征在于，內(nèi)部接地金屬層(6)涂覆在天線襯底(5)的下面，用于最小化天線和封裝體(7)之間的不需要的耦合；內(nèi)部接地金屬層出)內(nèi)開設(shè)有一個(gè)與第一垂直通孔(9)相通的第一通孔(12)，第一通孔(12)的直徑0. 5_，大于第一垂直通孔(9)的直徑0. 25_，用于作為天線的饋電通道；外部接地金屬層(8)內(nèi)開設(shè)有一個(gè)與第一垂直通孔(9)和第一通孔(12)相通的第二通孔(13)，第二通孔(13)的直徑0.5_，用于作為天線的饋電通道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，其特征在于，封裝體(7)包括四個(gè)封裝側(cè)壁(16)，四個(gè)封裝側(cè)壁(16)圍成一內(nèi)部空腔(15)，封裝體(7)與下層輻射單元(4)同軸；封裝體(7)高度為4_，邊長(zhǎng)為20. 2mm，材料為介電常數(shù)為7. 8的LTCC介質(zhì)材料；每個(gè)封裝側(cè)壁(16)的壁厚為2mm，其上有若干開孔，孔間距為Imm;開孔內(nèi)灌裝銀材料，用于將外部接地板(8)與下層輻射單元(4)連接為一體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于系統(tǒng)級(jí)封裝的LTCC雙層微帶天線，自上而下包括天線覆層(1)、上層輻射單元(2)、中間夾層(3)、下層輻射單元(4)、天線襯底層(5)、內(nèi)部接地板(6)、封裝體(7)、外部接地板(8)；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采用3D-MCM技術(shù)，在封裝體內(nèi)部開設(shè)空腔，可以內(nèi)置IC裸芯片，使系統(tǒng)的尺寸更小、功能更加多樣化。(2)本發(fā)明在外部接地板處使用全地設(shè)計(jì)，從而使天線的沒有空間上的使用限制，不必置于PCB板邊角。(3)本發(fā)明采用雙層微帶線作為輻射單元，從而使得天線在保持較小橫向尺寸的同時(shí)，獲得2.35GHz-2.55GHz較大帶寬。
文檔編號(hào)H01Q1/48GK103066385SQ20121059568
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月22日
發(fā)明者董剛, 季強(qiáng), 李龍, 楊銀堂 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)