Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Hochfrequenzbauteilen

Abstract

 Hochfrequenzbautelle werden durch Schrauben oder Löten gefügt. Dies ist zelt- und kostenintensiv. Diese Problematik wird durch mechanisches Fügen unter Vorspannung, insbesondere Presspannung, minimiert, wobei der elektrische Kontakt an den Fügebereichen gewährleistet wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hochfrequenzbauteilen, z.B. Antennen, Hohlleitungs- und HF-Filterstrukturen für Anwendungen im Mikro- und Millimeterwellenbereich. Diese Hochfrequenzbauteile bestehen dabei im allgemeinen aus mehreren einzelnen Teilen. Diese Teile können sowohl in Urformverfahren, z.B. Kunststofffteile in Spritzgußtechnik sowie Metall- oder Keramikteile in Pulverspritzgußtechnik (PIM - Powder Injection Molding) als auch im spanabhebenden Verfahren z.B. Frästechnik hergestellt sein. Die elektrisch leitfähige Oberfläche dieser Bauteile kann durch eine Metallisierung oder auch durch elektrisch leitfähige Füllstoffe realisiert sein, wenn das Material nicht selbst elektrisch leitfähig ist.

[0002] Die Erfindung umfaßt die Kombination einer speziellen Kontaktgeometrie in den einzelnen Bauteilen mit der Fügung der Einzelteile.

Stand der Technik:

[0003] Antennen, Hohlleitungs- und Filterstrukturen bestehen im allgemeinen aus mehreren Einzelteilen, die miteinander gefügt werden (siehe Skizze 1: planare Hohlleiterantenne aus mehreren Teilen). Dabei ist die Fügung durch Schrauben oder Löten von Metallteilen im Moment Stand der Technik. Die dargestellte Fügetechnik stellt hierbei eine kostensparende Weiterentwicklung dar.

Funktionsprinzip der HF-Fügetechnik:

[0004] Kombination von spezieller elektrischer Kontaktgeometrie mit Fügung der HF-Bauteile unter Vorspannung. Durch die Vorspannung werden die zu fügenden Teile mit einer konstanten, gleichmäßig über das gesamte Bauteil verteilen Kraft zusammengepreßt.
Hohlleiterstrukturen bestehen im allgemeinen aus mehreren Einzelteilen. Die Erfindung betrifft Hohlleiter, Hohlleiternetzwerke und Hohlleiterantennen, z.B. auch Steghohlleiter, Hohlleiter in Suspended-Stripline-Technik, Hohlleiterhornstrahler, ungefüllte oder mit Dielektrikum gefüllte Hornstrahler sowie WAIM-Schichten.
Der Aufbau dieser HF-Strukturen aus mehreren Einzelteilen hat die Entstehung von Fügestellen zur Folge. An diesen Fügestellen muß ein verlustarmer elektrischer Kontakt sichergestellt sein, um die HF-Funktionalität zu gewährleisten.

[0005] Die erfinderische Lösung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet:

Merkmal 1:

[0006] Die Erfindung liegt in der speziellen Ausbildung einer Presskante (siehe FIG. 1, schnitt durch Hohlleiter mit Kontaktgeometrie in Form einer Presskante). Damit wird der sichere elektrische Kontakt an der Verbindungsstelle des Hohlleiters realisiert.
Die Presskante ist so auszubilden, daß die Einzelteile mit geringen Fügekräften miteinander verbunden werden können. (Im Gegensatz zu den notwendigen sehr hohen Fügekräften beim Schrauben). Die Presskante muß so schmal ausgebildet werden, daß damit eine geringe Vorspannkraft bei der Fügung ausreicht, um eine ausreichende Verformung und damit einen guten elektrischen Kontakt an der Fügestelle sicherzustellen. Gleichzeitig muß die Presskante hoch genug sein, um Bauteiltoleranzen auszugleichen. Durch die beschriebene Geometrie der Presskante wird diese durch eine geringe Vorspannung bereits so verformt, daß ein ausreichend guter elektrischer Kontakt sichergestellt ist. Dabei kann die Verformung der Presskante sowohl elastisch als auch plastisch erfolgen.
Die Presskante wird senkrecht zur Kontaktfläche und damit zur Fügekraft ausgebildet und befindet sich direkt am Hohlleiter (siehe FIG. 2).

[0007] Mögliche Ausbildungsformen der Presskante können sein: Die Presskante kann eine durchgehende Linie bilden, die geradlinig entlang des Hohlleiters verläuft (siehe FIG. 3). Der Querschnitt der Presskante kann beispielsweise als Quadrat, Rechteck, Dreieck, Raute, Halbkreis u.v.a.m. ausgebildet werden. Die Presskante kann auch ein meanderförmiger entlang des Hohlleiters ausgebildet sein. (siehe FIG. 4).

[0008] Eine weitere Möglichkeit für die Ausbildungsform der Presskante ist ein unterbrochener Verlauf entlang der Hohlleiter (siehe Fig. 5). Alternativ kann die Presskante auch aus einer Kette von Pins entlang der Hohlleiter bestehen (siehe Fig. 6). Statt aus Pins kann die Presskante dabei auch aus Zylindern, Pyramiden, Quadern, Halbkugeln, Kegel oder quer oder schräg zur Längsachse der Hohlleiters verlaufenden kurzen Stegen bestehen (siehe FIG. 7).

[0009] Dabei ist es unerheblich, an welcher Stelle der Hohlleiter durchtrennt wird. Die Trennung kann sowohl in der H-Ebene als auch in der E-Ebene, d.h. längs zum Hohlleiter erfolgen. Auch die Trennung quer oder schräg zur Längsachse des Hohlleiters oder quer oder schräg durch einen Hornstrahler ist möglich

Merkmal 2:

[0010] Zusätzlich zu dieser Presskante ist für den hinreichenden elektrischen Kontakt zwischen den Fügepartnern eine Vorspannung auf die miteinander zu fügenden Teile ausschlaggebend.
Diese Vorspannung wird durch das Zusammenpressen der zu fügenden Teile in z.B. einer Vorrichtung erreicht. Durch die Vorrichtung wird eine gleichmäßige Vorspannung auf die Presskante der einzelnen HF-Bauteile erzeugt, durch einen konstanten Druck der durch die Vorrichtung auf die Bauteile wirkt. Die Vorspannung kann jedoch auch durch geeignete, in die zu fügenden Bauteile integrierte Geometrien, z.B. Schnapphaken, aufgebracht werden. Auch hierbei ist es notwendig, daß die Vorspannung gleichmäßig auf das Bauteil wirkt. Die zu fügenden Teile werden nach Aufbringen der Vorspannung miteinander gefügt. Dabei ist es notwendig, daß die über die Vorrichtung gleichmäßig aufgebrachte geringe Vorspannung über eine geeignete mechanische Fügung der Einzelteile dauerhaft zu halten. Neben der elektrische Fügegeometrie (Presskante) sind deshalb auch mechanische Fügegeometrien notwendig, die die Vorspannkräfte zwischen den Teilen übertragen, d.h. die aufgebrachte Vorspannung erhalten (vgl. Spannbeton). Die mechanische Fügegeometrie darf dabei jedoch nicht einen Anschlag bilden. Der Anschlag muß durch die Presskante gebildet werden. Die mechanische Fügegeometrie kann z.B. als Pin in einem Teil der in ein entsprechendes Loch in den Fügepartner hineinragt, als Schnapphaken oder andere Schnappgeometrie sowie als Niet ausgebildet werden. Auch andere mechanische Fügegeometrien sind möglich, wie beispielsweise Nut-Feder-Systeme oder das einfache Zusammenfügen zweier Flächen, die quer oder längs zur Richtung der Vorspannung stehen und deren Klebespalt mit Klebstoff ausgefüllt wird.
Unter Beibehaltung der von der Fügevorrichtung aufgebrachten Vorspannung erfolgt dann die mechanische Fügung. Dabei können die Teile z.B. miteinander verklebt oder vernietet werden oder auch miteinander verschnappt werden. Auch das Verschweißen mit einem Fügepartner oder das Aufschmelzen der mechanischen Fügegeometrien und damit die Realisierung einer formschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung ist möglich.

[0011] Eine Möglichkeit ist, daß die mechanische Fügung durch die Vorrichtung hindurch an der unter Vorspannung stehenden Baugruppe erfolgt, z.B. erfolgt das Aufbringen des Fügeklebers mittels Dispensen durch die Vorrichtung hindurch oder durch seitliches Einfüllen des Klebers in das Bauteil. Analog erfolgen die anderen mechanische Fügetechniken (Schnappen, Nieten, Schweißen, etc.) an den unter Vorspannung stehenden Baugruppe in der Vorrichtung. Wichtig dabei ist, daß die über die Vorrichtung aufgebrachte Vorspannung gleichmäßig über die HF-Struktur verteilt gehalten wird, d.h. es sind eine Vielzahl von mechanischen Fügestrukturen (z.B. in Löcher geklebte Pins) notwendig, die möglichst gleichmäßig über das gesamte Bauteil verteilt sind. Auch das flächige Verkleben bzw. das Ausgießen aller Zwischenräume ermöglicht ein gleichmäßiges Halten der Vorspannkräfte über das gesamte Bauteil.
Durch die beschriebenen mechanischen Fügungen entsteht eine mechanisch haltbare Verbindung zwischen den Einzelteilen, die die erforderliche Vorspannung auf die elektrische Fügegeometrie (Presskante) auch nach der Entnahme aus der Fügevorrichtung gleichmäßig und dauerhaft sicherstellt.

Merkmal 3:

[0012] Der sichere elektrische Kontakt durch die Kontaktgeometrie (Presskante) kann unterstützt werden durch das Aufbringen von elektrische leitendem Kleber direkt auf sowie direkt neben oder in einem gewissen kleinen Abstand neben der Preßkante. Eine weitere Möglichkeit stellt das Aufbringen einer dünnen Schicht aus dielektrischem Kleber direkt auf sowie direkt neben oder in einem gewissen kleinen Abstand neben der Preßkante

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Hochfrequenzkomponente, welche aus mehreren Einzelbauteilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Fügestellen vorgesehen sind, die so ausgebildet sind, daß beim Zusammenfügen der Einzelteile an den Fügestellen dort ein verlustarmer elektrischer Kontakt gewährleistet ist.

2. Hochfrequenzkomponente, bestehend aus mehreren Einzelteilen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Presskante vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, daß die Einzelteile mit geringer Fügekraft miteinander verbunden werden können.

Zeichnung