Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Funktionsstruktur mit den Schritten:

Bereitstellen eines Grundkörpers der Funktionsstruktur;

Aufbringen mindestens einer metallischen Schicht auf eine Oberfläche des Grundkörpers.

Eine derartige Funktionsstruktur ist beispielsweise ein Wellenleiter zur Führung elektromagnetischer Wellen. Elektromagnetische Wellen, insbesondere Hochfrequenzsignale, können sich entweder in einem Raum oder in Wellenleiter-Vorrichtungen ausbreiten. Solche Wellenleiter-Vorrichtungen sehen leitfähige Strukturen vor, die ein räumliches Gebiet umfassen und so einen räumlichen Pfad oder Kanal ausbilden, um die elektromagnetischen Wellen bzw. Hochfrequenzsignale darin zu führen oder im Raum oder Frequenzbereich zu manipulieren.

Bei der Herstellung von Hochfrequenzkomponenten wird, insbesondere zum Erzeugen von Hohlräumen, das Bauteil fertigungsverursacht aus zwei Hälften zusammengesetzt. Die so entstandenen, z.B. in einen metallischen Grundkörper gefrästen Hohlräume, ergeben die eigentliche Funktionalität der Hochfrequenzbaugruppe. Dies können z.B. Wellenleiter, sogenannte Hohlleiter aber auch Filter, Resonatoren, Koppler oder Antennen sein.

Solche Hochfrequenzkomponenten können aus Kunststoffgrundkörpern erzeugt werden. Für die spätere Funktion müssen sie mit einer leitfähigen Beschichtung versehen werden. Stand der Technik ist das galvanische oder stromlose Beschichten mit Metallen. Dies wird beispielsweise auch in der dekorativen Beschichtung (Plating on Plastics (PoP)) durchgeführt, wobei verschiedene Schichtsysteme, beispielsweise mit Cu, Ni, Cr, Au, Ag etc. und Kombinationen und/oder Reihenfolgen dieser Elemente verwendet werden.

Essenziell ist die elektrische Leitfähigkeit und Beschaffenheit der Komponentenoberfläche, die mit der elektromagnetischen Welle wechselwirkt, insbesondere muss eine den Hohlraum bildende Innenwandung elektrisch leitend sein. Die Herstellung der Komponenten aus Metall bzw. elektrisch leitendem Grundmaterial ist nicht nur kostenintensiv, sondern auch aufwändig, insbesondere macht dies kostenintensive CNC-Fräsprozesse notwendig. Vor diesem Hintergrund wurde im Stand der Technik bereits der Ansatz verfolgt, derartige Komponenten stattdessen aus Kunststoff zu fertigen und diese erst in einem oder mehreren nachgelagerten Schritten leitfähig zu machen. Bekannte Prozessvorschläge sehen hier chemische Verfahren wie ein galvanisches oder auch stromloses Beschichten der Grundkörperoberfläche mit Metallen vor.

Die Metallisierung von Kunststoffen, insbesondere von Photopolymeren, weist, insbesondere im Hinblick auf die Haftung der Metallschicht auf der Oberfläche des Kunststoffs, technische Herausforderungen auf. Grundsätzlich weisen metallische Schichten eine schlechte Haftung auf Photopolymeren auf. Auch auf anderen Kunststoffen, insbesondere 3D-druckbaren oder 3D-gedruckten Kunststoffen, die eine geringe Oberflächenrauigkeit, beispielsweise mit R _q < 20 pm, aufweisen, kann die Haftung der abgeschiedenen Metallschicht unzureichend sein. Nach dem Stand der Technik werden Körper aus Photopolymeren deswegen einem aufwändigen Prozess der Sulfonierung der zu metallisierenden Oberfläche unterzogen, um eine bessere Haftung der metallischen Schicht auf der Oberfläche zu erzielen.

Ebenso bekannt sind Beschichtungsverfahren unter Verwendung von sechswertigem Chrom. Diese Beschichtungsverfahren sind allerdings, auf Grund der Schädlichkeit von sechswertigem Chrom starken gesetzlichen Einschränkungen oder Verboten unterworfen.

Zudem erzielt das Beizen mit sechswertigem Chrom, beispielsweise mittels Chrom- Schwefelsäure, eine deutliche Erhöhung der Oberflächenrauigkeit, was im Endeffekt mindestens einer der, die Haftfestigkeit fördernden, Mechanismen ist.

Bezüglich der vorbekannten Verfahren besteht der Wunsch nach einer weiteren Vereinfachung des Beschichtungsverfahrens, um insbesondere die Haftfestigkeit zu verbessern.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein derart verbessertes Verfahren bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Oberfläche des Grundkörpers mindestens bereichsweise ein oder mehrere Verankerungselemente aufweist, die dazu ausgebildet und angeordnet sind, die Haftung der metallischen Schicht auf der Oberfläche gegenüber einer Haftung der metallischen Schicht auf einer Oberfläche ohne Verankerungselemente zu verbessern.

Die metallische Schicht kann auch elektrisch leitfähig sein. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des Verfahrens bei der der Grundkörper monolithisch ist, also in einem Stück gefertigt ist und nur aus einem Material besteht, vorzugsweise durch ein additives Verfahren hergestellt wird, die metallische Schicht nasschemisch aufgebracht wird und eine weitere metallische Schicht durch einen galvanischen Prozess aufgebracht wird, wobei die Funktionsstruktur vorzugsweise ein, insbesondere geschlitzter, Hohlleiter bzw. Wellenleiter ist. Durch den galvanischen Prozess erfolgt vorzugsweise eine Glättung der Oberfläche der Schicht, insbesondere der funktionalen Oberfläche.

Es kann sich bei der Funktionsstruktur aber auch um eine aus mehreren Teilen zusammengesetzte Komponente handeln, bei der eines oder mehrere Teile durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt wurden.

Beispielsweise kann die Haftung, insbesondere die Haftfestigkeit der Beschichtung auf dem Grundkörper durch einen Ritztest (Scratch Test) gemäß DIN EN ISO 20502:2016-11 , durch eine Rockwell Eindringprüfung gemäß DIN EN ISO 26443:2016-09 oder gemäß VDI 3824-4, durch eine Gitterschnittprüfung gemäß DIN EN ISO 2409:2020-12, durch eine Gitterschnittprüfung und/oder Kreuzschnittprüfung gemäß DIN EN ISO 16276-2:2007-08, durch ein Abreißversuch gemäß DIN EN ISO 4624 oder durch ein ähnliches Prüfverfahren geprüft oder abgeschätzt werden. Die Prüfung kann auch durch Aufbringen eines Gewebeklebebands und abreißen dessen erfolgen, wobei die Abreißkraft gefühlt oder gemessen wird.

Vorzugsweise ist unter einer verbesserten Haftung zu verstehen, dass mindestens eines der genannten Prüfverfahren ein besseres Ergebnis bzw. einen besseren Prüfwert bei einer Prüfung der Haftung einer auf einer Oberfläche eines Grundkörpers mit Verankerungselementen aufgebrachten Schicht gegenüber einer Prüfung der Haftung einer auf einer Oberfläche eines Grundkörpers ohne Verankerungselemente aufgebrachten Schicht ergibt. Durch die Verankerungselemente wird vorzugsweise die Oberfläche, auf der die Schicht aufgebracht wird, vergrößert und/oder durch die Verankerungselemente bilden sich vorzugsweise formschlüssige Verbindungen zwischen dem Grundkörper und der Schicht. Damit wird die physikalische bzw. chemische Haftung und/oder die mechanische Haftung der Schicht auf dem Grundkörper verbessert.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das oder die Verankerungselemente in die Oberfläche eindringende Vertiefungen und/oder von der Oberfläche abstehende Erhebungen umfassen oder sind und/oder Hinterschneidungen aufweisen und/oder durch die Rauigkeit der Oberfläche erzeugt werden.

Die Oberfläche weist vorzugsweise ebene Bereiche und Bereiche, die mit Verankerungselementen versehen sind auf. Unter einer Hinterschneidung eines Verankerungselements, welches insbesondere als Vertiefung ausgebildet ist, ist vorzugsweise zu verstehen, dass eine von der Hinterschneidung ausgehende zum ebenen Bereich senkrechte Linie, den Grundkörper durchdringt. Die Hinterschneidung bildet somit eine Art Widerhaken, durch den die Schicht formschlüssig mit dem Grundkörper verbunden wird.

Die Verankerungselemente können eine beliebige Form aufweisen. Beispielsweise können die Verankerungselemente in einer Art Marmorierung angeordnet sein.

Die Vertiefungen und/oder Erhebungen können die Form von Hügeln, Zacken oder dergleichen aufweisen.

Eine denkbare Geometrie für ein Verankerungselement mit einer Hinterschneidung ist beispielsweise eine Vertiefung, die einen konischen Querschnitt aufweist, wobei die Vertiefung in Tiefenrichtung verbreitert ist.

Weitere denkbare Geometrien für ein Verankerungselement sind Zylinder, Dreiecke, Tetraeder, Blöcke, trapezförmige Blöcke, Kugeln oder kugelähnliche Formen sowie beliebig ausgeprägte Freiformen. Denkbar ist auch, dass sich die Geometrie der Verankerungselemente bei der Herstellung gegenüber der Sollgeometrie verändern. So können Verzerrungen oder Zuwächse geschehen. Dennoch erfüllen die Verankerungselemente vorzugsweise den Zweck der Erhöhung der Haftfestigkeit. Haftung uns Haftfestigkeit sind vorzugsweise synonym zu verstehen.

Die räumliche Ausdehnung der Verankerungselemente, vorzugsweise in Richtung der Oberfläche, richtet sich auf Oberflächen, die mit einer elektromagnetischen Welle interagieren vorzugsweise nach der Wellenlänge LambdaJD = c_O/f, der elektromagnetischen Welle und/oder nach der im Hohlleiter geführten Wellenlänge Lambda_g=2*pi/Beta, wobei Beta der Phasenbelag des Hohlleiters ist. Beta = 2*pi*f/(c0*sqrt(epsr) ) sqrt( 1 -(f_c/f) ² ) mit f_c=c0/(2*w) mit w=Breite des Hohlleiters.

Die Verankerungselemente weisen jeweils eine Erstreckung, vorzugsweise in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle auf, die weniger als die Ganze, insbesondere weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle beträgt.

Auf nicht-HF-relevanten Oberflächen ist es denkbar, die räumliche Abmessung der Verankerungselemente auch deutlich zu erhöhen.

Denkbar ist, dass mehrere Verankerungselemente gleichmäßig oder ungleichmäßig auf der Oberfläche verteilt angeordnet sind, wobei die Verankerungselemente dieselbe Form aufweisen oder mindestens ein Verankerungselement eine andere Form aufweist.

Denkbar ist, dass die Verankerungselemente durch einen 3D-Drucker erzeugt werden. In anderen Worten kann eine unterschiedliche Flächendichte, also Anzahl der Verankerungselemente pro Flächeneinheit, der Verankerungselemente auf der Oberfläche vorliegen.

Die Flächendichte kann abhängig vom angestrebten Frequenzbereich einer über die Funktionsstruktur geleiteten elektromagnetischen Welle verändert werden. Je höher die Anwendungsfrequenz, desto höher kann die Flächendichte und desto kleiner kann die Ausdehnung dieser Verankerungselemente in Richtung der Oberfläche sein.

Vorteilhaft ist eine Flächendichte von mehr als einem Verankerungselement pro Quadratzentimeter, insbesondere von mehr als einem Verankerungselement pro Quadratmillimeter und/oder wobei die Flächendichte vorzugsweise maximal 100.000, vorzugsweise 40.000, insbesondere 10.000 Verankerungselemente pro Quadratmillimeter beträgt.

Die Flächendichte kann auch weniger als 100 oder weniger als 10 Verankerungselement pro Quadratmillimeter betragen.

Denkbar ist, dass die Verankerungselemente bei der Herstellung des Grundkörpers erzeugt oder nach der Herstellung an oder in den Grundkörper an- oder eingebracht werden.

In einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens bleibt die, mit Verankerungselementen versehene Oberfläche, weiterhin eine zusammenhängende Oberfläche. Die Verankerungselemente werden somit vorzugsweise von einer, die Funktion der Komponente definierenden, Oberfläche umgeben.

Dies ermöglicht vorzugsweise eine weitestgehend von der Orientierung im 3D-Druck- Bauraum unabhängige grundlegende Herstellbarkeit, wobei die Qualität der Oberfläche weiterhin variieren kann, ohne dass die einzelnen Verankerungselemente gestützt werden. Weiterhin verbleiben die äußersten Bereiche der die Funktion der HF-Komponente bestimmenden Oberfläche vorzugsweise in hoher Qualität, da dort die Rauigkeit, beispielsweise durch aggressives chemisches Beizen, nicht unnötig erhöht wird.

Denkbar ist, dass die metallische Schicht auf der, mindestens ein Verankerungselement aufweisenden, Oberfläche mit unterschiedlichsten Verfahren aufgetragen wird, wie beispielsweise mit PVD, CVD, Sputtering, Inkjet, Aerosoljet, Nanojet, Rolle-zu- Rolle-Druck, Screen-Printing, physikalische Auftragung mittels Tinten oder Pasten oder Lacken, chemische Verfahren mittels nasschemischer Abscheidung oder galvanischer Abscheidung.

Insbesondere die stromlose sowie die galvanische Abscheidung von Metallschichten sind vorteilhaft.

Es ist denkbar, die Verankerungselemente auf beliebigen, 3D-gedruckten Oberflächen anzuordnen, um die Haftfestigkeit einer darauf abgeschiedenen Metallschicht zu erhöhen.

Vorzugsweise handelt es sich bei den Grundkörpern jedoch um HF-Komponenten, Insbesondere solche HF-Komponenten, die auf Grundlage der Technologie geschlitzter Hohlleiter entworfen wurden. Bei einem geschlitzten Hohlleiter handelt es sich vorzugsweise um einen Hohlleiter, bei dem Öffnungen in der Außenwand vorgesehen sind, die nicht zur Abstrahlung führen. Dies ist dann der Fall, wenn die Öffnungen klein gegenüber der geführten Wellenlänge sind und/oder den mit der Welle im Hohlleiter verknüpften Stromdichte auf der leitfähigen Wand nicht quer zu seiner Flussrichtung schneiden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die metallische Schicht mittels eines, vorzugsweise stromlosen, nass-chemischen Prozesses, vorzugsweise mittels Benetzens eines Teils oder der gesamten Oberfläche des Grundkörpers mit einer Mikropartikel und/oder Nanopartikel enthaltenden Dispersion, wobei die Mikropartikel und/oder Nanopartikel vorzugsweise Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Zink, Zinn, Chrom, Palladium und/oder Platin aufweisen, aufgebracht wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die metallische Schicht mittels eines der nachfolgenden Verfahren aufgetragen wird: PVD, CVD, Sputtering, Inkjet, Aerosoljet, Nanojet, Rolle-zu-Rolle-Druck, Screen-Printing, physikalische Auftragung mittels Tinten oder Pasten oder Lacken, chemische Verfahren mittels nasschemischer Abscheidung oder galvanischer Abscheidung.

Partikel mit einer mittleren Partikelgröße D50 kleiner als 1 pm können als Nanopartikel und Partikel mit einer mittleren Partikelgröße D50 größer/gleich 1 pm können als Mikropartikel bezeichnet werden. Nanopartikel können eine mittlere Partikelgröße D50 von 10 nm bis 300 nm, vorzugsweise von 10 nm bis 100 nm aufweisen. Mikropartikel können eine mittlere Partikelgröße D50 von 1 pm bis 100 pm, vorzugsweise von 1 pm bis 5 oder 10 pm aufweisen. Die Partikelgröße bezieht sich vorzugsweise auf den Äquivalentdurchmesser der jeweiligen Partikel.

Die elektrisch leitfähige Schicht ist vorzugsweise eine Schicht, die Metall aufweist. Die elektrisch leitfähige Schicht kann nach dem Aufbringen auch elektrisch nichtleitend sein und/oder nach dem Aufbringen elektrisch leitend werden.

Der Grundkörper kann für die Funktionsstruktur formbestimmend sein.

Die Partikel bestehen vorzugsweise aus einem oder mehreren Metallen oder weisen ein oder mehrere Metalle auf.

Die Partikel können kunststoffummantelt sein.

Elektrisch bildet im Sinne dieser Erfindung den Oberbegriff für elektrisch und/oder elektronisch. Vorzugsweise wird vorgeschlagen, bei der Herstellung einer Funktionsstruktur für elektrische Bauelemente zunächst einen die Form der Funktionsstruktur bestimmenden Grundkörper zu schaffen. Das Material zur Herstellung des Grundkörpers ist vorzugsweise elektrisch nichtleitend, für die Verfahrensausführung könnte jedoch genauso gut ein elektrisch leitendes oder halbleitendes Material für die Herstellung des Grundkörpers verwendet werden.

Die metallische Beschichtung des Grundkörpers wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass zumindest ein Teil, vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Grundkörpers mit einer elektrisch-leitende Mikro- und/oder Nanopartikel enthaltenden Dispersion benetzt wird. Bei der Dispersion kann es sich um eine Tinte mit Mikro- bzw. Nanopartikeln handeln. Bei den verwendeten (Tinten-)werkstoffen handelt es sich vorzugsweise um solche, die hohe Leitfähigkeiten erreichen. Die Dispersion bzw. Tinte ist bevorzugt wasserbasiert, zudem kann ein organisches Trennmittel vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann ein Lösungsmittel beigemengt sein. Denkbare Partikel sind Aluminium, Silber-, Gold-, Zinn-, Zink- oder Kupferpartikel oder eine Mischung daraus. Die Dispersion bzw. Tinte ist dabei auf die Oberflächenenergie des verwendeten Grundkörpermatenals, bspw. Kunststoffs abgestimmt, so dass eine ausreichende Benetzung der Oberfläche begünstigt wird. Des Weiteren kann die Viskosität der Dispersion bzw. des Tintenwerkstoffs auf die kleinsten vorkommenden Öffnungen in der Grundkörperstruktur abgestimmt sein, sodass die Benetzung durch die Dispersion gewährleistet ist.

Nach dem Verdampfen/Verdunsten des Lösungsmittels/Wassers ist die Oberfläche des Grundkörpers mit dem Tintenwerkstoff benetzt und durch optionale Nachbehandlung, vorzugsweise Sintern, bildet sich eine leitfähige Beschichtung aus. Das neue Verfahren stellt somit eine Alternative zur chemischen, stromlosen Beschichtung dar. Der Grundstoffkörper wird vorzugsweise dadurch funktionalisiert, d.h. zur elektrischen Komponente, indem er vollständig oder teilweise mit leitfähigem Tintenwerkstoff beschichtet wird. Im Gegensatz zu chemischen Beschichtungsverfahren, bei diesen ein Körper in eine Reagenzflüssigkeit eingebracht wird und es zu einer chemischen Reaktion zwischen Reagenzflüssigkeit und Oberfläche des Körpers kommt, setzt das vorliegende Verfahren stattdessen auf eine Dispersion zur Beschichtung, die den Grundkörper physikalisch benetzt und durch Nachbehandlung eine leitende Beschichtung ausbildet.

Gegenüber dem chemischen Beschichtungsverfahren kann durch das erfindungsgemäße Verfahren eine glattere Oberflächenstruktur des beschichteten Grundkörpers erzielt werden, was, insbesondere bei Bauteilen der Hochfrequenztechnik, entscheidende Vorteile mit sich bringt. Je glatter die Oberfläche des Bauteils, desto besser die spätere elektrische Leistungsfähigkeit des Bauteils. Der chemische Prozess bestehender Verfahren führt häufig aufgrund erforderlicher Vorbehandlung zu einer nachteiligen Aufrauung der Körperoberfläche.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich bspw. zur Herstellung von elektrischen Bauteilen vorteilhaft einsetzen, wobei die Funktionsstruktur dieser Bauteile durch den beschichteten Grundkörper gebildet wird. Einige dieser Funktionsstrukturen erfordern ein von leitfähigen Strukturen umschlossenes räumliches Gebiet zur Führung der elektromagnetischen Wellen. In diesem Fall wird der Grundkörper mit entsprechenden Strukturen an den für die elektrische Funktion erforderlichen Stellen ausgeführt, wo es zur mechanischen oder elektrischen Funktion benötigt wird bzw. diese nur wenig einschränkt.

Das Aufträgen und Benetzen erfolgt vorzugsweise durch vollständiges Eintauchen des Grundkörpers in ein Tauchbad, das die entsprechende Dispersion enthält. Prinzipiell ausreichend ist das einmalige Eintauchen des Grundkörpers. Eine bessere Verteilung der Dispersion um oder durch den Grundkörper, insbesondere in einem optional vorhandenen Hohlraum wird durch mehrmaliges Eintauchen sichergestellt. Vorzugsweise wird ein die Dispersion enthaltendes Ultraschallbad genutzt. Nach dem Eintauchen in das Tauchbad kann der Grundkörper kurzzeitig geschüttelt werden, um überschüssige Dispersion zu entfernen. Als Alternative zum Tauchbad lässt sich die Dispersion auch mittels Aerosolkammer aufbringen, in der die zu Tröpfchen vernebelte Dispersion den Grundkörper benetzt. Ferner besteht die Möglichkeit, den Grundkörper auch durch Besprühen oder Übergießen mit der Dispersion zu beschichten bzw. benetzen.

Denkbar ist, dass das Aufbringen der metallischen Schicht mittels Aerosol- oder Nanojet erfolgt.

Denkbar ist auch, dass das Aufbringen der Dispersion mittels Durchspülens erfolgt.

Nach Aufbringung der Dispersion kann die Qualität der Beschichtung und deren Leitfähigkeit durch thermische Nachbehandlung der Grundkörperoberfläche bzw. der anhaftenden Mikro- oder Nanopartikel hergestellt bzw. verbessert werden. Hierfür bietet sich ein Trocknen, vorzugsweise in einem Umluftsystem, Sintern im Ofen, eine UV- Behandlung, die Zuführung von Heißluft oder Infrarotbestrahlung an. Eine thermische Nachbehandlung kann sich positiv auf die elektrische Leitfähigkeit der aufgebrachten Beschichtung auswirken. So wird durch die anschließende Sinterung der Mikro- oder Nanopartikel, z. B. in einem thermischen Ofen, eine hohe Leitfähigkeit der resultierenden Oberflächenbeschichtung erreicht. Die Sintertemperatur des Tintenwerkstoffes ist auf die Glasübergangstemperatur des verwendeten Kunststoffs abgestimmt, sodass dieser nicht beschädigt wird.

Es kann vorgesehen sein, dass keine thermische Nachbehandlung, insbesondere kein Trocknen, des Grundkörpers erfolgt.

Vorteilhaft kann es ebenso sein, wenn vor der Aufbringung der Dispersion eine Oberflächenvorbehandlung des Grundkörpers ausgeführt wird, um insbesondere eine Oberflächenreinigung oder -aktivierung zur optimierten Anhaftung der Beschichtung zu erreichen.

Während des Beschichtungsprozesses, insbesondere beim Einbringen in ein entsprechendes Tauchbad, kommt es maßgeblich darauf an, dass die entsprechende Dispersion sämtliche zu beschichtende Wandungsinnenflächen erreichen kann. Zur Förderung der Flüssigkeitszirkulation kann es daher ebenfalls von Vorteil sein, den Grundkörper so auszugestalten, dass Grundkörpermaterial nur dort vorhanden ist, wo es zur mechanischen oder elektrischen Funktion benötigt wird bzw. diese nur wenig einschränkt, also gewisse Wandungen des Grundkörpers von vorneherein nur dort aufzubauen oder sie nachträglich mit Aussparungen zu versehen. Dadurch wird das Vordringen der Dispersion in einen Hohlraum vereinfacht. Ferner sollte die Viskosität der eingesetzten Dispersion bzw. des Tintenwerkstoffs auf die kleinsten vorkommenden Öffnungen in der Grundkörperstruktur abgestimmt sein, sodass die Zirkulation gewährleistet ist.

Bei rechteckigen Hohlkörpern bzw. Hohlräumen können Wandungen entsprechend den Seitenwänden eines auf dem Stand der Technik bekannten Substratintegrierten Hohlleiters (substrat integrated waveguide SIW) unterbrochen ausgeführt sein, da diese Öffnungen die hochfrequenztechnische bzw. elektrische Funktion nicht beeinträchtigen, was ebenfalls auf dem Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise sind die schmalseitigen Wandungen des Hohlraumes geschlitzt, während die breitseitigen Wandungen des rechteckigen Hohlkörpers ohne entsprechende Öffnungen ausgeführt sein können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die metallische Schicht mittels eines nasschemischen Prozesses, vorzugsweise mittels stromloser Abscheidung von Nickel, Kupfer, Silber, Gold, Zinn, Zink etc. auf der, mindestens ein Verankerungselement aufweisenden, Oberfläche aufgebracht wird.

Weiterhin ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die stromlos aufgetragene metallische Schicht auf einer, mindestens ein Verankerungselement aufweisenden, Oberfläche anschließend mit mindestens einer weiteren metallischen Schicht durch ein elektrochemisches und/oder galvanisches Verfahren erweitert wird. Dabei bildet die galvanisch abgeschiedene metallische Schicht die Oberfläche sowie die Verankerungselemente nach und letztere verbleiben nach der galvanischen Beschichtung weiterhin erkennbar. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die stromlos aufgetragene metallische Schicht auf einer, mindestens ein Verankerungselement aufweisenden, Oberfläche anschließend mit mindestens einer weiteren metallischen Schicht durch ein elektrochemisches und/oder galvanisches Verfahren erweitert wird. Dabei wird die galvanische Schicht derart abgeschieden, dass die Verankerungselemente von dieser Schicht verschlossen oder in Gänze bedeckt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die galvanische Abscheidung einer oder mehrerer metallischer Schichten derart durchgeführt wird, dass eine effektive Glättung der äußersten Oberflächen erzielt wird, wie es in der DE 10 2021 128 881 A1 durchgeführt wird. Dadurch werden Verluste für elektromagnetische Wellen reduziert.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann der Grundkörper aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen. Als besonders geeignet erweisen sich hierbei Keramik oder Kunststoff. Der Kunststoff kann Polyamid, vorzugsweise PA6, PA 11 oder PA12 sein. Der Kunststoff kann insbesondere ein Photopolymer sein. Hierbei können Polyurethane oder Akrylate im Kunststoffmaterial enthalten sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper ein Hohlkörper ist und dessen Innenseite mit der metallischen Schicht beschichtet wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Verfahren den weiteren Schritt umfasst: Aufbringen mindestens einer weiteren metallische Schicht auf den Grundkörper mittels eines galvanischen oder nasschemischen Prozesses.

Ein ein- oder mehrmaliges Aufbringen einer weiteren metallischen Schicht führt vorzugsweise zu einer funktionalen Glättung der Oberfläche der Schicht.

Unter einer funktional glatten Oberfläche ist vorzugweise zu verstehen, dass die Schicht derart ausgebildet ist, dass die Funktion der Schicht nicht beeinträchtigt ist. Wenn die Funktion der Schicht eine Leitung von elektromagnetischen Wellen ist, ist eine für die Funktion Wellenleitung funktional glatte Oberfläche einer Schicht derart ausgebildet, dass die Wellenleitung durch die Verankerungselemente nicht beeinfluss wird.

Die Verankerungselemente bzw. die Mikrostruktur können daher auch an einer für die Funktion Wellenleitung funktional glatten Oberfläche optisch sichtbar sein. Die mit Verankerungselementen versehene Oberfläche kann als Mikrostruktur bezeichnet werden.

Die Glättung der Oberfläche bzw. Mikrostruktur erfolgt vorzugsweise zur Reduzierung der elektromagnetischen Verluste oder der Reduzierung der Dämpfung einer elektromagnetischen Welle, die durch die Funktionsstruktur geleitet wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schicht oder die Schichten nach dem Aufbringen der Schicht oder der Schichten die Verankerungselemente derart bedecken, dass die Schicht eine, vorzugsweise funktionale, glatte, ebene und/oder zusammenhängende Oberfläche aufweist, wobei die Verankerungselemente vorzugsweise sichtbar, teilweise sichtbar oder unsichtbar sind.

Die Verankerungselemente können auch in der Form noch teilweise erkennbar sein.

Eine Vertiefung als Verankerungselement kann beispielsweise derart mit der Schicht gefüllt sein, dass noch eine Vertiefung sichtbar ist. Die Vertiefung kann aber auch derart mit der Schicht gefüllt sein, dass die Schicht die Vertiefung vollständig füllt und damit unsichtbar macht.

Eine Vertiefung als Verankerungselement kann beispielsweise auch durch eine darauf abgeschiedene Schicht überwachsen werden, wobei eine Auffüllung, etwa nach Art einer Verplombung, der Vertiefung erfolgt. Es kann aber auch eine überwachsende Schicht abgeschieden werden, sodass ein Hohlraum verbleibt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht über die Oberfläche herausragende Verankerungselemente, beispielsweise kleine Türme vor, die durch die metallische Schicht derart überdeckt werden, dass sie unter der Schicht verschwinden.

Durch eine zusammenhängende Oberfläche bleibt die Herstellbarkeit auch auf überhängenden Bereichen bestehen und die Oberfläche weist vorzugsweise dieselbe Form, wie vor dem Aufbringen der Schicht auf. Insbesondere bleibt eine beabsichtigte Hochfrequenz-Funktionalität der Oberfläche weiterhin erhalten, weil die Verankerungselemente nicht oder nicht nennenswert mit elektromagnetischen Wellen interagieren.

Denkbar ist, dass die die Verankerungselemente nur auf Oberflächen des Grundkörpers, die eine Funktion aufweisen angeordnet sind.

Denkbar ist auch, dass die die Verankerungselemente nur auf Oberflächen des Grundkörpers, die keine Funktion aufweisen oder nur oder auch auf Oberflächen des Grundkörpers, die eine Funktion aufweisen, insbesondere auf den Innenseiten eines, vorzugsweise geschlitzten, Hohlleiters oder auf den abstrahlenden Flächen einer Antenne angeordnet sind.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens liegt eine auf die Funktionen der Oberfläche abgestimmte Verteilung und Ausformung der Verankerungselemente vor. Das heißt, dass Oberflächen, die keine Hochfrequenz (HF)- Funktionalität aufweisen, Verankerungselemente in deutlich ausgeprägterer Form, beispielsweise in Form von großen und/oder tiefen Kavernen aufweisen können. Auf den Flächen, die eine HF-Funktionalität aufweisen können entweder dem Frequenz- und Anwendungsfall angepasste Verankerungselemente, beispielsweise mit kleinerer räumlicher Ausdehnung eingebracht werden. Es ist aber auch denkbar, dass die Oberflächen mit HF-Funktionalität gänzlich ohne Verankerungselemente ausgeführt werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Funktionsstruktur dazu ausgebildet ist eine elektromagnetische Welle zu leiten, wobei die Verankerungselemente jeweils eine Erstreckung, vorzugsweise in Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle aufweisen, die weniger als das Ganze, vorzugsweise weniger als die die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel, der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle beträgt.

Die Größe, vorzugsweise in Ausdehnungsrichtung der Oberfläche, der Verankerungselemente kann sich neben der Wellenlänge auch nach der Flächendichte orientieren. Hierbei ist denkbar, dass mindestens ein Verankerungselement pro Quadratzentimeter platziert wird. Vorteilhaft sind insbesondere Flächendichten von mindestens einem Verankerungselement pro Quadratmillimeter.

Denkbar ist, dass Bereiche der äußersten Schicht geglättet werden, insbesondere mittels galvanischer Glättung oder Glättung des Grundkörpers vor dem Aufbringen der Schicht.

Denkbar ist, dass der Grundkörper durch ein additives Verfahren hergestellt wird, wobei additive Verfahren SLS, SLA, DLP, Multijet, 2-Photonen-Druck, Aerosoljet, Inkjet, Nanojet, FDM, SLM und/oder EBM umfasst.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Grundkörper mindestens teilweise oder vollständig aus Keramik, Kunststoff, insbesondere einem Photopolymer, oder Metall besteht und/oder dass der Grundkörper ein Hohlkörper ist, wobei die Innenseite des Hohlkörpers mit der metallischen Schicht beschichtet wird und/oder dass der Grundkörper einstückig oder mehrteilig ausgebildet ist oder erzeugt wurde. Der Grundkörper kann auch teilweise oder vollständig aus einem Material für das selektive Lasersintern bestehen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Grundkörper durch ein additives Verfahren, insbesondere durch 3D-Druck, selektives Lasersintern oder Stereolithoqrafie, Multijet oder durch ein Gussverfahren, insbesondere durch Spritzguss hergestellt wird.

Die Verankerungselemente werden vorzugsweise bei der Herstellung des Grundkörpers erzeugt und nicht separat an oder in den Grundkörper an- oder eingebracht. Dies ist insbesondere bei einer Herstellung des Grundkörpers mittels eines additiven Verfahrens vorstellbar. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, die Verankerungselemente separat zur Herstellung des Grundkörpers an- oder einzubringen. Es ist auch denkbar, dass die Verankerungselemente durch den 3D-Druck vorbereitet und anschließend durch einen nachgelagerten Prozessschritt ausgebildet werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktionsstruktur eine elektrische oder hochfrequenztechnische Funktionsstruktur, eine Hochfrequenzleitung, insbesondere ein, vorzugsweise geschlitzter, Hohlleiter, oder eine Antenne, insbesondere eine Horn- oder Helixantenne, oder ein Filter oder ein Resonator oder ein Koppler oder ein sonstiges passives HF-Teil oder Bestandteil einer Solaranlage, einer Solarzelle, eines Touchscreens, eines Smart-Glass, eines Wearables oder einer LED oder ein Molded Interconnect Device (MID) oder Mechatronic Integrated Device (MID) oder eine dekorative Struktur ist oder umfasst.

Die Erfindung betrifft auch eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur, die teilweise oder vollständig mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde, mit mindestens einer metallischen Schicht auf einer mit Verankerungselementen versehenen Oberfläche eines Grundkörpers.

Denkbar ist, dass das oder die Verankerungselemente in die Oberfläche eindringende Vertiefungen und/oder von der Oberfläche abstehende Erhebungen umfassen oder sind und/oder Hinterschneidungen aufweisen und/oder durch die Rauigkeit der Oberfläche erzeugt werden.

Denkbar ist, dass die Schicht oder die Schichten die Verankerungselemente derart bedecken, dass die Schicht eine, vorzugsweise funktional, glatte, ebene und/oder zusammenhängende Oberfläche aufweist, wobei die Verankerungselemente vorzugsweise sichtbar, teilweise sichtbar oder unsichtbar sind.

Denkbar ist, dass die Verankerungselemente nur auf Oberflächen des Grundkörpers, die keine Funktion aufweisen oder nur oder auch auf Oberflächen des Grundkörpers, die eine Funktion aufweisen, insbesondere auf den Innenseiten eines, vorzugsweise geschlitzten, Hohlleiters oder auf den abstrahlenden Flächen einer Antenne angeordnet sind.

Die hierin beschriebenen Merkmale sind mutatis mutandis vorzugsweise Merkmale des Erzeugnisses als auch des Verfahrens. In anderen Worten können die Merkmale eines der Ansprüche 1 bis 17 auch Gegenstand der Funktionsstruktur gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20 sein.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die Begriffe „ein“ und „eine“ nicht zwingend auf genau eines der Elemente verweisen, wenngleich dies eine mögliche Ausführung darstellt, sondern auch eine Mehrzahl der Elemente bezeichnen können. Ebenso schließt die Verwendung des Plurals auch das Vorhandensein des fraglichen Elementes in der Einzahl ein und umgekehrt umfasst der Singular auch mehrere der fraglichen Elemente. Weiterhin können alle hierin beschriebenen Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombiniert oder voneinander isoliert beansprucht werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren, in welchen gleiche oder ähnliche Bauteile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet sind. Hierbei zeigen:

Fig. 1 : eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur. Fig. 2: eine perspektivische Ansicht einer Oberfläche einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 3: eine perspektivische Ansicht einer Oberfläche einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 4: eine perspektivische Ansicht einer Oberfläche einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 5: eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 6: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 7: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 8: eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 9: eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

Fig. 10: ein Diagramm für das Übertragungsverhalten einer erfindungsgemäßen Funktionsstruktur.

In Fig. 1 ist ein beispielhafter Grundkörper 10 einer erfindungsgemäßen hochfrequenztechnischen Funktionsstruktur dargestellt.

Der in Fig. 1 dargestellte GrundkörperW ist ein Testkörper für die Messung der Haftung einer elektrisch leifähigen Schicht auf dem GrundkörperW und daher mit einer Bohrung 2 versehen. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf solche Grundkörper 10 in Form vom Testkörpern beschränkt.

Durch die Bohrung 2 kann der mit einer metallischen Beschichtung versehene Grundkörper 10 auf einer Unterlage fixiert werden und daraufhin können an diesem verschiedene Testverfahren zur Prüfung oder Abschätzung der Haftung, insbesondere der Haftfestigkeit der Beschichtung auf dem Grundkörper 10 durchgeführt werden.

In den Fig. 2 bis 4 sind nun zunehmend vergrößerte Ausschnitte der Oberfläche des Grundkörpers 10 dargestellt. Die größte Vergrößerung der Oberfläche des Grundkörpers 10 zeigt Fig. 4.

Aus beispielsweise Fig. 4 ist ersichtlich, dass die Oberfläche des Grundkörpers 10 mit Vertiefungen versehen ist. Die Vertiefungen 1 sind in einem regelmäßigen Muster auf der Oberfläche des Grundkörpers 10 angeordnet, können aber auch unregelmäßig angeordnet sein. Ebenso können die Vertiefungen 1 dieselbe oder jeweils unterschiedlich Formen aufweisen. Es können auch mehrere Vertiefungen 1 mit einer Form und weitere Vertiefungen 1 mit einer anderen Form angeordnet sein. Die Vertiefungen 1 können also beliebige Formen aufweisen.

In Fig. 5 ist der Querschnitt der Vertiefungen 1 zu sehen. Die Vertiefungen 1 sind an der Oberfläche kreisrund und verbreitern sich in Tiefenrichtung konisch. Damit weisen die Vertiefungen 1 eine Hinterschneidung gegenüber der Oberfläche auf. Die Vertiefungen 1 sind damit kavernenartig ausgestaltet.

In Fig. 6 ist ein Grundkörper 10 für einen geschlitzten Welleneiter bzw. Hohlleiter zur Leitung von elektromagnetischen Wellen dargestellt. Der Grundkörper weist zwei Flansche und einen Kanal zur Wellenleitung auf. In den Fig. 7 und 8 sind nun zunehmend vergrößerte Ausschnitte des Grundkörpers 10 dargestellt. Die größte Vergrößerung der Oberfläche des Grundkörpers 10 zeigt Fig. 8.

Auf einer Oberfläche des Grundkörpers 10 sind Vertiefungen 1 angeordnet, wie dies besonders gut aus Fig. 8 hervorgeht.

Ebenso sind Vertiefungen 1 auf einer zu dieser Oberfläche parallelen Oberfläche angeordnet, wie dies aus Fig. 9 hervorgeht. Die Vertiefungen 1 sind an der Oberfläche kreisrund und verbreitern sich in Tiefenrichtung konisch. Damit weisen die Vertiefungen 1 eine Hinterschneidung gegenüber der Oberfläche auf. Die Vertiefungen 1 sind damit kavernenartig ausgestaltet.

Die beiden Oberflächen mit den Vertiefungen sind durch zwei geschlitzte Wandungen 3 miteinander verbunden, wodurch ein Kanal zur Wellenleitung entsteht. Die Wandungen weisen Schlitze auf, woraus sich die Bezeichnung geschlitzter Wellenleiter ableitet.

Die gedruckte Oberfläche stellt keine scharfe Grenze zwischen Dielektrikum, z.B. Luft und Metall dar, sondern kann für das eindringende elektromagnetische Feld als gradueller Übergang beschrieben werden.

Dieser Materialübergang entspricht der Summenhäufigkeitsfunktion des Oberflächenprofils, wie dies aus Fig. 10 hervorgeht.

Im Diagramm auf Fig. 10 ist auf der Abszisse die Tiefe von Vertiefungen in nm und auf der Ordinate die normalisierte Leitfähigkeit, das magnetische Feld und die Verlustleistungsdichte aufgetragen, Die durchgezogenen Kurven sind die jeweiligen Messkurven ohne Vertiefungen und die gestrichelten Linien, die jeweiligen Messkurven mit Vertiefungen. Die Kurven 100 stellen die Leitfähigkeit, die Kurven 200 das magnetische Feld und die Kurven 300 die Verlustleistungsdichte dar. Die Erzeugung mechanischer Rauheit durch Einbringen von Kavernen beliebiger Form führt hauptsächlich zu einer Änderung dieser Funktion im Bereich nach der mittleren Oberfläche (Tiefe > 0). Durch die geringe Eindringtiefe des elektromagnetischen Felds ist für das Übertragungsverhalten im Wesentlichen der Bereich vor der mittleren Oberfläche relevant. Die so erzeugte mechanische Rauheit resultiert in diesem Fall also nur in einer minimalen Beeinflussung des elektromagnetischen Felds und nahezu unveränderter Verlustleistungsdichte, was folglich zu keiner Verschlechterung der Übertragungseigenschaften in der Anwendung führt.

Die Verankerungselemente können Ausdehnungen von unter 10 nm oder unter 1 pm bis etwa 2-3 pm, insbesondere unter 10 pm aufweisen.