VERFAHREN ZUR ADDITIVEN FERTIGUNG EINES WELLENLEITERS UND EIN WELLENLEITER

Abstract

 Ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Wellenleiters unter Verwendung eines dielektrischen Materials zur Fertigung von dielektrischen Strukturen und eines leitfähigen Materials zur Fertigung von elektrisch leitfähigen Strukturen ist offenbart. Das Verfahren umfasst: Additives Fertigen (S110) zumindest eines Grundkörpers (110) unter Nutzung des dielektrischen Materials; Ausbilden (S120) eines Hohlraumes (120); und Additives Fertigen (S130) eines ersten Leiters (131) und eines zweiten Leiters (132) unter Nutzung des leitfähigen Materials. Der Hohlraum (120) wird zumindest teilweise zwischen dem ersten Leiter (131) und dem zweiten Leiter (132) ausgebildet.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Wellenleiters und auf einen Wellenleiter und insbesondere auf die Fertigung einer Mikrostreifenstruktur bzw. einer Koaxialstruktur zur hochfrequenten Signalführung.

HINTERGRUND

[0002] Es besteht ein zunehmender Bedarf daran, hochfrequente Signale auf kleinstem Raum zwischen den Bauteilen zu führen. Als Folge einer zunehmenden Integration der Bauteilkomponenten sollen dabei die Signale nicht nur innerhalb einer Ebene geführt werden, sondern ebenso frei im Raum weitergeleitet werden. Auf diese Weise entstehen dreidimensionale Bauteile, die auf kleinsten Raum viele Komponenten der Hochfrequenztechnik unterbringen sollen.

[0003] Konventionelle Verschaltungen von verschiedenen Bauteilen basieren immer noch auf Leiterplattenstrukturen, um Bauteile darauf nebeneinander anzuordnen, wobei beispielsweise Koaxialleitungen zur Hochfrequenzsignalführung genutzt werden. Diese Koaxialkabel schränken jedoch die Verbindungsmöglichkeiten beträchtlich ein. So können beispielsweise enge Abwinkelungen nicht oder nur begrenzt ausgeführt werden bzw. sind mit einem hohen Verlustfaktor verbunden.

[0004] Daher besteht ein Bedarf nach Wellenleiterstrukturen, die die Randbedingungen von konventionell gefertigten Wellenleiterstrukturen überwinden.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

[0005] Zumindest ein Teil der obengenannten Probleme wird durch ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Wellenleiters nach Anspruch 1 bzw. ein Wellenleiter nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausführungen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.

[0006] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur additiven Fertigung eines Wellenleiters unter Verwendung eines dielektrischen Materials zur Fertigung von dielektrischen Strukturen und eines leitfähigen Materials zur Fertigung von elektrisch leitfähigen Strukturen. Das Verfahren umfasst:

• Additives Fertigen zumindest eines Grundkörpers unter Nutzung des dielektrischen Materials;
• Ausbilden eines Hohlraumes; und
• Additives Fertigen eines ersten Leiters und eines zweiten Leiters unter Nutzung des leitfähigen Materials.

[0007] Der Hohlraum wird zumindest teilweise zwischen dem ersten Leiter und dem zweiten Leiter ausgebildet wird. Der erste Leiter und der zweite Leiter können elektrisch isoliert voneinander additiv gefertigt werden.

[0008] Es versteht sich, dass die Reihenfolge der Verfahrensschritte beliebig gewählt werden kann bzw. nur dadurch eingeschränkt sein soll, dass ein Schritt eine Voraussetzung für einen Folgeschritt ist. Der Begriff "additives Fertigen" soll insbesondere auch einen Multimaterialdrucker umfassen, der mindestens ein leitendes und mindestens ein nichtleitendes Material verarbeiten kann. Es können aber auch mehrere Materialien genutzt werden (z.B. mit verschiedenen Leitfähigkeiten oder dielektrischen Eigenschaften), um z.B. passive Bauteile (z.B. elektrische Widerstände, Kondensatoren etc.) zu bilden.

[0009] Optional umfasst das Ausbilden des Hohlraumes Folgendes: Bereitstellen einer Opferstruktur; Einbetten der Opferstruktur durch das additive Fertigen des zumindest einen Grundkörpers; und teilweise oder vollständiges Entfernen der Opferstruktur. Das additive Fertigen des ersten Leiters und/oder des zweiten Leiters kann ein additives Fertigen von zumindest einer leitfähigen Schicht auf einer Oberfläche des Opferstruktur umfassen. Das Entfernen der Opferstruktur kann ein Herausziehen und/oder ein Herausbrechen und/oder ein Auflösen eines Materials der Opferstruktur umfassen. Das Entfernen der Opferstruktur kann vollständig oder auch nur teilweise erfolgen, d.h. Reste der Opferstruktur können in dem Wellenleiter verbleiben. Das Einbetten kann insbesondere ein Umdrucken (im Sinne des 3D-Drucks) umfassen.

[0010] Optional umfasst das Ausbilden des Hohlraumes Folgendes: Ausbilden einer Stützstruktur in einem Bereich des Hohlraumes, um ein Eindringen von dielektrischen Material oder leitfähigen Material in den Hohlkörper bei der additiven Fertigung zu verhindern. Der Wellenleiter kann nach der additiven Fertigung zumindest einen Teil der Stützstruktur aufweisen. Die Stützstruktur kann beispielsweise eine Folie (aus Metall oder Kunststoff) umfassen, die im hergestellten Wellenleiter verbleiben kann bzw. später auch eine Funktion (z.B. Abschirmung, Isolation etc.) übernimmt. Die Stützstruktur kann insbesondere in einem oberen Bereich bzgl. der additiven Fertigungsrichtung angeordnet werden. Auf diese Weise kann das Hineinfallen oder Hineintropfen von additiven Fertigungsmaterial verhindert werden.

[0011] Optional umfasst das additive Fertigen des Grundkörpers Folgendes: Additives Fertigen einer ersten Komponente und/oder einer zweiten Komponente des Grundkörpers (z.B. separat voneinander); und Zusammenfügen der ersten Komponenten und der zweiten Komponente, um den Grundkörper zu bilden. Der Hohlkörper kann sich zumindest teilweise zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente erstrecken.

[0012] Optional umfasst das additive Fertigen des Grundkörpers und/oder das additive Fertigen des ersten Leiters und/oder des zweiten Leiters Folgendes: (fortlaufendes) schichtweises Fertigen in einer Fertigungsebene, und Aushärten des dielektrischen und/oder des leitfähigen Materials durch ein kontaktloses Einbringen von Energie. Der Hohlraum kann insbesondere geneigt zu der Fertigungsebene ausgebildet werden. Das Aushärten kann zwischen jedem Aufbringen einer oder mehrerer Schichten erfolgen. Das Aushärten kann beispielsweise eine Bestrahlung mit UV- (ultraviolettes) Licht, IR- (infrarotes) Licht, einem Laser oder eine Wärmebehandlung, ein Sintern, Verdampfen einer Trägerflüssigkeit, Erzeugung von keramischen Materialien etc. umfassen.

[0013] Optional umfasst das Verfahren außerdem ein Bereitstellen eines Bauteils mit einer passiven elektrischen Komponente (z.B. einen Kondensator, einen Widerstand, eine Spule etc.) und/oder einer aktiven elektrischen Komponente (z.B. mit einem eigenen Stromversorgungsanschluss). Das additive Fertigen des Grundkörpers umfasst dann zumindest ein teilweises Einbetten des Bauteils in den Grundkörper. Die additive Fertigung kann daher um das Bauteil herum erfolgen.

[0014] Optional umfasst das additive Fertigen des Grundkörpers ein Ausbilden von Öffnungen, um ein Auskoppeln von Signalen aus dem Wellenleiter zu ermöglichen.

[0015] Optional umfasst das Verfahren ein Evakuieren des Hohlraumes und/oder ein Verschließen des Hohlraumes, z.B. um ein Eindringen von Luft zu verhindern. Der durch das additive Fertigen ausgebildete Hohlraum kann beispielsweise mit einem beliebigen Gas gefüllt sein (z.B. Luft oder ein inertes Gas wie Edelgas), um ein elektrisches Feld zu führen und um dielektrische Verluste zu minimieren. Der Hohlraum kann beispielsweise nach der additiven Fertigung evakuiert werden, und durch ein Schließen des Hohlraumes kann ein Vakuum in dem Hohlraum verbleiben, um das elektrische Feld zu führen und die Verluste weiter zu minimieren.

[0016] Optional umfasst das additive Fertigen einen additiven Tintenstrahldruck, bei dem selektiv ein dielektrisches funktionales Fluid (z.B. eine dielektrische Tinte) als dielektrisches Material und ein leitfähiges funktionales Fluid (z.B. eine leitfähige Tinte) als leitfähiges Material verwendet werden. Die Leitfähigkeit kann über leitfähige Partikel in dem Fluid (z.B. Silber-Nanopartikel) erreicht werden.

[0017] Optional kann das additive Fertigen auch einen Sinterprozess (ein Lasersintern) umfassen, wo z.B. pulverförmiges Material mittels eines Lasers gesintert wird.

[0018] Optional wird der erste Leiter und/oder der zweite Leiter jeweils als eine Schicht gebildet. Diese Schicht(en) kann/können sich parallel auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörpers erstrecken (teilweise oder vollständig), sodass der Wellenleiter eine Mikrostreifenstruktur bildet.

[0019] Optional umfasst das Verfahren ein Ausbilden von zumindest einem weiteren Leiter in dem Grundkörper, wobei der weitere Leiter optional von dem ersten Leiter und von dem zweiten Leiter elektrisch isoliert ist. Zur Isolierung können die Leiter z.B. durch einen Teil des dielektrischen Grundkörpers voneinander getrennt sein. Der erste Leiter kann an einem Boden des Hohlraumes gebildet sein. Zum Beispiel kann der erste Leiter den Hohlraum nach unten begrenzen. Der zweite Leiter und/oder der weitere Leiter kann auf einer gegenüberliegenden Begrenzung (zum Boden gegenüberliegend) des Hohlraumes auf einer gleichen Ebene teilweise ausgebildet werden. Der Boden kann beispielsweise zuerst in der additive Fertigung gebildet werden, d.h. die Begriffe "oben" und "unten" können durch die additive Fertigungsrichtung (das "Wachsen" des Wellenleiters) definiert werden.

[0020] Optional wird durch das Ausbilden des Hohlraumes ein Hohlzylinder erzeugt. Der erste Leiter kann als ein Innenleiter und der zweite Leiter als Abschirmung gebildet werden, die sich um den Innenleiter teilweise oder ganz erstreckt. Der Wellenleiter bildet somit eine Koaxial-Struktur.

[0021] Optional wird der Innenleiter in einer Querschnittansicht als eine pyramidenförmigen Erhebung in den Hohlraum hinein ausgebildet. Die pyramidenförmige Erhebung kann aus leitfähigen oder teilweise (z.B. in einem radial außen liegenden Bereich) aus dielektrischen Material gebildet werden.

[0022] Ausführungsbeispiele beziehen sich auch auf einen Wellenleiter, der insbesondere eine Mikrostreifenstruktur oder eine Koaxial-Struktur bildet. Der Wellenleiter umfasst: einem dielektrischem Grundkörper, einen Hohlraum, einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter. Der dielektrische Grundkörper weist eine Mikrostruktur entsprechend eines additiven Fertigungsprozesses auf. Der erste Leiter und der zweite Leiter können eine Mikrostruktur entsprechend eines additiven Fertigungsprozesses aufweisen und in einem direktem Kontakt zu dem Hohlraum stehen, um den Wellenleiter zu bilden. Die Mikrostruktur bezieht sich auf mikroskopische Anordnung des Material, die typisch für den genutzten additiven Fertigungsprozess ist.

[0023] Ausführungsbeispiele sollen nicht auf die Anwendung für Wellenleiter eingeschränkt werden. Bei der additiven Fertigung können vielmehr beliebige funktionale Strukturen erzeugt werden. Ebenso können beliebige Topologien geschaffen werden. Die additive Fertigungsebene schränkt nicht die Ausrichtung von Bauteilen ein. Insbesondere können Signalleitungen oder Wellenleiter auch nicht-parallel zur Fertigungsebene verlaufen. Sie können auch ineinander verschlungen sein. In allen drei Raumrichtungen können so beliebige Topologien durch die Anordnung der Komponenten eines Bauteils erzeugt werden.

[0024] Ausführungsbeispiele bieten die folgenden Vorteile:

• Ein Frequenzbereich oberhalb der physikalischen Grenzfrequenz mit einem Verlustfaktor von 0,2 dB/cm des genutzten nichtleitenden Materials ist möglich.
• Es gibt keine Einschränkungen der Geometrie, insbesondere sind keine Einschränkungen hinsichtlich von Radien von Wellenleiterstrukturen vorhanden.
• Im Gegensatz zu konventionellen Koaxialkabeln können Kurven mit beliebigen Krümmungsradien erzeugt werden (z.B. kleiner oder gleich dem Durchmesser des Wellenleiters).
• Aufgrund der additiven Fertigung kommt es zu keinen Oberflächenspannungen an Krümmungen entlang des Hohlwellenleiters, was zu einer verbesserten Signalführung führt.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN

[0025] Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen.

Fig. 1

zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zur additiven Fertigung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2

zeigt eine hohlraumgeführte Mikrostreifenstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 3

zeigt eine hohlraumgeführte Koaxialstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0026] Fig. 1 zeigt ein schematisches Flussdiagramms eines Verfahrens zur additiven Fertigung unter Verwendung eines dielektrischen Materials zur Fertigung von dielektrischen Strukturen und eines leitfähigen Materials zur Fertigung von elektrisch leitfähigen Strukturen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Additives Fertigen S110 zumindest eines Grundkörpers unter Nutzung des dielektrischen Materials;

Ausbilden S120 eines Hohlraumes; und

Additives Fertigen S130 eines ersten Leiters und eines zweiten Leiters unter Nutzung des leitfähigen Materials.

[0027] Gemäß Ausführungsbeispielen kann zur additiven Fertigung insbesondere ein Tintenstrahlprozess genutzt werden. Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele kann aber auch ein Lasersintern oder eine anderes 3D-Druckverfahren eingesetzt werden.

[0028] Bei dem Lasersinterprozess kann beispielsweise ein sogenannter "Low-Termperature-Cofired-Ceramic-", LTCC (Niedrigtemperatur-Einbrand-Keramiken), Prozess genutzt werden. Dieses Verfahren basiert auf niedrigsinternde flexible Keramikfolien, wobei die ungebrannten Folien mechanisch strukturiert werden können und in Dickschichttechnik bedruckt, laminiert und bei ca. 850 bis 900°C gesintert werden. Das Ergebnis ist ein hochintegriertes dreidimensional vernetztes mehrschichtiges Board aus Keramik.

[0029] Die weitere Verarbeitung erfolgt durch bekannte Schicht-, Bond- bzw. SMD-Technologien (SMD, engl, surface mounted devices). Der Trägerwerkstoff ist hier Keramik. Seine Formbeständigkeit in ungebranntem Zustand ermöglicht ein völlig neues Verbindungs- und Packungssystem. Insbesondere können Vertiefungen, Chip-Träger-Strukturen, Fenster, selbst komplizierte Außenkonturen und dreidimensionale Formen in Kanälen und Kammern umgesetzt werden. Die günstigen elektrischen Eigenschaften und die Niederohmigkeit der innenliegenden Leiterbahnen ermöglichen ein Hochfrequenzdesign mit einer sehr guten Performance. Sämtliche Komponenten sind dabei auf kleinstem Raum platzierbar und dank unbegrenzter Lagenzahl optimal verbindbar.

[0030] Bei dem Tintenstrahldruck (sogenanntes InkJet-Verfahren) kommt gemäß Ausführungsbeispiele ein leitendes und ein nichtleitendes funktionales Fluid (z.B. Tinte) zum Einsatz, die additiv auf einem Träger aufgebracht werden und zu einer dreidimensionalen Struktur verarbeitet werden. Hierbei handelt es sich zum Beispiel um die sogenannte AME (Additive Manufactured Electronics, engl., additiv gefertigte Elektronik). Beispielsweise kann ein Photopolymer-Fluid für nichtleitende und ein Silber-Nanopartikel-Fluid für leitfähige Strukturen als Tinte verwendet werden. Der Aushärteprozess kann gemäß Ausführungsbeispiele über eine Ultraviolettlicht erfolgen. Das Resultat ist ein dreidimensionaler Volumenkörper, der schichtweise additiv in eine Aufbaurichtung fertigt wurde.

[0031] Gemäß weiterer Ausführungsbeispiele wird ein Nanopartikelsinterprozess zur Aushärtung genutzt, wobei die Sinterung bei einem Bruchteil der Schmelztemperatur des leitfähigen Materials möglich ist.

[0032] Die AME-Fertigung ermöglicht die Kombination von E-CAD (electrical computer aided design) und M-CAD (mechanical computer aided design) im dreidimensionalem Raum und eignet sich insbesondere zur Umsetzung von hybrid gestalteten Modulkonzepten.

[0033] Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Ausführungsbeispiel einer hohlraumgeführten Mikrostreifenstruktur, die mittels additiver Fertigung hergestellt wurde. Die Mikrostreifenstruktur umfasst einen Grundkörper 110, indem ein Hohlkörper 120 ausgebildet ist. Der Hohlkörper 120 ist an einer Seite von einem ersten Leiter 131 begrenzt (z.B. an einem Boden). Auf der dem ersten Leiter 131 gegenüberliegenden Seite des Hohlraumes 120 ist ein zweiter Leiter 132 ausgebildet. Außerdem ist ein weiterer Leiter 133 in der Mikrostreifenstruktur ausgebildet. Der zweite Leiter 132 und der weitere Leiter 133 können sich beispielsweise auf der gleichen Ebene befindet, wobei die Ebene hinsichtlich der Fertigungsebene definiert werden kann.

[0034] Der zweite Leiter 132 und der weitere Leiter 133 sind durch einen dielektrischen Isolierabschnitt 140, der Teil des Grundkörpers 110 oder des Hohlraumes 120 sein kann, voneinander elektrisch getrennt. Beispielsweise können eine oder mehrere der Leiter 131, 132, 133 bis an einem Oberflächenbereich des Grundkörpers 110 geführt werden (z.B. können sie dort elektrische kontaktiert werden). Ebenso ist es möglich, dass die Leiter 131, 132, 133 vollständig in den dielektrischen Grundkörper 110 eingebettet sind und Stromzuführungen bilden.

[0035] In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist beispielsweise der erste Leiter 131 in einem Bodenbereich des Hohlraumes 120 ausgebildet, erstreckt sich jedoch nicht bis zu den seitlichen Rändern des Grundkörpers 110. Er kann optional eine Masse darstellen. Im Gegensatz hierzu erstreckt sich der zweite Leiter 132 bis zu einem linken Rand des Grundkörpers 110 und kann dort elektrisch kontaktiert werden. Gleiches trifft zu für den weiteren Leiter 133, der sich bis zu einem rechten seitlichen Wand des Grundkörpers 110 erstreckt, um dort beispielsweise elektrisch kontaktiert zu werden.

[0036] Um eine möglichst freie Gestaltung hinsichtlich des Hohlraums 120 zu haben, werden gemäß Ausführungsbeispiele Stützstrukturen bzw. Opferstrukturen verwendet, die nach der additiven Fertigung des Wellenleiters zumindest teilweise in dem Wellenleiter verbleiben können oder teilweise oder vollständig entfernt werden. So können beispielsweise Opferstrukturen herausgewaschen bzw. herausgebrochen werden, wenn der Grundkörper ausgehärtet ist. Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass eine Stützstruktur (zum Beispiel eine Folie) in dem additiv gefertigten Wellenleiter verbleibt und gleichzeitig gezielt eine Funktion erfüllen kann (z.B. Signalführung, eine Abschirmung, Isolation, u.a.m.).

[0037] Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform für eine hohlraumgeführte Koaxialstruktur. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Wellenleiter beispielhaft durch zwei Komponenten gefertigt, er kann aber auch monolithisch gedruckt werden wie die Ausführungsform aus der Fig. 2, die im Übrigen auch nicht-monolithisch gefertigt werden muss, sondern durch mehrere Komponenten zusammengesetzt werden kann.

[0038] Bei der Komponentenfertigung, wie sie beispielhaft in der Fig. 3 gezeigt ist, kann zunächst eine untere, erste Komponente 111 additiv gefertigt werden. Die erste Komponente 111 umfasst eine Vertiefung, die in einem unteren Bereich einen Teil des Hohlraum 120 bildet. Außerdem wird eine obere, zweite Komponente 112 des Grundkörpers 110 additiv gefertigt, die ebenfalls eine Vertiefung aufweist, die später Teil des Hohlraumes wird. Anschließend werden die erste und zweite Komponente 111, 112 zusammengefügt, z.B. durch ein Einsetzen der zweiten Komponente 112 in die Vertiefung der ersten Komponente 111. Anschließend kein ein Verkleben oder Versiegeln der beiden Komponenten 111, 112 erfolgen. Hierzu kann auch der additive Fertigungsprozess genutzt werden.

[0039] Gemäß Ausführungsbeispielen wird die zweite Komponente 112 mit der gleichen oder einer anderen additiven Fertigung gefertigt. Optional kann die zweite Komponente 112 Öffnungen 150 umfassen, die beispielsweise zum Ein- oder Auskoppeln eines Hochfrequenzsignales oder auch zum Einbringen von weiteren Bauteilen dienen kann. Die Form und Anzahl der Öffnungen 150 soll nur beispielhaft in der Fig. 3 gezeigt werden. Es versteht sich, dass die Öffnungen 150 hinsichtlich der Form, Position und Ausrichtung an die gewünschte Funktion angepasst werden können.

[0040] Um einen Koaxialleiter zu bilden, wird ein Innenleiter 131 in der Vertiefung additiv fertigt, wobei sich der Innenleiter 131 pyramidenförmig in den zylindrischen Hohlraum 120 hineinragt und sich entlang seiner kanalförmigen Ausdehnung erstreckt. Der pyramidenförmige Erhebung muss nicht vollständig aus leitfähigen Material gebildet sein (kann aber). Der Innenleiter 131 braucht nur an einer Spitze der pyramidenförmigen Erhebung gebildet werden. Außerdem ist auf einer Innenfläche der zweiten Komponente 112 und/oder der ersten Komponente 111 des Grundkörpers 110 der zweite Leiter 132 als Oberflächenschicht ausgebildet, um eine Abschirmung bereitzustellen. Der Innenleiter 131 als auch die Abschirmung 132 sind aus leitfähigem Material additiv gefertigt, wobei die Abschirmung 132 sich vollständig an der Außenwand des Hohlkörpers 120 zirkular erstrecken kann, während der Innenleiter 131, wie bereits gesagt, nur an der Pyramidenspitze ausgebildet werden braucht.

[0041] Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine koaxialen Wellenleiter, der monolithisch gebildet ist. Daher brauchen die zwei Komponenten 111, 112 nicht separat gefertigt werden, die hohlraumgeführte Koaxialstruktur kann vielmehr als ein Stück hergestellt werden. Um den zylindrischen Hohlraum 120 zu fertigen, kann beispielsweise eine Opferstruktur oder Stützstruktur in dem Hohlraum 120 eingebracht oder ausgebildet werden, um das Fertigen des Überbaus zu erreichen, ohne dass das additive Fertigungsmaterial in den Hohlraum 120 fällt.

[0042] Der Grundkörper 110 umfasst wiederum ein elektrisch nichtleitendes Material, zum Beispiel ein erstes Dielektrikum. Der Hohlraum 120 kann auch mit einem zweiten nichtleitendem Material gefüllt sein (z.B. zum Beispiel ein zweites Dielektrikum). Die Dielektrika können derart gewählt werden, dass ein elektromagnetische Welle entlang des Wellenleiters wie gewünscht geführt wird. Wie zuvor auch, kann der Hohlraum 120 wieder evakuiert werden bzw. mit Gas befüllt sein.

[0043] Es versteht sich, die additive Fertigung ein Unterscheidungsmerkmal des hergestellten Produktes ist. In Abhängigkeit von der genutzten additive Fertigung (ob Lasersintern oder Tintenstrahldruck oder eine anderes Verfahren) unterscheidet sich die mikroskopische Struktur. Ein Fachmann kann anhand der mikroskopischen Struktur feststellen, welches additives Herstellungsverfahren genutzt wurde. Ein weiteres strukturelles Merkmal, welches ein additive gefertigtes Bauteil von einem konventionell hergestellten Bauteil (z.B. unter Nutzung eines Gießen oder einer spanenden Verarbeitung) unterscheidbar machen kann, sind Reste einer Opferstruktur, die optional vorhanden sein können, um Überhänge oder Abdeckungen zu fertigen.

[0044] Die additiven Fertigung stellt nicht nur eine alternative Herstellung dar, sondern bietet Vorteile, die mit der konventioneller Herstellung nicht erreichbar sind. Diese Vorteile umfassen insbesondere die Designfreiheit beim Anordnen von Verbindungsleitungen in beliebigen Topologien. Enge Kurven in verschiedenen Richtungen sind nicht nur möglich, sondern führen auch zu keinerlei mechanischer Spannungen im Kurvenbereich des Wellenleiters.

[0045] Insbesondere kann der Wellenleiter in beliebige Richtung, auch schräg zur Fertigungsebene verlaufen, wobei die Fertigungsebene durch die Schichten definiert ist, die nacheinander bei der additiven Fertigung ausgehärtet werden. Der schichtweise Aushärteprozess umfasst insbesondere ein kontaktloses Einbringen von Energie wie beispielsweise eine Bestrahlung. Die Bestrahlung kann über einen Laser oder unter Nutzung einer Ultraviolett- oder Infrarotlichtquelle erfolgen. Ebenso ist es möglich, dass eine Wärmebehandlung (z.B. Heizen) oder ein Sinterprozess für das Aushärten der jeweiligen Schichten genutzt wird. Beim Sintern können insbesondere keramischen Materialien erzeugt werden. Wenn die additive Fertigung einen Tintenstrahlprozess umfasst, kann das Aushärten ein Verdampfen einer Trägerflüssigkeit umfassen.

[0046] Wie das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 zeigt, wird auf diese Weise ein beliebig geformter Wellenleiter möglich. Insbesondere können enge Abwinkelungen um 90° und mehr erzeugt werden, entlang derer ein hochfrequentes Signal führbar ist. Es sind keine Verbiegungen eines vorhanden Wellenleiters (z.B. eines Koaxialkabels) erforderlich. Auf diese Weise ist es möglich, dass der Wellenleiter sich nicht nur parallel zu einer Schicht, sondern auch in einem Winkel > 1° bzw. ≠ 90° zu den Schichten durch das Bauteil beliebig gekrümmt erstrecken kann, um eine dreidimensionale Signalführung über mehrere Schichten hinweg zu ermöglichen.

[0047] Gemäß Ausführungsbeispielen kann eine beliebige Anzahl von getrennten leitfähigen Elementen (wie zum Beispiel Elektroden, Kontaktierungsleitungen) verlegt werden. So können in einem dreidimensionalen Substrat nicht nur der Wellenleiter ausgebildet werden, sondern auch eine beliebige Anzahl von Zuführungselektroden oder andere Leitungselemente untergebracht werden, die direkt in den Grundkörper 110 des Wellenleiters eingebettet sind.

[0048] Ebenso kann in dem Grundkörper 110 zumindest ein aktives oder passives Bauelement eingebettet oder durch das additive Fertigen ebenfalls hergestellt werden. Auf diese Weise werden eine kompakte Bauweise und ein hoher Schutz vor Umwelteinflüssen erreicht. Wie bereits bei der Fig. 3 dargelegt, ist die Erzeugung der gewünschten Strukturen sowohl einteilig als auch mehrteilig möglich. Bei der mehrteiligen Erzeugung werden einzelne Komponenten einzeln hergestellt und dann zusammengesetzt.

[0049] Die Vorteile von Ausführungsbeispielen können wir folgt zusammengefasst werden:

• der nutzbaren Frequenzbereichs vergrößert sich;
• außerdem wird eine Erhöhung des Integrationsgrades für hochfrequente Signalführungen möglich;
• eine Erhöhung der 3D-Design Freiheitsgrade wird erreicht;
• die Integration von Teilen und Kopplungsstrukturen wird möglich;
• beliebige Kombinationsmöglichkeiten von Hochfrequenzsignalführungen mit Antennenstrukturen und aktiven Schaltungselementen sind möglich (zum Beispiel Sensorelemente, Digital- oder Sende-/Empfangsschaltungen können eingebettet werden);
• mögliche Umsetzung eines komplexen Systems in einem Fertigungsschritt wird möglich.

[0050] Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0051] 

110

Grundkörpers

111, 112

Komponenten des Grundkörpers

120

Hohlraum

131, 132,133

Leiter

140

Isolierabschnitt

150

Öffnung(en) in dem Grundkörper

Ansprüche

1. Verfahren zur additiven Fertigung eines Wellenleiters unter Verwendung eines dielektrischen Materials zur Fertigung von dielektrischen Strukturen und eines leitfähigen Materials zur Fertigung von elektrisch leitfähigen Strukturen, mit folgenden Schritten:

Additives Fertigen (S110) zumindest eines Grundkörpers (110) unter Nutzung des dielektrischen Materials;

Ausbilden (S120) eines Hohlraumes (120); und

Additives Fertigen (S130) eines ersten Leiters (131) und eines zweiten Leiters (132) unter Nutzung des leitfähigen Materials,

wobei der Hohlraum (120) zumindest teilweise zwischen dem ersten Leiter (131) und dem zweiten Leiter (132) ausgebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ausbilden (S120) des Hohlraumes (120) Folgendes umfasst:

Bereitstellen einer Opferstruktur;

Einbetten der Opferstruktur durch das additive Fertigen (S110) des zumindest einen Grundkörpers (110); und

Entfernen der Opferstruktur,

wobei das additive Fertigen (S130) des ersten Leiters (131) und/oder des zweiten Leiters (132) ein additives Fertigen von zumindest einer leitfähigen Schicht auf einer Oberfläche des Opferstruktur umfasst,
und wobei das Entfernen der Opferstruktur ein Herausziehen oder ein Herausbrechen oder ein Auflösen eines Materials der Opferstruktur umfasst.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausbilden (S120) des Hohlraumes (120) Folgendes umfasst:
Ausbilden einer Stützstruktur in einem Bereich des Hohlraumes (120), um ein Eindringen von dielektrischen Material oder leitfähigen Material in den Hohlkörper (120) bei der additiven Fertigung zu verhindern, wobei der Wellenleiter nach der additiven Fertigung zumindest einen Teil der Stützstruktur aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das additive Fertigen des Grundkörpers (110) Folgendes umfasst:

Additives Fertigen einer ersten Komponente (111) und/oder einer zweiten Komponente (112) des Grundkörpers (110); und

Zusammenfügen der ersten Komponenten (111) und der zweiten Komponente (112), um den Grundkörper (110) zu bilden,

wobei der Hohlkörper (120) zumindest teilweise sich zwischen der ersten Komponente (111) und der zweiten Komponente (112) erstreckt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das additive Fertigen (S110) des Grundkörpers (110) und das additive Fertigen (S130) des ersten Leiters (131) und/oder des zweiten Leiters (132) Folgendes umfasst:

fortlaufendes schichtweises Fertigen in einer Fertigungsebene, und

zwischen jedem Aufbringen einer Schicht, Aushärten des dielektrischen und/oder des leitfähigen Materials durch ein kontaktloses Einbringen von Energie, wobei der Hohlraum (120) geneigt zu der Fertigungsebene ausgebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter Folgendes umfasst:

Bereitstellen eines Bauteils mit einer passiven elektrischen Komponente und/oder einer aktiven elektrischen Komponente,

wobei das additive Fertigen (S110) des Grundkörpers (110) zumindest teilweise ein Einbetten des Bauteils in den Grundkörper (110) umfasst.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das additive Fertigen (S110) des Grundkörpers (110) ein Ausbilden von Öffnungen umfasst, um ein Auskoppeln von Signalen aus dem Wellenleiter zu ermöglichen.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter Folgendes umfasst:

Evakuieren des Hohlraumes (120); und

Verschließen des Hohlraumes (120), um ein Eindringen von Luft zu verhindern.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das additive Fertigen einen additiven Tintenstrahldruck umfasst, welches selektiv ein dielektrisches funktionales Fluid (dielektrische Tinte) als dielektrisches Material und ein leitfähiges funktionales Fluid (leitfähige Tinte) als leitfähiges Material verwendet.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Additive Fertigen (S130) des ersten Leiters (131) und des zweiten Leiters (132) jeweils eine Schicht erzeugen, die sich parallel auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlkörpers (120) erstrecken, sodass der Wellenleiter eine Mikrostreifenstruktur bildet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, das weitere Folgendes umfasst:

Ausbilden von zumindest einem weiteren Leiter (133) in dem Grundkörper (110), wobei der weitere Leiter (133) von dem ersten Leiter (131) und von dem zweiten Leiter (132) elektrisch isoliert ist und der erste Leiter einen Boden für den Hohlraum 120 bildet,

und wobei der zweite Leiter (132) und der weitere Leiter (133) auf einer dem Boden gegenüberliegenden Begrenzung des Hohlraumes (120) auf einer gleichen Ebene teilweise ausgebildet werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Ausbilden (S120) des Hohlraumes (120) einen Hohlzylinder erzeugt und das Additive Fertigen (S130) des ersten Leiter (131) einen Innenleiter erzeugt und das Additive Fertigen (S130) des zweiten Leiters (132) eine Abschirmung erzeugt, die sich um den Innenleiter herum erstreckt, sodass der Wellenleiter eine Koaxial-Struktur bildet.

13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Innenleiter (131) in einer Querschnittansicht als eine pyramidenförmigen Erhebung in den Hohlraum (120) hinein ausgebildet wird.

14. Wellenleiter, der insbesondere eine Mikrostreifenstruktur oder eine Koaxial-Struktur bildet, mit:

einem dielektrischem Grundkörper (110), der eine Mikrostruktur entsprechend eines additiven Fertigungsprozesses aufweist;

einem Hohlraum (120); und

einem ersten Leiter (131) und einem zweiten Leiter (132), die eine Mikrostruktur entsprechend eines additiven Fertigungsprozesses aufweisen und die in direktem Kontakt zu dem Hohlraum (120) stehen, um den Wellenleiter zu bilden.

Zeichnung