晶片級射頻(rf)傳輸及輻射裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明布置涉及晶片級RF裝置，且更特定地說，涉及用于微波及毫米波通信的輻射裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]許多通信系統(tǒng)以高頻帶而操作。例如，以高達(dá)300GHz的頻率而操作的通信系統(tǒng)為人所知。輻射裝置(即，天線)是用于接收及傳輸電磁輻射的許多此類通信系統(tǒng)中的必要元件。然而，為人所知的是，用于高頻(例如1GHz到300GHz)的現(xiàn)有天線會遭受某些限制。例如，針對此類頻率所設(shè)計的常規(guī)天線常常是基于薄膜技術(shù)。此類設(shè)計趨向于具有相對低的功率處置能力。此外，具有對收發(fā)器電路的相對不良阻抗匹配的薄膜設(shè)計可需要可為裝置優(yōu)化所需要的額外匹配網(wǎng)絡(luò)。
[0003]可通過利用順序生成過程來形成三維微結(jié)構(gòu)。例如，美國專利第7，012，489號及第7，898，356號描述用于制造同軸波導(dǎo)微結(jié)構(gòu)的方法。這些過程提供對傳統(tǒng)薄膜技術(shù)的替代，但是也帶來關(guān)于其針對各種RF裝置的有利實施的有效利用的新設(shè)計挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種用于構(gòu)造射頻天線的方法。所述方法包含在電介質(zhì)襯底的表面上沉積多個層，所述多個層包含導(dǎo)電材料、電介質(zhì)材料及犧牲材料中的每一者的至少一個層?？刂茖?dǎo)電材料的至少一個層的沉積以形成:傳輸線，其包含護(hù)罩及同軸地安置于所述護(hù)罩內(nèi)的中心導(dǎo)體；至少第一天線輻射元件，其在所述護(hù)罩外部且具有延伸第一預(yù)定長度的伸長形態(tài)，且電連接到所述中心導(dǎo)體。所述導(dǎo)電材料的所述沉積進(jìn)一步包含在所述第一天線輻射元件的近場內(nèi)形成電耦合到所述護(hù)罩且在平行于所述伸長長度的方向上延伸的接地平面部件。隨后溶解所述犧牲材料的一或多個層以形成安置于所述護(hù)罩內(nèi)的通道，所述通道包含所述中心導(dǎo)體與所述護(hù)罩的一或多個壁中的每一者之間的第一余隙空間，借此所述中心導(dǎo)體駐留于所述通道中而與所述壁隔開。此步驟還包含在所述電介質(zhì)襯底的所述表面與所述第一天線輻射元件之間形成第二余隙空間。
[0005]本發(fā)明還涉及一種射頻天線組合件。所述天線組合件包含電介質(zhì)襯底及安置于所述電介質(zhì)襯底上的多個導(dǎo)電材料層。所述多個層是布置成堆疊以形成傳輸線，所述傳輸線包含護(hù)罩及同軸地安置于所述護(hù)罩內(nèi)的中心導(dǎo)體。所述層還形成在所述護(hù)罩外部且具有延伸第一預(yù)定長度的伸長形態(tài)的至少第一天線福射元件。所述第一天線福射元件電連接到所述中心導(dǎo)體。接地平面部件電耦合到所述護(hù)罩且在平行于所述第一天線輻射元件的所述伸長長度的方向上延伸。
[0006]犧牲材料安置于所述電介質(zhì)襯底的表面與所述第一天線輻射元件之間。第一多個突片以間隔從所述襯底及所述接地平面中的至少一者延伸到所述天線輻射元件。所述突片經(jīng)配置以在缺少所述犧牲材料的情況下將所述天線輻射元件懸置于所述電介質(zhì)襯底的所述表面上方。
[0007]本發(fā)明還涉及一種用于構(gòu)造偶極射頻天線的方法。所述方法包含在電介質(zhì)襯底的表面上沉積多個層，所述多個層包含導(dǎo)電材料、電介質(zhì)材料及犧牲材料中的每一者的至少一個層?？刂茖?dǎo)電材料的所述至少一個層的沉積以形成傳輸線、天線輻射元件及相關(guān)天線饋電線。所述傳輸線包含由一或多個壁形成的護(hù)罩及同軸地安置于所述護(hù)罩內(nèi)的中心導(dǎo)體。所述傳輸線沿著所述電介質(zhì)襯底的表面延伸。饋電端口設(shè)置于所述傳輸線上且包括形成于所述傳輸線的與所述襯底相對的第一壁上的開口。天線饋電部分電連接到所述中心導(dǎo)體且在遠(yuǎn)離所述表面的方向上延伸穿過所述饋電端口。第一天線輻射元件與所述天線饋電部分成整體式且在所述護(hù)罩外部。所述第一天線輻射元件具有橫向于所述傳輸線的軸延伸第一預(yù)定長度的伸長形態(tài)，且電連接到所述天線饋電部分。所述方法還包含溶解所述犧牲材料的至少一個層以形成安置于所述至少一個護(hù)罩內(nèi)的通道，所述通道包含所述中心導(dǎo)體與所述護(hù)罩的一或多個所述壁中的每一者之間的第一余隙空間，借此所述中心導(dǎo)體駐留于所述通道中而與所述壁隔開。所述溶解步驟還在所述電介質(zhì)襯底的所述表面與所述第一天線輻射元件之間形成第二余隙空間。
【附圖說明】
[0008]將參考下列圖式描述實施例，其中在全部的諸圖中類似數(shù)字表示類似物品，且其中:
[0009]圖1是有用于理解本發(fā)明的天線系統(tǒng)的透視圖。
[0010]圖2是圖1中的天線系統(tǒng)沿著線2-2取得的橫截面圖。
[0011]圖3是圖1中的天線系統(tǒng)沿著線3-3取得的橫截面圖。
[0012]圖4是有用于理解本發(fā)明的第二天線系統(tǒng)的透視圖。
[0013]圖5是第二天線系統(tǒng)的經(jīng)放大以展示細(xì)節(jié)的部分的透視圖。
[0014]圖6是圖4中的天線系統(tǒng)沿著線6-6取得的橫截面圖。
[0015]圖7是并有圖4所展示的天線系統(tǒng)的某些特征的第三天線系統(tǒng)的透視圖。
[0016]圖8是用于圖7的天線系統(tǒng)中的分割器/組合器的橫截面圖。
【具體實施方式】
[0017]參考附圖描述本發(fā)明。諸圖未按比例繪制，且其只被提供用來說明本發(fā)明。下文參考用于說明的實例應(yīng)用描述本發(fā)明的若干方面。應(yīng)理解，闡述眾多特定細(xì)節(jié)、關(guān)系及方法以提供對本發(fā)明的完全理解。然而，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，可在無特定細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下或使用其它方法實踐本發(fā)明。在其它情況下，未詳細(xì)地展示熟知結(jié)構(gòu)或操作以避免混淆本發(fā)明。本發(fā)明并不受到動作或事件的所說明排序限制，這是因為一些動作可以不同次序及/或與其它動作或事件同時發(fā)生。此外，并不需要所有所說明動作或事件來實施根據(jù)本發(fā)明的方法論。
[0018]現(xiàn)在參考圖1，說明有用于理解本發(fā)明的天線系統(tǒng)100的透視圖。所述天線系統(tǒng)形成于襯底102上。所述襯底是由高電阻率硝酸鋁(AIN)或其它電介質(zhì)材料(例如，硅(Si)、玻璃、硅-鍺(SiGe)或砷化鎵(GaAs))形成。所述天線系統(tǒng)包含包括傳輸線104的RF饋電零件。所述傳輸線具有包含護(hù)罩106及同軸地安置于所述護(hù)罩內(nèi)的中心導(dǎo)體108的同軸種類。
[0019]傳輸線104經(jīng)配置以往返于在所述護(hù)罩外部的天線輻射元件110傳遞RF能量。接地平面部件114電連接到護(hù)罩106且在平行于天線輻射元件110的伸長長度的方向上延伸。護(hù)罩106、中心導(dǎo)體108、輻射元件110及接地平面114各自是由例如銅(Cu)的高度導(dǎo)電材料形成。當(dāng)然，可將其它導(dǎo)電材料用于此目的，且本發(fā)明在此方面并不受到限制。
[0020]輻射元件110懸置于襯底102的表面上方。在一些實施例中，所述輻射元件是由地錨120及饋電部分112支撐。就前述布置來說，余隙空間設(shè)置于所述輻射元件與所述襯底之間。類似地，余隙空間設(shè)置于接地平面與輻射元件之間。此余隙空間被填充有空氣電介質(zhì)或某一其它氣態(tài)電介質(zhì)。包圍天線輻射元件的空氣或其它氣態(tài)電介質(zhì)是有利的，這是因為其與其中天線輻射元件安置于固態(tài)電介質(zhì)襯底的表面上的其它此類系統(tǒng)相比可改善天線系統(tǒng)的效率。
[0021]傳輸線104的中心導(dǎo)體有利地懸置于內(nèi)部空間118內(nèi)，內(nèi)部空間118界定護(hù)罩106內(nèi)含有的通道。例如，為了支撐中心導(dǎo)體108，多個突片128可從側(cè)壁130a、130b延伸。作為對突片128的替代，或除了突片128之外，多個突片也可從底壁132或頂壁134垂直地延伸到中心導(dǎo)體108，以將中心導(dǎo)體108懸置于內(nèi)部空間118內(nèi)。根據(jù)優(yōu)選實施例，突片128是由電絕緣電介質(zhì)材料形成。用于此目的的可接受電介質(zhì)材料包含聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、乙酸纖維素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺及苯并環(huán)丁烯。此外，本發(fā)明在此方面并不受到限制，且可接受各種各樣的其它電介質(zhì)材料以用來形成所述突片，前提是此類材料與如下文所描述的制造過程兼容。
[0022]在一些實施例中，護(hù)罩106具有如圖1所展示的為矩形的橫截面輪廓。中心導(dǎo)體108也可具有為實質(zhì)上矩形的橫截面輪廓。因此，傳輸線104可具有矩形同軸(recta-coax)結(jié)構(gòu)。本文中描述的矩形輪廓是優(yōu)選的，這是因為其非常適合于將下文更詳細(xì)地所描述的制造過程。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明在此方面并不受到限制。例如，在一些實施例中，護(hù)罩及/或中心導(dǎo)體可具有其它橫截面輪廓，且此類替代橫截面輪廓意欲包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0023]護(hù)罩106的尺寸、中心導(dǎo)體108的尺寸、護(hù)罩與中心導(dǎo)體之間的間距以及護(hù)罩內(nèi)含有的氣態(tài)電介質(zhì)的類型可影響傳輸線的特性阻抗。類似地，護(hù)罩的橫截面輪廓及中心導(dǎo)體的橫截面輪廓也可影響傳輸線104的特性阻抗。因此，可由設(shè)計者選擇這些變量中的每一者以獲得為特定應(yīng)用所需要的用于傳輸線的特性阻抗。例如，可通過使用常規(guī)的RF建模軟件來選擇這些變量中的每一者。
[0024]傳輸線包含由護(hù)罩端面116界定的終端部分。在圖1中可觀察到，中心導(dǎo)體108在護(hù)罩端面116處從在護(hù)罩106內(nèi)部的內(nèi)部空間118過渡到在護(hù)罩外部的空間。中心導(dǎo)體的饋電部分112提供中心導(dǎo)體與天線輻射元件110之間的電連接。所述饋電部分在與傳輸線104的中心軸大體上對準(zhǔn)(至少在傳