專利名稱：無線通信裝置的天線包的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無線通信裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及無線通信裝置的改進的小型低成本天線包。
個人通信業(yè)務(PCS)的容量越大，供應商的數(shù)目越多，對無線用戶來說意味著更高的競爭力。雖然總的收入(revenue)在高速增長，但是由于許多臨時和緊急用戶進入該市場，因此每個用戶的收入已經在下降。從而，設備供應商處于保持終端成本低，同時支持功能部件數(shù)目的日益增大的壓力下，功能部件數(shù)目的增大將增加每個用戶的收入。隨著無線圖象，金融信息及因特網接入的需求的日益增長，無線數(shù)據傳輸是無線業(yè)務的增長領域之一。雖然傳統(tǒng)的蜂窩電話可用作傳輸數(shù)據的無線調制解調器，但是傳輸速率低，誤碼率高。通過這種方式的數(shù)據用戶認可一直相當?shù)?。雖然PCS的較高頻率和帶寬提供了一些改進，但是，它不能顯著增加使數(shù)據傳輸對廣泛的用戶基礎具有吸引力的位速率。
天線分集可提供這種顯著改進。利用開關算法的空間分集可使系統(tǒng)增益增大3-5dB，取決于算法的效率及天線間的隔離。例如，簡單的開關算法只監(jiān)視使用中的一個天線信號。當該信號低于某一門限值時，開關算法轉換到另一天線。更復雜的算法將監(jiān)視兩個天線信號，并且即使這兩個信號都高于操作門限值時，仍然轉換到具有最強信號的天線。更復雜的系統(tǒng)會復制大部分RF鏈并監(jiān)視更接近數(shù)字基帶的兩個信號。利用開關分集得到的較高的平均增益使得可在較高的數(shù)據速率下得到較低的誤碼率。
在天線間實現(xiàn)足夠的分離是手持機上空間分集方面的一個重要考慮因素。水平分離比垂直分離更有效，因為水平分離情況下，接收信號的解相關性增長更快，尤其是當天線之一是全方向雙極天線，垂直射束寬度小于水平射束寬度時更是如此。信號必須基本上互不相關，并且當天線間的距離約為波長的0.38倍時，產生相關因子中的第一個空值。實際上，可忽略小于0.25的相關系數(shù)，某些情況下可忽略小于0.50的相關系數(shù)，只要小達1/5波長的有效分離即可。在900MHz下這約為8cm，在1.9GHz下約為4cm。在尺寸小于二分之一波長的小型終端中的分集方面的一個問題是難以確定輻射的中心，因為整個外殼通過近場耦合輻射，尤其是當天線在內部時。這樣雖然在手持機上可實現(xiàn)有效分集所需的距離，但是實際情況復雜得多。當天線類型不同，并且布置不同時，則其它類型的分集(方向和極化)也有影響。
于是顯然需要一種用作手持無線通信裝置中的分集天線的小型、低成本天線。
根據本發(fā)明，提供了供無線通信裝置使用的天線包。本發(fā)明的天線包包括具有若干引線和加工成天線的槳狀物(paddle)的金屬引線框分段。介電材料封裝槳狀物和各部分引線。
根據本發(fā)明的一方面，該槳狀物被加工成平面反轉F天線(PIFA)。
根據本發(fā)明的另一方面，該天線包還包括附著在引線框分段上，并被介電材料封裝的電子電路。
上述天線包的制作包括提供具有許多引線和加工成天線的槳狀物的金屬引線框分段。沿著模子的分模線，并且對正模腔放置該引線框分段。用熔融介電材料充填模腔，以便封裝槳狀物和各部分引線。介電材料可以硬化。從模子中取出封裝的引線框分段，隨后修剪掉所述許多引線的未封裝部分。
結合附圖，根據下面的說明，上述內容將更易于理解，不同附圖，中的相同部件用相同的附圖標記標識，其中

圖1是示意性平面天線的橫截面圖；圖2是表示根據本發(fā)明構造的，并相對于電路板安裝的天線包的第一實施例的橫截面圖，該天線包的輪廓與無線通信裝置的外殼相符；圖3圖解說明了根據本發(fā)明的天線包與印刷電路板的兩種互連；圖4是根據本發(fā)明的原理，利用引線框構造的電容耦合平面反轉F天線的側視橫截面圖5是圖4中所示天線的“透明”頂視圖；圖6-9圖解說明了具有成形EMI/RFI屏蔽的集成天線和無線電元件包，圖6和7分別是屏蔽形成前的頂視圖和側視圖，圖8和9分別屏蔽形成后的頂視圖和側視圖。
圖10A,10B,11,12A,12B,13A和13B圖解說明了根據本發(fā)明的天線包的構成步驟；圖14圖解說明了單個天線包和一起模塑的一組引線框的分離；圖15圖解說明了單個天線包的引線的形成。
當考慮在手持式無線通信裝置中提供分集天線的問題時，最初決定把偶極子(鞭狀天線)用作一個天線，并把小到足以集成到手持式裝置的外殼內的天線作為另一天線。特別適合的微小天線是平面反轉F天線(PIFA)。1999年7月20日頒發(fā)給Korisch的美國專利No.5926139中公開了這樣一種用于雙帶操作的天線。圖1是這種天線的橫截面圖，接地面22位于介電基體24的一側，發(fā)射元件26位于介電基體24的另一側。饋送銷28貫穿接地面22和基體24，使發(fā)射元件26與收發(fā)器電路(圖中未表示)耦合，并借助絕緣通孔30與接地面22隔離。
為了把平面天線裝入裝置的外殼內，可使用聚亞胺酯或者其它適當材料形成印刷電路板和外殼之間的裝置未用內部空間的鑄件。如圖2中所示，該鑄件用于產生與外殼34和印刷電路板36之間的裝置內部空間部分相符的塑料件32?；蛘?，可使用其它已知技術形成與所需形狀相符的塑料件。隨后在遠離印刷電路板36的平面40上，把具有所需天線構形的發(fā)射連接板38安裝到塑料件32上。隨后把接地面42貼到塑料件32的反面上，饋送件44貫穿塑料件32。如圖所示，塑料件32至少覆蓋部分雙工器46，從而雙工器46的金屬化表面被用作天線的擴展接地面。
圖3示意地圖解說明了與印刷電路板48的兩種互連。從模制塑料件52伸出并與電容性饋送件54相連的引線50被加工成與印刷電路板48上的鍍金焊盤58接觸的彈簧夾56?；蛘?，把與接地面62相連的引線60回焊到表面安裝焊盤64上。
根據本發(fā)明，可由塑料基體和模壓金屬引線框形成如上所述的小型、低成本天線包。借助塑料模制技術，可如常規(guī)集成電路包中那樣，把引線框放置在分模線上，或者可預先在上表面或下表面把金屬插入模子中。另外，根據1989年1月31日頒發(fā)給Moyer等的美國專利No.4801765的教導，可把兩層金屬布置在分模線上。這些金屬層可形成如圖3中所示的發(fā)射元件，饋送面或者接地面。從模壓體引出的成形金屬引線是可為“J”或“海鷗翼”型的饋送和接地互連。在常規(guī)表面安裝裝配操作中，它們可與印刷線路板互連，或者可如上所述被加工成彈簧夾。也可把通孔引線用于天線，不過屏蔽可在電路板兩側發(fā)出的輻射將更為困難。模壓體本身可以是用于集成電路封裝的熱固性模塑料，但是該材料在千兆赫頻率范圍內損耗相當高。于是最好使用在感興趣的頻率下具有低的射頻損耗的模塑塑料，只要它匹配插入金屬的熱膨脹系數(shù)。從機械和射頻損耗的觀點看，高度填充玻璃的聚碳酸酯，液晶聚合物或者聚苯硫材料將是適宜的。
圖4和5圖解說明了利用前面描述的技術構成的平面反轉F天線，這里封裝塑料材料66被表現(xiàn)為“透明的”，從而其中模塑的各個元件是可見的。如圖所示，本發(fā)明的天線包具有包括發(fā)射元件68，電容耦合的饋送元件70和接地元件72的各層。作為圖4和5中所示設計的備選方案，可把接地元件70并入印刷線路板中，天線包被安裝在該印刷線路板上。
由于金屬引線框的使用提供了互連結構，模塑塑料件的使用提供了包裝媒介，因此現(xiàn)在極大地提高了把有源無線電元件和無源無線電元件和天線結合起來的能力。金屬引線框可被模壓成幾乎任意程度的復雜性，以實現(xiàn)用于離散和有源元件，微型線路板或者多芯片組件的焊盤和引線。這些引線框類似于市場上已有的多芯片封裝件，但是在本申請的引線框的情況下，這些引線框應專用于天線元件。這向RF設計師提供了捆扎元件方面相當大的自由程度，以消除互連和連接器，或者使特定的可選件模塊化。例如，可把數(shù)據容量所需的附加過濾加到引線框上，以便數(shù)據天線是獨立的可選件。The multitude of leadsthat are possible with packages this large意味著成打的引線可轉用為這些有源和無源元件的互連。或者，可把天線匹配電路并入引線框中。
圖6-9圖解說明了利用成形屏蔽把無線電元件和天線集成到模塑包裝的情況。如圖所示，提供了模壓金屬引線框分段74，它具有被加工成天線的第一槳狀物76，將成為屏蔽物的第二槳狀物78，多個引線80和輔助槳狀物82，電路元件84以常規(guī)方式被安裝在輔助槳狀物82上。圖8和9表示了屏蔽槳狀物78構成電路元件84和天線76之間的電磁和射頻屏蔽物的情況。在1992年5月12日頒發(fā)給Acarlar等的美國專利No.5113466中公開了這種屏蔽物的形成。在屏蔽物形成之后，把組件封裝入包裝中，圖6-9中，該包裝的輪廓由虛線86表示。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是可用集成電路封裝中使用的技術實現(xiàn)天線和相關元件的封裝。這樣，封裝的成本低。在圖10A,10B,11,12A,12B,13A,13B,14和15中圖解說明了這種封裝。如果包裝將含有諸如集成電路或放大器之類的有源元件，則把引線框放在傳送器上，并通過模片固定機械。抓-放機械把一個或多個元件放在每個引線框分段上。在同一傳送器上，引線框通過引線接合機械，在引線接合機械處，以每秒兩個的速率使集成電路上的所有焊點和引線框分段的引線進行引線結合。在模片固定和引線接合之后，把引線框放置在模塑工具的分模線上。圖10A和10B表示了這種工具，它包括兩個半模型88,90，每個半模型包括凹腔92和連接凹腔92和填充室96的通道94。在每個引線框上中可具有多達12個分段，這些分段被布置在相應的凹腔92上方。可把多達16個引線框插入單個模塑工具中，以便在一個較大的模塑工具中可有多達192或更多的凹腔。
隨后在高壓下夾緊模塑工具，如圖11中所示，該高壓防止在高壓下注入熔融塑料時半模型88,90打開。隨后把熔融塑料材料注入填充室96中，并通過通道分散布到各個凹腔，如圖12A和12B所示。小心控制溫度和注入壓強，以便熔融塑料不會損害正被封裝的元件的內部功能部件。
在模子被注滿之后，模子保持夾緊狀態(tài)，熔融塑料凝固約30～180秒。如果該材料可僅僅隨著冷卻而凝固，則只需要30～40秒。如果該材料是必須聚合硬化的環(huán)氧樹脂材料，則該時間可長達3分鐘。隨后打開模子，并從模塑工具中取出引線框?，F(xiàn)在引線框98的每個分段被封裝在塑料材料100內，如圖13A和13B所示。如果該塑料材料是環(huán)氧模塑化合物，則該化合物可能需要持續(xù)高溫的后固化處理，以完成固化過程，并使該塑料材料堅固到足以經受后續(xù)操作。一個烘爐中一次可后固化多達1千個元件。這時這些元件仍附著在引線框上。把元件放在傳送帶上，并通過修邊和成形機械。該機械是具有安裝在其內部的特殊沖壓工具的沖床。該沖壓工具剪去引線框98的金屬，以便使引線彼此絕緣并相互分離，如圖14中所示。當引線框移動通過修邊和成形沖壓機的下一級時，引線被加工成可裝配到印刷線路板上的“J”或“海鷗翼”形狀，如圖15中所示。修邊和成形沖壓機的最后一級使元件與引線框完全分離，以致現(xiàn)在它們是獨立的封裝。
隨后把獨立封裝放在另一傳送帶上，并借助轉印法(壓色墨)或者激光布線法作標記。在任一情況下，把代碼符號或者其它部分及生產商名字寫在包裝上。如果是包括有源元件的的天線包，則把該天線包送去進行測試。對于只包括天線的無源元件，不需要進行測試。
通過類似于集成電路封裝，對本發(fā)明的天線封裝進行標記，可利用標準的“抓-放”技術，成本非常低地把天線封裝裝配到印刷電路板上。另外，由于本發(fā)明的天線封裝相當小，可把許多這種封裝裝配到印刷電路板上的不同位置上，以提供手持式無線通信裝置中數(shù)據傳輸所需的分集。
因此，這里已公開了一種用于無線通信裝置的改進的小型，低成本天線包。雖然這里已公開了本發(fā)明的各種不同實施例，但是要明白對公開實施例作出各種修改和改造是可能的。這樣，可適應除PIFA之外的其它類型天線，例如偶極天線，單極天線，四分之一波長或半波長微帶拼塊天線，頂部加載單極天線，縫隙天線，螺旋天線，或者可與和過模塑引線框(overmolded lead frame)相聯(lián)系的幾何形狀和尺寸約束相符的任意天線元件。天線不必是平面的，可與外殼的形狀相一致，或者甚至可嵌入外殼中。于是本發(fā)明只由附加權利要求的范圍所限定。
權利要求
1．一種供無線通信裝置使用的天線包的制造方法，包括下述步驟提供具有許多引線和加工成天線的槳狀物的金屬引線框分段；提供具有分模線和至少一個凹腔的模子；沿著模子的分模線，并且對正模腔放置該引線框分段；用熔融介電材料充填模腔，以便封裝槳狀物和各部分引線；使介電材料硬化；從模子中取出封裝的引線框分段，修剪掉所述許多引線的未封裝部分。
2．按照權利要求1所述的方法，其中提供步驟包括把槳狀物加工成平面反轉F天線(PIFA)。
3．按照權利要求1所述的方法，其中提供步驟包括把電子電路連接在引線框分段上的步驟。
4．按照權利要求2所述的方法，其中提供步驟包括下述步驟在電子電路和天線之間提供輔助槳狀物；彎曲輔助槳狀物，形成電子電路和天線間的電磁和射頻屏蔽。
5．一種供無線通信裝置中使用的天線包，包括具有許多引線和加工成天線的槳狀物的金屬引線框分段；和封裝槳狀物和各部分引線的介電材料。
6．按照權利要求5所述的天線包，其中槳狀物被加工成平面反轉F天線(PIFA)。
7．按照權利要求5所述的天線包，還包括連接在引線框分段上，并由介電材料封裝的電子電路。
8．按照權利要求7所述的天線包，其中引線框分段具有位于電子電路和天線之間，并被彎曲形成電子電路和天線間的電磁和射頻屏蔽的輔助槳狀物，輔助槳狀物由介電材料封裝。
9．配合具有絕緣外殼和安裝在該外殼內的印刷電路板上支撐的電子元件的無線通信裝置，內部天線包含有填充外殼和印刷電路板之間的裝置內部空間部分的模制塑料件；和位于遠離印刷電路板的塑料件表面上的天線。
全文摘要
一種供無線通信裝置使用的天線包。該天線包包括具有許多引線和加工成平面天線的槳狀物的金屬引線框分段,和封裝槳狀物和各部分引線的介電材料。
文檔編號H01Q9/04GK1288272SQ00127009
公開日2001年3月21日 申請日期2000年9月14日 優(yōu)先權日1999年9月15日
發(fā)明者伊利亞·亞歷山大·科里奇, 路易斯·托馬斯·曼喬尼, 蔡明珠(音譯), 翁玉云(音譯) 申請人:朗迅科技公司