基于高分子复合微波介质的片式天线及其制备方法与流程

1.本发明涉及天线技术领域，特别是涉及一种基于高分子复合微波介质的片式天线及其制备方法。


背景技术：

2.微波介质陶瓷(mwdc)是指应用于微波频段(主要是uhf、shf频段，300mhz～300ghz)电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷，微波介质陶瓷作为一种新型电子材料，在现代通信中被用作谐振器、滤波器、介质基片、介质天线、介质导波回路等，广泛应用于微波技术的许多领域。微波介质天线具有小型化、高性能的特点，微型片式天线在智能手机和wlan中均得到广泛应用。目前为了实现各种通讯设备之间的网络互联和资源共享，蓝牙技术和wifi技术已被广泛应用于移动电话、汽车电话、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备等领域，微型片式天线也都发挥了至关重要的作用。
3.目前微型片式天线的制备大多是由低温共烧陶瓷(ltcc)工艺制备，设备投入大，生产效率低，材料成本高。另外，陶瓷片式天线也具有陶瓷制品普遍具有的缺点：易碎，不耐震动冲击。这些都限制了陶瓷片式天线在便携式电子设备中的应用。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于高分子复合微波介质的片式天线及其制备方法，用于解决现有技术中的微型片式天线制备工艺复杂、成本高，并且天线的机械性能和电性能稳定性较差等的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于高分子复合微波介质的片式天线的制备方法，所述制备方法至少包括：
6.提供高分子复合微波介质基板，所述基板包括高分子复合微波介质基体及贴敷于其上表面和下表面的第一金属层；
7.于所述高分子复合微波介质基板上形成贯通的通孔，所述通孔包括沿纵向阵列排布的第一通孔及沿横向阵列排布的第二通孔，沿纵向相邻的所述第一通孔与沿横向相邻的所述第二通孔形成一个重复单元；
8.于所述通孔的内壁电镀第二金属层；
9.刻蚀所述第一金属层，以于所述高分子复合微波介质基体的上表面和下表面分别形成上线路层、下线路层及电连接基片，所述上线路层包括至少一片顺次排布的金属基片，所述下线路层包括至少一片顺次排布的所述金属基片，所述上线路层和所述下线路层由所述第二通孔内的所述第二金属层顺次连接成螺旋电路层，所述螺旋电路层两端通过所述电连接基片与所述第一通孔内的所述第二金属层电连接；
10.沿横向方向在所述第一通孔的径向位置及沿纵向方向在所述第二通孔的径向位置切割所述高分子复合微波介质基板，以获得独立的片式天线的重复单元。
11.可选地，切割所述高分子复合微波介质基板之前还包括于所述高分子复合微波介
质基板的上表面及下表面印刷阻焊油墨的步骤。
12.可选地，切割所述高分子复合微波介质基板之前还包括于所述第一通孔的内壁及电连接基片镀防腐金属层的步骤。
13.可选地，所述防腐金属层的材料包括由镍、金及锡组成群组中的至少一种。
14.可选地，于所述通孔的内壁电镀第二金属层之前还包括对所述通孔金属化处理的步骤。
15.可选地，所述第一金属层的材料为铜，所述第二金属层的材料为铜，所述通孔的形状为圆形，所述高分子复合微波介质基体的介电常数在10ghz的测试频率下介于2.0～20之间，所述高分子复合微波介质基体的介质损耗在10ghz的测试频率下不大于0.01。
16.可选地，形成所述上线路层、下线路层及电连接基片的步骤包括：
17.于所述高分子复合微波介质基板的上表面及下表面分别贴干膜，然后曝光；
18.刻蚀所述第一金属层，以形成所述上线路层、下线路层及电连接基片；
19.去除所述干膜。
20.本发明还提供一种基于高分子复合微波介质的片式天线，所述片式天线至少包括：
21.高分子复合微波介质基体，所述高分子复合微波介质基体具有相对的上表面和下表面、相对的两第一侧面及相对的两第二侧面，其中，所述第一侧面及所述第二侧面上具有贯穿所述高分子复合微波介质基体的凹形槽；
22.螺旋电路层，所述螺旋电路层包括上线路层、下线路层及凹形导电柱，所述上线路层及所述下线路层分别形成于所述高分子复合微波介质基体的上表面和下表面，所述凹形导电柱形成于所述高分子复合微波介质基体的第一侧面的所述凹形槽的内壁上，所述上线路层包括至少一片顺次排布的金属基片，所述下线路层包括至少一片顺次排布的所述金属基片，所述上线路层和所述下线路层由所述凹形导电柱顺次连接成所述螺旋电路层；
23.电连接基片及凹形导电结点，所述凹形导电结点形成于所述高分子复合微波介质基体的第二侧面的所述凹形槽的内壁上，所述电连接基片形成于所述高分子复合微波介质基体的上表面和下表面，所述螺旋电路层两端通过所述电连接基片与所述凹形导电结点电连接。
24.可选地，所述高分子复合微波介质基板的上表面和下表面形成有覆盖所述上线路层、下线路层的绝缘组焊层。
25.可选地，所述凹形导电结点的表面形成有防腐金属层。
26.可选地，所述防腐金属层的材料包括由镍、金及锡组成群组中的至少一种。
27.可选地，所述螺旋电路层的材料为铜，所述电连接基片的材料为铜，所述凹形导电结点的材料为铜，所述凹形槽为半圆弧形槽，所述高分子复合微波介质基体的介电常数在10ghz的测试频率下介于2.0～20之间，所述高分子复合微波介质基体的介质损耗在10ghz的测试频率下不大于0.01。
28.如上所述，本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线及其制备方法，该方法利用高分子复合微波介质基体通过pcb工艺加工形成片式天线，相对于现有的ltcc(低温共烧陶瓷)工艺路线，工艺简单且适于大规模生产，成本低；另外，高分子复合微波介质较轻、韧性及防震性好，可有效提高片式天线的机械性能及电性能；再者，在端头部位采用打孔结
合切割工艺形成凹形的导电结点，在后续焊接过程中产生毛细现象，有效提高焊接的可靠性；另外，所述螺旋电路层的凹形导电柱及凹形导电结点位于片式天线的外侧边缘，最大限度的利用了高分子复合微波介质基体的有效面积，有助于实现元件的小型化。
附图说明
29.图1显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的爆炸图。
30.图2显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的螺旋电路层的结构示意图。
31.图3显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的结构示意图。
32.图4显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的制备过程中，形成通孔的示意图。
33.图5显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的制备过程中，形成上线路层的示意图。
34.图6显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的制备过程中，形成下线路层的示意图。
35.图7显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的制备过程中，切割线的切割方式示意图。
36.图8显示为本发明的基于高分子复合微波介质的片式天线的制备方法的步骤示意图。
37.元件标号说明
38.10
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高分子复合微波介质基板
39.11
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高分子复合微波介质基体
40.110
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凹形槽
41.12
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通孔
42.120
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第一通孔
43.121
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第二通孔
44.13
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重复单元
45.14
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螺旋电路层
46.140
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上线路层
47.141
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下线路层
48.142
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凹形导电柱
49.143
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金属基片
50.15
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电连接基片
51.16
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凹形导电结点
52.17
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绝缘阻焊层
53.18
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切割线
54.s1～s5
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步骤
具体实施方式
55.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
56.请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
57.功能高分子材料是目前材料科学研究的热点，高分子复合微波介质材料便是其中的佼佼者，迄今学术界产业界都在踊跃地对它进行研究开发。所谓高分子复合微波介质材料，由有机高分子材料填充无机微波介质材料复合而成。常见的高分子复合微波介质材料，包括ptfe树脂与陶瓷粉共混材料，ptfe树脂浸渍玻璃纤维布材料和碳氢树脂浸渍玻璃纤维布材料等。由不同介电常数的高分子复合微波介质材料压合铜箔，可以得到具有不同介电性能的高分子型高频微波基板。由于高分子型高频微波基板可以具有较高的介电常数(dk)，并且在高频下具有极低的介质损耗(df)，因此也适合应用于高频天线领域。表1为市面上常见的几种高分子型高频微波基板。
58.表1
[0059][0060]
实施例一
[0061]
基于上述高分子复合微波介质材料，本实施例提供一种基于高分子复合微波介质的片式天线的制备方法，该方法利用高分子复合微波介质基体通过pcb工艺加工形成片式天线，相对于现有的ltcc(低温共烧陶瓷)工艺路线，工艺简单且适于大规模生产，成本低；另外，高分子复合微波介质较轻、韧性及防震性好，可有效提高片式天线的机械性能及电性能；再者，采用打孔结合切割工艺形成凹形的导电结点，在后续焊接过程中产生毛细现象，有效提高焊接的可靠性；另外，所述螺旋电路层的凹形导电柱及凹形导电结点位于片式天线的外侧边缘，最大限度的利用了高分子复合微波介质基体的有效面积，有助于实现元件的小型化。
[0062]
所述片式天线的制备方法具体包括以下步骤：
[0063]
如图4及图8所示，首先进行步骤s1，提供高分子复合微波介质基板10，所述基板包括高分子复合微波介质基体及贴敷于其上表面和下表面的第一金属层。
[0064]
作为示例，所述第一金属层的材料可以为任意适合的金属导电材料，本实施例中所述第一金属层的材料选择为铜。
[0065]
作为示例，不限定所述第一金属层及所述高分子复合微波介质基体的厚度，根据
天线的具体要求进行设置，例如，本实施例中，选择所述高分子复合微波介质基体的厚度为0.51mm，选择所述第一金属层的厚度为0.018mm。
[0066]
作为示例，所述高分子复合微波介质基体的介电常数在10ghz的测试频率下介于2.0～20之间，所述高分子复合微波介质基体的介质损耗在10ghz的测试频率下不大于0.01。较佳地，所述高分子复合微波介质基体的介电常数在10ghz的测试频率下介于3.0～10之间，所述高分子复合微波介质基体的介质损耗在10ghz的测试频率下不大于0.005。更优地，所述高分子复合微波介质基体的介电常数在10ghz的测试频率下介于4.6～6.9之间，所述高分子复合微波介质基体的介质损耗在10ghz的测试频率下不大于0.003。
[0067]
如图4及图8所示，然后进行步骤s2，于所述高分子复合微波介质基板10上形成贯通的通孔12，所述通孔12包括沿纵向阵列排布的第一通孔120及沿横向阵列排布的第二通孔121，沿纵向相邻的所述第一通孔120与沿横向相邻的所述第二通孔121形成一个重复单元13。该重复单元13即为后续完成片式天线电路层后切割的最小单元，切割后就是单个的片式天线。
[0068]
作为示例，每个所述重复单元13中相对的两侧上的第一通孔120的数量及相对的两侧上的第二通孔121的数量不做限制，根据天线的具体要求设置，例如，本实施例中，每个所述重复单元13中相对的两侧上的第一通孔120的数量为1个及相对的两侧上的第二通孔121的数量为5个。每个所述重复单元13中相对的两侧上的第一通孔120的形状、大小及相对的两侧上的第二通孔121的形状、大小也不做限制，根据天线的具体要求设置，例如，本实施例中，每个所述重复单元13中相对的两侧上的第一通孔120的形状为圆形，直径为0.8mm及相对的两侧上的第二通孔121的形状为圆形，直径为0.3mm。
[0069]
作为示例，可以采用现有常规的打孔工艺形成所述通孔12，本实施例中选择采用机械钻孔形成所述通孔12。
[0070]
如图8所示，接着进行步骤s3，于所述通孔12的内壁电镀第二金属层。
[0071]
作为示例，于所述通孔12的内壁电镀第二金属层之前还包括对所述通孔12金属化处理的步骤。
[0072]
作为示例，所述第二金属层的材料可以为任意适合的金属导电材料，本实施例中所述第二金属层的材料选择为铜。本实施例中选择所述第二金属层的厚度介于10μm～20μm之间。
[0073]
如图2、图5、图6及图8所示，接着进行步骤s4，刻蚀所述第一金属层，以于所述高分子复合微波介质基体11的上表面和下表面分别形成上线路层140(如图5所示)、下线路层141(如图6所示)及电连接基片15，所述上线路层140包括至少一片顺次排布的金属基片143，所述下线路层141包括至少一片顺次排布的所述金属基片143，所述上线路层140和所述下线路层141由所述第二通孔121内的所述第二金属层顺次连接成螺旋电路层14，所述螺旋电路层14两端通过所述电连接基片15与所述第一通孔内的所述第二金属层电连接。
[0074]
作为示例，形成所述上线路层140、下线路层141及电连接基片15的步骤包括：
[0075]
于所述高分子复合微波介质基板10的上表面及下表面分别贴干膜，然后曝光；
[0076]
刻蚀所述第一金属层，以形成所述上线路层140、下线路层141及电连接基片15；
[0077]
去除所述干膜。
[0078]
作为示例，还包括于所述第一通孔120的内壁镀防腐金属层的步骤。防腐金属层可
以有效防止第一通孔120内的第二金属层被腐蚀且易于后续形成的凹形导电结点16的焊接。较佳地，所述防腐金属层的材料包括由镍、金及锡组成群组中的至少一种。
[0079]
作为示例，如果将片式天线的电连接基片15裸露在外，所以也需要对电连接基片15进行镀防腐金属层，以防止电连接基片15被腐蚀。当需要对电连接基片15镀防腐金属层时，可与在所述第一通孔120的内壁镀防腐金属层的步骤同时完成。
[0080]
如图3、图7及图8所示，最后进行步骤s5，沿横向方向在所述第一通孔120的径向位置及沿纵向方向在所述第二通孔121的径向位置切割所述高分子复合微波介质基板，如图7中的切割线18所示，以获得独立的片式天线的重复单元。切割结束后即可得到如图3所示的片式天线，此时，所述第二通孔121内的所述第二金属层被切割为凹形且作为片式天线的凹形导电柱142，所述上线路层140和所述下线路层141由该凹形导电柱142顺次连接成螺旋电路层14，所述第一通孔120内的所述第二金属层被切割为凹形且作为片式天线的凹形导电结点16，所述螺旋电路层14两端通过所述电连接基片15与该凹形导电结点16电连接。
[0081]
通过该步骤的切割工艺，所述凹形导电结点16形状整体为内凹形，当在后续的焊接过程中可产生毛细现象，可有效提高焊接的可靠性；另外可使所述螺旋电路层整个缠绕在所述高分子复合微波介质基体11的外表面，所述螺旋电路层的凹形导电柱142及凹形导电结点16位于片式天线的外侧边缘，有效增大片式天线的有效面积，有助于实现元件的小型化。
[0082]
如图1所示，作为示例，切割所述高分子复合微波介质基板10之前还包括于所述高分子复合微波介质基板10的上表面及下表面印刷阻焊油墨的步骤，以在所述高分子复合微波介质基板10的上表面及下表面形成绝缘阻焊层17，以防止螺旋电路层14被腐蚀及与外界的电绝缘。当所述电连接基片15需要裸露在外时，所述绝缘阻焊层17不覆盖所述电连接基片，但所述电连接基片15上可电镀防腐金属层，以防止其被腐蚀。
[0083]
实施例二
[0084]
本实施例提供一种基于高分子复合微波介质的片式天线，该片式天线可以采用上述实施例一的制备方法制备，但不限于实施例一所述的制备方法，只要能形成本片式天线的结构即可。该基于高分子复合微波介质的片式天线所能达到的有益效果可请参见实施例一，以下不再赘述。
[0085]
如图1至图3所示，所述片式天线至少包括：
[0086]
高分子复合微波介质基体11，所述高分子复合微波介质基体11具有相对的上表面和下表面、相对的两第一侧面及相对的两第二侧面，其中，所述第一侧面及所述第二侧面上具有贯穿所述高分子复合微波介质基体11的凹形槽110；
[0087]
螺旋电路层14，所述螺旋电路层14包括上线路层140、下线路层141及凹形导电柱142，所述上线路层140及所述下线路层141分别形成于所述高分子复合微波介质基体11的上表面和下表面，所述凹形导电柱142形成于所述高分子复合微波介质基体11的第一侧面的所述凹形槽110的内壁上，所述上线路层140包括至少一片顺次排布的金属基片143，所述下线路层141包括至少一片顺次排布的所述金属基片143，所述上线路层140和所述下线路层141由所述凹形导电柱142顺次连接成所述螺旋电路层14；
[0088]
电连接基片15及凹形导电结点16，所述凹形导电结点16形成于所述高分子复合微波介质基体11的第二侧面的所述凹形槽110的内壁上，所述电连接基片15形成于所述高分
子复合微波介质基体11的上表面和下表面，所述螺旋电路层14两端通过所述电连接基片15与所述凹形导电结点16电连接。
[0089]
作为示例，所述高分子复合微波介质基板10的上表面和下表面形成有覆盖所述上线路层140、下线路层141的绝缘组焊层17。
[0090]
作为示例，所述凹形导电结点16的表面形成有防腐金属层。所述防腐金属层的材料包括由镍、金及锡组成群组中的至少一种。
[0091]
作为示例，所述螺旋电路层14的材料为铜，所述电连接基片15的材料为铜，所述凹形导电结点16的材料为铜，所述凹形槽110为半圆弧形槽，所述高分子复合微波介质基体11的介电常数在10ghz的测试频率下介于2.0～20之间，所述高分子复合微波介质基体11的介质损耗在10ghz的测试频率下不大于0.01。
[0092]
综上所述，本发明提供一种基于高分子复合微波介质的片式天线及其制备方法，该方法利用高分子复合微波介质基体通过pcb工艺加工形成片式天线，相对于现有的ltcc(低温共烧陶瓷)工艺路线，工艺简单且适于大规模生产，成本低；另外，高分子复合微波介质较轻、韧性及防震性好，可有效提高片式天线的机械性能及电性能；再者，采用打孔结合切割工艺形成凹形的导电结点，在后续焊接过程中产生毛细现象，有效提高焊接的可靠性；另外，所述螺旋电路层的凹形导电柱及凹形导电结点位于片式天线的外侧边缘，最大限度的利用了高分子复合微波介质基体的有效面积，有助于实现元件的小型化。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0093]
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。