CN107529274A - 一种基于3d打印的介质集成悬置线电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，所述电路结构包括：电路部分，用于设计所需电路；电路固定部分，用于将电路部分与空腔壁相连；空腔部分，介于电路部分与空腔壁之间，用于传输能量；空腔壁，用于封装整个悬置线电路，解决了现有的介质集成悬置线空间利用率不高，加工复杂的技术问题，实现了介质集成悬置线空间利用率高，加工简单的技术效果。

Description

一种基于3D打印的介质集成悬置线电路结构

技术领域

本发明涉及介质集成悬置线研究领域，具体地，涉及一种基于3D打印的介质集成悬置线电路结构。

背景技术

随着无线通讯技术的快速发展，微波毫米波集成电路对低损耗、低成本、轻量化、灵活性等方面均提出了越来越高的要求。传输线作为微波毫米波电路与系统最基本的组成部分，其体积、损耗、重量等特性直接或间接的决定了微波毫米波电路与系统的大小和性能的优良。

传统工艺加工的介质集成悬置线是一种由多层自上而下双面印制电路板叠压而成的传输线，其中间层电路板的上、下表面可用于放置平面电路，顶层电路板和底层电路板的两面均覆铜，作为介质集成悬置线的上、下盖板；其余电路板可以镂空处理，使得顶层电路板与中间层电路板之间形成空气腔体结构，中间层电路板和底层电路板之间的镂空区域用于填充介质材料，其余电路板指除顶层电路板和底层电路板之外的电路板。

在非平面传输线中，介质集成悬置线和波导悬置线(包括悬置带线，悬置微带线，悬置共面波导等)电路已经被证明是非常优异的传输线系统，与其它平面传输线相比，介质集成悬置线兼具波导悬置线金属损耗小，色散弱，辐射损耗低的特性。同时，介质集成悬置线的结构特性，使其具有波导悬置线所不具有的结构紧凑、重量轻、体积小、成本低、可实现自封装、易于形成其他无源与有源电路集成等优点。但是，由于传统“减材制造”的限制，介质集成悬置线存在空间利用率不高、镂空区域必须为规则形状、设计电路为平面结构、加工工序步奏多、加工精度不高、计算机数控等传统加工技术所用圆形钻头直径较大使得在边缘处切割不完全而呈圆弧状、“减材制造”带来一定的材料损耗等局限。

发明内容

本发明提供了一种基于3D打印的介质集成悬置线电路，解决了现有的介质集成悬置线空间利用率不高，加工复杂的技术问题，实现了介质集成悬置线空间利用率高，加工简单的技术效果。

为实现上述技术目的，本申请提供了一种基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，所述电路结构包括：

电路部分，用于设计所需电路；电路固定部分，用于将电路部分与空腔壁相连；空腔部分，介于电路部分与空腔壁之间，用于传输能量；空腔壁，用于封装整个悬置线电路。

优选的，电路部分、电路固定部分、空腔部分、空腔壁中每一部分为包括多边体、圆柱体在内的任意复杂度任意规则或不规则三维形状。

优选的，空腔部分空腔的数量为1个或多个。

优选的，所述介质集成悬置线电路结构采用3D打印加工制成。

优选的，空腔壁、电路部分、电路固定部分均由非导电性材料打印制成，非导电性材料包括但不限于：光敏树脂、热塑性材料、ABS塑料、尼龙、陶瓷。

优选的，整个电路模型通过计算机辅助设计软件切割成一系列具有一定厚度的薄层，可利用立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)、熔融沉积成型(FDM)等技术，使用非导电性材料打印每一层，并堆叠而成整个介质集成悬置线电路模型。

优选的，非导电性材料打印加工的空腔内壁和电路部分表面进行金属化处理，或表面涂抹导电材料；金属化空腔壁和电路部分表面采用抛光处理。

优选的，空腔壁和电路部分通过低熔点合金熔融、烧结制成，电路固定部分使用非导电性材料打印制成。

优选的，整个电路模型通过计算机辅助设计软件切割成一系列具有一定厚度的薄层，空腔壁和电路部分可利用选择性激光烧结(SLS)技术、选择性激光熔化(SLM)技术、熔融沉积成型(FDM)等技术，使用低熔点合金材料打印每一层；电路固定部分可利用立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)、熔融沉积成型(FDM)等技术，使用非导电性材料打印每一层，并堆叠而成整个介质集成悬置线电路模型。

优选的，空腔部分和空腔壁为包括阶梯折叠的长方体状在内的阶梯折叠的多边体或圆柱体，电路固定部分为阶梯折叠状，电路固定部分为电路固定介质层，电路部分为附着在电路固定介质层一侧的任意单层形状，空腔介于空腔壁与电路部分之间，被电路固定介质层分割成包括上下空腔在内的两个空腔。

优选的，电路固定部分中的电路固定介质层两侧均附着有不同的形状电路。

优选的，电路固定部分为若干介质柱，电路部分采用若干介质柱进行固定，介质柱连接电路部分与空腔内壁。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请中的技术方案基于“增材制造”原理3D打印技术的介质集成悬置线电路，主要包括四个部分：电路部分，电路固定部分，空腔部分，空腔壁。其中电路部分、电路固定部分、空腔部分、空腔壁中每一部分可以为任意规则/不规则三维形状。空腔部分空腔的数量可以为大于1的任意值。基于3D打印技术，本申请中的技术方案解决了基于传统“减材制造”的介质集成悬置线存在的空间利用率不高、镂空区域必须为规则形状、设计电路为平面结构、加工工序步奏多、加工精度不高、“减材制造”带来一定的材料损耗等局限，为介质集成悬置线电路提供了新的设计和实现方法，能够实现基于3D打印技术的介质集成悬置线电路的加工精度高、加工成本低、加工周期短、加工步骤少、加工灵活度高、加工材料组合无限制、空间利用率高、自封装、损耗低、易于衬底和电路层集成、减少总原件的数量、产品形状复杂度无限、制作材料的组合无限制等优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1-图6是本申请中基于3D打印的介质集成悬置线电路结构的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，解决了现有的介质集成悬置线空间利用率不高，加工复杂的技术问题，实现了介质集成悬置线空间利用率高，加工简单的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一：

基于3D打印技术的介质集成悬置线电路，主要包括四个部分：电路部分，用于设计所需电路；电路固定部分，用于将电路部分与空腔壁相连，使电路部分固定且具有足够的机械强度；空腔部分，介于电路部分与空腔壁之间，用以传输能量，减小介质损耗；空腔壁，用于封装整个悬置线电路，减小辐射损耗，增强整体结构的机械强度。其中电路部分、电路固定部分、空腔部分、空腔壁中每一部分可以为任意规则/不规则三维形状。空腔部分空腔的数量可以为1个或多个。

进一步的，空腔壁、电路部分、电路固定部分可以全部由光敏树脂、热塑性材料(如聚乳酸(PLA，Polylactic Acid))、ABS塑料、尼龙、陶瓷等非导电性材料打印而成。也可以将空腔壁和电路部分使用低熔点合金熔融、烧结而成，而电路固定部分使用非导电性材料打印而成。

进一步的，将整个介质集成悬置线电路模型通过计算机辅助设计软件切割成一系列具有一定厚度的薄层，可利用立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)、熔融沉积成型(FDM)等技术，使用非导电性材料打印每一层，之后根据具体工艺通过降低工作台高度或升高打印喷头，在之前打印的一层截面上方打印下一层截面，重复上述步骤直到打印完毕，可得到由多层截面堆叠而成整个介质集成悬置线电路模型。空腔壁、空腔部分和电路部分也可利用选择性激光烧结(SLS)技术、选择性激光熔化(SLM)技术、熔融沉积成型(FDM)等技术，使用低熔点合金材料打印每一层；电路固定部分利用立体光刻技术(SLA)、数字光处理技术(DLP)、熔融沉积成型(FDM)等技术，使用非导电性材料打印每一层，并堆叠而成整个介质集成悬置线电路模型。

进一步的，对于上述步骤中使用非导电性材料打印而成空腔内壁和电路部分表面，可使用包括商用化学度镍、电镀铜法等方法表面金属化处理，或表面涂抹导电材料，从而使其在拥有使用金属材料打印元件的优良性能的同时具有轻的质量。

进一步的，可以对金属化空腔壁和电路部分的表面，可进行抛光处理，以提升表面金属的平整度，从而提升整体电路性能。

如图1(a)所示，空腔部分和空腔壁可为阶梯折叠的长方体，电路固定部分可以为一整块沿着垂直于其延展方向阶梯折叠的介质。电路部分可以为附着在电路固定介质层一侧的任意单层形状。空腔介于空腔壁与电路部分之间，被介质层分割成包括上下空腔在内的两个空腔。整个悬置线电路的主要能量集中分布在上下空腔以及介质层中。

与图1(a)所示结构不同的，图1(b)所示结构中，电路固定介质层可不仅在一侧附着有电路，也可以在电路固定介质层两侧附着有不同的形状电路，从而提高整个电路的传输性能以及设计的灵活度。

为了进一步减少介质损耗，本专利提出了如图2所示的，符合力学支撑原理地，用若干介质柱替代整块介质片的实施方案。该方案采用若干圆柱连接电路部分与空腔内壁，相较于用一整块介质固定电路部分，既能保证一定的机械强度，又能极大的减少整个空腔中介质的体积，从而减小介质损耗，实现整个介质集成悬置线电路的低损耗传输，提升传输性能。

如图3、图4、图5所示，介质集成悬置线的电路部分可以为三维的、不规则的结构，空腔壁可为沿某一方向弯曲折叠的长方体，固定部分采用若干介质柱用以固定电路部分且能够实现整个介质集成悬置线电路的低损耗传输，空腔部分可以为如图3所示的扭曲折叠的长方体，可以为如图4所示扭曲折叠圆柱体，也可以为如图5所示的不规则形状。

图6举例了说明了基于3D打印技术的介质集成悬置线电路的电路部分、电路固定部分、空腔部分、空腔壁均可为不规则的三维形状，既能够满足机械强度，又能够实现介质集成悬置线电路低损耗传输的需求，且设计灵活度大大提升，可满足各种电路设计需求。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，所述电路结构包括：

电路部分，用于设计所需电路；电路固定部分，用于将电路部分与空腔壁相连；空腔部分，介于电路部分与空腔壁之间，用于传输能量；空腔壁，用于封装悬置线电路。

2.根据权利要求1所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，电路部分、电路固定部分、空腔部分、空腔壁中每一部分为任意规则或不规则三维形状。

3.根据权利要求1所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，空腔部分空腔的数量为1个或多个；所述介质集成悬置线电路结构采用3D打印加工制成。

4.根据权利要求3所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，空腔壁、电路部分、电路固定部分均由非导电性材料打印制成，非导电性材料包括但不限于：光敏树脂、热塑性材料、ABS塑料、尼龙、陶瓷。

5.根据权利要求4所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，悬置线电路结构模型通过计算机辅助设计软件切割成多个具有预设厚度子层，进行立体光刻处理、数字光处理、熔融沉积成型处理，每个子层通过非导电性材料打印，堆叠成悬置线电路结构模型。

6.根据权利要求3所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，空腔内壁和电路部分表面进行金属化处理，或表面涂抹导电材料；金属化空腔壁和电路部分表面采用抛光处理。

7.根据权利要求3所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，空腔壁和电路部分通过合金熔融、烧结制成，电路固定部分使用非导电性材料打印制成。

8.根据权利要求7所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，悬置线电路结构模型通过计算机辅助设计软件切割成多个具有预设厚度子层，空腔壁和电路部分通过选择性激光烧结处理、选择性激光熔化、熔融沉积成型，使用合金材料打印每一层；电路固定部分通过立体光刻处理、数字光处理、熔融沉积成型处理，使用非导电性材料打印每一层，堆叠成悬置线电路结构模型。

9.根据权利要求1所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，空腔部分和空腔壁为包括阶梯折叠的长方体状在内的阶梯折叠的多边体或圆柱体，电路固定部分为阶梯折叠状，电路固定部分为电路固定介质层，电路部分为附着在电路固定介质层一侧的任意单层形状，或电路固定部分中的电路固定介质层两侧均附着有不同的形状电路，空腔介于空腔壁与电路部分之间，被电路固定介质层分割成包括上下空腔在内的两个空腔。

10.根据权利要求1所述的基于3D打印的介质集成悬置线电路结构，其特征在于，电路固定部分为若干介质柱，电路部分采用若干介质柱进行固定，介质柱连接电路部分与空腔内壁，电路部分、空腔部分、空腔壁中每一部分为任意规则或不规则三维形状。