CN110224225A - 一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法 - Google Patents

一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法 Download PDF

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李祥明
邵金友
刘桂芳
田洪淼
王春慧
陈小亮
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    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support

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Abstract

一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，先配置或选择具有相应性能的压印胶；然后在曲面基底涂覆一层压印胶；再用相应天线形状尺寸的硅橡胶软模具在曲面基底压印出压印胶的结构区，得到结构槽；在结构区的结构槽内填充天线预功能材料；最后对预功能材料进行后处理，使其具有功能化，即得到了镶嵌式曲面共形天线；本发明能够实现曲面结构上的亚微米级别天线的制造，实现天线较高的尺寸精度和位置精度；对曲面基底要求不高，具有广泛的通用性；镶嵌式保护天线结构，比一般打印天线具有更强的稳定性，在电子设备、高端装备等领域有广泛的应用前景。

Description

一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法
技术领域
本发明属于微纳制造技术领域，具体涉及一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法。
背景技术
天线是电子设备中接收和发射信号的重要装置，信息化现代设备都离不开天线，天线种类多且数量庞大，大多突出在设备外，这些林林总总的复杂天线会妨碍设备的整体性能，如遮挡信号等。共形天线应运而生，在结构表面布置曲面共形的感知-探测一体化电路单元，使功能与结构一体化，是使整体结构优化的理想途径。
对于一体化制造技术，世界先进水平的代表是3D打印技术，这种技术能够实现亚毫米级的加工，但是由于流体自身特性，尚不能实现对亚微米级别的制造；其次还有全息曝光技术，该技术能够实现亚微米级别的结构制造，但是这种制造方法对加工衬底有严格的要求，如需要衬底光滑、导电等；一般地，打印天线是暴露在曲面外侧的突起结构，在装备运行过程中，会受到振动冲击等的外界干扰，天线与曲面基底的附着力是保证天线结构稳定性的关键问题。
为了实现更可靠的曲面共形天线制造技术，要解决以下问题：1、实现亚微米级别的小尺寸加工；2、具有广泛的通用性，在多种衬底上进行一体化电路制造；3、增强天线与基底的附着力和安全性。所以有必要发明一种全新的曲面共形天线制造方法。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，可实现精密的亚微米级别电路加工，尺寸精度高；对衬底适应性高，可在多种材料、多种表面粗糙度、多种形状的衬底上进行微波天线电路的制造；另外，镶嵌式结构能够有效保护天线结构，使其与基底的附着力更强，增强其可靠性与稳定性；制造方法简单可靠，适用性广。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，包括以下步骤：
1)配置或选择具有相应性能的压印胶；
2)在曲面基底涂覆一层压印胶；
3)用相应天线结构形状尺寸的硅橡胶软模具在曲面基底压印出压印胶的结构区，得到结构槽；
4)在结构槽内填充天线金属预功能材料；
5)对天线金属预功能材料进行后处理，使其具有金属化特性，即得到了镶嵌式曲面共形天线结构。
所述的步骤1)中根据需求选择具有相应性能的压印胶，包括耐高温、防水防油性能。
所述的步骤2)中根据具体需求在曲面基底上涂覆均匀厚度的压印胶，保证压印胶的粘度适应后续压印过程；此外，在此步骤前对曲面基底进行粗化的处理使其对压印胶具有更高的附着力。
所述的步骤3)中使用具有相应形状尺寸的硅橡胶软模具压于涂胶上，同时在硅橡胶软模具外侧施加共形压力，利用与曲面基底共形的固体压于硅橡胶软模具上，能够实现共形压力，得到完整均匀的压印结构；压印胶固化后揭开硅橡胶软模具，得到曲面基底上的天线结构槽。
所述的步骤4)中在结构槽内填充预功能材料，此过程中选择多次填充或电辅助的方法以得到优的填充效果。
所述的步骤4)中预功能材料指的是银纳米颗粒、银墨水、焊锡膏、碳纳米管或铂金属具有检测功能材料中的一种。
所述的步骤5)中在进行预功能材料的后处理时，通过高温烧结的方式使预功能材料具有金属性及更优的性能。
本发明的有益效果为：
本发明提出的镶嵌式曲面共形天线制造技术，能够实现曲面基底上的亚微米级别天线的制造，能够实现天线较高的尺寸精度和位置精度；对曲面基底要求不高，具有广泛的通用性；镶嵌式保护天线结构，比一般打印天线具有更强的稳定性。此发明内容能够在电子设备、高端装备等领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例天线形状的掩膜版示意图。
图2为实施例曲面基底涂胶的示意图。
图3为实施例硅橡胶软模具在曲面基底涂胶处压印的示意图。
图4为实施例压印后得到的曲面基底上的陶瓷胶结构示意图。
图5为实施例在曲面基底压印出的结构槽里填充预功能材料的示意图。
图6为在曲面上压印的天线沟槽的示意图。
图7为在曲面上压印填充方法制得的天线结构的示意图。
图8是在曲面氟化镁基底上制造的镶嵌式共形天线实物图，图(a)为外曲面上的天线结构，图(b)为内曲面上的天线结构。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细描述。
一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，包括以下步骤：
1)配置或选择具有优良性能的压印胶；
根据需求选择具有一定性能的压印胶，如耐高温、防水防油等；本实施例配置的Al2O3陶瓷胶，混合原料为Al2O3纳米粉，混合了乙醇、乙酸、松油醇、乙基纤维素等进行研磨、超声搅拌等工序，最后根据实际需求蒸发乙醇，获得粘稠度适中的陶瓷胶；
2)在曲面基底涂覆一定厚度的压印胶；
根据具体需求在曲面基底2上涂覆均匀厚度的压印胶3，保证压印胶3的粘度适当，以确保后续压印过程，如图2所示；
3)用相应天线结构形状尺寸的硅橡胶软模具在曲面基底压印出压印胶的结构区，得到结构槽；
使用具有一定形状尺寸的硅橡胶软模具4(如图1所示)压于涂胶3上，同时在硅橡胶软模具4外侧施加共形压力，利用与曲面基底2共形的固体压于硅橡胶软模具4上，能够实现共形压力，得到完整均匀的压印结构，压印过程如图3所示；压印胶固化后揭开硅橡胶软模具4，得到曲面基底2上的结构槽，如图4所示；
4)在结构槽内填充天线金属预功能材料；
在结构槽上填充预功能材料5，本实施例填充的预功能材料是Ag墨水，此过程中可选择多次填充以得到较优的填充效果，如图5所示；
5)对天线的金属预功能材料进行后处理，使其具有金属化特性，即得到了镶嵌式曲面共形天线结构；
在进行预功能材料的后处理时，本实施例为提高Ag墨水的导电性能，进行80℃-150℃烧结30-120min，得到了银金属天线结构。
在曲面6上涂覆压印胶7，用软模具压出天线结构槽8，如图6所示，然后在天线结构槽8里填充预功能材料9，进行预功能材料的后处理得到如图7所示天线；制作出填充了银墨水的的镶嵌式曲面共形天线，如图8所示，图8是在曲面氟化镁基底上制造的镶嵌式共形天线实物图，图(a)为外曲面上的天线结构，图(b)为内曲面上的天线结构。
本发明提出的镶嵌式曲面共形天线制造技术，能够实现曲面结构上的亚微米级别天线的制造，能够实现天线较高的尺寸精度和位置精度；对基底要求不高，具有广泛的通用性；镶嵌式保护天线结构，比一般打印天线具有更强的稳定性。此发明内容能够在电子设备、高端装备等领域有广泛的应用前景。

Claims (7)

1.一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)配置或选择具有相应性能的压印胶；
2)在曲面基底涂覆一层压印胶；
3)用相应天线结构形状尺寸的硅橡胶软模具在曲面基底压印出压印胶的结构区，得到结构槽；
4)在结构槽内填充天线金属预功能材料；
5)对天线金属预功能材料进行后处理，使其具有金属化特性，即得到了镶嵌式曲面共形天线结构。
2.根据权利要求1所述的一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于：所述的步骤1)中根据需求选择具有相应性能的压印胶，包括耐高温、防水防油性能。
3.根据权利要求1所述的一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中根据具体需求在曲面基底上涂覆均匀厚度的压印胶，保证压印胶的粘度适应后续压印过程；此外，在此步骤前对曲面基底进行粗化的处理使其对压印胶具有更高的附着力。
4.根据权利要求1所述的一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于：所述的步骤3)中使用具有相应形状尺寸的硅橡胶软模具压于涂胶上，同时在硅橡胶软模具外侧施加共形压力，利用与曲面基底共形的固体压于硅橡胶软模具上，能够实现共形压力，得到完整均匀的压印结构；压印胶固化后揭开硅橡胶软模具，得到曲面基底上的天线结构槽。
5.根据权利要求1所述的一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于：所述的步骤4)中在结构槽内填充预功能材料，此过程中选择多次填充或电辅助的方法以得到优的填充效果。
6.根据权利要求1所述的一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于：所述的步骤4)中预功能材料指的是银纳米颗粒、银墨水、焊锡膏、碳纳米管或铂金属具有检测功能材料中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种镶嵌式曲面共形天线的制造方法，其特征在于：所述的步骤5)中在进行预功能材料的后处理时，通过高温烧结的方式使预功能材料具有金属性及更优的性能。
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