專利名稱：一種薄膜基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻通信領(lǐng)域和基板制作領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜基板。
背景技術(shù)：
近年來，由于射頻電子技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是射頻電子標(biāo)簽的廣泛應(yīng)用，正逐漸改變著人們的生活方式。常見的射頻電子標(biāo)簽分為從電源供應(yīng)方面區(qū)分有源和無源兩大類；從載波頻率方面區(qū)分有125KHz (130KHz)的低頻頻段、13. 56MHz的高頻頻段、433MHz， 915MHz的超高頻頻段、2. 4GHz, 5. 8GHz的微波頻段；電子標(biāo)簽的應(yīng)用無處不在，因此產(chǎn)生了各種形狀，適合不同應(yīng)用要求的產(chǎn)品，使人們的生活更便利更高效。為了讓射頻電子標(biāo)簽?zāi)軌蚋鼜V泛地應(yīng)用到日常生活中，一方面從成本上要降低到符合實際應(yīng)用的需求，在某些場合，使體積縮小到某些特殊應(yīng)用的場合，便于安裝和使用。 這就要求產(chǎn)品越做越小，越做越薄。超高頻頻段，特別是大量應(yīng)用的860-960MHZ頻段的射頻器件，電路的天線末端諧振電路大都為偶極子雙工收發(fā)天線，其天線的長度為工作點頻率的波長的一半，如果要減小產(chǎn)品尺寸，勢必要從縮小射頻天線的尺寸或采用不同的極化方式兩方面想辦法。從縮小射頻天線角度考慮，減小射頻天線的尺寸后，天線的電感量將減小，天線的長度無法匹配到諧振頻率的需求，在相同芯片輸入電容匹配的情況下，需要加入外部匹配電容器，才能達到 860-960MHz的諧振頻率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種微型化超高頻射頻天線用薄膜基板，使射頻器件實現(xiàn)微型化的封裝。本發(fā)明的技術(shù)適合在800MHZ-5. 8GHz的射頻射頻器件產(chǎn)品中。一種薄膜基板，由電介質(zhì)基板、天線圖案構(gòu)成
所述的電介質(zhì)基板為方形薄板結(jié)構(gòu)；
所述的天線圖案，設(shè)置在電介質(zhì)基板的正反表面，由信號輸入焊盤、接地金屬面、曲折型饋入線、曲折型巴倫線、螺旋型微帶輻射單元和導(dǎo)通孔組成，輻射單元的長度小于天線工作頻率處的波長的四分之一。進一步的，所述電介質(zhì)基板的絕緣介質(zhì)為環(huán)氧樹脂(FR4或BT)、陶瓷(LTCC)或鐵弗龍(PTFE )材料，其厚度為5(T200um之間，絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)在4 10之間，玻璃轉(zhuǎn)化溫度在17(Γ300攝氏度之間。再進一步，所述的薄膜基板為方形薄板結(jié)構(gòu)，其單元長度和寬度在lmm-20mm之間；天線的厚度在O. 05mm-l. Omm之間。再進一步，所述天線圖案從輸入焊盤處具有輸入阻抗和電感；
所述的輸入阻抗和所述的芯片的阻抗共扼匹配；
所述的電感和所述的芯片的內(nèi)部容性部件滿足所述工作頻率處的諧振條件。
再進一步，所述天線圖案的螺旋型微帶輻射單元加強了所述電感的量，使天線的長度遠小于天線工作頻率處的波長的四分之一。再進一步，所述天線圖案的正反面重疊的圖案形成平板電容器，和螺旋型微帶輻射單元并聯(lián)連接，進一步縮小天線的長度。再進一步，所述天線圖案的表面覆蓋了保護層，增強了天線的環(huán)境適應(yīng)能力。再進一步，所述天線圖案組成的射頻電路，其工作頻率為800MHZ-5. 8GHz。本發(fā)明的薄膜基板，經(jīng)過安裝芯片并連接信號端口，經(jīng)過塑封后，形成堅固的保護體，再通過水刀切割工藝將封裝體和基板切割成獨立的射頻器件個體，即完成了微型射頻器件的封裝。產(chǎn)品經(jīng)過測試，打標(biāo)，包裝后就可以應(yīng)用到實際項目中。根據(jù)上述方案形成的本發(fā)明具有以下優(yōu)點通過該技術(shù)實現(xiàn)的微型射頻器件具有獨立的無線射頻通信功能；通過該技術(shù)實現(xiàn)的微型射頻器件具有非常小的體積，適合在小型物體和狹窄空間內(nèi)使用。通過該技術(shù)實現(xiàn)的微型射頻器件的可靠性高，適合在溫度變化大、高濕度環(huán)境以及具有化學(xué)品腐蝕的環(huán)境中。通過該技術(shù)實現(xiàn)的微型射頻器件具有很強的抗機械沖擊能力，適合在容易受到外力沖擊的情況下使用。通過該技術(shù)實現(xiàn)的微型射頻器件，有效滿足本領(lǐng)域的需求，具有極好的實用性、創(chuàng)造性和新穎性。


圖I為本發(fā)明的單個薄膜基板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的單個薄膜基板的天線面圖形示意圖。圖3為本發(fā)明的單個薄膜基板的天線面圖形阻焊層示意圖。圖4為本發(fā)明的單個薄膜基板的接地面圖形示意圖。圖5為本發(fā)明的單個薄膜基板的接地面圖形阻焊層示意圖。圖6為本發(fā)明的薄膜基板的多單元分布示意圖。圖7為本發(fā)明的薄膜基板的多區(qū)塊分布示意圖。圖8為本發(fā)明的薄膜基板的多區(qū)塊零件面碎銅分布示意圖。圖9為本發(fā)明的薄膜基板的多區(qū)塊零件反面碎銅分布示意圖。圖10為本發(fā)明的薄膜基板的天線的等效傳輸線模型。圖11為本發(fā)明的薄膜基板的單極子天線典型結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為本發(fā)明的薄膜基板的單極子折彎L型變形天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖13為本發(fā)明的薄膜基板的單極子折彎倒F型變形天線結(jié)構(gòu)示意圖。圖14為本發(fā)明的薄膜基板的單極子折彎倒F型變形天線帶多折巴倫線的結(jié)構(gòu)示意圖。圖15為本發(fā)明的薄膜基板的單極子折彎倒F型變形天線帶多折巴倫線和螺旋型微帶輻射單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖16為本發(fā)明的薄膜基板的單極子折彎倒F型變形天線帶多折巴倫線、螺旋型微帶輻射單元和平板電容器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖17為本發(fā)明的薄膜基板的天線的輸入阻抗和天線長度的關(guān)系圖。
圖18為本發(fā)明的薄膜基板的天線的引入電感及無電感的輸入阻抗和天線長度的關(guān)系圖。圖19為本發(fā)明的薄膜基板的天線的引入電容、電感及無電感的輸入阻抗和天線長度的關(guān)系圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明一種薄膜基板的生產(chǎn)工藝，將縮小化單極子天線的微型化設(shè)計思路移植到微型射頻天線上，實現(xiàn)超高頻射頻器件的體積微型化，獲得了微型化、高可靠性的超高頻射頻器件產(chǎn)品，進而提供的解決技術(shù)方案，實施具體如下
參見圖1，本發(fā)明提供的一種薄膜基板，其電介質(zhì)基板11為薄型的絕緣介質(zhì)，為環(huán)氧樹脂(FR4或BT)、陶瓷(LTCC)或鐵弗龍(PTFE)材料，其厚度為5(T200um之間，絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)在4 10之間，玻璃轉(zhuǎn)化溫度在17(Γ300攝氏度之間，具有優(yōu)良的熱機械穩(wěn)定性。 在電介質(zhì)基板的正反面，設(shè)置了雙面印制電路，在電介質(zhì)基板的上表面，通過精密曝光及蝕刻工藝，形成上部天線圖形132和天線焊盤1323及1324，再涂布了一層阻焊油墨層1331， 來保護表面的圖形不受外界影響。天線焊盤1323及1324的表面采用鍍鎳再鍍軟金工藝， 以適應(yīng)超聲波引線焊接或者表面貼裝工藝焊接的要求。在電介質(zhì)基板11的下表面形成接地面天線圖形122，其為大片金屬面的結(jié)構(gòu)，接地面天線圖形通過金屬化孔1321連接正面的接地輸入焊盤以及巴倫線的尾端連線，金屬化孔的內(nèi)壁設(shè)置了導(dǎo)電金屬層1323，再涂布了一層阻焊油墨層1231，來保護表面的圖形不受外界影響。參見圖2薄膜基板的天線圖形結(jié)構(gòu)，在電介質(zhì)基板11的上表面，設(shè)置了金屬化通孔1321和1322、饋線1325、巴倫線1326、螺旋型輻射單元1327、信號輸入焊盤1323和接地信號焊盤1324。饋線和巴倫線的折彎的數(shù)量及長度隨芯片的輸入阻抗及天線的尺寸進行調(diào)節(jié)，以獲得相匹配的阻抗；螺旋型輻射單元的尺寸及圈數(shù)受諧振頻率的限制，頻率越高， 尺寸越小。參見圖3為薄膜基板的天線阻焊層圖形結(jié)構(gòu)，阻焊層1331將信號輸入焊盤1323 和接地信號焊盤1324以及芯片安裝區(qū)域1332暴露出來，有效保護了天線圖形的穩(wěn)定性，也適合芯片的安裝和引線的焊接。參見圖4薄膜基板的接地面的圖形結(jié)構(gòu)，在電介質(zhì)基板11的下表面，設(shè)置了金屬化通孔1221和1222、接地面1223和電鍍線1224及1225。參見圖5為薄膜基板的接地面的阻焊層圖形結(jié)構(gòu)，阻焊層1231將固定焊盤1232和1233暴露出來，用于焊接固定用，既有效保護了接地面圖形的穩(wěn)定性，又適合的產(chǎn)品在使用時的安裝。參見圖6，為了提高生產(chǎn)效率，將多個薄膜基板按規(guī)則的圖形排列，形成方形區(qū)域 150。在方形區(qū)域的邊緣設(shè)置了多個橫向細長條形的切割定位線151和縱向細長條形的切割定位線152，可以在生產(chǎn)工藝中精確定位。在兩個相鄰的基板單元域中間，設(shè)置了多條橫向切割槽153和多條縱向切割槽154，以保證切割過程中的間隙。參見圖7，為了進一步提高生產(chǎn)效率，將多個方形區(qū)域100，101，102和103設(shè)置在一條長條形的大基板上。在大基板的邊緣設(shè)置了多個圓形和橢圓形的定位孔106，可以在生產(chǎn)工藝中精確定位。在兩個相鄰的方形區(qū)域中間，設(shè)置了多條槽孔108，以釋放基板的應(yīng)力，防止損壞到方形區(qū)域內(nèi)的部件和封裝體。參見圖8的零件安裝面，在大塊基板的方形區(qū)域130、入料區(qū)域131和槽孔108之外，設(shè)置了斜向的碎銅區(qū)域132，單個碎銅134的形狀為斜向45度角放置的正方形，正方形的邊長為O. Γ0. 5mm之間，碎銅之間的間隔135和136，尺寸為O. 05、. 3mm之間，以平衡金屬層的平均分布，有效改善基板的熱變形。參見圖9的零件反面，在大基板的方形區(qū)域140和槽孔108之外，設(shè)置了斜向的碎銅區(qū)域142，單個碎銅144的形狀為斜向45度角放置的正方形，正方形的邊長為O. Γθ. 5mm 之間，碎銅之間的間隔145和146，尺寸為O. 05、. 3mm之間，以平衡金屬層的平均分布，有效改善基板的熱變形。單極子天線可以有效減小射頻天線的尺寸，其天線長度僅為工作頻點波長的四分之一。參見圖11，是直線型單極子天線典型結(jié)構(gòu)示意圖，在電介質(zhì)基板4的表面設(shè)置了大面積的接地面金屬層21，射頻信號一端連接信號饋入端1，另一端連接信號接地端2，經(jīng)過天線的饋線送達天線輻射端12，當(dāng)天線達到諧振條件時，就將射頻信號按諧振頻率發(fā)射出去； 同樣的，當(dāng)天線輻射端12處位于符合天線諧振條件的區(qū)域時，天線輻射端會將射頻信號采集近來，通過饋線傳輸?shù)金伻朦c1，完成信號接收的過程。為了實現(xiàn)在平板上的單極子天線結(jié)構(gòu)，參見圖12的單極子折彎L型變形天線結(jié)構(gòu)示意圖，電介質(zhì)基板4、信號饋入點I、信號饋入接地點2、接地面21和饋線14的結(jié)構(gòu)都沒有變化，惟獨天線輻射區(qū)域12的直線優(yōu)化成了折彎結(jié)構(gòu)，形成單極子折彎L型變形天線結(jié)構(gòu)， 使其可以附著在電介質(zhì)基板的表面設(shè)置圖形。輻射區(qū)域的正反面均沒有接地面金屬圖形相干涉，防止接地面金屬影響天線的福射性能。為了進一步提高天線的性能，需要使天線的輸入阻抗和芯片的輸入阻抗獲得共扼匹配，即天線的輸入阻抗和的芯片的輸入阻抗實部相等，虛部為等值的正負阻抗。參見圖 13，本專利技術(shù)保持了 L型單極子天線的結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)基板4、信號饋入點I、信號饋入接地點2、接地面21、饋線14和L折彎型天線輻射區(qū)域12的結(jié)構(gòu)都沒有變化，從L型輻射單元 12和饋線14的連接點處引出巴倫線11，并通過金屬化孔3連接到電介質(zhì)基板的反面接地面金屬，形成了倒F形單極子結(jié)構(gòu)的射頻天線。增加的巴倫線的長度用于調(diào)整射頻天線的輸入阻抗的值，使天線的輸入阻抗能夠和芯片的輸入阻抗獲得有效匹配。在有限的空間內(nèi)，要通過巴倫線來獲得阻抗匹配，一定會占用一些基板空間。 射頻器件芯片的輸入阻抗實部一般在5 35歐姆之間，虛部在10(Γ300歐姆之間，要使天線和芯片的輸入阻抗獲得匹配，則天線的輸入阻抗實部對應(yīng)為5 35歐姆之間，虛部為-10(Γ-300歐姆之間，切實部阻抗的值越大，則巴倫線的阻抗值也要求越大，即在相等的情況下，線長越長。為了減小空間的占用，利用多折彎巴倫線結(jié)構(gòu)，在較小的空間內(nèi)獲得較大的阻抗匹配范圍。參見圖14，本專利技術(shù)保持了 F型單極子天線的結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)基板4、 信號饋入點I、信號饋入接地點2、接地面21、饋線14、金屬化導(dǎo)通孔3和L折彎型天線輻射區(qū)域12的結(jié)構(gòu)都沒有變化，從L型輻射單元12和饋線14的連接點處引出巴倫線11演化成了具有多處折彎的巴倫線，并通過金屬化孔3連接到電介質(zhì)基板的反面接地面金屬。增加的具有多處折彎結(jié)構(gòu)的巴倫線占用更少的基板空間，獲得更多的阻抗調(diào)節(jié)范圍，用于調(diào)整射頻天線的輸入阻抗的值，使天線的輸入阻抗能夠和芯片的輸入阻抗獲得有效匹配。在微型化天線的設(shè)計中，如何有效利用基板的空間是最大的難題。巴倫線的折彎型結(jié)構(gòu)解決了阻抗匹配的問題，但是輻射單元的長度決定了天線的工作頻率。當(dāng)天線被要求工作在915MHz的頻率諧振時，不考慮外部的分布電容和分布電感的情況下，直線型輻射單元的長度近似為82mm，單這已經(jīng)占用到不少的空間，顯然的，在微型射頻器件的設(shè)計中無法采用直線型、純L型或者純F型單極子射頻天線結(jié)構(gòu)。為了使輻射單元的尺寸減小，本發(fā)明將輻射單元的圖形演化成螺旋型微帶輻射單元，不但減小了長度，更使天線的電感量得到提高，使輻射單元的尺寸進一步下降。參見圖15，本專利技術(shù)保持了 F型單極子天線的結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)基板4、信號饋入點I、信號饋入接地點2、接地面21、饋線14和折彎型巴倫線 11、金屬化導(dǎo)通孔3的結(jié)構(gòu)都沒有變化，將L型輻射單元12演化成了螺旋狀輻射單元15。 螺旋型輻射單元占用更少的基板空間，且引入的螺旋型分布電感進一步減小了輻射單元的空間占用，使天線達到需要的諧振頻率。在一些特別小的天線設(shè)計中，增加匹配電容器是容易實現(xiàn)的一種途徑。本發(fā)明通過薄形電介質(zhì)基板的高介電常數(shù)和雙面平板結(jié)構(gòu)，在電介質(zhì)基板的正反面設(shè)置了投影重疊的平板電容器，利用其分布電容實現(xiàn)輻射單元的微型化。參見圖16，本專利技術(shù)保持了 F型單極子天線的結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)基板4、信號饋入點I、信號饋入接地點2、接地面21、饋線14、折彎型巴倫線11、金屬化導(dǎo)通孔3、L型輻射單元12和螺旋狀輻射單元15的結(jié)構(gòu)都沒有變化，在輻射單元的某個節(jié)點設(shè)置了平板電容器極板13和反面的接地面形成平板電容器。且引入的平板電容器的分布電容進一步減小了輻射單元的空間占用，使天線達到需要的諧振頻率。參見圖10的天線等效傳輸線模型圖，3為巴倫線長度，4為輻射單元長度，I為天線阻抗實部，2為天線阻抗虛部，5為引入的輻射單元電感，6為短路線。當(dāng)沒有引入電感5 的時候，巴倫線的長度和輻射單元長度的總和等于諧振頻率的四分之一波長時，天線的輸入阻抗虛部I和實部2等于芯片的輸入阻抗的實部和虛部，天線在工作頻率處獲得諧振。 參見圖17，O-Li坐標(biāo)表示巴倫線的長度和輻射單元長度的總和，O-Xi坐標(biāo)表示阻抗的相對值，Xi=O時，獲得阻抗匹配。從圖中獲得，阻抗匹配線I對應(yīng)天線長度等于四分之一波長Rl 的分布線，阻抗匹配線2對應(yīng)天線長度等于四分之三波長R3的分布線，均獲得匹配的阻抗， 因此，此單極子天線可設(shè)計成雙頻點諧振天線。經(jīng)過R2的點為波長的二分之一。參見圖18，0_Li坐標(biāo)表示巴倫線的長度和輻射單元長度的總和，O-Xi坐標(biāo)表示阻抗的相對值，Xi=O時，獲得阻抗匹配。從圖中獲得，阻抗匹配線I對應(yīng)天線長度等于四分之一波長Rl的分布線，阻抗匹配線2對應(yīng)天線長度等于四分之三波長R3的分布線，均獲得匹配的阻抗，因此，此單極子天線可設(shè)計成雙頻點諧振天線。經(jīng)過R2的點為波長的二分之一。當(dāng)引入分布電感的時候，阻抗匹配線I將偏移到3的位置，天線的長度由Rl縮短為R4 ； 同理，阻抗匹配線2將偏移到4的位置，天線的長度由R3縮短為R5。參見圖19，0_Li坐標(biāo)表示巴倫線的長度和輻射單元長度的總和，O-Xi坐標(biāo)表示阻抗的相對值，Xi=O時，獲得阻抗匹配。從圖中獲得，阻抗匹配線I對應(yīng)天線長度等于四分之一波長Rl的分布線，阻抗匹配線2對應(yīng)天線長度等于四分之三波長R3的分布線，均獲得匹配的阻抗，因此，此單極子天線可設(shè)計成雙頻點諧振天線。經(jīng)過R2的點為波長的二分之一。當(dāng)引入分布電感的時候，阻抗匹配線I將偏移到3的位置，天線的長度由Rl縮短為R4 ； 同理，阻抗匹配線2將偏移到4的位置，天線的長度由R3縮短為R5。當(dāng)引入分布電容的情況下，阻抗匹配線從3的位置移動到5的位置，天線長度從R4縮短為R6 ；同理，阻抗匹配線從4的位置移動到6的位置，天線長度從R5縮短為R7。以上描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述說明書的限制，上述說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種薄膜基板，其特征在于，所述的薄膜基板由電介質(zhì)基板、天線圖案構(gòu)成所述的電介質(zhì)基板為方形薄板結(jié)構(gòu)；所述的天線圖案，設(shè)置在電介質(zhì)基板的正反表面，由信號輸入焊盤、接地金屬面、曲折型饋入線、曲折型巴倫線、螺旋型微帶輻射單元和導(dǎo)通孔組成，輻射單元的長度小于天線工作頻率處的波長的四分之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述電介質(zhì)基板的絕緣介質(zhì)為環(huán)氧樹脂(FR4或BT)、陶瓷(LTCC)或鐵弗龍(PTFE)材料，其厚度為5(T200um之間，絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)在4 10之間，玻璃轉(zhuǎn)化溫度在17(Γ300攝氏度之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述的薄膜基板為方形薄板結(jié)構(gòu)，其單元長度和寬度在lmm-20mm之間；天線的厚度在O. 05mm-l. Omm之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述天線圖案從輸入焊盤處具有輸入阻抗和電感；所述的輸入阻抗和所述的芯片的阻抗共扼匹配；所述的電感和所述的芯片的內(nèi)部容性部件滿足所述工作頻率處的諧振條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述天線圖案的螺旋型微帶輻射單元加強了所述電感的量，使天線的長度遠小于天線工作頻率處的波長的四分之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述天線圖案的正反面重疊的圖案形成平板電容器，和螺旋型微帶輻射單元并聯(lián)連接，進一步縮小天線的長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述天線圖案的表面覆蓋了保護層，增強了天線的環(huán)境適應(yīng)能力。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種薄膜基板，其特征在于，所述天線圖案組成的射頻電路，其工作頻率為800MHz-5. 8GHz。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄膜基板，由電介質(zhì)基板、天線圖案、芯片和封裝體構(gòu)成電介質(zhì)基板為方形薄板結(jié)構(gòu)；天線圖案，設(shè)置在電介質(zhì)基板的正反表面，由信號輸入焊盤、接地金屬面、曲折型饋入線、曲折型巴倫線、螺旋型微帶輻射單元和導(dǎo)通孔組成，輻射單元的長度小于天線工作頻率處的波長的四分之一，可應(yīng)用于微型化的射頻電路應(yīng)用。
文檔編號H01Q13/08GK102610911SQ201210106530
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月12日
發(fā)明者陸紅梅 申請人:上海禎顯電子科技有限公司