Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Schritten:

- Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur;

- Einformen des Abbilds in einen Formstoff;

- Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht;

- Einfüllen einer Schmelze in die Gussform;

- Entformen der erstarrten Schmelze.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt hochfrequenztechnische Funktionsstrukturen mittels spanender Verfahren, wie Drehen oder Fräsen herzustellen. Dabei kann eine erforderliche geometrische Komplexität der Funktionsstruktur nur unter hohem Aufwand erreicht werden. Die Funktionsstrukturen werden dabei üblicherweise im aufwändigen Splitblockverfahren hergestellt und eine Miniaturisierung der Funktionsstrukturen ist ebenso nur unter einem hohen Aufwand möglich.

Bekannt ist es auch hochfrequenztechnische Funktionsstrukturen mittels Metalldruck, wie selektivem Laserschmelzen (SLM) herzustellen. Nachteilhaft sind dabei die rauen Oberflächen sowie die Einschränkungen in der geometrischen Komplexität, da Stützstrukturen bereits früh im Prozess verwendet werden. Die Ausgangswerkstoffe für SLM, die als Pulver oder Strang vorliegen können, sind ineffizient in Hinblick auf Energiebedarf und Werkstoffausnutzung.

Auch bekannt ist das Herstellen eines Grundkörpers aus Kunststoff und Metallisierung desselben, so dass eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur entsteht. Nachteilhaft dabei ist die schlechte thermische Stabilität bei hohen elektrischen Leistungen. Zudem haben kunststoffbasierte Körper in den meisten Fällen eine gegenüber dem metallischen Pendant schlechtere mechanische Stabilität.

Bekannt ist auch die gießtechnische Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen.

Bevorzugte Eigenschaften von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen sind eine glatte Oberfläche, um Verluste zu reduzieren, und eine hohe geometrische Präzision bei hoher geometrischer Komplexität. Damit werden die Reflexionen von elektromagnetischen Wellen in der Funktionsstruktur minimiert und die Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle erfolgt, bei Nutzung der Funktionsstruktur als Antenne, wie gewünscht. Ebenso ist eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur vorzugsweise derart auszulegen, dass elektromagnetische Wellen mit möglichst hohen Frequenzen bei einer akzeptablen Dämpfung durch die Funktionsstruktur geleitet werden können. Insbesondere bei hohen elektrischen Leistungen ist eine gute thermische Stabilität der Geometrie anzustreben. Grundsätzlich besteht der Wunsch nach einer ausreichenden mechanischen Festigkeit.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit optimierten Eigenschaften 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 über 90 %, vorzugsweise über 95 %, insbesondere über 99 % der Masse des Abbilds aus einem Reinstoff bestehen.

Das Material aus dem das Abbild besteht, umfasst somit zu über 90 %, vorzugsweise zu über 95 %, insbesondere zu über 99 % einen Reinstoff. Der Rest der Masse des Abbilds wird durch andere Stoffe gebildet.

Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung von hochfrequenztechnischen Funktionsstrukturen mit den Merkmalen des Anspruchs 2. Danach ist sind folgende Schritte vorgesehen:

- Herstellen eines Abbilds der Funktionsstruktur;

- Einformen des Abbilds in einen Formstoff;

- Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff, so dass eine Gussform entsteht;

- Einfüllen einer Schmelze in die Gussform;

- Entformen der erstarrten Schmelze, wobei die Funktionsstruktur und/oder das Abbild ein geschlitzter Hohlleiter und/oder ein Hohlleiter mit nicht abstrahlenden Öffnungen und/oder eine davon abgeleitete Hochfrequenz-Komponente ist. Unter einer solchen Komponente kann z.B. ein Bauteil verstanden werden, dass einen (oder mehrere) geschlitzte Hohlleiter und/oder einen (oder mehrere) Hohlleiter mit nicht abstrahlenden Öffnungen aufweist.

Auch eine Kombination der Merkmale der Ansprüche 1 und 2 ist denkbar und von der Erfindung umfasst.

Die Gussform kann eine Dauerform sein. Die Gussform kann einen, vorzugsweise additiv gefertigten, Kern umfassen. Ebenso ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Funktionsstruktur ein geschlitzter Hohlleiter ist.

Das Abbild ist vorzugsweise eine idealerweise exakte Nachbildung der Funktionsstruktur.

Aus gießtechnischen Gründen ist vorzugsweise neben dem Abbild, ein Gusssystem in den Formstoff einzuformen.

Dieses Gusssystem dient insbesondere zum Austreiben des Abbilds aus dem Formstoff und zum Einfüllen der Schmelze in die Gussform.

Als Gusssystem werden vorzugsweise die Strukturen, wie Öffnungen und Kanäle in der Gussform, als auch die korrespondierenden Strukturen, die eingeformt werden und damit die Öffnungen und Kanäle bilden sowie die in diesen Kanälen und Öffnungen erstarrte Schmelze bezeichnet.

Das Gusssystem ist nach dem Entformen der erstarrten Schmelze vorzugsweise zu entfernen, damit die Funktionsstruktur entsteht.

Das Gusssystem und das Abbild werden vorzugsweise als Modell bezeichnet.

Ein geschlitzter Hohlleiter weist vorzugsweise Schlitze bzw. Öffnungen in oder an seinen Seitenwänden auf, die nicht abstrahlend sind und kleiner als die geführte Wellenlänge sind. Die Schlitze bzw. Öffnungen begünstigen ein Freiwaschen des Wachsabbilds, also die Entfernung von Stützstrukturen aus den Innenräumen und vor allem bei komplexen Geometrien, die Entfernung der Gussform. Durch diese Öffnungen können die jeweiligen Materialien sowie Prozessmittel hineinströmen und/oder entweichen. 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.

Vorzugsweise handelt es sich hierbei bei Rechteckhohlleitern um Öffnungen in den Schmalseiten des Hohlleiters.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Abbild mit einem additiven Verfahren, vorzugsweise einem Mehrkomponentendruck, vorzugsweise dem Multijet-Druckverfahren, hergestellt wird.

Das Abbild kann mit einem additiven Verfahren, vorzugsweise einem stereolithographischen, kunstharzbasierten und/oder Filamentdruckverfahren und/oder selektivem Lasersintern hergestellt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass an dem Abbild Stützstrukturen angeordnet werden, wobei die Stützstrukturen mindestens teilweise aus einem von dem Material des Abbilds verschiedenen Material oder auch aus demselben Material wie das Abbild bestehen.

Die Stützstrukturen können vorzugsweise chemisch freigewaschen werden. Beispielsweise kann das Material der Stützstrukturen ein Material sein, welches in Methanol und/oder Isopropanol und/oder in einem anderen Lösemittel gelöst wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die für die additive Fertigung erforderlichen Stützstrukturen des Abbildes vor Einformen des Abbilds in einen Formstoff entfernt werden. Der Mehrkomponentendruck kann beispielsweise ein Zweikomponentendruck sein und auch als Multijet bezeichnet werden.

Das Abbild kann auch durch selektives Lasersintern (SLS), Stereolithographie (SLA) oder durch Gießen, beispielsweise Spritzgießen, hergestellt werden. Das Abbild kann auch mittels FDM (Fused-Deposition-Modeling) - also einem Filament- Schmelzverfahren - erstellt werden.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Reinstoff Wachs, Kunststoff, Zinn oder Blei oder ein anderes Metall ist.

Insbesondere bei einer Ausführungsform, bei der der Reinstoff Wachs ist und das Abbild mit einem Mehrkomponentendruck hergestellt wird, können elektromagnetische Wellen mit deutlich höheren Frequenzen bei geringeren Verlusten als bei mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellten Funktionsstrukturen durch die hergestellten Funktionsstrukturen geleitet werden.

Denkbar ist, dass das Abbild rückstandsfrei aus der Gussform ausgetrieben wird.

Unter rückstandsfrei ist vorzugsweise zu verstehen, dass die Rückstände des Abbilds in der Gussform weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 % oder weniger als 1 %, der Masse des Abbilds betragen oder dass das Abbild vollständig aus dem Formstoff ausgetrieben wird.

Eine hohe Reinheit des Abbilds, also ein Abbild, bei dem über 90 %, vorzugsweise über 95 %, insbesondere über 99 % der Masse des Abbilds aus einem Reinstoff bestehen ermöglicht in vorteilhafter Weise ein genau auf den Reinstoff ausgelegtes Austreiben. So können Parameter für das Austreiben, wie Temperatur oder Atmosphäre genau auf den Reinstoff angepasst werden. Dies ermöglicht dann ein derartiges Austreiben, dass keine oder nur vernachlässigbare Rückstände des Reinstoffs in der Gussform verbleiben. Vorzugsweise begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters die Erzeugung der Form insbesondere auf den Innenseiten des geschlitzten Hohlleiterabbilds.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein Bereich der Oberfläche oder die gesamte Oberfläche des Abbilds und/oder der Gussform und/oder der Funktionsstruktur geglättet wird.

Das Glätten kann beispielsweise abtragend und/oder auftragend, vorzugsweise galvanisch durchgeführt werden.

Es kann eine Nachbehandlung in Form einer Glättung des Abbilds, der Gussform oder der Funktionsstruktur zur Verbesserung der hochfrequenztechnischen Eigenschaften der Funktionsstruktur vorgesehen sein.

Die Glättung kann durch Abtrag, beispielsweise mittels eines mehrphasigen Fluids oder durch ein Gas mit Feststoffen, erfolgen.

Die Glättung kann durch Auftrag, beispielsweise mittels Metallauftrags, erfolgen.

Es kann eine Glättung durch Verformung der Oberfläche bzw. durch Strahlen, wie beispielsweise Sandstrahlen, Kugelstrahlen oder Trockeneisstrahlen erfolgen.

Die Glättung kann an einer beliebigen Stelle im Verfahren erfolgen.

Vorzugsweise begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters die Glättung auf den Innenseiten des geschlitzten Hohlleiters.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor oder während des Einfüllens der Schmelze mindestens einer der folgenden Schritte erfolgt:

- Evakuieren der Gussform;

- Füllen der Gussform mit Schutzgas. Vorzugsweise begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters das Einfüllen der Schmelze beziehungsweise deren Zugänglichkeit zu den inneren Seiten des geschlitzten Hohlleiters.

Das Füllen der Gussform mit Schutzgas kann bei einem Gasdruck von ca. 2 bar erfolgen. Es kann auch ein mehrmaliges Spülen der Gussform vor oder während des Einfüllens der Schmelze mit Schutzgas vorgesehen sein.

In vorteilhafter Weise bleiben keine Reste in der Gussform bzw. im Formhohlraum. Es sind filigranere Strukturen möglich und es sind keine oder nur eine solche Anzahl von Lunkern vorhanden, so dass keine Funktionsbeeinträchtigungen der Funktionsstruktur vorhanden sind. Es können auch reaktive Metalle verarbeitet werden, da kein Sauerstoff in der Gussform vorhanden ist.

Schutzgase sind beispielsweise Edelgase, wie Argon.

Es kann vorgesehen sein, dass vor oder während des Einfüllens der Schmelze, Druck auf die Schmelze ausgeübt wird.

Denkbar ist, dass der Formstoff Gips und/oder Salz und/oder Sand und/oder Beton und/oder Silizium und/oder einen oder mehrere phosphatgebundene Stoffe aufweist oder ist.

Denkbar ist ferner, dass die Schmelze oder die Funktionsstruktur eines oder mehrere von: Aluminium, Kupfer, Stahl, Silber, Zinn, Zink, Bronze, Messing, Gold, Titan und/oder Magnesium aufweist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Funktionsstruktur eine Hochfrequenzleitung, insbesondere ein, vorzugsweise geschlitzter, Hohlleiter, oder eine Antenne, insbe- sondere eine Horn-, Helix- oder Hohlleiterschlitzantenne, oder ein Filter oder ein Resonator oder ein Koppler oder ein sonstiges passives HF-Teil ist oder eine oder mehrere dieser Komponenten umfasst.

Die Erfindung betrifft auch eine hochfrequenztechnische Funktionsstruktur, die teilweise oder vollständig mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.

Insbesondere gegenüber Metalldruck weist ein Gussverfahren mehrere Vorteile auf. Es ist die Verarbeitung von deutlich mehr Metallen möglich. Es sind komplexere und feinere Strukturen möglich. Die Oberflächenrauigkeit ist geringer. Die Materialqualität ist höher, da Vollmaterial im Endprodukt vorliegt.

Durch die Verwendung eines Stoffes hoher Reinheit bildet sich das Abbild vorzugsweise besser in dem Formstoff bzw. in der Einbettmasse ab. Die Oberflächengüte und die Rauheit sind vorzugsweise nochmals deutlich verbessert.

Die Funktionsstruktur ist vorzugsweise monolithisch und metallisch.

Denkbar ist es, dass die nicht-abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters entlang der Ausbreitungsrichtung in Abständen kleiner als eine geführte Wellenlänge angeordnet sind und/oder dass ihre Größe kleiner als die Hälfte der geführten Wellenlänge ist.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass bei der Entfernung der Stützstrukturen des Abbilds das Stützmaterial durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters ausgewaschen wird oder die Entfernung hierdurch zumindest begünstigt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Einformen des Abbildes in den Formstoff dieser durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des Abbildes des geschlitzten Hohlleiters in dessen Innere gelangt oder der Eintritt hierdurch begünstigt wird.

Beim Entformen des zu entfernenden Formstoffs kann vorgesehen sein, dass dieser durch die nicht abstrahlenden Öffnungen des geschlitzten Hohlleiters austritt oder der Austritt hierdurch zumindest begünstigt wird.

Denkbar ist es weiterhin, dass die für einen Metallguss erforderlichen Angusstruktu- ren an Stellen der HF-Komponente angesetzt werden, an denen keine relevante HF- Funktionalität erforderlich ist und insbesondere an den Außenseiten des Hohlleiters oder der Hohlleiterkomponente.

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.

Des Weiteren wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Hohlleiter“ nicht nur den Hohlleiter als solchen umfasst, sondern auch HF-Bauteile, wie z.B. Antennen, die einen solchen Hohlleiter aufweisen. Die Erfindung ist somit nicht auf die Herstellung eines Hohlleiters per se beschränkt, sondern umfasst auch die Herstellung von Strukturen, die wenigstens einen Hohlleiter aufweisen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Effekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Ein Ausführungsbeispiel betrifft einen geschlitzten Hohlleiter, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird. Ein geschlitzter Hohlleiter ist ein kastenförmiger Leiter, der an den Seitenwänden Schlitze aufweist.

Zunächst wird ein Abbild des geschlitzten Hohlleiters angefertigt, welches zu über 99 Massenprozent aus einem reinen Wachs besteht.

Das Abbild wird beispielsweise in einem 3D-Druck-Verfahren hergestellt. Aus technischen Gründen ist bei einem 3D-Druck, je nach Geometrie des Druckprodukts das Stützen der unfertigen Bereiche durch Stützstrukturen notwendig.

Diese Stützstrukturen können nun derart ausgelegt werden, dass sie teilweise als Gusssystem dienen oder auch teilweise vor einem Einformen des Abbilds entfernt werden.

In diesem Beispiel werden Teile der Stützstrukturen als Gusssystem verwendet und andere Teile werden freigewaschen. Dabei sind diejenigen Teile die freigewaschen werden aus einem Material, welches in Methanol löslich ist.

Das Freiwaschen erfolgt beispielsweise durch Tauchen des Druckprodukts in Methanol und Auflösen des Teils der Stützstrukturen, die aus einem Material, welches in Methanol löslich ist, bestehen.

Das Abbild mit dem Gusssystem kann als Modell bezeichnet werden.

Das Modell wird nun in einen Formstoff, der Gips aufweist oder Gips ist, eingeformt. Beim Einformen des Gipses kann dieses durch die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters einfacher in den Innenraum des geschlitzten Hohlleiters eintreten.

Der Gips wird nun ausgehärtet. Das Aushärten kann durch Trocknen an der Luft erfolgen. Das Aushärten kann zusätzlich durch Brennen des Gipses erfolgen.

Nach dem Aushärten oder vor oder während des Brennens wird das Modell aus dem Gips ausgetrieben. Dazu werden der Gips und das Modell auf eine Temperatur, bei der das Wachs schmilzt, beispielsweise auf über 40 °C gebracht.

Das Modell schmilzt daraufhin und das Wachs läuft aus dem Gips und hinterlässt einen Formhohlraum. Das austreten des Wachses aus den inneren Bereichen des Modells wird wiederum durch die Schlitze im geschlitzten Hohlleiter begünstigt.

Der Formhohlraum wird dann mit Argon durchspült, sodass die Luft bzw. der Sauerstoff aus dem Formhohlraum verdrängt wird. Zuvor kann eine Glättung des Formhohlraums mittels Ausblasen mit einem mit abrasiven Partikeln versetzten Gases erfolgt sein.

In den durch Gips teilweise umschlossenen Formhohlraum wird sodann eine Schmelze einer Aluminiumlegierung eingegossen.

Diese Schmelze wird sodann mit einem Druck von ca. 2 bar beaufschlagt, sodass die Schmelze in den gesamten Formhohlraum gedrückt wird. Das Eintreten der Schmelze in den Innenraum des geschlitzten Hohlleiters wird wiederum durch die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters begünstigt.

Nach Abkühlen der Schmelze wird die Gipsform zerstört und die abgekühlte Schmelze wird entformt. Bei der Entformung begünstigen die Schlitze des geschlitzten Hohlleiters das Entfernen der Gipsform aus dem Inneren des geschlitzten Hohlleiters.

Danach wird das Gusssystem von der Funktionsstruktur entfernt.

Es kann sich eine Nachbearbeitung der Funktionsstruktur in Form einer Glättung der Oberfläche anschließen.