构建和封装印刷天线装置的设备和方法制造方法及图纸

本发明专利技术给出了印刷天线装置，可工作在，例如，ＲＦ和微波频率，同时给出天线性能特性，例如高的增益／方向性／辐射效率、高带宽、半球形辐射场型、阻抗等，使得该天线适合于，例如，声音通信、数据通信或雷达应用。此外，还给出了用于将这种印刷天线装置与ＩＣ（集成电路）芯片（例如收发器）整体封装以构建ＩＣ封装用于，例如，无限通信应用的设备。

【技术实现步骤摘要】
构建和封装印刷天线装置的设备和方法
本专利技术一般涉及用于无线或RF(射频)通信系统的天线，更特定地，涉及提供高带宽和效率具有基本半球形辐射场型的印刷天线设计，还涉及以IC(集成电路)芯片封装该天线的设备和方法。
技术介绍
为了为无线网络——例如无线PAN(个人区域网)、无线LAN(局域网)、无线WAN(广域网)、手机网络或实际上任何无线电网络或系统——中的装置之间提供无线连接和通信，必须使接收器和发射器(或收发器)装备有天线以向/从网络的其它单元有效地辐射(发射)或接受所需的信号。各种类型的天线都可用于这样的通信网络和装置中，包括，例如，如图1所示的传统的印刷电路天线。更特定地，图1绘出传统的平面电路板天线(10)，包含平面电介质衬底(11)(或电路板)，具有位于地平面(13)之上与之相距h的印刷天线(12)，其中印刷天线(12)和地平面(13)形成在电介质衬底(11)的相对侧上。如图1所示在下方具有反射地平面的电介质衬底/电路板上具有印刷天线的天线框架通常用在需要将天线辐射限制在天线(1)的上半球的应用中。
技术实现思路
如图1所示具有框架的传统印刷天线装置的一个显著缺点在于，这样的设计限制了能够实现的带宽-效率乘积。实际上，通常只能牺牲效率来获得高的带宽。天线“效率”是天线辐射的功率和输入天线的功率之间关系的一个度量(无损天线提供100％的效率)。天线效率将会因为电阻损耗和阻抗失配而降低。-->此外，另一个影响带宽-效率乘积的参数是衬底材料的介电常数。使用具有更低介电常数的衬底材料可以导致更高的带宽-效率乘积。因此，在像图1所示的印刷天线设计中通常使用具有衬底材料可获得的最低介电常数2.1的PTFE基衬底，因为它们可提供好的带宽-效率乘积设计，例如在80％效率时有10％带宽。然而，如果需要通过C4球将天线与MMW(毫米波)IC相连，那么用于在PTFE基衬底上生成馈送和天线图案的腐蚀技术的容差以及通过能力都不能满足要求。实际上，现有的具有足够容差的金属沉积方法(薄膜技术)都不能用于PTFE基材料。因此，当具有图1的传统框架的印刷天线设计工作在MMW频率且要通过C4球与IC相连时，需要具有更高介电常数的衬底材料，从而导致了具有更小带宽-效率乘积的天线。另外，使用PTFE基衬底所导致的带宽-效率乘积并不适用于所有应用。一般地，本专利技术的示例性实施方案一般包括印刷天线装置，可工作在RF和微波频率，同时给出好的天线性能特性，例如高的增益/方向性/辐射效率、高带宽、半球形辐射场型、阻抗等，使这样的天线适用于，例如，声音通信、数据通信或雷达应用。更特定地，在本专利技术的某一示例性实施方案中，天线装置包含平面衬底、形成在平面衬底第一表面上的天线图形，以及基本平行于且错开平面衬底的第一表面并面向天线图形的地平面。天线图形可包含可印刷在平面衬底上的各种类型的天线中某一种，这些天线类型包括，但不局限于：贴片天线(例如，共面贴片)、偶极天线、折叠偶极天线、单极天线、环形天线等。此外，就示例性天线实施方案，可用空气或低介电常数材料——例如泡沫——来填充地平面和平面衬底之间的空间。在本专利技术的另一示例性实施方案中，天线装置可包括形成在平面衬底的第一表面上的天线馈送网络。天线馈送网络可包括阻抗匹配网络。在本专利技术的又一示例性实施方案中，天线包括形成在平面衬底的-->第一表面、与平面衬底的第一表面相对的第二表面或者平面衬底的第一和第二表面上的束状图形，以减小沿平面衬地平面的方向上的辐射和/或增强天线的半球形辐射场型(即，提高天线的方向性)。本专利技术的示例性实施方案进一步包括根据本专利技术将印刷天线装置与IC(集成电路)芯片(例如收发器)整体封装以便为，例如，无线通信应用构建IC封装的设备和方法。特定地，根据本专利技术实施方案的印刷天线装置能够以相对较小的地平面有效地工作，这使得实现了这种天线与IC芯片在相对较小的、尺寸类似于现有的用于，例如，收发器IC的带引线载体或无引线芯片载体的封装中的紧凑封装。更特定地，在本专利技术某一示例性实施方案中，IC(集成电路)封装装置包含：封装衬底，具有形成在其表面上的地平面；IC芯片，焊接在封装衬底上；平面衬底，包含形成在平面衬底第一表面上的天线图形，其中平面衬底倒装焊在IC芯片上，从而天线图形面向封装衬底的地平面并且平面衬底的第一表面基本平行于且错开封装衬底的底表面；封装盖，形成在封装基底衬底之上以密封IC芯片合平面衬底，其中封装盖包含开口，暴露平面衬底第二表面上与平面衬底第一表面具有天线图形的部分相对的部分。下面将会描述本专利技术的这些和其它示例性实施方案、方面、目的、特征和优点，或者通过下面示例性实施方案的详细描述将会使其更清楚，详细描述结合附图一起阅读。附图说明图1为示出传统印刷天线设计的示意图。图2为示出根据本专利技术示例性实施方案的印刷天线装置的示意图。图3A为示出包含根据本专利技术示例性实施方案的印刷折叠偶极天线的示例性原型机天线装置的示意图。图3B示意性示出为图3A的示例性原型机天线装置提供地平面和空气腔的金属桥结构。-->图4图示出对60GHz天线装置测量和得到的垂直辐射场型，该装置基于图3A的框架建造和模拟。图5A和5B为示出对60GHz天线装置测量和得到的阻抗匹配参数(S11)的图解图，该装置基于图3A的框架建造和模拟。图6A和6B为示出根据本专利技术示例性实施方案用于整体封装天线和IC(集成电路)芯片的设备的示意图。图7A～7F为根据本专利技术示例性实施方案可用于图2所绘天线框架的各种平面天线的示意图。具体实施方式本专利技术的示例性实施方案一般包括印刷天线装置，该装置能够，例如，工作在RF和微波频率，而同时又给出像高的增益/方向性/辐射效率、高带宽、半球形辐射场型、阻抗等天线性能特性，使得该天线适合于，例如，声音通信、数据通信或雷达应用。本专利技术的示例性实施方案进一步包括根据本专利技术将印刷天线装置与IC(集成电路)芯片(例如，收发器)整体封装以构建IC封装用于，例如，无线通信应用的设备和方法。特定地，根据本专利技术实施方案的印刷天线装置能够以相对较小的地平面有效地工作，这使得实现了这种天线与IC芯片在相对较小的、尺寸类似于现有的用于，例如，收发器IC的带引线载体或无引线芯片载体的封装中的紧凑封装。实际上，举例来说，根据本专利技术设计工作在大约20GHz或更高的谐振频率的天线足够小，可以与这样的已有IC芯片封装在一起。现在参看图2，示意图示出根据本专利技术示例性实施方案的天线装置。特定地，图2为根据示例性实施方案的印刷天线装置(20)的剖面示意图，包含厚度(t)的平面衬底(21)、形成在衬底(21)表面上的印刷天线电路(22)(和馈送网络)以及平面金属地平面(23)。平面金属地平面(23)基本平行于平面衬底(21)，面向天线图形(22)。地平面(23)与印刷天线(22)的表面相距一定距离(h)，从而在地平面(23)和衬底(21)形成印刷天线(22)的表面之间形成空间(24)-->(或空腔)。在某一示例性实施方案中，空间/空腔(24)可填充空气(介电常数＝1)。在另一示例性实施方案中，空间/空腔可填充泡沫材料，它具有相对较低的接近于空气的介电常数(例如，介电常数＝1.1)。取决于所需的应用和/或工作频率，印刷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线，包含：平面衬底；天线图形，形成在平面衬底的第一表面上；以及地平面，基本平行于平面衬底的第一表面且与其错开，面向天线图形。

【技术特征摘要】
US 2004-6-30 10/881,1041.一种天线，包含：平面衬底；天线图形，形成在平面衬底的第一表面上；以及地平面，基本平行于平面衬底的第一表面且与其错开，面向天线图形。2.根据权利要求1的天线，其中地平面和平面衬底之间的空间填满空气。3.根据权利要求1的天线，其中地平面和平面衬底之间的空间填满泡沫。4.根据权利要求1的天线，进一步包含天线馈送网络，形成在平面衬底的第一表面上。5.根据权利要求4的天线，其中天线馈送网络包含阻抗匹配网络。6.根据权利要求1的天线，其中天线具有大约20GHz或更大的谐振频率。7.根据权利要求1的天线，其中天线图形为折叠偶极天线或偶极天线。8.根据权利要求1的天线，其中天线图形为贴片天线。9.根据权利要求1的天线，进一步包含波束成形图形，形成在平面衬底的第一表面上、或平面衬底的与第一表面相对的第二表面上，或平面衬底的第一表面以及第二表面上，用以减小沿平面衬底的平面方向上的辐射。10.根据权利要求9的天线，其中天线图形包含折叠偶极天线，并且其中波束成形图形包含第一和第二金属条，平行于折叠偶极的纵轴延伸。11.一种无线装置，具有权利要求1中所限定的天线。12.一种IC(集成电路)封装装置，包含权利要求1中所限定的-->天线。13.一种IC(集成电路)封装装置，包含：封装衬底，具有形成于其表面上的地平面；IC芯片，焊接在封装衬底的表面上；平面衬底，包含形成在平面衬底第一表面上的天线图形，其中平面衬底倒装焊在IC芯片上，从而天线图形面向封装衬底的地平面，并且平面衬底的第一表面基本平行于封装衬底的地平面且与其错...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩鲍尔高彻尔，刘兑现，乌尔里希理查德鲁道夫普非弗尔，托马斯马丁兹维克，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]