TWI880325B - 具有可替換天線單元的天線陣列 - Google Patents

Abstract

一種天線結構包括一第一基板和一第二基板。該第一基板包括：一半導體晶片，其經配置以傳輸或接收一第一射頻(Radio-frequency，RF)訊號；一第一接地層，其經配置以向該半導體晶片提供接地；及一訊號層，其置於該第一基板與該半導體晶片相對的一側上，並經配置以傳輸該第一RF訊號。該第二基板具有由多個天線單元形成的一天線陣列，該等天線單元中的每一者包括：一第一天線層，其經配置以基於該第一RF訊號來輻射該第二RF訊號；一第二接地層，其經配置以向該第一天線層提供接地。該天線裝進一步包括複數個連接件，其將該半導體晶片電耦合到該天線陣列。

Description

具有可替換天線單元的天線陣列

本發明有關一種天線裝置，更具體地，係有關一種具有可替換天線單元的天線陣列。

無線傳輸技術發展迅速，廣泛應用於現代固定式和可攜式的傳輸設備。隨著追求性能的提高而增加無線傳輸的傳輸頻寬和頻率，而裝置的尺寸需要減小，其無可避免的會產生更高的製造及維護成本。在各種技術中，天線陣列或陣列天線是已被研究以提供高速和長距離傳輸裝置的有前景的參與者之一。然而，由於天線陣列已經發展多年，仍然存在許多挑戰需要克服，例如大尺寸天線陣列在組裝和故障排除過程中的成本仍然較高。因此，需要開發新的架構來滿足現代天線陣列的要求。

根據本發明的實施例，一天線結構包括一第一基板及一第二基板。該第一基板包括：一半導體晶片，其經配置以傳輸或接收一第一射頻（Radio-frequency，RF）訊號；一第一接地層，其經配置以向該半導體晶片提供接地；及一訊號層，其置於該第一基板與半導體晶片相對的一側部上，並經配置以傳輸該第一RF訊號。該第二基板具有由多個天線單元形成的一天線陣列，該等天線單元中的每一者包括：一第一天線層，其經配置以基於該第一RF訊號來輻射該第二RF訊號；一第二接地層，其經配置以向第一天線層提供接地。該天線裝置進一步包括複數個連接件，其將該半導體晶片電耦合到該天線陣列。

根據本發明的實施例，一天線結構包括一第一基板及一第二基板。該第一基板包括：一半導體晶片，其置於該第一基板的一第一側上，並經配置以接收或傳輸一第一射頻（RF）訊號；複數個第一絕緣層；及複數個與第一絕緣層交替配置的第一導電層，該等第一導電層包括一訊號層，其置於第一基板與第一側相對的一第二側上，並且經配置以接收第一RF訊號。該第二基板電耦合到該第一基板並具有一陣列的天線單元，其中該等天線單元中的每一者包括：複數個第二絕緣層；及複數個與第二絕緣層交替配置的第二導電層。該等第二導電層包括一第一天線層，其經配置以基於該第一RF訊號來輻射該第二RF訊號。

透過所提出的天線陣列結構，天線單元和RF電路提供在單獨的基板中並接合以形成整合的天線裝置。能夠降低製造大尺寸天線的複雜度，並能夠降低天線陣列的製造和維護成本。還可提高天線的可靠性。

本申請主張於2022年9月2日申請的美國臨時專利申請號第63/374,508號的優先權，其全部內容透過引用併入本申請案供參考。

以下揭露內容提供許多不同的實施例或實例，用於實施所提供的專利標的的不同特徵。以下描述的組件及配置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅為示例而非限制性。例如，在以下描述中，在一第二特徵件上方或其上形成的一第一特徵件可包括其中第一及第二特徵件形成為直接接觸的實施例，也可包括其中可在第一與第二特徵之間形成附加特徵件的實施例，使得第一及第二特徵可不直接接觸。此外，本發明可在各種實例中重複參考數字及/或字母。此重複是為了簡化及更清楚，且其本身並不規定所討論的各種實施例及/或組態之間的關係。

此外，為了便於描述，本文可使用諸如「下面」、「下方」、「下」、「上方」、「上」等空間相關術語，用來描述在圖式中所示一元件或特徵件與另外（多個）元件或（多個）特徵件的關係。除了附圖中描繪的定向之外，空間相關術語旨在涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。設備可為其他方式定向（旋轉90度或其他定向），且本文中所使用的空間相關描述符同樣可相應地解釋。

儘管已闡明本發明的廣泛範圍的數值範圍及參數是近似值，但還是盡可能精準地報告具體示例中提出的數值。然而，任何數值都固有地含有某些誤差，這些誤差必然是由在相應測試測量中常態地發現的偏差所導致。而且，如本文所用，術語「約」、「實質」或「實質上」通常指在一特定值或範圍的10%、5%、1%或0.5%以內。替代上，用語「約」、「實質」或「實質上」是指當熟習該項技藝者考慮時在平均值的一可接受標準誤差內。除了在操作/工作示例中，或除非另有明確規定，所有數值範圍、數量、值及百分比，例如那些本文公開的材料數量、持續時間、溫度、操作情形、數量比率等，應理解為在所有情況下由術語「約」、「實質」或「實質上」修飾。因此，除非另有說明，否則本發明及所附請求項中提出的數值參數是可以根據需要變化的近似值。至少，每一數值參數都應至少根據報告的有效數字的數量並藉由應用普通的捨入技術來解釋。範圍在本文中可表示為從一端點到另一端點或介於兩端點之間。除非另有說明，否則本文揭露的所有範圍包括端點。

如本文所使用，術語「連接」可解釋為「電連接」，並且術語「耦合」也可解釋為「電耦合」。「連接」和「耦合」也可用於指出兩或多個元件彼此協作或交互作用。

本發明的實施例討論一種用於可攜和行動應用的天線陣列結構。人們見證了行動通訊市場的快速增長，以及農業、醫療、教育等領域對將通訊能力融入到現有設備中的巨大需求，以便將世界不同主體用有效的方式更緊密地連接起來。無線通訊的傳輸頻寬和時延需要進一步提高，且天線設計還應滿足增強天線性能和可接受的天線尺寸的要求。為了滿足對天線不斷增長的需求，本發明提出了天線陣列結構以提供具有各自訊號特性的不同類型的傳輸訊號。例如，天線陣列可以配置為傳輸和接收一發射訊號波束，發射訊號波束具有由天線陣列的各個天線單元提供的各種天線訊號的建設性干擾。然而，隨著天線單元數量的增加，由於天線性能對天線基板的均勻性或基板平坦度很敏感，因此製造成本和複雜性將快速增加。如果一個以上的天線單元發生故障，大面積天線陣列的維修和維護將是一項挑戰，因為這需要大量的工作。此外，現有的天線架構使得難以針對不同的天線應用在不同尺寸之間縮放天線陣列。另外，現有的單基板天線設計需要一高性能的基板材料用於天線裝置的整個電路，從而不可避免地大大增加了成本。此外，現有天線架構中的極化間(cross-polarization)干擾仍需降低。

為了解決上述問題，本發明提出一種雙基板天線陣列，其中天線裝置分為一電路基板以及一天線基板。電路基板和天線基板由不同的基板材料形成，從而能夠以合理的成本實現對天線基板的基板平坦度的較高要求。此外，構成天線陣列中的每一者天線單元可根據需要單獨更換和維修，這明顯減少了維護天線基板上的天線陣列的工作量和成本。從而能夠明顯降低天線陣列的製造、維護成本以及複雜度。

圖1為根據本發明的一些實施例之一天線裝置100的剖面圖。根據一些實施例，從一俯視角度看，天線裝置100包括由複數個天線單元300形成的一天線陣列330。天線裝置100可用於各種應用，例如，第五代（5G）通訊系統或更高版本的行動通訊、衛星通訊、虛擬實境（Virtual-reality，VR）系統、擴增實境（Augmented-reality，AR）系統等。天線裝置100可在一預定頻率下工作，例如18GHz、28GHz的頻帶或其他合適頻帶。根據一些實施例，天線裝置100配置為無線發射器，用於生成RF信號，並通過天線裝置100的天線貼片將RF信號輻射到周圍環境。該RF信號還可以在經天線裝置100向外輻射之前，由該無線發射器進行處理或傳送。根據一些其他實施例，天線裝置100配置為無線接收器，用於通過天線裝置100的天線貼片從周圍環境接收RF信號。該RF信號可以從天線貼片接收之後被處理或傳送。無線接收器對RF信號傳輸和處理的順序可以與無線發射器的RF信號傳輸和處理的順序相反。

根據一些實施例，天線裝置100包括一電路基板110和一天線基板120。電路基板110電接合到天線基板120，並經配置以產生射頻（RF）訊號並將其傳輸到天線基板120。根據一些實施例，電路基板110為一具有疊層結構的印刷電路板（Printed Circuit Board，PCB）。如圖1所示，電路基板110包括複數個絕緣層201及複數個導電層202、204、206、208、210、212、214、216、218和220。絕緣層201與導電層202、204、206、208、210、212、214、216、218和220交替配置。根據一些實施例，該等絕緣層201中的每一者包括一電絕緣材料或一介電質材料，例如FR-4、聚四氟乙烯（PTFE或鐵氟龍）、一聚合物材料等。根據一些實施例，FR-4材料是由玻璃纖維和環氧樹脂形成，其中符號「FR」表示材料是阻燃劑且數字「4」表示編織玻璃增強環氧樹脂。根據一些實施例，該等導電層202、204、206、208、210、212、214、216、218和220中的每一者是由一導電材料形成，例如銅、鋁、鎢、銀和金。導電層202、204、206、208、210、212、214、216、218和220可為一箔片形式，其係與絕緣層201層壓以構成電路基板110。

根據一些實施例，絕緣層201中的一些層（例如，絕緣層201A）鄰近承載低頻或直流（Direct-current，DC）訊號的導電層210、212、214、216、218和220，且絕緣層201A由一低頻介電質材料形成，例如FR-4材料，足以滿足低頻訊號的需要且能夠降低材料成本。此低頻絕緣層201A能夠提供低頻或直流（DC）訊號的傳輸，例如訊號的頻率不大於約10 MHz的控制訊號。此外，根據一些實施例，絕緣層201中的一些其他層（例如絕緣層201B）鄰近承載高頻RF訊號的導電層202、204、206和208，且絕緣層201B由一高頻介電質材料形成，例如一烴基或以PTFE為主的材料，其能夠針對頻率高達約40 GHz的RF訊號提供低損耗傳輸特性。

根據一些實施例，諸如導電跡線和接地貼片的電路圖案係被圖案化在導電層202、204、206、208、210、212、214、216、218和220上。圖案化操作可包括微影和蝕刻操作。此外，在絕緣層201中形成一或多個導電通孔，例如一最底部絕緣層201中所示的一示例性導電通孔203。導電通孔203可延伸通過絕緣層201的厚度，以將上覆導電層202至218電連接到下方導電層204至220。根據一些實施例，導電通孔203包括一導電材料，例如銅、鎢、鋁、銀、金等。

作為一示例性製程，藉由蝕刻延伸通過絕緣層201以到達並暴露下方導電層202至218中的一電路圖案，來形成導電通孔203。在通孔中沉積一導電材料以填充通孔，從而形成導電通孔203並電連接到下方的電路圖案。

參考圖1，電路基板110包括一半導體晶片112。半導體晶片112可接合或附著到電路基板110的一第一側（下側）或導電層202。根據一些實施例，半導體晶片112形成為一半導體晶粒，並且經配置以產生、傳輸、接收或處理一或多個通訊訊號，例如一對RF訊號RF1A和RF2A。RF訊號RF1A和RF2A可以包括彼此獨立的調變數據訊號。半導體晶片112可形成包括一訊號產生器、一基帶調變器/解調器、一類比訊號轉換器、一中頻（Intermediate Frequency，IF）訊號產生器、一RF升頻器/降頻器、一混頻器、一通帶濾波器、一記憶體裝置、一網路介面等中的一或多者。

根據一些實施例，電路基板110進一步包括複數個連接件114，其將半導體晶片112電連接到導電層202。連接件114可包括一由鉛基材料形成的焊料材料，諸如Sn、Pb、Ni、Au、Ag、Cu、Bi、其組合、或其他導電材料的混合物。根據一些其他實施例，連接件114包括一無鉛材料。連接件114可包括配置為接觸凸塊的導電凸塊，諸如受控塌陷晶片連接（C4）凸塊、球柵陣列（Ball Grid Array，BGA）凸塊或微凸塊。

導電層202至220中的每一者可經配置以提供不同的功能並且可包括不同的電路圖案。根據一些實施例，導電層202配置為一介面層，所述介面層經配置以將半導體晶片112電連接到上覆導電層204至220。根據一些實施例，電路基板110進一步包括一或多個表面安裝裝置（未單獨示出），其置於導電層202與半導體晶片112相鄰的第一側上。表面安裝裝置可包括電阻器、電容器、電感器、二極體等。表面安裝裝置經配置以改善半導體晶片112的電特性，例如抑制雜訊或穩定半導體晶片112中的電壓位準或電流位準。

根據一些實施例，導電層204、208、212和218包括一或多個接地貼片，其配置為接地層，用於向電路基板110的電路（例如，半導體晶片112、導電層202、206、210、214、216和220）以及天線基板120提供一參考接地位準。接地層204、208、212和218可亦在電路基板110的不同導電層之間提供屏蔽。從一俯視角度來看，接地層204、208、212、212和218之每一者可具有不同的貼片圖案。

根據一些實施例，導電層206配置為一RF訊號層，用於將半導體晶片112提供的RF訊號RF1A、RF2A路由到上覆的導電層。導電層206可透過形成在導電層206上的一電路圖案電連接到半導體晶片112的RF輸出埠（或接觸墊）。根據一些實施例，導電層206置於兩接地層204與208之間。

根據一些實施例，導電層210配置為一控制訊號層，用於將一或多個控制訊號傳輸到天線基板120。控制訊號可由半導體晶片112以一基帶形式提供，並且不被調變至另一載波頻率。根據一些實施例，控制訊號提供為一數位訊號，並且經配置以傳輸由半導體晶片112產生的數位化控制資訊。控制訊號或數位化控制資訊可包括多個用於天線陣列330的每一天線單元300的參數，例如，每一天線單元300的振幅和相位，其中將參數提供至各個天線單元以實現期望的天線效能，例如天線波束的形狀、天線增益等。

根據一些實施例，導電層214和216配置為電源層，用於將電力傳輸到天線基板120。電力可為直流（DC）電力。電力可由另一基板（未單獨示出）提供，並透過導電層202以及導電層202、214、216之間的一路由電路電連接到導電層214和216。導電層214和216可被圖案化以將導電層202或半導體晶片112的電源埠（或電源接觸墊）透過上覆的導電層220路由到天線基板120。

根據一些實施例，導電層220配置為一接合層，其電接合到天線基板120，並且用於輸出由半導體晶片112產生的RF訊號RF1A、RF2A。導電層220可配置為電路基板110的一最頂層，以接合到天線基板120。根據一些實施例，導電層220也稱為另一RF訊號層，且電路基板110進一步包括形成在導電層220的電路圖案上的導電墊或接觸墊（未單獨示出），使得導電墊電耦合到天線基板120，其中RF訊號RF1A、RF2A透過導電層220和導電墊來傳輸。

在如圖1所示的實例中，該等導電層202至220中的每一者係繪示為僅包括一材料（諸如導電材料）的長方框。然而，該框僅表示導電層202至220的導電部分，即電路圖案，且導電層202至220之每一者中的電路圖案係與其他導電層202至220中的電路圖案電絕緣。絕緣可藉由絕緣層201的絕緣材料來實現。因此，每一導電層202至220中的電路圖案被絕緣層201電封裝或包覆，並借助導電通孔203電連接到在其上層或下層的導電層202至220中的其他電路圖案。

上文參考圖1所討論的導電層202至220或多個絕緣層201中的每一者的層數和組態僅用於說明目的。電路基板110的其他層數和其他層組態也在本發明的預期範圍內。例如，接地層204、208、212和218或電源層214、216的位置和數量可增加或減少，且這些接地層或電源層中的接地貼片或電源貼片可根據不同需求進行修改。進一步地，圖1所示的電路基板110被提供作為示例性發射機。然而，電路基板110也可以被配置為接收器，其中RF信號RF1A、RF2A可從天線基板120接收並且經由信號路徑將RF信號RF1A、RF2A傳送到半導體芯片112。該信號路徑從連接器(圖1中未示出，但在圖5D中標記為連接器421)開始，通過導電層220、218、216、214、212、210、208、206和204，並到達位於導電層202上的半導體晶片112。接收器針對RF信號傳輸和處理的順序可以與發射器針對RF信號的傳輸及處理的順序相反。

電路基板110透過導電層220電接合到天線基板120。天線基板120能夠按照其剖面圖或俯視圖被劃分成不同的層或單元。如圖1所示，從一剖面圖來看，天線基板120包括複數個天線單元300。該等天線單元300中的每一者透過個別的路由電路以電耦合到電路基板110。圖2A為根據一些實施例之如圖1所示天線裝置的天線基板120的俯視圖。圖2B為根據一些實施例之如圖2A所示天線單元300的剖面圖。參考圖1和圖2A，天線單元300形成天線陣列330，其中該等天線單元300中的每一者藉由絕緣層301的一絕緣材料彼此隔開或電絕緣。參考圖2A，從一俯視角度來看，複數個天線單元300形成一方形天線陣列330。根據一些實施例，天線單元300由半導體晶片112單獨控制，以在組合成一疊加的RF訊號之前，傳輸或接收具有各自相位和振幅的一或多個RF訊號。此外，這些天線單元300經配置以一起作用，像似一整合的「組合」天線在工作，以增強天線裝置100的傳輸增益或接收增益。雖然圖2A繪示一8×8天線陣列330，但僅用於說明目的。用以形成天線陣列330的其他天線單元300數量也在本發明的預期範圍內。

根據一些實施例，確定沿第一方向（例如，X軸）上所測量天線單元300的節距D1。根據一些實施例，確定沿第二方向（例如，Y軸）上所測量天線單元300的節距D2。節距D1可等於節距D2，以在不同方向上實質實現相同的效能。節距D1或D2可確定為實質等於或小於λ/2，其中符號λ表示RF訊號RF1A、RF2A的波長，以實現更大的天線增益。在一些其他實施例中，節距D1或D2可確定為實質等於或大於λ/2，以提供更大的天線秩數（Antenna rank）。

參考圖2B，每一天線單元300（或等效天線基板120）包括複數個絕緣層301和複數個導電層302、304、306、308、310、312和314，所述導電層係與複數個絕緣層301交替配置。根據一些實施例，該等絕緣層301中的每一者包括一電絕緣材料或一介電質材料，例如陶瓷、玻璃等。根據一些實施例，該等導電層302至314中的每一者由一導電材料形成，例如銅、鋁、鎢、銀和金。導電層302至314可為一箔片與絕緣層301層壓的形式，以構成每一天線單元300或天線基板120。

根據一些實施例，絕緣層301能夠允許RF訊號的傳輸大於在電路基板110中傳輸的訊號，或者大於約10 MHz。根據一些實施例，絕緣層301包括一材料，該材料能夠讓RF訊號傳輸的頻率高達約40 GHz而沒有明顯損耗。換言之，絕緣層301或天線基板120的最大工作頻率高於絕緣層201A或電路基板110的最大工作頻率。此外，基板平坦度會顯著影響天線性能。絕緣層301的材料提供比絕緣層201A或201B的材料更大的平坦度，因此形成在導電層302至314上的電路圖案可呈現出較小的偏差或扭曲，特別是當天線基板120的平面區域相對較大，以容納具大尺寸的天線陣列330。因此能夠改善天線性能，並因此能夠降低校準或維護天線裝置100的成本。

根據一些實施例，每一天線單元300能夠從天線基板120或電路基板110上拆卸下來。當在一天線單元300中發現缺陷時，能夠將這種有缺陷的天線單元300從天線基板120或電路基板110拆卸或脫接，同時保持剩餘天線單元300完整性，或者不影響剩餘天線單元300和電路基板110的功能。根據一些實施例，天線陣列330被劃分成複數個天線組430，每一單元組包括由四個（2x2）天線單元300形成的一微型天線陣列。在這情況下，如果偵測到有缺陷的天線單元300，則天線陣列330的單元替換的最小單位將是四單元（2x2）天線組430。其他適用於天線組430的天線單元300數目也在本發明的預期範圍內。

圖3A、3B、3C、3D、3E、3F和3G分別為根據一些實施例之如圖2B所示天線單元300的導電層302、304、306、308、310、312和314的透視圖。每一導電層302、304、306、308、310、312和314係連同個別的鄰接絕緣層301一起示出。圖3A至圖3E所顯示具有電路圖案形成於其上的一側是個別導電層302至310的下側，亦即面向電路基板110的一側，而如圖2A、圖3F及圖3G所示，具有電路圖案形成於其上的導電層312和314的一側是導電層312和314的上側，亦即背向電路基板110的一側。

參考圖3A，導電層302配置為一接合層，其電接合到電路基板110的導電層220。根據一些實施例，導電層302用作一訊號輸入層並包括一第一訊號輸入埠150和一第二訊號輸入埠160。第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160經配置以從電路基板110的接觸墊接收RF訊號RF1A、RF2A，並將這些RF訊號RF1A、RF2A傳輸到上覆的導電層304至314。導電層302進一步包括一橫向圍繞第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160的接地貼片320。根據一些實施例，第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160分別包括一第一接觸墊392和一第二接觸墊322，其置於導電層302的下側。第一接觸墊392和第二接觸墊322分別藉由一絕緣區域318和328而與接地貼片320隔開。絕緣區域318和328可使用絕緣層301的一絕緣材料來填充。

根據一些實施例，參考圖2B和圖3A，直接置於導電層302上方的絕緣層301進一步包括一第一導電通孔394和一第二導電通孔324，其延伸通過絕緣層301並分別電連接到第一接觸墊392和第二接觸墊322。根據一些實施例，從一俯視角度來看，第一接觸墊392、第二接觸墊322、第一導電通孔394和第二導電通孔324為一圓形。由於從圖2所示的視圖中看不到第一導電通孔394和第二導電通孔324，因此，在圖3A中它們被繪示為虛線圓圈。從一俯視角度來看，第一接觸墊392或第二接觸墊322的面積可大於第一導電通孔394或第二導電通孔324的面積，以增加接觸面積。第一導電通孔394和第二導電通孔324可由一導電材料形成，例如銅、鎢、鋁、銀、金等。

根據一些實施例，如圖3A所示，直接置於導電層302上方的絕緣層301進一步包括複數個第三導電通孔316和複數個第四導電通孔326，其延伸通過絕緣層301並將接地貼片320電連接到電路基板110的一接地層或一接地端。第三導電通孔316和第四導電通孔326在本文中也可稱為接地通孔。從一俯視角度來看，第一接觸墊392或第二接觸墊322的面積可大於第三導電通孔316或第四導電通孔326的面積。根據一些實施例，第三導電通孔316和第四導電通孔326分別橫向圍繞第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160。第三導電通孔316和第四導電通孔326可由一導電材料形成，例如銅、鎢、鋁、銀、金等。

參考圖3B，導電層304配置為一第一饋入網路層，並用來傳輸一對第一饋入訊號，亦即分別為RF訊號RF1A和RF2A。導電層304包括一第一訊號輸入埠152和一第二訊號輸入埠162。第一訊號輸入埠152和第二訊號輸入埠162經配置以從導電層302接收RF訊號RF1A、RF2A，並將其傳輸到上覆的導電層306至314。導電層304進一步包括一橫向圍繞第一訊號輸入埠152和第二訊號輸入埠162的接地貼片340。第一訊號輸入埠152和第二訊號輸入埠162在許多態樣中係類似於第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160，為了簡潔起見，將不再贅述。此外，從一俯視角度來看，第一訊號輸入埠152和第二訊號輸入埠162的導電墊分別對準第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160的導電墊。

根據一些實施例，第一訊號輸入埠152包括一接觸墊252，電連接到導電通孔254。根據一些實施例，第二訊號輸入埠162包括一接觸墊332，其透過一絕緣區域338而與接地貼片340電絕緣。導電層304進一步包括一導電通孔334，其延伸通過其鄰接的上覆絕緣層301並電連接到接觸墊332。第二訊號輸入埠162與第一訊號輸入埠152之間的差異在於，從一俯視角度來看，第一信號輸入埠152的接觸墊252為圓形，而第二信號輸入埠162的接觸墊332為一細長形，例如一條狀或帶狀，以實現RF訊號RF1A、RF2A的理想電特性。

參考圖3C，導電層306配置為一接地層，並用於向天線單元300提供一參考（接地）位準，例如向第一饋入網路層304提供一參考接地。導電層306包括一第一訊號輸入埠154和一第二訊號輸入埠164。第一訊號輸入埠154和第二訊號輸入埠164經配置以從導電層304接收RF訊號RF1A、RF2A，並將RF訊號RF1A、RF2A傳輸到上覆的導電層308至314。導電層306進一步包括橫向圍繞第一訊號輸入埠154和第二訊號輸入埠164的接地貼片350。第一訊號輸入埠154和第二訊號輸入埠164的配置和材料在許多態樣中類似於第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160，且為了簡潔起見，將不再贅述。此外，從一俯視角度來看，第一訊號輸入埠154和第二訊號輸入埠164的導電墊分別對準第一訊號輸入埠150和第二訊號輸入埠160的導電墊，並分別對準第一訊號輸入埠152和第二訊號輸入埠162的導電墊。根據一些實施例，第一訊號輸入埠154和第二訊號輸入埠164的接觸墊為一圓形。

參考圖3D，導電層308配置為第二饋入網路層，並用於基於第一饋入訊號RF1A和RF2A來產生兩對第二饋入訊號，在此稱為RF1P、RF1N和RF2P、RF2N。根據一些實施例，導電層308包括一第一訊號輸入埠342和一第二訊號輸入埠352，如圖3D中的虛線圓圈所示。第一訊號輸入埠342和第二訊號輸入埠352經配置以從導電層304接收一對第一饋入訊號RF1A和RF2A，將這些RF訊號RF1A、RF2A轉換成兩對第二饋入訊號並傳輸到一第一訊號輸出埠348A、一第二訊號輸出埠348B、一第三訊號輸出埠358A和一第四訊號輸出埠358B，作為兩對第二饋入訊號為RF1P、RF1N、RF2P及RF2N。訊號輸出埠348A、348B、358A和358B電連接到個別的導電通孔341、343、351和353，而上述導電通孔341、343、351和353形成通過其鄰接的上覆絕緣層301，並電連接到上覆導電層310至314。此外，第一訊號輸入埠342和第二訊號輸入埠352的端部分別對準第一訊號輸入埠154和第二訊號輸入埠164的導電墊。

根據一些實施例，第一對第二饋入訊號RF1P、RF1N是透過第一導電路徑CP1產生，所述第一導電路徑是從第一訊號輸入埠342的一端部開始，通過一第一導電段344和兩個別第二導電段346（例如第二導電段346A和346B），朝向第一訊號輸出埠348A和第二訊號輸出埠348B的端部。根據一些實施例，第二饋入訊號RF1P、RF1N的第一RF訊號對係經決定為具有實質相等的振幅和相反的相位，亦即具有實質180度相位差的相同訊號。因此，第一對第二饋入訊號RF1P、RF1N在本文中稱為線性偏振的第一RF訊號對。根據一些實施例，在考慮RF訊號的頻率（或波長）的情況下，決定第二導電段346A與第二導電段346B之間的長度差，使得兩個從第一導電段346A傳輸和個別第二導電段346A和346B通過的相同訊號RF1P和RF1N彼此具有實質上180度相位差的差異。

根據一些實施例，第一對第二饋入信號RF1P和RF1N的相位與第二對第二饋入信號RF2P和RR2N的相位偏移+90或-90度，以產生圓極化RF信號。例如，訊號輸出埠348A、358A、348B、358B處的兩對第二饋入信號RF1P、RF2P、RF1N、RF2N分別相對於參考信號偏移0度、90度、180度、270度。第一對第二饋入信號RF1P、RF1N與第二對第二饋入信號RF2P、RR2N之間+90度或-90度的相位偏移值可導致第二對第二饋入信號RF1P、RF1N RF2P和RF2N組合後輻射出的射頻信號為具有右旋圓極化或左旋圓極化的組合RF信號。

第一導電段344的寬度可大於第二導電段346A和346B的寬度。根據一些實施例，第二導電段346A或346B的長度可大於或小於第一導電段344的長度。

根據一些實施例，第二對第二饋入訊號RF2P、RF2N是透過第二導電路徑CP2產生，所述第二導電路徑是從第二訊號輸入埠352的端部開始，通過一第一導電段354和兩個別第二導電段356（例如第二導電段356A和356B），朝向第三訊號輸出埠358A和第四訊號輸出埠358B的端部。根據一些實施例，第二饋入訊號RF2P、RF2N的第二RF訊號對經決定為具有實質相等的振幅和相反的相位，亦即具有實質180度相位差的相同訊號。因此，第二對第二饋入訊號RF2P、RF2N在本文中稱為線性偏振的第二RF訊號對。根據一些實施例，在考慮RF訊號的頻率（或波長）的情況下，決定第二導電段356A與第二導電段356B之間的長度差，使得兩個從第一導電段354並個別兩第二導電段356A和356B通過的相同的訊號RF2P和RF2N為彼此具有實質上180度相位差的差異。

第一導電段354的寬度可大於第二導電段356A和356B的寬度。根據一些實施例，第二導電段356A或356B的長度可大於或小於第一導電段354的長度。

根據一些實施例，第一對第二饋入訊號RF1P、RF1N的訊號輸出埠348A、348B置於一假想垂直線的兩端，而第二對第二饋入訊號RF2P、RF2N的訊號輸出埠358A、358B置於一假想水平線的兩端。將不同訊號對的訊號輸出埠配置在相互正交線的地方，可減少極化間干擾。根據一些實施例，第一對第二饋入訊號RF1P和RF1N處於一垂直偏振，而第二對第二饋入訊號RF2P和RF2N處於一水平偏振，或交換配置。

導電層308可進一步包括一接地貼片360，其橫向圍繞第一導電路徑CP1和第二導電路徑CP2，並且分別藉由絕緣區域347和357與第一導電路徑CP1和第二導電路徑CP2電絕緣。絕緣區域347和357可為一細長形狀或一彎曲形狀，例如，絕緣區域347和357分別與第一導電路徑CP1和第二導電路徑CP2的圖案共形。

根據一些實施例，直接置於導電層308上方的絕緣層301進一步包括複數個第五導電通孔345和複數個第六導電通孔355，延伸通過絕緣層301並將接地貼片360電連接到天線基板120或電路基板110的一接地層或一接地端。第五導電通孔345和第六導電通孔355在本文中也可稱為接地通孔。從一俯視角度來看，第一導電段344、354和第二導電段346、356的寬度可大於第五導電通孔345或第六導電通孔355的寬度。根據一些實施例，第五導電通孔345和第六導電通孔355分別靠近絕緣區域347和357，以形成分別橫向圍繞第一導電路徑CP1和第二導電路徑CP2的一環。第五導電通孔345和第六導電通孔355可由一導電材料形成，例如銅、鎢、鋁、銀、金等。

參考圖3E，導電層310配置為一接地層，並用於向天線單元300提供一參考（接地）位準，例如向導電層312和314提供一參考接地。導電層310包括一第一接觸墊362、一第二接觸墊364，其分別配置為一第一訊號輸入埠和一第二訊號輸入埠，並在導電層308的分別訊號輸出埠348A和348B處分別電連接到第一對第二饋入訊號RF1P和RF1N。同樣地，導電層310進一步包括一第三接觸墊372、一第四接觸墊374，其分別配置為一第三訊號輸入埠和一第四訊號輸入埠，並在導電層308的個別訊號輸出埠358A和358B處分別電連接到第二對第二饋入訊號RF2P和RF2N。第一接觸墊362和第二接觸墊364配置為從導電層308接收第一對第二饋入訊號RF1P、RF1N，並將第一對第二饋入訊號RF1P、RF1N傳輸到上覆的導電層312和314。同樣地，第三接觸墊372和第四接觸墊374經配置以從導電層308接收第二對第二饋入訊號RF2P、RF2N，並將第二對第二饋入訊號RF2P、RF2N傳輸到上覆的導電層312和314。

根據一些實施例，導電層310進一步包括橫向圍繞接觸墊362、364、372和374的接地貼片380。此外，接地貼片380分別藉由絕緣區域366、368、376和378以與接觸墊362、364、372和374電絕緣。根據一些實施例，接觸墊362、364、372和374為一圓形，並且絕緣區域366、368、376和378為一圓形。根據一些實施例，緊鄰導電層310的絕緣層301進一步包括電連接到接地貼片380的導電通孔361，而且配置為一接地通孔並用於向導電層312和314提供一參考接地位準。

參考圖3F，導電層312配置為一驅動天線層，並用來根據兩對第二饋入訊號RF1P、RF1N、RF2P及RF2N來產生或輻射一（RF）天線訊號，所述兩對第二饋入訊號是通過導電層310和312之間的絕緣層301，透過導電通孔363、365、373和375而由導電層310的接觸墊362、364、372、374提供。根據一些實施例，導電層312包括一置於導電層312中心之天線貼片382。導電層312可進一步包括一環形接地貼片390，其置於導電層312的外圍並橫向圍繞天線貼片382。天線貼片382藉由絕緣區域384而與接地貼片390電絕緣。天線貼片382可為一交叉形狀，其中交叉的四個側部係與天線單元300或導電層312的四個邊界側部平行。

根據一些實施例，兩對第二饋入訊號透過個別導電通孔363、365、373和375饋入到天線貼片382的四個翼部。因此，天線貼片382經配置以產生並輻射一天線訊號到導電層314，其中天線訊號包括兩對第二饋入訊號RF1P、RF1N、RF2P及RF2N，且第一對第二饋入訊號RF1P和RF1N係與第二對的第二饋入訊號RF2P和RF2N無關。此外，根據一些實施例，接地通孔361電耦合到天線貼片382的中心，以將天線貼片382在其中心處的電壓設置為接地位準，以增強極化間絕緣性能。

參考圖3G，導電層314配置為一輻射天線層並且電磁耦合到驅動天線層312。導電層314可電磁式接收由驅動天線層312的天線貼片382所產生的RF訊號並且輻射RF訊號。根據一些實施例，導電層314包括一置於導電層314中心之天線貼片396。天線貼片396可為十字形狀。從一俯視角度來看，天線貼片396可與天線貼片382對準並完全重疊。根據一些實施例，導電層314沒有任何接地貼片並且可被絕緣層301的絕緣材料橫向圍繞。

根據一些實施例，圖2B及圖3A至3G所示的天線基板120提供作為示例性發射機。然而，天線基板120也可被配置為接收器，其中RF信號從周圍環境接收並經由信號路徑傳送至電路基板110。該信號路徑從導電層314開始，通過導電層312、310、308、306和304，並到達導電層302。接收器針對RF信號進行傳輸和處理的順序可以與發射器針對RF信號進行傳輸和處理的順序相反。

圖4A和圖4B為根據一些實施例如圖2A或圖2B所示的天線單元300的一接合層302的仰視圖。參考圖4A，接合層302包括導電墊401和402的一陣列，所述導電墊置於接合層302的下方側上並配置為接觸墊，用於電耦合到電路基板110的接合層220。導電墊401和402可為一正方形或一長方形。根據一些實施例，從一仰視角度來看，導電墊401和402具有實質相等的寬度或面積。導電墊401配置為接地貼片，以向天線單元300提供一參考接地位準，而導電墊402經配置以電連接到接合層220，用於從電路基板110接收RF訊號RF1A、RF2A。導電墊402包括第一訊號輸入墊P1和第二訊號輸入墊P2，其經配置以接收一對第一饋入訊號RF1A、RF2A。接合層302可進一步包括絕緣層301，以橫向圍繞導電墊401、402的陣列並且將導電墊401、402中的每一者彼此電絕緣。

參考圖4A和圖4B，單一天線單元300或一導電層302的一長度L1或一寬度L2可決定為大於或小於λ/2，其中符號λ表示RF訊號RF1A、RF2A的波長。根據一些實施例，導電墊402的長度或寬度是基於λ與有關導電墊402的寄生電容來確定。例如，導電墊402的長度或寬度介於約0.2 mm與約1 mm之間的範圍內，例如約0.5 mm。參考圖4B，根據一些實施例，導電墊411、412的直徑或寬度介於約0.2 mm和約1.6 mm之間的範圍內，例如0.9 mm。根據一些實施例，導電墊411的一節距、或一導電墊411與一導電墊412之間的節距介於約0.2 mm和約1.6 mm之間的範圍內，例如0.9 mm。

導電墊401、402的陣列可直接耦合或接合到電路基板110的接合層220。雖然沒有單獨示出，但是電路基板110的接合層220也具有與導電墊401、402對應的導電墊的陣列。透過接合層302的導電墊401、402與接合層220的對應導電墊的接合使電路基板110接合到天線基板120。根據一些實施例，接合層302的導電墊401、402的陣列，或接合層220的導電墊的陣列在本文中稱為平面網格陣列（Land Grid Array，LGA）。

參考圖4B，接合層302與圖4A所示的接合層302相似，不過圖4B所示的接合層302包括導電墊411、412，其中導電墊411、412可為圓形或橢圓形。根據一些實施例，從一仰視角度來看，導電墊411和412具有實質相等的寬度或面積。導電墊411配置為接地貼片，以向天線單元300提供一參考接地位準，而導電墊412經配置以電連接到電路基板110，用於接收RF訊號RF1A、RF2A。導電墊412包括一第一接觸墊P1和一第二接觸墊P2，其經配置以從電路基板110接收一對第一饋入訊號RF1A、RF2A。接合層302可進一步包括絕緣層301，以橫向圍繞導電墊411、412的陣列並且將導電墊411、412中的每一者彼此電絕緣。根據一些實施例，導電墊411、412的陣列在本文中也稱為LGA。

圖5A和圖5B為根據各種實施例如圖2A或圖2B所示的天線單元300的接合層302的仰視圖。參考圖5A，接合層302包括一接地貼片501以及置於接合層302的下方側上的導電墊（接觸墊）506、508。接地貼片501可包括用於根據導電墊506和508調適的兩凹槽502以及504。接地貼片501經配置以向天線單元300提供一參考接地位準，同時導電墊506、508經配置以電連接到接合層220。導電墊506和508對應於第一接觸墊P1和第二接觸墊P2，並經配置以從電路基板110接收一對第一饋入訊號RF1A、RF2A。導電墊506和508可為矩形或圓形。導電層302可進一步包括絕緣層301，以橫向圍繞接地貼片501和導電墊506、508，並且將導電墊506、508中的每一者彼此電絕緣以及與接地貼片501電絕緣。

參考圖5B，圖5B所示的導電層302的組態與圖5A所示的類似，並且為了簡潔起見，將不再重複描述這些類似的特徵。圖5B所示與圖5A所示的不同之處在於，對應於接地貼片501，接地貼片511包括兩開口512和514，其功能類似於凹槽502和504，即用於根據導電墊506和508而調適。導電墊506和508可為矩形或圓形。導電層302可進一步包括絕緣層301，以橫向圍繞接地貼片511和導電墊506、508，並且將導電墊506、508中的每一者彼此電絕緣以及與接地貼片511電絕緣。

圖5C為根據各種實施例如圖2A或圖2B所示天線單元300的一接合層302的仰視圖。圖5D為根據各種實施例之天線裝置100的接合結構之剖面圖。圖5C所示的接合層302與圖5B所示的類似，因此為了簡潔起見將不再重複描述這些類似的特徵。根據一些實施例，參考圖5C和5D，天線裝置100進一步包括電接合到接合層302的導電墊411和412（圖5C中未單獨示出，而是在圖4B和5D中示出）的複數個連接件421，並電接合到導電墊431（接地貼片）和導電墊432（訊號墊）。連接件421可包括由鉛基材料形成的一焊接材料，諸如Sn、Pb、Ni、Au、Ag、Cu、Bi、其組合或其他導電材料的混合物。根據一些其他實施例，連接件421包括無鉛材料。連接件421可包括配置為接觸凸塊的導電凸塊，諸如C4凸塊、球柵陣列（ball grid array，BGA）凸塊或微凸塊。

圖6為根據一些實施例的天線裝置100的一剖面圖。參考圖6，電路基板110包括接合層220以及接合層220下方的一最頂層絕緣層201。電路基板110進一步包括複數個導電通孔203，延伸通過最頂層絕緣層201並將下方的導電墊電連接到接合層220的導電墊431、432。此外，天線基板120或天線單元300包括接合層302，其中接合層具有導電墊401、402（或導電墊411、412）。

透過將導電墊431、432與導電墊411、412接合以形成LGA接合，而將電路基板110接合到天線基板120。因此，RF訊號RF1A、RF2A能從半導體晶片112（參見圖1）傳輸到天線單元300。儘管沒有單獨示出，但是連接件421可置於導電墊431、432和導電墊411、412之間，以形成一BGA接合。

圖7示出根據各種實施例的具有不同天線極化的天線單元300的示意圖。參考子圖(A)、(B)、(C)、(D)、(E)和(F)，天線單元300示出表示導電層308或導電層314的天線貼片396的導電路徑CP1或CP2的一示意性方框。此外，天線單元300進一步包括橫向圍繞導電路徑CP1、CP2、天線貼片396的絕緣層301。不同子圖(A)至(F)中的每個天線貼片396可呈現出取決於分量射頻訊號組態的天線的不同極化類型。

根據一些實施例，子圖(A)和(B)中所示的直線箭頭指出天線單元300的極化方向，如子圖(A)中所示的Y軸方向上的一垂直極化，或者如圖(B)所示的X軸方向的一水平極化。同樣地，根據一些實施例，子圖(C)和(D)中所示的直箭頭指出天線單元300的成角度的線性極化的方向，如圖(C)所示在相對於正X軸成45度的方向上，或如圖(D)所示相對於正X軸成135度的方向。

根據一些實施例，子圖(E)和(F)中示出的弧形箭頭指出天線單元300的一圓極化方向，沿如子圖(E)所示的一順時針方向(右旋圓極化)，或者沿如圖(F)所示的一逆時針方向(左旋圓極化)。參考圖2A及圖6，天線陣列330中的每一天線單元300可能呈現出相同的極化類型，以追求最大的天線傳輸/接收性能。

圖8A和8B示出根據各種實施例的具有不同陣列組態的天線陣列330的俯視圖。參考圖8A，天線陣列330由52個天線單元300形成並包括類似於八邊形的形狀。根據一些實施例，圖8A所示的天線陣列330是對稱於天線陣列330或導電層314的中心。根據一些實施例，圖8A是對稱於通過八邊形的中心並平行於X軸或Y軸的假想中心線。

參考圖8B，天線陣列330由40個天線單元300形成並包括類似於鑽石或菱形的形狀。根據一些實施例，圖8B所示的天線陣列330是對稱於天線陣列330或導電層314的中心。根據一些實施例，圖8B所示的天線陣列330是對稱於穿過菱形的中心並且平行於X軸或Y軸的一假想中心線。圖2A、8A和8B所示的天線陣列330僅用於說明目的。天線陣列330的其他形狀，例如圓形、三角形、六邊形或其他形狀，也在本發明的預期範圍內。

圖9為根據一些實施例的天線基板120的一示例性天線單元900的一剖面圖。天線單元900在許多態樣上與天線單元300相似，並且為了簡潔起見將不再重複描述這些相似的特徵。另外，圖1和圖2A中的天線單元300可用圖9中所示的一天線單元900來代替。例如，天線基板120由一天線陣列330形成，天線陣列330由多個天線單元900形成。天線單元900可以電耦合到電路基板110並且可由半導體晶片112單獨控制，以發送或接收具有各自相位和振幅的一個以上的RF訊號。

根據一些實施例，天線單元900（或等效於天線基板120）包括複數個絕緣層301和複數個與這些絕緣層301交替布置的導電層902、904、906、908、910、912和914。根據一些實施例，每個絕緣層301包括類似於參考圖2B描述的絕緣層301的一電絕緣材料或一介電質材料，例如陶瓷、玻璃等。根據一些實施例，導電層902至914中的每一者由一導電材料形成，例如銅、鋁、鎢、銀和金。導電層902至914可以是一箔片的形式，與絕緣層301層壓，以構成每一天線單元900或天線基板120。

根據一些實施例，天線單元900包括導電通孔903、905、907、909和911，沿天線單元900的垂直方向延伸並延伸穿過一層以上的絕緣層301。導電通孔903至911可以由一導電材料形成，例如銅、鎢、鋁、銀、金或其他合適的導電材料。導電通孔903至911配置為電連接不同的導電層902至912以傳送RF訊號或提供接地。例如，導電通孔903將導電層902電連接到導電層904，而導電通孔905將導電層902電連接到導電層908。類似地，導電通孔907可以將導電層904電連接到導電層906，導電通孔909可以將導電層906電連接到導電層910，並且導電通孔911可以將導電層906電連接到導電層912。參考圖9描述的導電通孔903至911的配置和連接布置，僅出於說明目的而示出。導電通孔902至911的其他配置或連接設置方式也在本公開的預期範圍內。

圖10A、10B、10C、10D、10E、10F和10G為根據一些實施例之如圖9所示的天線單元900的導電層902至914的立體圖。

參考圖10A，導電層902配置為一接合層，以類似於接合層302的方式電接合到電路基板110的導電層220。根據一些實施例，導電層902用作一訊號輸入層，並且包括兩個訊號輸入埠，經配置以從電路基板110的接觸墊接收RF訊號RF1A、RF2A，並且將RF訊號RF1A、RF2A傳輸到上覆的導電層904至914。導電層902進一步包括一接地貼片920，其橫向包圍訊號輸入埠。根據一些實施例，兩個訊號輸入埠分別包括一布置在導電層902的下側上的第一接觸墊922和第二接觸墊924。第一接觸墊922和第二接觸墊924分別藉由絕緣區域921和923與接地貼片920分離。絕緣區域921和923以絕緣層301的絕緣材料填滿。根據一些實施例，接觸墊922、924為矩形。

圖11為根據各種實施例之如圖9所示的天線單元900的導電層902的一仰視圖。

參考圖11，接合層902類似於圖5A所示的接合層，並且為了簡潔起見，類似的特徵將不再重複描述。參考圖11，接合層902包括一接地貼片920以及布置在接合層902的下方側上的導電墊（接觸墊）922和924。接地貼片920可以包括用於容納導電墊922和924的兩個凹槽921以及923。接地貼片920配置為向天線單元900提供一參考接地位準，同時導電墊922、924經配置以電連接到接合層220。導電墊922和924可如圖4A所示對應於第一接觸墊P1和第二接觸墊P2，並配置為從電路基板110接收一對RF訊號RF1A、RF2A。導電墊922、924可以為矩形或圓形。接合層902還可以包括絕緣層301，以橫向圍繞接地貼片920和導電墊922、924，並且將導電墊922、924中的每一個彼此電絕緣以及與接地貼片920電絕緣。根據一些實施例，接觸墊922、924為圓形。

根據一些實施例，導電層902的單個天線單元900的長度L1或寬度L2可以決定為大於或小於λ/2，其中符號λ表示RF訊號RF1A、RF2A的波長。根據一些實施例，導電墊922或924的長度L3或寬度L4可以決定為在約0.1 mm與約0.5 mm之間的範圍內。根據一些實施例，凹槽921或923的長度W1或寬度W2可以決定為在約0.3 mm與約1.0 mm之間的範圍內。

參考圖10B，導電層904配置為一接地層，並用於向天線單元900提供一參考（接地）位準，例如向接合層902提供一參考接地。導電層904包括兩個訊號輸入埠，兩個訊號輸入埠具有相應的接觸墊932和934，配置為從導電層902的接觸墊922和924接收RF訊號RF1A、RF2A，並且將RF訊號RF1A、RF2A傳輸到上覆的導電層906至914。導電層904進一步包括一接地貼片930以及絕緣區域931、933，接地貼片930橫向圍繞接觸墊932、934，絕緣區域931、933將接觸墊932、934與接地貼片930電絕緣。接觸墊932、934在配置和材料上與接觸墊922、924相類似，並且為了簡潔起見，這些類似的態樣將不再重複描述。此外，從一俯視角度來看，導電墊932、934分別與接觸墊922、924對準。根據一些實施例，接觸墊932、934為圓形。導電墊932、934可以透過導電通孔903或905的一些實例電連接到接觸墊922、924，而接地貼片930可以透過導電通孔903的一些其他實例電連接到接地貼片920。

參考圖10C，導電層906配置為一接地層，並用於向天線單元900提供一參考（接地）位準，例如向接合層902提供一參考接地並且上覆層908至914。導電層906包括兩個訊號輸入埠，兩個訊號輸入埠具有相應的接觸墊942和944，配置為從導電層904的接觸墊932和934接收RF訊號RF1A、RF2A，並且將RF訊號RF1A、RF2A傳輸到上覆的導電層908至914。導電層906進一步包括一接地貼片940以及絕緣區域941、943，接地貼片940橫向圍繞接觸墊942、944，絕緣區域941、943將接觸墊942、944與接地貼片940電絕緣。接觸墊942、944在配置和材料上與接觸墊922、924相類似，並且為了簡潔起見，這些類似的態樣將不再重複描述。此外，從一俯視角度來看，導電墊942、944分別與接觸墊932、934以及接觸墊922、924對準。根據一些實施例，接觸墊942、944為圓形。導電墊942、944可以透過導電通孔905或907的一些個例電連接到接觸墊932、934，而接地貼片940可以透過導電通孔905或907的一些其他個例電連接到接地貼片930。

參考圖10D，導電層908配置為一第一饋入網路層，並用來傳輸一對第一饋入訊號，其分別為RF訊號RF1A和RF2A。導電層908包括一第一訊號輸入埠952和一第二訊號輸入埠962。第一訊號輸入埠952和第二訊號輸入埠962經配置以從導電層906接收RF訊號RF1A、RF2A，並將其傳輸到上覆的導電層910至914。第一訊號輸入埠952可以包括一導線，導線從一俯視角度來看為一細長形狀(例如，為一條形或一帶形)，並從一第一端954延伸到一第二端956。類似地，第二訊號輸入埠962可以包括一導線，導線從一俯視角度來看為一細長形狀(例如，為一條形或一帶形)，並從一第一端964延伸到一第二端966。第一輸入埠952和第二輸入埠962的配置可以類似於導電層304中的第二訊號輸入埠162的接觸墊332，以實現RF訊號RF1A、RF2A的理想電特性。根據一些實施例，第一訊號輸入埠952的導線的縱軸實質地垂直於第二訊號輸入埠962的導線的縱軸，例如第一和第二訊號輸入埠952和962的導線的縱軸分別沿著Y軸和X軸。

導電層908進一步包括橫向圍繞第一訊號輸入埠952和第二訊號輸入埠962的接地貼片950。接地貼片950可以為環狀。根據一些實施例，第一訊號輸入埠952和第二訊號輸入埠962透過絕緣層301的絕緣材料形成的一絕緣區域958與接地貼片950電絕緣。第一端部954、964可以透過導電通孔905、909或911的一些個例電連接到接觸墊942、944，而接地貼片950可以透過導電通孔909或911的一些其他個例電連接到接地貼片940。

參考圖10E，導電層910配置為一開孔饋入網路層，同時也是一接地層，用於根據導電層908的第一饋入訊號RF1A和RF2A產生兩對第二饋入訊號，即RF1B和RF2B。根據一些實施例，導電層910包括第一開孔972和第二開孔982，經配置以從導電層908接收一對第一饋入訊號RF1A和RF2A，而將RF訊號RF1A、RF2A轉換為兩對第二饋入訊號RF1B和RF2B並傳送到導電層912。

圖12為根據各種實施例如圖10D所示的饋入網路層908重疊於如圖10E所示的開孔饋入層910的一俯視圖，如圖10D所示的饋入網路層908與如圖10E所示的開孔饋入層910兩者屬於如圖9所示的天線單元900。參考圖10D、圖10E和圖12，根據一些實施例，第一開孔972包括一訊號輸入狹縫974、一第一訊號輸出狹縫976和一第二訊號輸出狹縫978，其中訊號輸入狹縫974為一開孔，形成在一開孔饋入層910中並且配置為從饋入網路層908的第一訊號輸入埠952接收第一饋入訊號RF1A。第一饋入訊號RF1A電磁耦合到第一訊號輸入埠952與第一開孔972的重疊區OZ1處的訊號輸入狹縫974。根據一些實施例，第一訊號輸出狹縫976和第二訊號輸出狹縫978是形成在圖10E所示的開孔饋入層910中的開孔且連接到訊號輸入狹縫974。第一饋入訊號RF1A傳播到第一訊號輸出狹縫976和第二訊號輸出狹縫978以形成一對第二饋入訊號RF1B。根據一些實施例，重疊區OZ1實質位於訊號輸入狹縫974的中點，使得第一饋入訊號RF1A從重疊區OZ1到訊號輸出狹縫976和978兩者的行進距離實質上為相等的。因此，兩個分別在第一訊號輸出狹縫976和第二訊號輸出狹縫978處輸出的第二RF訊號RF1B的個例具有實質上相等的相位。換句話說，第一訊號輸出狹縫976和第二訊號輸出狹縫978產生的一對RF訊號RF1B實質相同。根據一些實施例，訊號輸入狹縫974沿基本垂直於第一訊號輸入埠952延伸的一方向延伸，並且還垂直於訊號輸出狹縫976、978延伸的方向。因此，第二饋入訊號RF1B在第一訊號輸入埠952的縱軸方向（例如，沿著Y軸）具有一垂直極化的一電場（由圖12中的實線箭頭指示）。

仍舊參考圖10D、圖10E和圖12，根據一些實施例，第二開孔982包括一訊號輸入狹縫984、一第一訊號輸出狹縫986和一第二訊號輸出狹縫988，其中訊號輸入狹縫984為一開孔，形成在一開孔饋入層910中並且經配置以從饋入網路層908的第二訊號輸入埠962接收第一饋入訊號RF2A。第一饋入訊號RF2A電磁耦合到第二訊號輸入埠962與第二開孔982的重疊區OZ2處的訊號輸入狹縫984。根據一些實施例，第一訊號輸出狹縫986和第二訊號輸出狹縫988是形成在圖10E所示的開孔饋入層910中且連接到訊號輸入狹縫984。第一饋入訊號RF1B傳播到第一訊號輸出狹縫986和第二訊號輸出狹縫988以形成第二饋入訊號RF2B的兩個個例。根據一些實施例，重疊區OZ2實質位於訊號輸入狹縫984的中點，使得第一饋入訊號RF2A從重疊區OZ2到訊號輸出狹縫986和988兩者的行進距離實質上為相等的。因此，兩個分別在第一訊號輸出狹縫986和第二訊號輸出狹縫988處輸出的第二RF訊號RF2B個例具有實質上相等的相位。換句話說，第一訊號輸出狹縫986和第二訊號輸出狹縫988產生的一對RF訊號RF2B實質地相同。根據一些實施例，訊號輸入狹縫984沿基本垂直於第二訊號輸入埠962延伸的一方向延伸，並且還垂直於訊號輸出狹縫986、988延伸的方向。因此，第二饋入訊號RF2B在第二訊號輸入埠962的縱軸方向（例如，沿著X軸）具有一水平極化的一電場（由圖12中的一虛線箭頭指示）。

回到圖10E，導電層910還可以包括定義第一開孔972和第二開孔982的一接地貼片970，其中第一開孔972和第二開孔982藉由接地貼片970彼此分開。導電貼片970可以透過導電通孔909或911的一些個例電連接到接地貼片950。

參考圖10F，導電層912配置為驅動天線層，並用於根據訊號輸出狹縫976、978、986和988提供的兩對第二饋入訊號RF1B和RF2B來產生或輻射(RF)天線訊號。根據一些實施例，導電層912包括天線貼片990，布置在導電層912的一中心。導電層912還可以包括一環形的接地貼片992，布置在導電層912的一外圍並橫向圍繞天線貼片990。天線貼片990藉由一絕緣區域994與接地貼片992電絕緣。天線貼片990可以為一矩形，其中矩形的四個邊與天線單元900或導電層912的四個邊界平行。

根據一些實施例，圖9和圖10A所示的天線基板120提供作為示例性發射機。然而，天線基板120也可被配置為接收器，其中天線RF信號從周圍環境接收並經由信號路徑傳送至電路基板110。該信號路徑從導電層914開始，穿過導電層912、910、908、906和904，並到達導電層902。接收器針對RF信號傳輸和處理的順序可以與發射器針對RF信號傳輸和處理的順序相反。

根據一些實施例，天線貼片990經配置以產生一天線訊號並將天線訊號輻射到導電層314，其中天線訊號包括兩對第二饋入訊號RF1B和RF2B，並且第一對第二饋入訊號RF1B獨立於第二對第二饋入訊號RF2B。接地貼片992可以透過導電通孔911的一些個例電連接到接地貼片970。

參考圖10G，導電層914配置為一輻射天線層並且電磁耦合到驅動天線層912。導電層914可以電磁方式接收由驅動天線層912的天線貼片990所產生的RF訊號並且輻射RF訊號。根據一些實施例，天線貼片996布置為佔據整個導電層914。根據一些實施例，導電層914沒有任何接地貼片或導電通孔。

本案所提出的雙基板天線裝置100提供了優點。相較於現有的基於PCB的天線設計，電路基板110（例如，一PCB基板）的層數減少，而因此實現了天線裝置在高性能和低成本之間的更佳折衷方式。因此，電路基板110的層數目能大幅減少，可大幅降低電路基板110或天線裝置100的製造成本。再者，天線單元300為模組化設計，簡化了維護與維修複雜度，這是由於修復任務可僅將缺陷的天線單元300取代成一新天線單元300來完成，而不影響天線裝置100的其他部分，因此得以簡化維護與維修複雜度。此外，用於測試天線單元300和半導體晶片112的任務能夠個別完成。這樣的設計還可減少設計團隊和維護團隊的工作量。

此外，天線陣列330具有可縮放性，而無需重新設計或重新佈線電路基板110的現有電路。因此，能有效縮短上市時間。此外，由於電路基板110和天線基板120各自的絕緣層201A、201B和301使用不同的材料形成，所以在針對電路基板110和天線基板110來決定其最合適的絕緣層201A、201B和301的靈活性也增加了。

本案所提出的設計也有利於天線性能。天線的尺寸精度能夠在不顯著增加成本的情況下提高，並且能夠透過更好的埠間隔離和減少極化間干擾來實現更佳的天線性能。在不顯著改變原有電路架構的情況下，可決定更多的天線配置。此外，相同的電路基板110電路設計可使天線層314具有不同的配置方式，諸如分別用於5G或LEO應用的線性或圓極化。

以上概述了若數個實施例的特徵，使得熟習該項技藝者可更佳理解本發明的態樣。熟習該項技藝者應該理解，其可容易使用本發明作為設計或修改其他製程及結構的基礎，以實現與本文介紹的實施例相同的目的及/或實現相同的優點。熟習該項技藝者也應該認識到，這樣的等效結構並未悖離本發明的精神和範疇，並且其可在不悖離本發明的精神及範疇的情況下對其進行各種更改、替換及改變。

100:天線裝置 110:電路基板 112:半導體晶片 114:連接件 120:天線基板 150、152、154:第一訊號輸入埠 160、162、164:第二訊號輸入埠 201: 絕緣層 201A:低頻絕緣層 201B:絕緣層 202-220:導電層 203:導電通孔 252:接觸墊 254:導電通孔 300:天線單元 301:絕緣層 302-314:導電層 316:第三導電通孔 318、328:絕緣區域 322:第二接觸墊 324:第二導電通孔 326:第四導電通孔 330:天線陣列 332:接觸墊 334:導電通孔 338:絕緣區域 340:接地貼片 341、343、351、353:導電通孔 342:第一訊號輸入埠 344:第一導電段 345:第五導電通孔 346、346A、346B:第二導電段 347、357:絕緣區域 348A:第一訊號輸出埠 348B:第二訊號輸出埠 350:接地貼片 352:第二訊號輸入埠 354:第一導電段 355:第六導電通孔 356、356A、356B:第二導電段 358A:第三訊號輸出埠 358B:第四訊號輸出埠 361:導電通孔 362、364、372、374:接觸墊 363、365、373、375:導電通孔 366、368、376、378:絕緣區域 380:接地貼片 382:天線貼片 384:絕緣區域 390:環形接地貼片 392:第一接觸墊 394:第一導電通孔 396:接地貼片 401、402、411、412:導電墊 421:連接件 430:天線組 431、432:導電墊 501:接地貼片 502、504:凹槽 506、508:導電墊 511:接地貼片 512、514:開口 900:天線單元 902、904、906、908、910、912、914:導電層 903、905、907、909、911:導電孔 920:接地貼片 921、923:絕緣區域 922、924:接觸墊、導電墊 930:接地貼片 931、933:絕緣區域 932、934:接觸墊、導電墊 940:接地貼片 941、943:絕緣區域 942、944:接觸墊、導電墊 950:接地貼片 952:第一訊號輸入埠 954:第二訊號輸入埠 956:第二端輸入埠 958:絕緣區域 962: 第二訊號輸入埠 964:第一端輸入埠 966:第二端輸入埠 970:接地貼片 972:第一開孔 974:訊號輸入狹縫 976:第一訊號輸出狹縫 978:第二訊號輸出狹縫 982:第二開孔 984:訊號輸入狹縫 986:第一訊號輸出狹縫 988:第二訊號輸出狹縫 990、992、996:天線貼片 994: 絕緣區域 CP1:第一導電路徑 CP2:第二導電路徑 L1、L3、W1:長度 L2、L4、W2:寬度 OZ1:重疊區 OZ2:重疊區 RF1A、RF2A、RF1B、RF2B:RF訊號

從以下結合附圖閱讀的實施方式，可更佳瞭解本發明的態樣。需注意，根據產業標準實踐，各種特徵件並未按比例繪製。事實上，為了便於討論，可能任意增加或減少各種特徵件的尺寸。

圖1為根據本發明的一些實施例之一天線裝置的剖面圖。

圖2A為根據一些實施例之如圖1所示天線裝置的一天線基板的俯視圖。

圖2B為根據一些實施例之如圖2A所示天線基板的一天線單元的剖面圖。

圖3A、3B、3C、3D、3E、3F和3G為根據一些實施例之如圖2B所示天線單元的不同導電層的立體圖。

圖4A和圖4B為根據一些實施例之如圖2A或圖2B所示天線單元的一接合層的仰視圖。

圖5A和圖5B為根據各種實施例之如圖2A或圖2B所示天線單元的一接合層的仰視圖。

圖5C為根據各種實施例之圖2A或圖2B所示天線單元的一接合層的仰視圖。

圖5D為根據各種實施例之天線裝置100的一接合結構的剖面圖。

圖6為根據一些實施例之一天線裝置的剖面圖。

圖7示出根據各種實施例之具有不同天線極化的一天線單元的示意圖。

圖8A和8B示出根據各種實施例之具有不同陣列組態的一天線陣列的俯視圖。

圖9為根據一些實施例的一天線基板的一天線單元的一剖面圖。

圖10A、10B、10C、10D、10E、10F和10G為根據一些實施例之如圖9所示的天線單元的不同導電層的立體圖。

圖11為根據各種實施例之如圖9所示的天線單元的一接合層的一仰視圖。

圖12為根據各種實施例之如圖10D所示的一饋入網路層重疊於如圖10E所示的一開孔饋入層的一俯視圖，如圖10D所示的饋入網路層與如圖10E所示的開孔饋入層兩者屬於如圖9所示的天線單元。

100:天線裝置

110:電路基板

112:半導體晶片

114:連接件

120:天線基板

201:絕緣層

201A:低頻絕緣層

201B:絕緣層

202、204、206、208、210:導電層

212、214、216、218、220:導電層

203:導電通孔

300:天線單元

301:絕緣層

330:天線陣列

Claims (20)

1. 一種天線裝置，其包含： 一第一基板，其包含： 一半導體晶片，其經配置以傳輸或接收一第一射頻（RF）訊號； 一第一接地層，其經配置以向該半導體晶片提供接地；及 一訊號層，其置於該第一基板與該半導體晶片相對的一側上，並經配置以傳輸該第一RF訊號； 一第二基板，其包含由多個天線單元形成的一天線陣列，該等天線單元中的每一者包括： 一第一天線層，其經配置以基於該第一RF訊號來輻射該第二RF訊號；及 一第二接地層，其經配置以向該第一天線層提供接地；及 複數個連接件，其將該半導體晶片電耦合到該天線陣列。
2. 如請求項1的天線裝置，其中該第一基板進一步包含由一第一介電質材料形成的複數個第一絕緣層，以及該第二基板進一步包含由一第二介電質材料形成的複數個第二絕緣層，該第二介電質材料不同於該第一介電質材料。
3. 如請求項2的天線裝置，其中該第二介電質材料包括陶瓷或玻璃。
4. 如請求項1的天線裝置，其中該天線單元置於該第二基板與該第一基板相對的一側上，並藉由一第三介電質材料彼此隔開。
5. 如請求項1的天線裝置，其中該等連接件配置為一球柵陣列（BGA），該球柵陣列介於該第一基板與該第二基板之間。
6. 如請求項1的天線裝置，其中該第一基板進一步包括一第一接合層，具有配置為一平面格線陣列（LGA）的導電墊陣列，並接合到該第二基板的一接合層。
7. 如請求項1的天線裝置，其中該第二基板進一步包含： 一第一饋入網路層，其經配置以傳輸該第一RF訊號；及 一第二饋入網路層，其包含兩訊號輸入埠和四個訊號輸出埠，其經配置以將該第一RF訊號轉換為該等第二RF訊號的兩對信號，其中該等第二RF訊號中每對的兩訊號具有實質180度的相位差。
8. 如請求項7的天線裝置，其中該第二基板進一步包含一第二天線層，該第二天線層電耦合到該第二饋入網路層，並經配置以將該等第二RF訊號傳輸到該第一天線層。
9. 如請求項8的天線裝置，其中該第一天線層和該第二天線層包含十字形狀。
10. 如請求項7的天線裝置，其中，該第一饋入網路層包括第一訊號輸入埠和第二訊號輸入埠，其中該第一信號輸入埠包括圓形的第一接觸墊，該第二信號輸入埠包括細長形狀的第二接觸墊。
11. 一種天線裝置，其包含： 一第一基板，其包含： 一半導體晶片，其置於該第一基板的一第一側上，並經配置以接收或傳輸一第一射頻（RF）訊號； 複數個第一絕緣層；及 複數個第一導電層，其與該等第一絕緣層交替配置，該等第一導電層包括一訊號層，其置於該第一基板相對於該第一側的一第二側上，並經配置以接收該第一RF訊號；及 一第二基板，其電耦合到該第一基板並包含多個天線單元的一陣列，其中該等天線單元中的每一者包括： 複數個第二絕緣層；及 複數個第二導電層，其與該等第二絕緣層交替配置，該等第二導電層包含一第一天線層，其經配置以基於該第一RF訊號來輻射該等第二RF訊號。
12. 如請求項11的天線裝置，其進一步包含複數個連接件，將該等天線單元中的每一者電耦合到該第一基板。
13. 如請求項12的天線裝置，其中該等複數個第二導電層進一步包含一第一饋入網路層，該第一饋入網路層包含兩訊號輸入埠透過該等複數個連接件電耦合到該第一基板，並經配置以基於該第一RF訊號產生該等第二RF訊號。
14. 如請求項13的天線裝置，其中該等複數個第二導電層進一步包含一第二饋入網路層，置於該第一饋入網路層與該第一天線層之間，該第二饋入網路層包含兩個訊號輸入埠及四個訊號輸出埠，其中該等四個訊號輸出埠經配置以分別產生第一對及第二對第二RF訊號，用於水平極化及垂直極化傳輸。
15. 如請求項14的天線裝置，其中該等複數個第二導電層進一步包含第一接地層和第二接地層，分別位於該第二饋入網路層的兩側上。
16. 如請求項15的天線裝置，其中該等複數個第二導電層進一步包含第二天線層，電磁耦合到該第一天線層，該第二天線層包含： 一第一天線貼片，其電耦合到該等第二饋入網路層的該等四個訊號輸出埠；及 一第三接地層，其橫向圍繞該第一天線貼片。
17. 如請求項16的天線裝置，其中該第一天線層包含一第二天線貼片，從一俯視角度來看，該第二天線貼片係與該第一天線貼片對準。
18. 如請求項13的天線裝置，其中該第一對第二RF信號的第一相位與該第二對第二RF信號的第二相位偏移90度，以使該等第二RF信號以左旋圓極化或右旋圓極化方式傳送。
19. 如請求項13的天線裝置，其中該等複數個第二導電層進一步包含一開孔饋入層，該開孔饋入層設置在該第一饋入網路層與第一天線層之間，該開孔饋入層包括彼此隔開的兩個開孔，該兩個開孔電耦合到該第一RF訊號且產生該等第二RF訊號。
20. 如請求項11的天線裝置，其中該等天線單元中的每一者能夠從該第二基板拆卸，同時保持該天線裝置上的其他天線單元的完整性。

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