[发明专利]一种集成蛇形天线的3D-MCM射频系统

说明书

技术领域

本发明属于微波毫米波通信技术领域，涉及三维多芯片组件3D-MCM技术和低温共烧陶瓷LTCC技术，尤其涉及一种应用于无线通信系统的小型化宽带天线。

背景技术

现代无线通信技术要求射频系统向小型化、高性能化、多功能化和低成本方向发展。天线作为无线通信系统的必不可少的部件，必须与特定功能的集成电路IC元器件进行系统集成封装，使无线通信设备的重量轻、体积小、功能多。

在过去几年中，基于低温共烧陶瓷LTCC技术，使天线具有便携、轻、薄、短、小的优点，利用三维多芯片组件3D-MCM技术，易于进行芯片集成，可大幅度提高封装密度。但是将LTCC天线技术和3D-MCM技术相结合用于集成封装的射频系统的报道还没有。

现有的集成封装的射频系统通常将天线和IC元器件封装在单层介质基板的同一个表面，这使得系统的体积较大，且天线与IC元器件之间的耦合较为严重。也有一些将天线和IC元器件不是放在介质基板的同一个表面进行封装的报道，但IC元器件为单层结构，且天线和封装层体积较大，天线的带宽较窄，且不能满足集成天线的射频系统对蓝牙和Zigbee/802.15.4技术在2.4GHz附近频段的使用要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种体积小、功能多、性能稳定的集成天线的3D-MCM射频系统，以满足现代无线通信系统对蓝牙和Zigbee/802.15.4技术在2.4GHz附近频段的使用要求。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种集成蛇形天线的3D-MCM射频系统，包括四层，自上到下依次为，第一层为LTCC蛇形天线，第二层为内部接地金属层，第三层为封装体，第四层为外部金属接地板；

所述LTCC蛇形天线：它由LTCC基片(7)、50欧姆匹配线(5)和蛇形辐射单元(6)构成；50欧姆匹配线(5)和蛇形辐射单元(6)位于LTCC基片(7)中且处于同一平面内；50欧姆匹配线(5)位于蛇形辐射单元(6)的左侧且与之相连；蛇形辐射单元(6)为一段蛇形线结构；50欧姆匹配线(5)左侧正下方的LTCC基片(7)中开设有垂直通孔(9)用于天线馈电；

所述内部接地金属层(2)位于LTCC基片(7)的下表面，且位于50欧姆匹配线(5)的正下方，而在蛇形辐射单元(6)的下方没有金属；所述内部接地金属层(2)是通过在LTCC基片(7)的下表面涂覆银或铜导电材料来实现；所述内部接地金属层(2)内开设有一个与垂直通孔(9)相通的通道通孔(10)，用于为天线提供馈电通道，该通道通孔(10)的直径大于垂直通孔(9)的直径；

第三层封装体：它由空腔(13)和四个封装侧壁：第一封装侧壁151、第二封装侧壁152、第三封装侧壁153、第四封装侧壁154构成；空腔(13)位于内部接地金属层(2)的正下方；在空腔(13)内，采用3D-MCM技术集成有多层IC裸芯片(14)；在四个封装侧壁内开设有若干接地通孔(12)，孔内灌装银材料，用于将内部接地金属层(2)与外部金属接地板相连接；在垂直通孔(9)正下方的封装侧壁(151)内还开设有一个馈电通孔(11)，该孔的直径等于垂直通孔(9)的直径，用于实现天线馈电；

第四层金属接地板：该金属接地板位于封装体的下方，位于内部接地金属层(2)的正下方，而在蛇形辐射单元(6)的正下方没有金属接地板；；金属微带馈线8位于PCB板18的上表面，用于实现天线馈电。

所述的集成蛇形天线的3D-MCM射频系统，LTCC基片(7)和封装体采用采用LTCC陶瓷的相对介电常数范围为2～14。

所述的集成蛇形天线的3D-MCM射频系统，50欧姆匹配线(5)和蛇形辐射单元(6)距离LTCC基片(7)上表面的距离为0～0.2mm，50欧姆匹配线(5)的长度SL为10mm，宽度SW为2～3mm，蛇形辐射单元(6)的长度L为10.2mm，宽度W为5～7mm，该蛇形线的宽度W2为0.5mm，线间距W1为0.5mm，LTCC基片(7)的长度为20.2mm，宽度比蛇形辐射单元(6)的宽度大0～0.5mm，厚度为1～1.5mm。