天线模块及其制造方法、电子装置与流程

1.本发明有关一种天线模块，尤指一种具有反射件的天线模块及其制造方法暨电子装置。


背景技术：

2.随着电子产业的蓬勃发展，电子产品也逐渐迈向多功能、高性能的趋势。目前无线传输通讯技术已广泛应用于各式各样的消费性电子产品。于现有具备天线的电子产品中，为了使天线的定向性更佳，通常会配置反射件(reflector)。
3.图1为现有电子装置1的剖面示意图。该电子装置1包括一配置有反射件15的电路板(pcb)1b，以及一经由多个焊锡球16安装于该电路板1b上的天线模块1a。该天线模块1a包括一结合该些焊锡球16的线路结构10、配置于该线路结构10上且电性连接该线路结构10的射频芯片(图未示)、一包覆该射频芯片的封装层13、及设于该封装层13外表面的贴片型天线(patch antenna)14。该反射件15的位置对应该贴片型天线14的位置，且该线路结构10采用线路重布层(redistribution layer，简称rdl)制程进行布线，其设有共面波导(coplanar waveguide，简称cpw)并提供天线接地功能。
4.现有电子装置1中，由于该反射件15设置在该贴片型天线14下方的电路板1b的上表面处，使得该贴片型天线14的相关参数(如阻抗匹配、带宽、方向特性等)需配合该贴片型天线14与该反射件15之间的距离d及共面波导与该反射件15的高度h(也就是焊锡球16的可靠高度h)。
5.然而，在安装该天线模块1a至该电路板1b的过程中，常于控制该焊锡球16的高度尺寸遇到困难，导致无法有效控制该距离d，故该贴片型天线14的电性参数的误差往往会超出合理范围。
6.此外，该天线模块1a经由该焊锡球16固接于该电路板1b上，将受限于该焊锡球16的可靠度，即该焊锡球16的可靠高度h限定该距离d。例如，该焊锡球16的体积及高度的平均值与公差控制不易。详言之，当该焊锡球16的体积平均值偏小或高度平均值偏低时，不利于支撑该天线模块1a；反之，当该焊锡球16的体积平均值偏大或高度平均值偏高时，相邻两焊锡球16容易发生桥接(bridge)现象而造成短路，且该焊锡球16所排列成的栅状阵列(grid array)容易产生共面性(co-planarity)不良，导致接点应力(stress)不平衡而容易造成该天线模块1a受损。因此，该焊锡球16的尺寸不易控制，因而该贴片型天线14的带宽将受限于该焊锡球16的可靠高度h，致使难以设计其它带宽。
7.另外，由于该电路板1b的布设空间有限，故在该电路板1b上配置该反射件15，将限缩其它功能元件的布设空间，因而不利于增加该电子装置1的功能，导致该电子装置1难以满足多功能的需求。
8.因此，如何克服上述现有技术的种种问题，实已成为目前业界亟待克服的课题。


技术实现要素：

9.有鉴于现有技术的问题，本发明提供一种天线模块及其制造方法、电子装置，以利于天线元件与反射件之间的距离设计。
10.本发明的天线模块，包括：承载结构，其具有相对的第一侧与第二侧；电子元件，其设于该承载结构的该第一侧上并电性连接该承载结构；天线元件，其设于该承载结构的该第一侧上；封装层，其设于该承载结构的该第一侧上，用以包覆该电子元件与该天线元件；天线部，其设于该封装层上并通讯连接该天线元件；以及反射件，其设于该承载结构的该第二侧上并通讯连接该天线元件。
11.本发明还提供一种天线模块的制造方法，步骤包括：提供一承载结构，该承载结构具有相对的第一侧与第二侧；于该承载结构的该第一侧上设置电子元件与天线元件，且该电子元件与该天线元件电性连接该承载结构；于该承载结构的该第一侧上形成封装层，其中该封装层包覆该电子元件与该天线元件；于该承载结构的该封装层上设置天线部，且该天线部通讯连接该天线元件；以及于该承载结构的该第二侧上设置一通讯连接该天线元件的反射件。
12.前述的天线模块及其制造方法中，该天线元件具有电性连接该承载结构并通讯连接该天线部的天线层，该天线部包括一通讯连接该天线元件的天线本体，且该天线本体的位置及该反射件的位置对应该天线元件的位置，以及该承载结构配置有共面波导。
13.前述的天线模块及其制造方法中，该反射件经由结合层结合至该承载结构的第二侧上。
14.前述的天线模块及其制造方法中，该反射件配置于中介板上，并经由将该中介板结合至该承载结构的该第二侧上。
15.本发明还提供一种电子装置，包括：电路板；以及前述的天线模块，其中该天线模块的该承载结构的该第二侧经由多个导电元件堆叠于该电路板上。
16.由上可知，本发明的天线模块及其制造方法暨电子装置，主要经由将该反射件设于该承载结构的第二侧上，使得天线参数的距离可由该天线模块的封装制程决定，而无需考虑现有焊锡球(或本发明的该导电元件)的高度的尺寸，故相比于现有技术，本发明的天线部的电性参数的误差可控制于合理范围内。
17.此外，由于本发明的天线部的带宽为取决于该天线元件与该反射件之间的距离，故相比于现有技术，即使现有焊锡球(或本发明的该导电元件)的高度改变，天线部的带宽也不会随之改变。
18.另外，基于该电路板的布设空间有限的因素，经由将该反射件设于该承载结构的第二侧上，该电路板无需考虑该反射件的配置，故相比于现有技术，本发明的电子装置的电路板能依需求增设其它功能元件的布设空间，以利于增加该电子装置的功能，使该电子装置能满足多功能的需求。
附图说明
19.图1为现有电子装置的剖面示意图。
20.图2为根据本发明一实施例所述的天线模块的剖面示意图。
21.图3a至图3e为根据本发明一实施例所述的天线模块的制造方法的剖面示意图。
22.图4为根据本发明一实施例所述的电子装置的剖面示意图。
23.图5为根据本发明另一实施例所述的天线模块的剖面示意图。
24.图6为根据本发明另一实施例所述的电子装置的剖面示意图。
25.附图标记说明
26.1、3a、3b:电子装置
27.1a、2、3:天线模块
28.1b、2b:电路板
29.10:线路结构
30.13、23:封装层
31.14:贴片型天线
32.15、25:反射件
33.16:焊锡球
34.2a:天线结构
35.20:承载结构
36.20a:第一侧
37.20b:第二侧
38.200:绝缘层
39.201:线路层
40.21:电子元件
41.21a:作用面
42.21b:非作用面
43.210、220、350:导电凸块
44.22:天线元件
45.22a:天线层
46.24:天线部
47.24a:天线本体
48.24b:包覆体
49.240:介电层
50.242:绝缘保护层
51.250:结合层
52.35:中介板
53.35a:第一表面
54.35b:第二表面
55.9:支撑件
56.90:胶层
57.a:第一区域
58.b:第二区域
59.d、h:距离
60.h:高度
61.p1、p2:垂直投影面积
62.t1、t2:厚度。
具体实施方式
63.以下经由特定的具体实施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示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
64.须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等的用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。
65.图2为根据本发明一实施例所述的天线模块的剖面示意图。如图2所示，天线模块2至少包括：一承载结构(carrier chip)20、一电子元件21、一天线元件22、一封装层23、一天线部24以及一反射件25。
66.承载结构20具有相对的第一侧20a与第二侧20b。
67.电子元件21设置于该承载结构20的第一侧20a上并电性连接该承载结构20。
68.天线元件22也设置于该承载结构20的第一侧20a上，且该天线元件22与该电子元件21分开配置。
69.封装层23设置于该承载结构20的第一侧20a上，并包覆该电子元件21与该天线元件22。
70.天线部24具有被绝缘材所包覆的天线本体24a，设置于该封装层23上，并通讯连接该天线元件22。
71.反射件25设置于该承载结构20的第二侧20b上并通讯连接该天线元件22。
72.根据本发明一实施例，本发明的天线模块2主要经由将该反射件25设于该承载结构20的第二侧20b上，使得天线参数的距离(即该天线元件22与该反射件25之间的距离h)可由该天线模块2的封装制程决定，而无需考虑现有焊锡球(如图2所示的导电元件26)的高度h的尺寸，故相比于现有技术，本发明的天线部24的天线本体24a的电性参数的误差可控制于合理范围内。
73.此外，由于天线部24的天线本体24a的带宽为取决于该天线元件22与该反射件25之间的距离h，故相比于现有技术，即使焊锡球的高度h改变，天线本体24a的带宽也不会随之改变。
74.图3a至图3e为根据本发明一实施例所述的天线模块的制造方法的剖面示意图。
75.如图3a所示，一承载结构20设置于一支撑件9上。该承载结构20具有相对的第一侧20a与第二侧20b，该承载结构20经由第二侧20b与该支撑件9结合，且该第一侧20a定义有相邻接的第一区域a与第二区域b。此外，该承载结构20的第一侧20a的第一区域a上设置有至少一电子元件21，而于该承载结构20的第一侧20a的第二区域b上设置有至少一天线元件22，使该天线元件22与该电子元件21分开配置。
76.于本实施例中，该承载结构20更包括绝缘层200及至少一形成于该绝缘层200上的线路层201，如至少一扇出(fan out)型重布线路层(redistribution layer，简称rdl)。此外，该线路层201的材料为铜，而该绝缘层200的材料可为如聚对二唑苯(polybenzoxazole，简称pbo)、聚酰亚胺(polyimide，简称pi)、预浸材(prepreg，简称pp)等的介电材料。
77.此外，该支撑件9可为半导体材料(如硅或玻璃)的板体，其上形成有一胶层90，使该承载结构20粘贴于该胶层90上。
78.另外，该电子元件21可为主动元件(例如半导体芯片等)、被动元件(例如电阻、电容及电感等)或其二者组合。例如，当该电子元件21为半导体芯片时(如射频芯片(radio frequency integrated circuits，简称rfid))，其具有相对的作用面21a与非作用面21b，该电子元件21经由多个如焊锡材料的导电凸块210以覆晶方式设置于该线路层201上并电性连接该线路层201；或者，该电子元件21也可经由多个焊线(图未示)以打线方式电性连接该线路层201；抑或，该电子元件21可直接接触该线路层201。然而，有关该电子元件21电性连接该承载结构20的方式不限于上述。
79.另外，该天线元件22为半导体元件，其具有天线层22a。例如，当该天线元件22为芯片规格时，其天线层22a经由多个如焊锡材料的导电凸块220以覆晶方式设于该线路层201上并电性连接该线路层201；或者，该天线元件22的天线层22a可经由多个焊线(图未示)以打线方式电性连接该线路层201；抑或，该天线元件22的天线层22a可直接接触该线路层201。然而，有关该天线元件22的天线层22a电性连接该承载结构20的方式不限于上述。
80.如图3b所示，将一封装层23形成于该承载结构20的第一侧20a上，且该封装层23包覆该电子元件21与该天线元件22。
81.于本实施例中，该封装层23为绝缘介电材，如abf(ajinomoto build-up film)、感光型树脂、聚酰亚胺(polyimide，简称pi)、双马来酰亚胺三嗪(bismaleimide triazine，简称bt)、fr5的预浸材
82.(prepreg，简称pp)、干膜(dry film)、环氧树脂(epoxy)、模压树脂(molding compound)、模压环氧树脂(epoxy molding compound，简称emc)或其它适当材料，其可用压合(lamination)或模压(molding)的方式形成于该承载结构20的第一侧20a上。
83.如图3c所示，一天线部24形成于该封装层23上，且该天线部24包括一形成于该封装层23上的介电层240及一形成于该介电层240上的天线本体24a。
84.于本实施例中，该天线本体24a可为贴片型天线(patch antenna)，其粘贴于该介电层240上。于其它实施例中，也可采用如电镀、化学镀膜、物理气相沉积、溅镀(sputtering)或其它适当方式形成金属层，以作为该天线本体24a。
85.此外，该天线本体24a与该天线层22a相互通讯连接(如信号感应耦合方式)。例如，该天线本体24a的位置对应该天线元件22的位置，即两者于该第一侧20a的第二区域b内上下对齐。
86.另外，该封装层23与该介电层240可为相同或相异材料，并无特别限制。
87.如图3d所示，该天线部24可依需求包括一覆盖该天线本体24a的绝缘保护层242，并移除该支撑件9及其上的胶层90，以外露出该承载结构20的第二侧20b。
88.于本实施例中，该胶层90可为离形膜，以利于移除该支撑件9。
89.此外，该绝缘保护层242为介电材料，其形成于该介电层240上，故该绝缘保护层
242与该介电层240可视为一体，供作为一包覆体24b，以包覆该天线本体24a。
90.如图3e所示，至少一通讯连接该天线元件22的反射件(reflector)25设置于该承载结构20的第二侧20b上，以令该天线元件22、天线部24与反射件25作为天线结构2a，且令该承载结构20的部分线路层201作为该天线结构2a的共面波导(coplanar waveguide，简称cpw)，部分线路层201为连接该电子元件21与天线层22a的接地线路，以提供该天线结构2a接地功能。
91.于本实施例中，该反射件25与该天线层22a相互信号感应耦合。例如，该反射件25的位置对应该天线元件22的位置，即两者相对于该第一侧20a呈上下对齐。
92.此外，该反射件25经由一结合层250结合至该承载结构20的第二侧20b上。例如，该反射件25为金属片体，且该结合层250为胶膜，如芯片粘结薄膜(die attach film，简称daf)。
93.或者，如图5所示的天线模块3，该反射件25也可配置于一中介板35上，以经由该中介板35结合至该承载结构20的第二侧20b上，使该反射件25设于该承载结构20的第二侧20b上。例如，该中介板35具有相对的第一表面35a与第二表面35b，该中介板35经由多个如焊锡材料的导电凸块350堆叠于该承载结构20的第二侧20b上，且该反射件25可采用电镀、化学镀膜、物理气相沉积、溅镀(sputtering)或其它适当方式形成于该中介板35的第二表面35b上。应可理解地，经由将该反射件25设于该中介板35的第二表面35b上，使该反射件25与设有共面波导的承载结构20之间的距离较远，借此得到更好的共振效果。
94.较佳者，该中介板35为半导体结构体，如硅芯片，其尺寸与构造可依需求采用该天线元件22的尺寸与构造，即两者均为芯片规格，以利于制作该中介板35及节省制作成本。应可理解地，该反射件25可依需求电性连接或未电性连接该中介板35内的线路。
95.由于该反射件25设置于天线元件22下方的承载结构20的第二侧20b处，故该天线结构2a(或该天线本体24a)的相关参数(如阻抗匹配、带宽、方向特性等)配合该天线元件22及共面波导与该反射件25之间的距离。
96.另外，如图3e所示，由于该反射件25相对于该承载结构20的第一侧20a的垂直投影面积p1大于该天线本体24a相对于该承载结构20的第一侧20a的垂直投影面积p2，使该反射件25能有效反射来自该天线本体24a经由该天线元件22的信号，如此将可提升该天线本体24a的信号定向性，进而使该天线本体24a的辐射方向能朝理想方向。
97.另外，可于该承载结构20的第二侧20b上植设多个如焊锡球的导电元件26，其电性连接该承载结构20的线路层201，以供该天线模块2经由该些导电元件26外接其它物件。例如，接续图3e所示的制程，该天线模块2经由导电元件26结合至一电路板2b上，以获取如图4所示的电子装置3a，其中，该反射件25位于该承载结构20的第二侧20b与该电路板2b之间，且该反射件25未接触该电路板2b。应可理解地，若接续图5所示的制程，将获取如图6所示的电子装置3b。
98.因此，本发明的电子装置3a、3b，主要经由将该反射件25设于该承载结构20的第二侧20b上，以令用以配合天线参数的距离h可由该天线模块2、3的封装制程决定，而无需考虑该导电元件26的高度h(即无需考虑将该天线模块2、3安装至该电路板2b上的过程)。进一步，本发明的天线模块2、3于制作过程中，因该承载结构20与封装层23不易变形而极易控制两者厚度t1、t2，因而能有效控制该天线元件22与该反射件25之间的距离h，故相比于现有
技术，该天线结构2a(或该天线本体24a)的电性参数的误差不会超出合理范围。
99.应可理解地，由于该介电层240与该结合层250的厚度易于控制，且该中介板35属于硬质结构而不易变形，甚至于该导电凸块220、350的体积极小，故该介电层240、该结合层250、该中介板35与该导电凸块220、350均难以变动该天线元件22与该反射件25之间的距离h。
100.此外，由于该天线结构2a(或该天线本体24a)的带宽由该天线元件22与该反射件25之间的距离h所决定，故经由将该反射件25设于该承载结构20的第二侧20b上，即使该天线模块2、3为通过该导电元件26(如焊锡材)固接于该电路板2b上，该导电元件26的焊锡结构特性也不会改变该天线元件22与该反射件25之间的距离h。因此，不论该导电元件26的高度h尺寸设计是否符合可靠高度，该导电元件26都不会限制该天线结构2a(或该天线本体24a)的带宽的设计。
101.另外，基于该电路板2b的布设空间有限的因素，经由将该反射件25设于该承载结构20的第二侧20b上，该电路板2b无需考虑该反射件25的配置，故相比于现有技术，本发明的电子装置3a、3b的电路板2b能依需求增设其它功能元件的布设空间，以利于增加该电子装置3a、3b的功能，使该电子装置3a、3b能满足多功能的需求。
102.另外，本发明还提供一种电子装置3a、3b，其包括：一电路板2b以及一堆叠于该电路板2b上的天线模块2、3
103.天线模块2、3以其承载结构20的第二侧20b经由多个导电元件26堆叠于该电路板2b上，且该反射件25未接触该电路板2b。
104.于一实施例中，该多个导电元件26为焊锡球。
105.于一实施例中，该多个导电元件26电性连接该电路板2b与该承载结构20的线路层201。
106.综上所述，本发明的天线模块及其制造方法暨电子装置，经由将反射件设于承载结构的第二侧上的设计，以增加该反射件与具有共面波导的承载结构及该天线元件之间的距离，因而能得到更好的共振效果。
107.此外，本发明因无需将该反射件设于电路板上，因而能避免限制该电路板的布局设计，故本发明的电子装置的应用能更广泛。
108.上述实施例仅用以例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修改。因此本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。