具有氣隙層或腔的毫米波天線結構的制作方法
【技術領域】
[0001]實施例涉及天線和天線結構。一些實施例涉及用于毫米波通信的天線和天線結構。一些實施例涉及使用天線和天線結構用于無線信號的通信的無線通信設備(例如，移動設備和插接站)。一些實施例涉及根據無線吉比特聯盟(WiGig)(例如，IEEE 802.llad)協議進行操作的設備。
【背景技術】
[0002]天線尺寸和天線性能是關于無線通信(尤其是毫米波波長的無線通信)的越來越有挑戰性的問題中的一些。高速無線數據通信協議(例如WiGig協議)利用非常寬的帶寬(例如，高達8GHz)。這對已經在設法滿足其它要求(例如，緊湊形狀因子、高方向性、自適應波束控制、低成本等)的天線設計者提出了挑戰。這些要求中的一些要求使得對于天線來說實現寬阻抗帶寬(即，插入損耗帶寬)是困難的。對于任意形狀的薄電介質基板(h<<波長)上印刷的平板天線來說，帶寬可能直接與基板的厚度(h)成正比并且與電介質常數(\)成反比。然而，較厚的基板可能引起總天線體積的增加并且還可能意味著更復雜和昂貴的制造。這使得實現寬阻抗帶寬而同時滿足其它天線性能、尺寸和制造目標成為重要的挑戰。
[0003]因此存在對可以實現寬阻抗帶寬而滿足其它性能、尺寸和制造目標的天線和天線結構的一般需求。還存在對可以實現寬阻抗帶寬并且可以適用于根據WiGig協議的通信的毫米波天線結構的一般需求。還存在對可以用毫米波頻率處改進的性能進行通信的無線通信設備的一般需求。
【附圖說明】
[0004]圖1示出了根據一些實施例的天線結構的層的示例層疊；
[0005]圖2A-圖2E示出了根據一些實施例的圖1的天線結構的一些層的側視圖；
[0006]圖3示出了根據一些實施例的圖1的天線結構的一些層的側視圖，其中輻射元件層被印刷在非導電底盤上；
[0007]圖4A示出了根據一些實施例的包括單腔的天線結構的一些層的側視圖；
[0008]圖4B示出了根據一些實施例的圖4A的天線結構的腔的頂/底視圖；
[0009]圖5A示出了根據一些實施例的包括多個腔的天線結構的一些層的側視圖；
[0010]圖5B示出了根據一些實施例的圖5A的天線結構的腔的頂/底視圖；
[0011]圖6示出了根據一些實施例的具有通孔的輻射元件電介質基板的三個視圖；
[0012]圖7A示出了根據一些實施例的輻射元件層的圖案化導電材料；以及
[0013]圖7B示出了根據一些實施例的接地層的導電材料。
【具體實施方式】
[0014]下面的描述和附圖充分地說明了具體的實施例以使得本領域技術人員能夠實施它們。其它實施例可以包含結構、邏輯、電氣、處理和其它方面的改變。一些實施例的部分和特征可以被包括在其它實施例的部分和特征中或可以被其它實施例的部分和特征替代。權利要求中提出的實施例涵蓋那些權利要求的所有可獲得的等同形式。
[0015]圖1示出了根據一些實施例的天線結構100的層的示例層疊。天線結構100可以包括輻射元件層102(包括圖案化導電材料)、接地層106(包括電介質基板108上布置的導電材料)、以及饋送線層110 (包括電介質基板112上布置的導電材料)。天線結構100還可以包括氣隙層104，其被布置在輻射元件層102和接地層106之間。在這些實施例中，氣隙層104可以包括多個間隔元件，以將輻射元件層102和接地層106分離預定距離，從而提供間隙。在下面更詳細描述的一些實施例中，氣隙層104可包括一個或多個腔。如所示出的，饋送線層110可以被布置為與氣隙層104相對地鄰接接地層106。
[0016]使用氣隙層104來分離輻射元件層102和接地層106可以幫助增加天線結構100的阻抗帶寬。使用氣隙層104還可以幫助最小化介電常數(ε r* ε 0)，這幫助最小化天線結構100的厚度(8卩，在2方向)。在一些示例實施例中，可以實現某些毫米波頻率(例如，57.4GHz到65.7GHz)處的高達8GHz的阻抗帶寬，但是實施例的范圍不限于此。
[0017]雖然氣隙層104被稱為“氣隙”層，但是實施例的范圍不限于此。在一些實施例中，間隙可以用任意物質(氣體、液體或固體)被填充，以幫助降低或最小化介電常數并且增加天線結構100的阻抗帶寬。在這些實施例中，電介質常數為1或接近1是可取的。可適用于在間隙中使用的物質可以包括空氣和其它氣體，包括惰性氣體以及非導電的低介電常數材料。在一些實施例中，可以在間隙中提供真空。
[0018]在一些實施例中，輻射元件層102和接地層106之間的間隔范圍可以從小至200um(微米)到多達600um或更大變化，這取決于操作頻率。在一些實施例中，福射元件層102和接地層106之間的間隔可以小于毫米波操作頻率的波長的0.08倍(例如，60GHz處大約為400um)。在一些實施例中，間隔可以高達1毫米或更大，這取決于操作頻率。
[0019]在一些實施例中，接地層106可以包括接地層電介質基板108上布置的導電材料。饋送線層110可以包括饋送線電介質基板112上布置的導電材料。
[0020]在一些WiGig實施例中，福射元件層102、接地層106、饋送線層110、以及氣隙層104(以及其它層)可以被布置為作為天線操作用于毫米波信號的通信。輻射元件層102和接地層106之間的間隔可以小于0.08倍波長。在這些實施例中，天線結構100可用于一個或多個WiGig信道內毫米波頻率處的通信。毫米波頻率可以包括30GHz到高達300GHz的操作頻率。
[0021]在一些實施例中，輻射元件層102的圖案化導電材料可以被與氣隙層104相對地布置在輻射元件電介質基板101上。在這些實施例中，氣隙層104的位置處未提供任何基板，并且適當的電介質材料可用于放置輻射元件層102的導電材料。電介質基板101可以是薄電介質基板(例如，如果基板的兩側上都提供金屬則可以薄至60um，并且如果基板的一側上提供金屬則可薄至200um-400um)。
[0022]在圖1中所示出的一些實施例中，輻射元件層102可以被稱為第零層(L0)，接地層106可以被稱為第一層(L1)并且饋送線層110可以被稱為第二層(L2)。天線結構100還可以包括其它層，包括如圖1中所示的其它電介質基板。
[0023]圖2A-圖2E示出了根據一些實施例的、使用不同類型的間隔元件的圖1的天線結構的一些層的側視圖。如圖2A中所示，用于將輻射元件層102和接地層106分離預定距離的間隔元件可以包括焊料球204A。在一些這樣的實施例中，焊料球204A可以是球柵陣列(BGA)的一部分。焊料球204A可以被提供來將輻射元件層102和接地層106分離預定距離，從而提供間隙。焊料球204A還可用于幫助輻射元件層102與接地層106對準。這在下面將更詳細地描述。在一些實施例中，天線結構100的一些另外的特征描述可以被執行以在回流后調整焊料球204A的高