具有氣隙層或腔的毫米波天線結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]實(shí)施例涉及天線和天線結(jié)構(gòu)。一些實(shí)施例涉及用于毫米波通信的天線和天線結(jié)構(gòu)。一些實(shí)施例涉及使用天線和天線結(jié)構(gòu)用于無線信號(hào)的通信的無線通信設(shè)備(例如，移動(dòng)設(shè)備和插接站)。一些實(shí)施例涉及根據(jù)無線吉比特聯(lián)盟(WiGig)(例如，IEEE 802.llad)協(xié)議進(jìn)行操作的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]天線尺寸和天線性能是關(guān)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(zhàn)性的問題中的一些。高速無線數(shù)據(jù)通信協(xié)議(例如WiGig協(xié)議)利用非常寬的帶寬(例如，高達(dá)8GHz)。這對已經(jīng)在設(shè)法滿足其它要求(例如，緊湊形狀因子、高方向性、自適應(yīng)波束控制、低成本等)的天線設(shè)計(jì)者提出了挑戰(zhàn)。這些要求中的一些要求使得對于天線來說實(shí)現(xiàn)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(zhì)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(zhì)常數(shù)(\)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(fù)雜和昂貴的制造。這使得實(shí)現(xiàn)寬阻抗帶寬而同時(shí)滿足其它天線性能、尺寸和制造目標(biāo)成為重要的挑戰(zhàn)。
[0003]因此存在對可以實(shí)現(xiàn)寬阻抗帶寬而滿足其它性能、尺寸和制造目標(biāo)的天線和天線結(jié)構(gòu)的一般需求。還存在對可以實(shí)現(xiàn)寬阻抗帶寬并且可以適用于根據(jù)WiGig協(xié)議的通信的毫米波天線結(jié)構(gòu)的一般需求。還存在對可以用毫米波頻率處改進(jìn)的性能進(jìn)行通信的無線通信設(shè)備的一般需求。
【附圖說明】
[0004]圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)的層的示例層疊；
[0005]圖2A-圖2E示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的天線結(jié)構(gòu)的一些層的側(cè)視圖；
[0006]圖3示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖1的天線結(jié)構(gòu)的一些層的側(cè)視圖，其中輻射元件層被印刷在非導(dǎo)電底盤上；
[0007]圖4A示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括單腔的天線結(jié)構(gòu)的一些層的側(cè)視圖；
[0008]圖4B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖4A的天線結(jié)構(gòu)的腔的頂/底視圖；
[0009]圖5A示出了根據(jù)一些實(shí)施例的包括多個(gè)腔的天線結(jié)構(gòu)的一些層的側(cè)視圖；
[0010]圖5B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的圖5A的天線結(jié)構(gòu)的腔的頂/底視圖；
[0011]圖6示出了根據(jù)一些實(shí)施例的具有通孔的輻射元件電介質(zhì)基板的三個(gè)視圖；
[0012]圖7A示出了根據(jù)一些實(shí)施例的輻射元件層的圖案化導(dǎo)電材料；以及
[0013]圖7B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的接地層的導(dǎo)電材料。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面的描述和附圖充分地說明了具體的實(shí)施例以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┧鼈?。其它?shí)施例可以包含結(jié)構(gòu)、邏輯、電氣、處理和其它方面的改變。一些實(shí)施例的部分和特征可以被包括在其它實(shí)施例的部分和特征中或可以被其它實(shí)施例的部分和特征替代。權(quán)利要求中提出的實(shí)施例涵蓋那些權(quán)利要求的所有可獲得的等同形式。
[0015]圖1示出了根據(jù)一些實(shí)施例的天線結(jié)構(gòu)100的層的示例層疊。天線結(jié)構(gòu)100可以包括輻射元件層102(包括圖案化導(dǎo)電材料)、接地層106(包括電介質(zhì)基板108上布置的導(dǎo)電材料)、以及饋送線層110 (包括電介質(zhì)基板112上布置的導(dǎo)電材料)。天線結(jié)構(gòu)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(shí)施例中，氣隙層104可以包括多個(gè)間隔元件，以將輻射元件層102和接地層106分離預(yù)定距離，從而提供間隙。在下面更詳細(xì)描述的一些實(shí)施例中，氣隙層104可包括一個(gè)或多個(gè)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(jié)構(gòu)100的阻抗帶寬。使用氣隙層104還可以幫助最小化介電常數(shù)(ε r* ε 0)，這幫助最小化天線結(jié)構(gòu)100的厚度(8卩，在2方向)。在一些示例實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)某些毫米波頻率(例如，57.4GHz到65.7GHz)處的高達(dá)8GHz的阻抗帶寬，但是實(shí)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(shí)施例的范圍不限于此。在一些實(shí)施例中，間隙可以用任意物質(zhì)(氣體、液體或固體)被填充，以幫助降低或最小化介電常數(shù)并且增加天線結(jié)構(gòu)100的阻抗帶寬。在這些實(shí)施例中，電介質(zhì)常數(shù)為1或接近1是可取的?？蛇m用于在間隙中使用的物質(zhì)可以包括空氣和其它氣體，包括惰性氣體以及非導(dǎo)電的低介電常數(shù)材料。在一些實(shí)施例中，可以在間隙中提供真空。
[0018]在一些實(shí)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(dá)600um或更大變化，這取決于操作頻率。在一些實(shí)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(shí)施例中，間隔可以高達(dá)1毫米或更大，這取決于操作頻率。
[0019]在一些實(shí)施例中，接地層106可以包括接地層電介質(zhì)基板108上布置的導(dǎo)電材料。饋送線層110可以包括饋送線電介質(zhì)基板112上布置的導(dǎo)電材料。
[0020]在一些WiGig實(shí)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(hào)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(shí)施例中，天線結(jié)構(gòu)100可用于一個(gè)或多個(gè)WiGig信道內(nèi)毫米波頻率處的通信。毫米波頻率可以包括30GHz到高達(dá)300GHz的操作頻率。
[0021]在一些實(shí)施例中，輻射元件層102的圖案化導(dǎo)電材料可以被與氣隙層104相對地布置在輻射元件電介質(zhì)基板101上。在這些實(shí)施例中，氣隙層104的位置處未提供任何基板，并且適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料可用于放置輻射元件層102的導(dǎo)電材料。電介質(zhì)基板101可以是薄電介質(zhì)基板(例如，如果基板的兩側(cè)上都提供金屬則可以薄至60um，并且如果基板的一側(cè)上提供金屬則可薄至200um-400um)。
[0022]在圖1中所示出的一些實(shí)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(jié)構(gòu)100還可以包括其它層，包括如圖1中所示的其它電介質(zhì)基板。
[0023]圖2A-圖2E示出了根據(jù)一些實(shí)施例的、使用不同類型的間隔元件的圖1的天線結(jié)構(gòu)的一些層的側(cè)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(yù)定距離的間隔元件可以包括焊料球204A。在一些這樣的實(shí)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(yù)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(zhǔn)。這在下面將更詳細(xì)地描述。在一些實(shí)施例中，天線結(jié)構(gòu)100的一些另外的特征描述可以被執(zhí)行以在回流后調(diào)整焊料球204A的高