專利名稱:有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及到天線系統(tǒng),更特別涉及到一種有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法。
背景技術(shù):
一般而言,在下一代通信系統(tǒng)中,智能天線系統(tǒng)是必要的核心組件,并且被應(yīng)用于高頻帶,諸如移動(dòng)運(yùn)載衛(wèi)星廣播/通信、軍事通信等。智能天線系統(tǒng)可以按照天線的裝置大小被放置在基站或移動(dòng)終端處。智能天線系統(tǒng)可以容納大量的用戶,從而能夠增大系統(tǒng)的容量。
智能天線系統(tǒng)的最核心的組成部分是移相器。移相器可以通過(guò)控制信號(hào)精確地追蹤使用頻率。同時(shí),移相器通過(guò)控制連接到構(gòu)成移相器的電感、電容等的開(kāi)關(guān)延遲輸入信號(hào)的相位,從而能夠在輸出終端中將該信號(hào)轉(zhuǎn)換成具有所需相位的信號(hào)。當(dāng)今最常使用在運(yùn)載衛(wèi)星接收器上的移相裝置是使用機(jī)械馬達(dá)延遲相位的無(wú)源智能天線系統(tǒng)。
但是,由于無(wú)源智能天線系統(tǒng)具有巨大的體積和昂貴的制造成本,所以其普及率不高。因此,具有較小體積和廉價(jià)制造成本的有源智能天線系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)是完全必要的。有源智能天線系統(tǒng)的構(gòu)造將參照?qǐng)D1進(jìn)行說(shuō)明。
圖1所示為常規(guī)有源智能天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方塊圖。
如圖所示,該有源智能天線系統(tǒng)包括一用于發(fā)送和接收信號(hào)的天線100;一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)從而最小化噪聲發(fā)生的低噪聲放大器(LNA)200;和一用于控制放大信號(hào)的相位的移相器300。
構(gòu)成該有源智能天線系統(tǒng)的各組件中,移相器300所占空間最大并且需要最高的成本。移相器300主要被分為一比特(構(gòu)成11.25°相變器),二比特(構(gòu)成11.25°和22.5°相變器),三比特(構(gòu)成11.25°、22.5°和45°相變器),四比特(構(gòu)成11.25°、22.5°、45°和90°相變器),和五比特(構(gòu)成11.25°、22.5°、45°、90°和180°相變器)。為了實(shí)現(xiàn)能被用在衛(wèi)星廣播接收器上的有源智能天線系統(tǒng),大約需要一百個(gè)上述五比特移相器。
近來(lái),隨著微波單片式集成電路(MMIC)技術(shù)的發(fā)展,使用電子開(kāi)關(guān)裝置諸如高電子遷移率晶體管(HEMT)和場(chǎng)效晶體管(FET)的移相器已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)并且使用該移相器的有源智能天線系統(tǒng)正被積極地開(kāi)發(fā)著。也就是,一電子開(kāi)關(guān)、一電感、一電容等被形成在一硅基板(例如,GaAs基板)上,而后被封裝,從而制成該移相器300。用于設(shè)計(jì)使用該制成的移相器300的有源智能天線系統(tǒng)的工藝正在計(jì)劃中。
但是,在該有源智能天線系統(tǒng)中,該移相器300通過(guò)使用MMIC工藝,一種半導(dǎo)體處理工藝,將多個(gè)裝置結(jié)合在所述的一塊硅基板上來(lái)構(gòu)成。因此,制造成本增加,電感的品質(zhì)因數(shù)(例如8~13)降低,從而不能期望高質(zhì)量。
同時(shí),在該有源智能天線系統(tǒng)中,不僅移相器300,還有天線100,LNA200,或發(fā)送/接收模塊都必須被提供在一起。各組件又被另外安裝在一印刷電路板(PCB)上,如此被裝配。因此,在該有源智能天線系統(tǒng)中,用于將制成的移相器300接合在PCB上的引線是需要的,從而使整體體積增大和電感的品質(zhì)因數(shù)惡化。
基于此,需要一種有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法,該系統(tǒng)能夠減小制造成本,具有提供給該系統(tǒng)的高品質(zhì)因數(shù)的電感,并且易于封裝移相器300、天線100和LNA200。
如上所述,按照相關(guān)技術(shù)的該有源智能天線系統(tǒng),移相器通過(guò)MMIC工藝,一種半導(dǎo)體處理工藝,制造,所以增加了制造成本。
同時(shí),按照相關(guān)技術(shù)的該有源智能天線系統(tǒng),移相器通過(guò)MMIC工藝,一種半導(dǎo)體處理工藝制造,所以降低了其質(zhì)量。
而且,按照相關(guān)技術(shù)的該有源智能天線系統(tǒng),移相器通過(guò)MMIC工藝,一種半導(dǎo)體處理工藝,制造,所以因用于結(jié)合天線、LNA或發(fā)送/接收模塊的獨(dú)立封裝而增大了其體積。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法,該系統(tǒng)能夠通過(guò)在一塊高阻基板上同時(shí)實(shí)現(xiàn)一移相器、一天線和一低噪聲放大器而降低制造成本。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法,該系統(tǒng)能夠通過(guò)在一塊高阻基板上同時(shí)實(shí)現(xiàn)一移相器、一天線和一低噪聲放大器而提高其質(zhì)量。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法,該系統(tǒng)能夠通過(guò)在一塊高阻基板上同時(shí)實(shí)現(xiàn)一移相器、一天線和一低噪聲放大器而減小其體積。
為了獲得這些和其它優(yōu)點(diǎn)并且按照本發(fā)明的目的,如這里被具體化并被廣泛說(shuō)明的,提供有一種有源智能天線系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一用于接收信號(hào)的天線;一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)從而最小化噪聲發(fā)生的低噪聲放大器;和一用于控制放大信號(hào)的相位的移相器,其中,天線、低噪聲放大器和移相器被形成在一塊高阻基板上。
為了獲得這些和其它優(yōu)點(diǎn)并且按照本發(fā)明的目的,如這里被具體化并被廣泛說(shuō)明的,還提供有一種制造有源智能天線系統(tǒng)的方法,該方法包括,其中,一用于接收信號(hào)的天線,一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)從而最小化噪聲發(fā)生的低噪聲放大器,和一用于控制放大信號(hào)的相位的移相器被形成在一塊高阻基板上。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn),通過(guò)參照下面結(jié)合附圖的對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明,將會(huì)變得更加明晰。
為便于進(jìn)一步理解本發(fā)明而被包含進(jìn)來(lái)并且被引用以及構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的附圖,圖示本發(fā)明的實(shí)施例并且和說(shuō)明書(shū)一起來(lái)解釋本發(fā)明的原理。
在附圖中圖1所示為普通有源智能天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的方塊圖;和圖2A到2I所示為按照本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明,其舉例表示在附圖中。
下文中,將參照附圖對(duì)能夠通過(guò)在一塊高阻基板上同時(shí)實(shí)現(xiàn)一移相器、一天線和一低噪聲放大器來(lái)減小整體體積,降低制造成本,并提高質(zhì)量的有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
圖2A到2I所示為按照本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)的剖面圖。
如圖2A所示,按照本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng)包括一用于接收信號(hào)的天線100;一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)從而最小化噪聲發(fā)生的低噪聲放大器(LNA)200;和一用于控制由LNA200放大的信號(hào)的相位的移相器300。這里,天線100、LNA200和移相器300由各種組件構(gòu)成并被形成在一塊高阻基板上。
本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)的制造方法說(shuō)明如下。
首先,由導(dǎo)電材料諸如銅形成的導(dǎo)電層被形成在高阻基板10上。較佳地,高阻基板10從高阻硅基板、高阻陶瓷基板和印刷電路板(PCB)中選擇。
形成在高阻基板上的導(dǎo)電層形成圖案,從而形成天線結(jié)構(gòu)材料20,并且形成構(gòu)成移相器和低噪聲放大器的信號(hào)電極30、接地電極50和電感40。這里,優(yōu)選地,由天線結(jié)構(gòu)材料20構(gòu)成的天線100是平板天線(patch antenna)或槽形天線(slot antenna)。優(yōu)選地,電感40是條線電感(strip 1ine inductor)或螺旋電感(spiral inductor)。
通過(guò)使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS),電感40能夠被精密地制造?;诖耍姼?0具有比常規(guī)電感的品質(zhì)因數(shù)更高的品質(zhì)因數(shù)(例如,50~60)。
在形成有信號(hào)電極30和接地電極50的高阻基板10上,形成有通孔并且該通孔被電鍍,從而形成一通孔信號(hào)電極30A和通孔接地電極50A。因此,在本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)中,形成在高阻基板的上和下表面的信號(hào)電極30可以通過(guò)通孔電極30A被彼此電連接。
為了連接電子開(kāi)關(guān)60,諸如PIN型二極管、高電子遷移率晶體管(HEMT)、場(chǎng)效晶體管(FET)等,到形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30,電子開(kāi)關(guān)60以裸芯片的形式被安裝在接地電極50上。亦即,為了應(yīng)用引線接合工藝,其上具有信號(hào)電極30的裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60被附著在接地電極50之上(采用導(dǎo)電粘合劑物理接合)。接下來(lái),由鋁或金制成的接合線60A通過(guò)加熱或超聲波被粘合在形成在電子開(kāi)關(guān)60上的信號(hào)電極30和形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30上。這里,通過(guò)使用接合線60A,裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60被直接連接在高阻基板10,諸如PCB上,該方法被稱為板上芯片(COB)技術(shù),是本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)。
一個(gè)電容70通過(guò)使用常規(guī)表面安裝工藝(SMT)被連接到高阻基板10上的信號(hào)電極30。優(yōu)選地,該電容70為薄膜式電容。
同時(shí),低噪聲放大器200,按照將移相器300的電子開(kāi)關(guān)60連接到形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30的方法相同的方式,將晶體管80連接到形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30。
天線100、低噪聲放大器200和移相器300被同時(shí)形成在一塊高阻基板10上的按照本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)的各種形式將參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。
如圖2B所示,在按照本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)中,圖2A的裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60通過(guò)倒裝接合工藝而不是引線接合工藝被連接到形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30。
在按照本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)中,裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60的尺寸稍微增大。但是,因?yàn)殡娮娱_(kāi)關(guān)60通過(guò)使用比接合線物理穩(wěn)定性更好的粘合劑被連接到信號(hào)電極30和接地電極50,所以形成了具有更低次品率的更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)并且降低了制造成本。
在按照本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng)中,具有兩個(gè)表面的廉價(jià)的基板被用作高阻基板。然而,為了減小移相器300的體積,多層基板可以被用來(lái)替換具有兩個(gè)表面的廉價(jià)基板作為高阻基板10。下文中,將解釋使用多層基板的有源智能天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
如圖2C所示,在按照本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng)中,圖2A的電感40被疊置在高阻基板10內(nèi)。這里,優(yōu)選地,高阻基板10是環(huán)氧(Epoxy)PCB,聚四氟乙烯(Teflon)PCB和低溫共燒陶瓷(LTCC)PCB其中之一。
按照本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng),電感40被疊置在高阻基板10內(nèi),使得移相器300的結(jié)構(gòu)面積被減小,進(jìn)而使整體結(jié)構(gòu)被極大地減小。
如圖2D所示,在本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng)中,圖2C的裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60通過(guò)倒裝接合工藝而不是引線接合工藝被連接到形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30。
按照本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng),電感40被疊置在高阻基板10內(nèi),并且裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60通過(guò)倒裝接合工藝被連接到形成在高阻基板10上的信號(hào)電極30,從而減小移相器300的結(jié)構(gòu)面積,形成了具有低次品率的穩(wěn)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu),以及降低了制造成本。
如圖2E和2F所示,在本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng)中,聚合保護(hù)材料90,諸如環(huán)氧樹(shù)脂,被涂覆在裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60放置的部位上。因此,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有源智能天線系統(tǒng)能夠被實(shí)現(xiàn)。這里,聚合保護(hù)材料90能夠被部分地涂覆從而增強(qiáng)物理性脆弱部分諸如裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60,或者能夠被涂覆到高阻基板10的整個(gè)表面上。
下文中將解釋為了降低制造成本將所有的信號(hào)電極30和電感40都形成在高阻基板10上的按照本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)。
如圖2G和2H所示,在本發(fā)明的該有源智能天線系統(tǒng)中,信號(hào)電極30和電感40被形成在高阻基板10上,不需要在高阻基板10上形成通孔并且不需要在高阻基板10內(nèi)疊置電感40。因此,高阻基板10的制造成本和制造時(shí)間能夠被減小。
下文中將解釋能夠減少可由裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60和晶體管80的高度造成的引線電感的本發(fā)明的一種有源智能天線系統(tǒng)。
如圖21所示,裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60和晶體管80要被安裝的部分的高阻基板10按照預(yù)定的高度進(jìn)行蝕刻。然后,裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60和晶體管80被分別安裝在蝕刻部分。因此,裸芯片形式的電子開(kāi)關(guān)60和信號(hào)電極30之間的間隔以及晶體管80和信號(hào)電極30之間的間隔被減小,從而因引線電感的降低提高系統(tǒng)的性能。
如上所述,在本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)中,移相器、天線和低噪聲放大器被同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一塊高阻基板上,從而降低了其制造成本。
同時(shí),在本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)中,移相器、天線和低噪聲放大器被同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一塊高阻基板上,從而減小了其體積。
另外,在本發(fā)明的有源智能天線系統(tǒng)中,移相器、天線和低噪聲放大器被同時(shí)實(shí)現(xiàn)在一塊高阻基板上,從而提高了其質(zhì)量。
在不脫離本發(fā)明的精神或者實(shí)質(zhì)特征的前提下,本發(fā)明可以以幾種形式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)應(yīng)該理解,除非另外說(shuō)明,上述實(shí)施例不受任何前述細(xì)節(jié)的限制,而應(yīng)該在所附權(quán)利要求書(shū)中定義的它的精神和范圍內(nèi)進(jìn)行廣義地解釋,因此凡是落入該權(quán)利要求的界線或者這些界線的等價(jià)物內(nèi)的所有的變化和修改都被所附權(quán)利要求包含在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種有源智能天線系統(tǒng),包括一用于接收信號(hào)的天線;一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)從而最小化噪聲發(fā)生的低噪聲放大器;和一用于控制放大信號(hào)的相位的移相器,其中,天線、低噪聲放大器和移相器被形成在一塊高阻基板上。
2.如權(quán)利要求1的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述高阻基板優(yōu)選地從高阻硅基板、高阻陶瓷基板和印刷電路板(PCB)中選擇。
3.如權(quán)利要求2的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述高阻基板是兩表面具有將其上下表面連接的信號(hào)電極的基板。
4.如權(quán)利要求2的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述天線是平板天線或槽形天線之一。
5.如權(quán)利要求2的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述移相器是由相同導(dǎo)電材料分別形成的信號(hào)電極、接地電極、電感,以及連接到信號(hào)電極的一電子開(kāi)關(guān)和一電容構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求5的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述電感通過(guò)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)工藝被制造為條線結(jié)構(gòu)或者螺旋結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述電子開(kāi)關(guān)被形成為裸芯片形式,通過(guò)接合線連接到信號(hào)電極。
8.如權(quán)利要求7的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述電子開(kāi)關(guān)進(jìn)一步還包括聚合保護(hù)材料。
9.如權(quán)利要求5的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,在部分蝕刻高阻基板之后,所述電子開(kāi)關(guān)被形成在高阻基板的蝕刻部分。
10.如權(quán)利要求5的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述電子開(kāi)關(guān)被形成為裸芯片形式,通過(guò)倒裝接合工藝連接到信號(hào)電極。
11.如權(quán)利要求10的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述電子開(kāi)關(guān)還包括聚合保護(hù)材料。
12.如權(quán)利要求2的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述低噪聲放大器被形成為裸芯片形式,通過(guò)接合線連接到信號(hào)電極。
13.如權(quán)利要求2的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述低噪聲放大器被形成為裸芯片形式,通過(guò)倒裝接合工藝連接到信號(hào)電極。
14.如權(quán)利要求1的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述高阻基板從環(huán)氧(Epoxy)PCB,聚四氟乙烯(Teflon)PCB和低溫共燒陶瓷(LTCC)PCB之中選擇。
15.如權(quán)利要求11的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述移相器是由相同導(dǎo)電材料分別形成的信號(hào)電極、接地電極、電感,以及連接到信號(hào)電極的一電子開(kāi)關(guān)和一電容構(gòu)成。
16.如權(quán)利要求15的有源智能天線系統(tǒng),其特征在于,所述電感被疊置在高阻基板內(nèi)。
17.一種用于制造有源智能天線系統(tǒng)的方法,其中,一用于接收信號(hào)的天線,一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)從而最小化噪聲發(fā)生的低噪聲放大器,和一用于控制放大信號(hào)的相位的移相器被形成在一塊高阻基板上。
18.如權(quán)利要求17的方法,其特征在于,所述高阻基板為高阻硅基板、高阻陶瓷基板和印刷電路板(PCB)之一。
19.如權(quán)利要求18的方法,其特征在于,所述高阻基板是兩表面具有將其上下表面連接的信號(hào)電極的基板。
20.如權(quán)利要求18的方法,包括以下步驟在一高阻基板表面均勻形成一導(dǎo)電層;在該導(dǎo)電層上形成圖案,從而形成信號(hào)電極,接地電極和電感;和在接地電極和信號(hào)電極上分別形成連接到信號(hào)電極的一電子開(kāi)關(guān)和一電容。
21.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述電子開(kāi)關(guān)被形成為裸芯片形式,通過(guò)接合線連接到信號(hào)電極。
22.如權(quán)利要求21的方法,進(jìn)一步包括用于形成保護(hù)電子開(kāi)關(guān)的聚合保護(hù)材料的步驟。
23.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,所述電子開(kāi)關(guān)被形成為裸芯片形式,通過(guò)倒裝接合工藝連接到信號(hào)電極。
24.如權(quán)利要求23的方法,進(jìn)一步包括用于形成保護(hù)電子開(kāi)關(guān)的聚合保護(hù)材料的步驟。
25.如權(quán)利要求20的方法,其特征在于,在部分蝕刻高阻基板之后,所述電子開(kāi)關(guān)被形成在高阻基板的蝕刻部分。
26.如權(quán)利要求25的方法,進(jìn)一步包括用于形成保護(hù)電子開(kāi)關(guān)的聚合保護(hù)材料的步驟。
27.如權(quán)利要求20的方法,進(jìn)一步包括用于通過(guò)對(duì)導(dǎo)電層制作圖案形成天線的步驟。
28.如權(quán)利要求27的方法,其特征在于,所述天線是平板天線或槽形天線之一。
29.如權(quán)利要求20的方法,進(jìn)一步包括用于形成連接到信號(hào)電極的低噪聲放大器的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種有源智能天線系統(tǒng)及其制造方法。該系統(tǒng)包括一用于接收信號(hào)的天線;一用于放大通過(guò)天線接收到的信號(hào)的低噪聲放大器從而最小化噪聲發(fā)生;和一用于控制放大信號(hào)的相位的移相器。所述天線、低噪聲放大器和移相器被形成在一塊高阻基板上。
文檔編號(hào)H01Q21/00GK1531139SQ200410008928
公開(kāi)日2004年9月22日 申請(qǐng)日期2004年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月14日
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