DE112019005200T5

DE112019005200T5 - Verfahren zur Herstellung eines räumlich variierenden dielektrischen Materials, nach diesem Verfahren hergestellte Gegenstände und deren Verwendung

Info

Publication number: DE112019005200T5
Application number: DE112019005200.4T
Authority: DE
Inventors: Trevor Polidore; Dirk Baars; Sergio Clavijo
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2021-07-01
Also published as: US20220332043A1; CN112867601B; GB2592501A; WO2020081954A3; TW202015921A; GB2592501B; US20230226751A1; KR20210077668A; CN112867601A; TWI820237B; GB202104707D0; WO2020081954A2; US20200122387A1; JP2022504343A; US11407169B2

Abstract

Ein stereolithographisches Verfahren zur Herstellung einer Polymerstruktur mit einer räumlich gradienten Dielektrizitätskonstante, umfassend: Bereitstellen eines Volumens einer flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen eines Teils der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine Schicht der Polymerstruktur zu bilden; Kontaktieren der Schicht mit der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine zweite Schicht auf der ersten Schicht zu bilden; und Wiederholen des Kontaktierens und Bestrahlens, um die Polymerstruktur zu bilden, wobei die Polymerstruktur eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten Einheitszelle verbunden ist, jede Einheitszelle durch eine Vielzahl von durch die Bestrahlung gebildeten Traversen definiert ist, wobei die Traversen an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden sind, und die Traversen jeder Einheitszelle so dimensioniert sind, dass sie die räumlich gradiente Dielektrizitätskonstante bereitstellen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der am 18. Oktober 2018 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung 62/747,497, die hier durch Bezugnahme in vollem Umfang enthalten ist.
HINTERGRUND
Hierin wird ein Verfahren zur Herstellung von Strukturen mit einer räumlich variierenden Dielektrizitätskonstante durch additive Fertigung, durch das Verfahren hergestellte elektronische Bauelemente und Verwendungen der elektronischen Bauelemente in elektronischen Artikeln offenbart.
Zahlreiche dielektrische Strukturen mit einer vorgewählten Dielektrizitätskonstante sind für den Einsatz in elektronischen Geräten beschrieben worden. Methoden zur Herstellung von Strukturen mit einer räumlich variierenden Dielektrizitätskonstante, wie z. B. einer Luneburg-Linse, sind ein schwieriger zu lösendes Problem. Eine Methode, sich der Herstellung einer Struktur wie einer Lüneburger Linse zu nähern, besteht darin, die Dichte eines dielektrischen Materials räumlich zu variieren, was zu einer entsprechenden räumlichen Varianz der Dielektrizitätskonstante führt. Zum Beispiel beschreibt US5677796 eine Lüneburger Linse mit einem dielektrischen Gradienten, der durch Bohren einer Vielzahl von Löchern gebildet wird, die sich radial vom Zentrum einer Kugel erstrecken, um die resultierende lokale Dichte des Materials und damit die relative Dielektrizitätskonstante als Funktion des Abstands vom Zentrum der Kugel zu steuern. US7179844 beschreibt die dreidimensionale Ausdehnung von drei verschiedenen Verbundwerkstoffen, um drei verschiedene Materialien mit einer einheitlichen, aber unterschiedlichen Dielektrizitätskonstante zu erhalten, und dann die Schichtung der Materialien, um eine Struktur mit einem Stufengradienten der Dielektrizitätskonstanten zu erhalten. Diese Methoden sind langsam, komplex und schwierig an unterschiedliche Formen und unterschiedliche Gradienten anzupassen.
Die additive Fertigung (AM) (zu der auch der dreidimensionale (3D-)Druck und die Massivumformung gehören), ermöglicht die Herstellung von dreidimensionalen Objekten mit nahezu beliebiger Form anhand eines digitalen Modells. Im Allgemeinen wird dies erreicht, indem ein digitaler Entwurf einer gewünschten Struktur mit einer computergestützen Design- CAD-Modellierungssoftware erstellt wird und dann dieser virtuelle Entwurf in digitale Querschnitte zerlegt wird. Diese Querschnitte werden in einem sequenziellen Schichtungsprozess geformt oder abgelegt, um die 3D-Struktur zu erstellen. Liang et al. haben eine Methode zur additiven Fertigung (AM) beschrieben, um Strukturen mit einem Stufengradienten der Dielektrizitätskonstanten herzustellen. (Liang, M. et al., „A 3-D Luneburg lens antenna fabricated by polymer jetting rapid prototyping,“ IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 62(4), 1799-1807.) Liang et al. beschreiben ein Polymer-Jetting-Verfahren, das einem Tintenstrahlverfahren ähnelt, bei dem dünne Schichten aus zwei verschiedenen strahlungshärtbaren Zusammensetzungen (eine für das Objekt und eine für ein Traversematerial) auf einen Träger gespritzt und ausgehärtet werden. Das Polymer-Jetting-Verfahren ermöglicht die Herstellung von kleinen Strukturen mit einer variierenden Gesamtform. Die Form ist jedoch insofern begrenzt, als dass keine Überstände vorhanden sein können, es sei denn, es wird gleichzeitig ein Traversematerial aufgetragen und dann entfernt. Das Verfahren ist außerdem in Bezug auf die verwendeten Polymertypen begrenzt, da das Polymer in sehr feinen Strömen spritzbar sein muss und gleichzeitig die gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften nach dem Aushärten aufweisen muss.
Dementsprechend besteht in der Technik ein Bedarf an effizienten, flexiblen Methoden zur Herstellung von dielektrischen Polymerstrukturen, die räumlich in der Dielektrizitätskonstante über das Material variieren.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Hierin offenbart ist ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerstruktur mit einer räumlich gradienten Dielektrizitätskonstante, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Volumens einer flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen eines Teils der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine Schicht der Polymerstruktur zu bilden; Inkontaktbringen der Schicht mit der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine zweite Schicht auf der ersten Schicht zu bilden; und Wiederholen des Kontaktierens und Bestrahlens, um die Polymerstruktur zu bilden, wobei die Polymerstruktur eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten Einheitszelle verbunden ist, jede Einheitszelle durch eine Vielzahl von durch die Bestrahlung gebildeten Traversen definiert ist, wobei die Traversen an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden sind, und die Traversen jeder Einheitszelle so dimensioniert sind, dass sie die räumlich gradiente Dielektrizitätskonstante bereitstellen.
Die nach dem obigen Verfahren hergestellten Polymerstrukturen werden ebenfalls offengelegt.
In einem anderen Aspekt umfasst ein elektronisches Bauelement eine Polymerstruktur, wobei die Polymerstruktur umfasst: einen einheitlichen Körper aus einem dielektrischen Material, der eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle eine Vielzahl von Traversen umfasst, die an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden sind, wobei jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten der Einheitszellen verbunden ist; und wobei die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des einheitlichen Körpers aus dem dielektrischen Material von einem ersten Abschnitt des Körpers zu einem zweiten Abschnitt des Körpers variiert.
Es wird auch ein elektronisches Bauelement beschrieben, das die Polymerstruktur umfasst, wobei der einheitliche Körper aus dielektrischem Material mindestens einen Teil einer Impedanzanpassungsschicht, eines dielektrischen Wellenleiters, einer Linse, einer Reflexionsanordnung, einer Antennenanpassungsstruktur, eines Superstrats, eines Kopplers, eines Teilers oder einer dielektrischen Antenne bildet.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale werden durch die folgenden Figuren, die detaillierte Beschreibung, die Beispiele und die Ansprüche veranschau licht.
Figurenliste
Die folgenden Abbildungen sind beispielhafte Aspekte, die zur Veranschaulichung von Ausführungsformen dieser Offenbarung bereitgestellt werden.

1A ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer kubischen Gittereinheitszelle einer Polymerstruktur, und 1B ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Polymerstruktur, die eine Vielzahl von kubischen Gittereinheitszellen wie in 1A gezeigt enthält;
2A ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Oktett-Gittereinheitszelle einer Polymerstruktur und 2B ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Polymerstruktur, die eine Vielzahl von Oktett-Gittereinheitszellen wie in 2A gezeigt enthält;
3A bis 3D sind schematische Querschnittsansichten von Traversen beispielhafter Ausführungsformen;
4A bis 4C sind schematische Seitenansichten von Traversen von beispielhaften Ausführungsformen;
5 ist ein Diagramm, das Dk als Funktion des Traversendurchmessers für eine Oktett-Einheitszelle zeigt;
6A bis 6J sind schematische Darstellungen von Formen der Polymerstruktur von beispielhaften Ausführungsformen;
7A bis 7E sind schematische Querschnittsansichten von Polymerformen von beispielhaften Ausführungsformen;
8 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Polymerstruktur mit einer stufenförmig ansteigenden Dielektrizitätskonstante in X-Richtung aufgrund eines zunehmenden Traversendurchmessers in X-Richtung;
9 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer Polymerstruktur mit einer kontinuierlichen Gradienten-Dielektrizitätskonstante, die in X-Richtung aufgrund des zunehmenden Traversendurchmessers in X-Richtung zunimmt;
10A bis 10F sind schematische Darstellungen von dielektrischen Gradienten der Polymerstrukturen von beispielhaften Ausführungsformen; und
11 zeigt eine elektronische Struktur oder Vorrichtung, insbesondere eine elektromagnetische Struktur oder Vorrichtung, gemäß einer Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wurde von den Erfindern entdeckt, dass Polymerstrukturen, die in der Dielektrizitätskonstante über das Polymermaterial variieren, effizient mit Hilfe der additiven Fertigung mit Stereolithographiegeräten (SLA) hergestellt werden können. Insbesondere können SLA-Methoden verwendet werden, um Polymerstrukturen mit einer offenen Gitterzellenstruktur bereitzustellen, wobei die Größe jedes Gitters variiert wird, um eine entsprechende Änderung der Dielektrizitätskonstante zu erzielen. Diese Methode ermöglicht eine schnelle, effiziente Herstellung von Strukturen mit einem vorgewählten Dielektrizitätskonstantengradienten in einer Vielzahl von Konfigurationen und einer Vielzahl von Formen. Die Methode ist auch für die Verwendung verschiedener Polymere und Polymerzusammensetzungen geeignet. Es können Polymerstrukturen hergestellt werden, die in 5G-Anwendungen nützlich sind.
SLA wird in der Fachwelt auch als optische Herstellung, Photoverfestigung und Harzdruck bezeichnet. Jede der vorgenannten Methoden kann hier verwendet werden und wird zusammenfassend als „SLA“-Methoden bezeichnet. Bei diesen Verfahren werden aufeinanderfolgende dünne Schichten eines flüssigen Harzes mit Hilfe einer Lichtquelle selektiv photopolymerisiert, beginnend von der unteren Schicht zur oberen Schicht oder beginnend von der oberen Schicht zur unteren Schicht. Dieses Verfahren ist zum Beispiel in US4575330 , US4929402 , US5104592 , US5184307 , US5192559 , US5234636 , US5236637 und US5273691 beschrieben.
Es gibt verschiedene Ansätze für SLA, darunter das Direkt-/Laserschreiben und das maskenbasierte Schreiben mit digitaler Projektion. Beim Direkt-/Laserschreiben befindet sich ein Träger, auf der das Polymermaterial gebildet wird, direkt unter einer Oberfläche eines Volumens einer härtbaren flüssigen Harzzusammensetzung zur Bildung eines Polymers. Eine einzelne Lichtquelle (z. B. ein Laser) bewegt sich entlang der Oberfläche der härtbaren Zusammensetzung, Reihe für Reihe, bis die gewünschte Schicht vollständig ausgehärtet ist. Um die folgende Schicht zu initiieren, sinkt der Tisch tiefer in das Volumen der härtbaren flüssigen Harzzusammensetzung, bis eine neue Schicht der härtbaren Zusammensetzung die Oberfläche bedeckt und der Aushärtungsprozess wiederholt wird. Zwischen den Schichten ebnet eine Klinge, die mit der härtbaren flüssigen Harzzusammensetzung beladen ist, die Oberfläche des Harzes, um eine gleichmäßige Flüssigkeitsschicht vor einer weiteren Runde der Lichteinwirkung sicherzustellen. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die härtbare Flüssigharzzusammensetzung gedruckt ist und die 3D-Struktur bildet.
Beim maskenbasierten Schreiben mittels digitaler Projektion wird der Träger um eine definierte Strecke in das Volumen der flüssigen, härtbaren Zusammensetzung eingetaucht. Das Volumen befindet sich in einem Bad mit einem optisch klaren Boden. Anschließend wird die Lichtquelle in einem Muster auf den Träger geführt, um die härtbare Zusammensetzung zwischen der Lichtquelle und dem Träger zu polymerisieren. Bei der digitalen Projektionsmethode ermöglicht eine digitale Spiegelvorrichtung das gleichzeitige Aushärten einer ganzen Schicht eines bestimmten Musters. Anschließend kann der Träger um einen definierten Abstand angehoben und eine weitere Schicht ausgehärtet werden. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis die aushärtbare Flüssigharzzusammensetzung gedruckt ist und die 3D-Struktur bildet.
Die durch SLA gebildeten Polymerstrukturen sind ein einheitlicher Körper aus dielektrischem Material, der eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst. Jede Einheitszelle umfasst eine Vielzahl von Traversen, die an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden sind. Jede Einheitszelle ist integral mit einer benachbarten der Einheitszellen verbunden. Die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material variiert von einem Teil des Körpers zu einem anderen Teil des Körpers. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des einheitlichen Körpers aus dielektrischem Material von einem inneren Abschnitt des Körpers zu einem äußeren Abschnitt oder von einer Seite des Körpers zu einer anderen Seite variieren.
Insbesondere umfassen die Einheitszellen Traversen, die Zwischenräume definieren, wie z. B. in 1A und 1B dargestellt. 1A zeigt eine kubische Einheitszelle 10, die Traversen 12 umfasst, die einen Zwischenraum 13 definieren. 2A zeigt eine Oktett-Einheitszelle 20, die Traversen und Zwischenräume umfasst, die durch die Traversen definiert sind. Wie hierin verwendet, bezeichnet der Begriff „Traverse“ ein Strukturelement eines Fachwerks aus diesen Strukturelementen, bei dem jedes Traversenelement nur an seinen jeweiligen Enden 14, wie durch die Kugeln 14 angedeutet, mit einem anderen benachbarten Traversenelement verbunden ist, um Verbindungen zwischen Traversenenden zu bilden. Es wird davon ausgegangen, dass jede Last, die über jedes Traversenelement verteilt wird, über die entsprechenden Verbindungen 14 verteilt wird. Es versteht sich, dass die an den Verbindungsstellen 14 gezeigten Kugeln nur zur Veranschaulichung der Verbindungen dienen und in den Polymer-Gitterstrukturen vorhanden sein können oder auch nicht. In einem Aspekt ist kein zusätzliches Material an den Gelenken der Polymer-Gitterstrukturen vorhanden, außer dem Material, das von jeder Traverse, die das Gelenk bildet, beigetragen wird.
Jede Traverse 12 kann gerade oder gekrümmt sein. In einem Aspekt ist jede Traverse im Wesentlichen gerade. Jede Traverse kann einen unregelmäßigen oder im Wesentlichen regelmäßigen Querschnitt haben. Beispielsweise kann der Querschnitt kreisförmig (3A), elliptisch (3B), polygonal, z. B. sechseckig (3C) oder rechteckig (3D), ringförmig (3E), eiförmig (3F) oder dergleichen sein. In einem Aspekt hat jede Traverse den gleichen Querschnitt über die gesamte Länge der Traverse, z. B. kreisförmig oder quadratisch. Alternativ ist es möglich, den Querschnitt jedes Traverses zu variieren, z. B. mit einer Traverse, die an jedem Ende im Wesentlichen kreisförmig ist, aber im Bereich zwischen den Enden im Wesentlichen quadratisch. Jede Traverse innerhalb einer Einheitszelle kann ferner den gleichen Querschnittsdurchmesser oder einen variierenden Durchmesser haben. Während beispielsweise jede Traverse 12 in 2A so dargestellt ist, dass sie über ihre gesamte Länge einen im Wesentlichen gleichmäßigen Durchmesser aufweist, könnte jede Traverse unter Bezugnahme auf die 4A-4D einen Durchmesser aufweisen, der entlang ihrer Länge variiert, beispielsweise eine Hundeknochenform (4A) mit einem größeren kreisförmigen Durchmesser an jedem Ende davon, oder eine pyramidenförmige (4B) oder eine polygonale Form (4C) mit einem größeren Durchmesser an jedem Ende davon. In einigen Aspekten, insbesondere wenn ein kontinuierlicher Gradient erwünscht ist, wie weiter unten genauer beschrieben, kann die Traverse einen kontinuierlich variierenden Durchmesser von einem Ende zum anderen Ende haben, d. h. von kleiner zu größer (4D), wobei H₁ kleiner als H₂ ist.
Jede Traverse kann einen Durchmesser im Bereich von 0,03 bis 5,0 Millimeter (mm), vorzugsweise 0,05 bis 4,0 mm, haben. „Durchmesser“, wie hier verwendet, bezieht sich auf die durchschnittliche größte Querschnittsabmessung. Wenn die Traverse einen im Wesentlichen konstanten Durchmesser hat, kann der durchschnittliche Durchmesser im Bereich von 0,03 bis 5,0, vorzugsweise 0,05 bis 4,0 liegen. Wenn der Traverse einen kontinuierlich variierenden Durchmesser hat, kann der Traverse in diesem Bereich variieren, zum Beispiel von 0,03 bis 1,0 mm, von 1,0 bis 1,7 mm, von 1,7 bis 2,4 mm und so weiter.
Die Einheitszellen können eine beliebige Gitterkonfiguration haben, z. B. kubisch (1A) und seine Variationen, z. B. kubisch mit Körperzentrum oder kubisch mit Flächenzentrum, oder ein Oktett (2A). Die Verwendung einer Oktett-Gittereinheitszelle wird bevorzugt, da sie dünnere Traversendurchmesser und -längen ermöglicht, die leichter auf höhere Frequenzen skaliert werden können. Oktett-Gittereinheiten sind auch deshalb vorteilhaft, weil sie eine isotrope Dielektrizitätskonstante innerhalb der Einheit haben können, so dass eine gegebene elektromagnetische Welle mit der Einheit unabhängig von ihrer Ausrichtung auf die gleiche Weise interagieren kann. Eine Simulation, die die Dielektrizitätskonstante (Dk) in Abhängigkeit vom Gitterdurchmesser in Millimetern vorhersagt, ist in 5 dargestellt.
Jede der Einheitszellen kann eine Größe von weniger als 30 %, oder weniger als 20 %, oder weniger als 10 % einer Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle haben, für die die Polymerstruktur ausgelegt ist. Die Wellenlänge der elektromagnetischen Welle ist in erster Linie durch die Fertigungsmöglichkeiten begrenzt und kann daher stark variieren. In einem Aspekt liegt der Frequenzbereich des Betriebs bei 1 bis 100 GHz, d. h. einer Wellenlänge von 3 bis 300 mm. Die kleinste Zellengröße (z. B. 1 mm) kann derzeit durch die aktuellen Fertigungsmöglichkeiten begrenzt sein.
Wie in 1 B und 2B gezeigt, ist die Polymerstruktur ein einheitlicher, dreidimensionaler Körper, der eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Zelle einer anderen Zelle benachbart ist. In einem Aspekt ist jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten der Einheitszellen verbunden. Zum Beispiel umfasst die Polymerstruktur 20 in 1B acht Einheitszellen 10. Während die Polymerstrukturen in 1 B und 2B als Würfel bzw. als unregelmäßige Form dargestellt sind, kann jede beliebige Form verwendet werden. Unter Bezugnahme auf die 6A-6J kann jede hierin offenbarte dielektrische Struktur 20 eine dreidimensionale Form in Form eines Zylinders (6A), eines Polygonkastens ( 6B), eines sich verjüngenden Polygonkastens (6C), eines Kegels (6D), ein Würfel (6E), ein Kegelstumpf (6F), eine quadratische Pyramide ( 6G), ein Toroid (6H), eine Kuppel (61), eine längliche Kuppel (6J) oder jede andere dreidimensionale Form, die für einen hierin offenbarten Zweck geeignet ist. Bezug nehmend auf 7A-7E können solche Formen einen z-Achsen-Querschnitt in Form eines Kreises (7A), eines Polygons (7B), eines Rechtecks (7C), eines Rings (7D), eines Ellipsoids (7E) oder jeder anderen für einen hierin offengelegten Zweck geeigneten Form aufweisen. Darüber hinaus kann die Form von dem verwendeten Polymer, dem gewünschten dielektrischen Gradienten, dem gewählten Typ der Einheitszelle und den gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften abhängen.
Der dielektrische Gradient in der Polymerstruktur wird durch Variieren der Dichte jeder Einheitszelle, allgemeiner der Dichte eines ausgewählten Satzes von Einheitszellen, hergestellt. Die Dichte kann variiert werden, indem mehr Material in jede Einheitszelle aufgenommen wird, wobei mehr Material eine höhere Dielektrizitätskonstante und weniger Material eine niedrigere Dielektrizitätskonstante ergibt. Zum Beispiel kann, wie in Liang et al. offenbart, auf die oben verwiesen wird, jeder Satz von Einheitszellen in einer Schicht zusätzliches Polymer enthalten, das an der Verbindungsstelle der Einheitszelle abgeschieden wird.
In einem bevorzugten Aspekt wird die Dichte der Polymerstruktur variiert, indem der Durchmesser jeder Traverse in einem ausgewählten Satz von Einheitszellen variiert wird. Unter Bezugnahme auf 8 umfasst die Polymerstruktur 20 drei Sätze von Einheitszellen in X-Richtung, 10a, 10b und 10c. Der Durchmesser jeder Traverse jedes Satzes von Einheitszellen 10a, 10b und 10c nimmt in X-Richtung an Dicke zu, wodurch die Größe der Zwischenräume 13a, 13b und 13c in jeder der Einheitszellen 10a, 10b bzw. 10c abnimmt. Wenn die Zwischenräume mit Luft gefüllt sind, ergibt sich ein Stufengradient der Dielektrizitätskonstanten von niedriger (Satz 10a) zu höher (Satz 10c).
In einem anderen Aspekt kann der Durchmesser jeder Traverse einer Einheitszelle innerhalb eines Satzes von Zellen variieren, um einen kontinuierlichen Gradienten zu schaffen. Wie zum Beispiel in 9 gezeigt, nehmen die Traversen 12a entlang der X-Richtung (die horizontalen Traversen) des Satzes 10a im Durchmesser von Ende 14a-1 zu Ende 14a-2 zu, bis sie mit den Traversen 12b des Einheitszellensatzes 10b verbunden sind. Die Enden 14a-2 haben den gleichen Durchmesser wie die Enden 14b-1 der Traversen 12b. Die Traversen 12b (wiederum die horizontalen Traversen) nehmen im Durchmesser von den Enden 14b-1 zu den Enden 14b-2 weiter zu. Die in Y- und Z-Richtung verlaufenden Traversen, die an den Enden 14a-1 verbunden sind, haben den gleichen Durchmesser wie die Enden 14-a-1. Die an den Enden 14a-2 / 14b-1 zusammengeführten Traversen in Y- und Z-Richtung haben den gleichen Durchmesser wie die Enden 14a-2 / 14b-1. Die an den Enden 14b-2 verbundenen Traversen in Y- und Z-Richtung haben den gleichen Durchmesser wie die Enden 14b-2. Diese Konfiguration liefert einen kontinuierlichen dielektrischen Gradienten, der entlang der X- und Y-Achse der Polymerstruktur 20 zunimmt. Der dielektrische Gradient entlang der Z-Achse ist konstant.
Die Richtung des dielektrischen Gradienten kann entsprechend in der Polymerstruktur variiert werden, indem der Durchmesser der Traverse in den Einheitszellen entsprechend variiert wird, wie in 10A-10F gezeigt. Beispielsweise kann die Dielektrizitätskonstante in drei Dimensionen von einem gemeinsamen Punkt aus variieren, wie in 10A gezeigt, wo die Pfeile eine kontinuierliche, gleichmäßige Abnahme der Dielektrizitätskonstante in drei Dimensionen von einem Mittelpunkt 30 einer Halbkugel in Richtung der Ränder der Halbkugel anzeigen.
10B zeigt eine Querschnittsansicht eines Zylinders, der in Längsrichtung in drei Abschnitte unterteilt ist, einen inneren Abschnitt, einen Zwischenabschnitt und einen äußeren Abschnitt. Der innere Abschnitt hat eine erste Dielektrizitätskonstante, der Zwischenabschnitt hat eine zweite Dielektrizitätskonstante und der äußere Abschnitt hat eine dritte Dielektrizitätskonstante, was eine radiale, stufenförmige Dielektrizitätskonstante ergibt. In einem Aspekt kann die erste Dielektrizitätskonstante niedriger als die zweite Dielektrizitätskonstante sein, die wiederum niedriger als die dritte Dielektrizitätskonstante sein kann. Alternativ kann in einem anderen Aspekt die erste Dielektrizitätskonstante höher sein als die zweite Dielektrizitätskonstante, die höher sein kann als die dritte Dielektrizitätskonstante. In einem weiteren Aspekt kann die erste Dielektrizitätskonstante höher sein als die zweite Dielektrizitätskonstante, und die dritte Dielektrizitätskonstante kann höher sein als die erste und zweite Dielektrizitätskonstante.
10C zeigt eine kegelstumpfförmige Form, die horizontal in die Abschnitte 32, 34 und 36 unterteilt ist, wobei der Pfeil eine Abnahme der Dielektrizitätskonstante von Abschnitt 32 über 34 bis 36 anzeigt. Wie in einem anderen Aspekt in 10D gezeigt, können die Abschnitte 42 und 46 dieselbe erste Dielektrizitätskonstante und die Abschnitte 44 und 48 dieselbe zweite Dielektrizitätskonstante aufweisen, wobei eine der ersten und zweiten Dielektrizitätskonstanten höher oder niedriger als die andere ist, wodurch ein periodischer Stufengradient entsteht.
10D zeigt eine kubische Polymerstrukturform, die in Abschnitte 42, 44, 46 und 48 unterteilt ist. Die Abschnitte 42, 46 können die gleiche erste Dielektrizitätskonstante und die Abschnitte 44, 48 können die gleiche zweite Dielektrizitätskonstante haben. Die erste Dielektrizitätskonstante kann größer oder kleiner als die zweite Dielektrizitätskonstante sein, wodurch ein periodischer Gradient der Dielektrizitätskonstante entstehen kann. Es ist auch möglich, dass der Gradient andere Variationen aufweist. Zum Beispiel kann der Gradient zufällig oder pseudozufällig von einem Punkt der Struktur zu einem anderen variieren.
In einem anderen Aspekt zeigt 10E eine kubische Polymerstrukturform mit einem ersten Scheitelpunkt 52a und einem zweiten Scheitelpunkt 52b. Die Dielektrizitätskonstante kann kontinuierlich über die Form vom ersten Scheitelpunkt 52a zum zweiten Scheitelpunkt 52b variieren. In einem weiteren Aspekt zeigt 10F eine kubische Polymerstrukturform mit einem ersten Scheitel 52a und einem zweiten Scheitel 52b. Ein erster Abschnitt 53, der in Form eines Zylinders dargestellt ist, befindet sich zwischen dem ersten Scheitelpunkt 52a und dem zweiten Scheitelpunkt 52b. Der zweite Abschnitt 54 umgibt den ersten Abschnitt 53. Der erste Abschnitt 53 kann eine erste Dielektrizitätskonstante und der zweite Abschnitt 54 kann eine zweite Dielektrizitätskonstante aufweisen, wobei sich die erste und die zweite Dielektrizitätskonstante unterscheiden. Es ist auch möglich, dass die Dielektrizitätskonstanten der einzelnen Abschnitte unabhängig voneinander variieren. Zum Beispiel kann der erste Abschnitt 53 eine Dielektrizitätskonstante haben, die in einem Stufengradienten vom Scheitelpunkt 52a zum Scheitelpunkt 52b zunimmt, während der Abschnitt 54 eine einzige Dielektrizitätskonstante haben kann.
In einigen Aspekten sind die Zwischenräume jeder Einheitszelle (z. B. 13c in 8 und 13b in 9) mit Luft gefüllt. In anderen Aspekten können die Zwischenräume mit einem dielektrischen Material gefüllt sein. Eine solche Füllung kann durch Imprägnierung der Polymerstruktur nach deren Herstellung erfolgen. Das Füllmaterial aus dielektrischem Material kann eine niedrigere Dielektrizitätskonstante aufweisen als das Material, das zur Bildung zumindest einiger der Traversen verwendet wird. Zum Beispiel kann in einigen Aspekten der dielektrische Füllstoff eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante haben (z. B. Polytetrafluorethylen (PTFE)) und vorhanden sein, um die Traverse der Polymerstruktur weiter zu unterstützen. Dies ermöglicht die Herstellung von sehr dünnen Traversen oder kann flexiblere Traversen versteifen. In anderen Aspekten kann die Polymerstruktur unter Verwendung eines Materials mit niedriger Dielektrizitätskonstante gebildet und dann mit einem Material mit höherer Dielektrizitätskonstante gefüllt werden. Diese Technik kann nützlich sein, um Polymerstrukturen mit einem insgesamt höheren Dielektrizitätskonstantengradienten bereitzustellen.
Wie dem Fachmann aus der obigen Diskussion klar ist, kann eine Richtung des dielektrischen Gradienten in jeder Richtung variiert werden, indem der Durchmesser eines Satzes von Traversen in der gewünschten Richtung variiert wird. Es können verschiedene Formen von Gradienten hergestellt werden, oder sogar verschiedene Formen von Gradienten innerhalb einer einzigen Polymerstruktur. Es kann eine Kombination von Stufengradienten und kontinuierlichen Gradienten vorhanden sein, zum Beispiel ein erster Abschnitt mit einem Stufengradienten, der an einen zweiten Abschnitt mit einem kontinuierlichen Gradienten angrenzt. Der jeweils verwendete Gradient oder die Kombination von Gradienten kann je nach Endzweck der Polymerstruktur ausgewählt werden.
Diese komplexen Merkmale lassen sich leicht durch den Einsatz von SLA-Methoden erzielen, die eine fertige Herstellung des gewünschten Gradienten in jeder Richtung und in jeder Form innerhalb der Polymerstruktur ermöglichen. Die Größe des Gradienten, d. h. der Bereich, kann stark variieren, abhängig von der Art der Einheitszellen, den Durchmessern der Traversen und den verwendeten Materialien. Beispielsweise kann der Bereich der Dielektrizitätskonstante von größer als 1 (d. h. größer als die Dielektrizitätskonstante von Luft) bis 20 reichen, jeweils gemessen bei 10 GHz, 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 23 °C. Es kann ein beliebiger Gradient der Dielektrizitätskonstanten innerhalb dieses Bereichs erhalten werden, z. B. von 1,1 bis 10, oder von 1,1 bis 5, oder 1,1 bis 3 über die Polymerstruktur, jeweils gemessen bei 10 GHz, 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 23 °C. Alternativ kann der Gradient der Dielektrizitätskonstante von 5 bis 20, oder von 5,1 bis 18, oder von 5,1 bis 15, oder von 5,5 bis 11, oder von 6 bis 10 über die Polymerstruktur betragen, jeweils gemessen bei 10 GHz, 50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 23 °C.
Spezifische SLA-Methoden sind z. B. in WO2014/126837 beschrieben. SLA-Methoden erlauben außerdem die Verwendung einer Vielzahl von strahlenhärtbaren Harzen zur Bildung der Polymerstrukturen. Die jeweiligen strahlenhärtbaren Harzzusammensetzungen werden auf der Grundlage ihrer Eignung für die Verwendung in SLA-Verfahren ausgewählt (d. h. sie können in flüssiger Form bereitgestellt werden) und um den Polymerstrukturen die gewünschten mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu verleihen. Die flüssige Harzzusammensetzung zur Bildung der Polymerstrukturen kann eine strahlungshärtbare, d. h. eine photohärtbare und/oder radikalisch härtbare Monomerkomponente und eine Photoinitiatorkomponente enthalten. „Monomer“, wie hier verwendet, schließt photohärtbare Verbindungen, Oligomere, Präpolymere und Polymere ein. „Härtbar“ und „Härtung“ schließt polymerisierbar und vernetzbar sowie polymerisierend und härtend ein. Geeignete Monomere umfassen strahlungshärtbare Gruppen wie Acryl (CH₂=CHCOO-), Methacryl (CH₂=C(CH₃)COO), Acrylamid (CH₂=CHCONH-, Methacrylamid (CH₂=C(CH₃)CONH), Vinyl (CH₂=CH-), Allyl (CH₂=CH-CH₂-), andere Alkene wie ungesättigte aromatische Verbindungen (z. B. Styrolverbindungen), cyclische Alkene, Alkine, Kohlenmonoxid oder eine Kombination davon. Der Einfachheit halber schließt der Begriff „strahlungshärtbare Gruppen“ Gruppen ein, die in Gegenwart eines Initiators härtbar sind, der photoaktiviert werden kann, wie z. B. ein kationischer Photoinitiator. Solche Gruppen umfassen Epoxy, Vinylether, heterozyklische Gruppen wie Lactone, Lactame und zyklische Amine und andere Gruppen. Das Monomer kann linear, verzweigt, zyklisch oder vernetzt sein und kann eine oder mehrere funktionelle Gruppen aufweisen, z. B. eine oder mehrere Acrylgruppen (z. B. ein trifunktionelles Acrylatmonomer) oder eine oder mehrere Vinylgruppen (z. B. ein Divinylether). Beispiele für flüssige Monomere und Initiatoren umfassen, sind aber nicht beschränkt auf diejenigen, die in WO2016/153711 , US8232043 , US8119214 , US 7935476 , US7767728 , US 7649029 , WO2012/129968 , CN102715751 und JP 2012210408A beschrieben sind.
Beispielhafte Monomere und multifunktionelle Monomere umfassen ein strahlungshärtbares Silikon, ein Urethanacrylat, ein Urethanmethacrylat, ein (C1-6-Alkyl)acrylat, ein (C1-6-Alkyl)methacrylat wie Methylmethacrylat, ein Urethandimethacrylat, 1,3-Glycerindimethacrylat, 1,6-Hexandioldiacrylat, 1,6-Hexandioldimethacrylat, 1 ,4-Butandioldiacrylat, 1,4-Butandioldimethacrylat, Methylenglykoldimethacrylat, Diethylenglykoldivinylether, Methylenglykoldivinylether, 1,4-Cylcohexandimethyloldivinylether, Dipropylenglykoldivinylether, Tripropylenglykoldivinylether, 1,6-Hexandioldivinylether, und 1,4-Butandiol-Divinylether, Methoxyethen, 4-Methoxystyrol, Styrol, 2-Methylprop-1-en, 1,3-Butadien, Oxiran, Thietan, Tetrahydrofuran, Oxazolin, 1,3,-Dioxepan und Oxetan-2-on.
Die Photoinitiatorkomponente umfasst einen oder mehrere Photoinitiatoren. Beispielsweise kann die Photoinitiator-Komponente einen oder mehrere radikalische Photoinitiatoren oder einen oder mehrere kationische Photoinitiatoren enthalten. Es können in der Technik bekannte Photoinitiatoren zur Verwendung in Zusammensetzungen für SLA-Verfahren verwendet werden. Beispielhafte radikalische Photoinitiatoren umfassen eine Verbindung, die bei Bestrahlung, wie z. B. mit ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung, ein freies Radikal in einer Menge erzeugt, die ausreicht, um eine Polymerisationsreaktion zu initiieren. Der radikalische Photoinitiator kann eine einzelne Verbindung, eine Mischung aus zwei oder mehr aktiven Verbindungen oder eine Kombination aus zwei oder mehr verschiedenen Verbindungen (wie Co-Initiatoren) sein.
Beispielhafte kationische Photoinitiatoren umfassen Verbindungen, die bei Einwirkung von Strahlung, wie z. B. ultravioletter und/oder sichtbarer Strahlung, aprotische Säuren oder Brönsted-Säuren in einer Menge bilden, die ausreicht, um die Polymerisation einzuleiten. Der verwendete kationische Photoinitiator kann eine einzelne Verbindung, ein Gemisch aus zwei oder mehr aktiven Verbindungen oder eine Kombination aus zwei oder mehr verschiedenen Verbindungen (wie Co-Initiatoren) sein. Beispiele für kationische Photoinitiatoren sind Oniumsalze, Sulfoniumsalze und Jodoniumsalze, wie Diphenyljodidhexafluorphosphat, Diphenyljodidhexafluorarsenat, Diphenyljodidhexafluorantimonat, Diphenyl-p-methoxyphenyltriflat, Diphenyl-p-toluyltriflat, Diphenyl-p-isobutylphenyltriflat, Diphenyl-p-tert-butylphenyltriflat, Triphenylsulfoniumhexafluororphosphat, Triphenylsulfoniumhexafluoroarsenat, Triphenylsulfoniumhexafluoroantimonat und Triphenylsulfoniumtriflat, Dibutylnaphthylsulfoniumtriflat, wie in US7824839 , US7550246 , US7534844 und in „Photoacid Generator Selection Guide for the electronics industry and energy curable coatings“ (BASF 2010) beschrieben. Der kationische Photoinitiator kann in Verbindung mit einem Photosensibilisator, z. B. 9,10-Diethoxyanthracen, verwendet werden, damit der kationische Photoinitiator über einen breiteren Wellenlängenbereich aktiviert werden kann.
Die strahlungshärtbare Harzzusammensetzung kann zusätzliche Komponenten enthalten, die darin gelöst sind, einschließlich thermisch härtbarer Harzkomponenten, Initiatoren für die thermische Aushärtung, Pigmente, Farbstoffe, Flammschutzmittel, Antioxidantien, Weichmacher, Polymerisationsinhibitoren und dergleichen, je nach dem Zweck der herzustellenden Polymerstruktur.
In einigen Aspekten umfasst die strahlungshärtbare Harzzusammensetzung außerdem eine thermisch härtbare Harzkomponente und eine thermisch härtbare Initiatorkomponente, um die thermische Aushärtung zu initiieren. Der Einschluss einer thermisch härtbaren Harzkomponente ermöglicht eine mehrstufige Aushärtung der Polymerstruktur. Strahlungshärtbare Zusammensetzungen, die eine thermisch härtbare Harzkomponente und eine Initiatorkomponente für die thermische Aushärtung enthalten, sind z. B. in WO2017/040883 beschrieben. Beispiele für Monomere, die als thermisch härtbare Harzkomponente verwendet werden können, umfassen 1,3-Dicyanatobenzol, 1,4-Dicyanatobenzol, 1,3,5-Tricyanatobenzol, 1,3-Dicyanatonaphthalin, 1,3,6-Tricyanatoaphthalin, 2,2'-Dicyanatobiphenyl, 2,2'-Dicyanatobiphenyl, Bis(4-cyanathophenyl)methan, 4-Chlor-1,3-dicyanatobenzol, cyanierte Novolake, die durch Reaktion eines Novolaks mit Cyanogenhalogenid hergestellt werden, und cyanierte Bisphenolpolycarbonat-Oligomere, die durch Reaktion eines Bisphenolpolycarbonat-Oligomers mit Cyanogenhalogenid hergestellt werden. Beispiele für thermische Härtungsinitiatoren sind Peroxide, bestimmte nukleophile Katalysatoren oder bestimmte Metallkatalysatoren, wie sie in der Technik bekannt sind.
Die relativen Mengen jeder Komponente der strahlungshärtbaren Harzzusammensetzung können beispielsweise 10 bis 95 Gewichtsprozent (Gew.-%) der strahlungshärtbaren Monomerkomponente, 0,11 bis 15 Gew.-% der Photoinitiatorkomponente, 0 bis 90 Gew.-% der thermisch härtbaren Harzkomponente und 0 bis 10 Gew.-% der Thermohärtungsinitiatorkomponente betragen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Ein allgemeines Verfahren zur SLA-Herstellung einer Polymerstruktur mit einer räumlich gradienten Dielektrizitätskonstante umfasst im Allgemeinen das Bereitstellen eines Volumens der oben beschriebenen flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; das Bestrahlen eines Teils der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine Schicht der Polymerstruktur auf einem Substrat zu bilden; das Kontaktieren der gebildeten Schicht mit der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen eines Teils der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine nächste Schicht der Polymerstruktur zu bilden; und Wiederholen des Inkontaktbingens und des Bestrahlens, um die Polymerstruktur zu bilden, wobei die Polymerstruktur eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle durch eine Vielzahl von Traversen definiert ist, die durch die Bestrahlung gebildet werden, und die Traverse jeder Einheitszelle so dimensioniert sind, dass sie die räumlich abgestufte Dielektrizitätskonstante liefern. In einem bevorzugten Aspekt ist das Verfahren ein Stereolithographie-Verfahren, wie beispielsweise in US9205601 beschrieben.
Nach der Herstellung des Polymermaterials kann das 3D-gedruckte Polymermaterial optional nachgehärtet, z. B. weiter photopolymerisiert werden. Wenn eine wärmehärtende Harzzusammensetzung in der strahlungshärtbaren Zusammensetzung enthalten ist, kann die Nachhärtung thermisch erfolgen, z. B. durch Einwirkung von Wärme in einem Ofen. Eine solche duale Strahlungshärtung und thermische Aushärtung ist z. B. in WO2017/040 beschrieben. Es kann sowohl eine Strahlungs- als auch eine thermische Nachhärtung verwendet werden.
In einem Aspekt ist das Polymermaterial mit einer elektrisch leitfähigen Schicht kontaktiert. In einigen Aspekten sind mindestens zwei alternierende Polymerstrukturen oder mindestens zwei alternierende Schichten der elektrisch leitfähigen Schicht vorhanden, um einen Stapel zu bilden. Nützliche elektrisch leitende Materialien für die leitende Schicht sind z. B. Edelstahl, Kupfer, Gold, Silber, Aluminium, Zink, Zinn, Blei, ein Übergangsmetall oder eine Kombination davon. Es gibt keine besonderen Beschränkungen hinsichtlich der Dicke der leitfähigen Schicht, noch gibt es irgendwelche Beschränkungen hinsichtlich der Form, Größe oder Textur der Oberfläche der elektrisch leitfähigen Schicht. Die leitfähige Schicht kann eine Dicke von 1 bis 2000 Mikrometern oder 10 bis 1000 Mikrometern haben. Wenn zwei oder mehr leitende Schichten vorhanden sind, kann die Dicke jeder Schicht gleich oder unterschiedlich sein. Die leitende Schicht kann aus einer Kupferschicht bestehen. Geeignete leitfähige Schichten umfassen eine dünne Schicht eines leitfähigen Metalls wie eine Kupferfolie, die derzeit bei der Herstellung von Schaltkreisen verwendet wird, z. B. galvanisch abgeschiedene Kupferfolien.
Die leitfähige Schicht kann mit der Polymerstruktur in Kontakt gebracht werden, indem die leitfähige Schicht auf die für den additiven Fertigungsprozess verwendete Plattform gelegt und auf die leitfähige Schicht gedruckt wird. Alternativ kann das Polymermaterial mit der leitfähigen Schicht durch direkte Laserstrukturierung oder durch Adhäsion in Kontakt gebracht werden. Andere in der Technik bekannte Methoden können verwendet werden, um die leitfähige Schicht aufzubringen, wenn die besonderen Materialien und die Form der Polymermaterialien dies zulassen, z. B. galvanische Abscheidung, chemische Gasphasenabscheidung und dergleichen.
Die leitfähige Schicht kann zum Beispiel durch Laser-Direkt-Strukturierung aufgebracht werden. Hier kann das 3D-gedruckte Polymermaterial einen Laser-Direktstrukturierungszusatz umfassen, und die Laser-Direktstrukturierung kann die Verwendung eines Lasers zur Bestrahlung der Oberfläche des Substrats, die Bildung einer Spur des Laser-Direktstrukturierungszusatzes und das Aufbringen eines leitfähigen Metalls auf die Spur umfassen. Der Laser-Direkt-Strukturierungszusatz kann ein Metalloxid-Partikel (wie Titanoxid und Kupfer-Chromoxid) umfassen. Das Laser-Direktstrukturierungsadditiv kann ein anorganisches Metalloxidteilchen auf Spinellbasis umfassen, wie z. B. Spinellkupfer. Das Metalloxidteilchen kann z. B. mit einer Zusammensetzung beschichtet sein, die Zinn und Antimon enthält (z. B. 50 bis 99 Gew.-% Zinn und 1 bis 50 Gew.-% Antimon, bezogen auf das Gesamtgewicht der Beschichtung). Das Additiv zur Laserdirektstrukturierung kann 2 bis 20 Teile des Additivs bezogen auf 100 Teile der jeweiligen Zusammensetzung umfassen. Die Bestrahlung kann mit einem YAG-Laser mit einer Wellenlänge von 1.064 Nanometern bei einer Ausgangsleistung von 10 Watt, einer Frequenz von 80 Kilohertz (kHz) und einer Rate von 3 Metern pro Sekunde erfolgen. Das leitfähige Metall kann mit einem Plattierungsverfahren in einem stromlosen Plattierungsbad aufgebracht werden, das z. B. Kupfer enthält.
Die leitfähige Schicht kann adhäsiv kontaktiert werden. In einem Aspekt kann die Polymerstruktur zunächst durch Photopolymerisation gebildet werden. Wenn ein thermisches Aushärtungsmittel in der Polymermaterialzusammensetzung vorhanden ist, können die Polymerstruktur und die elektrisch leitfähige Schicht durch thermische Aushärtung des Polymermaterials in der Polymerstruktur kontaktiert und verklebt werden. Diese Technik ermöglicht eine „B-Staffelung“ der Polymerstrukturen. Es ist besonders nützlich, wenn mehrschichtige Strukturen gewünscht sind. Zum Beispiel kann eine Vielzahl von Schichten der Polymerstrukturen hergestellt werden (B-staged); ein Stapel von abwechselnden Polymerschichten und leitfähigen Schichten kann hergestellt werden; und dann kann der Stapel thermisch gehärtet werden, um die Schichten zu verkleben. In anderen Aspekten kann eine Polymerstruktur in Form einer flachen Folie hergestellt werden (B-staged); eine leitfähige Schicht kann mit der flachen Folie in Kontakt gebracht werden; die Schichten können gewalzt werden, um einen Zylinder aus abwechselnder Polymerfolie und leitfähiger Schicht bereitzustellen; und die Walze kann thermisch gehärtet werden, um die Schichten zu verkleben.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Adhäsionsschicht zwischen einer oder mehreren leitfähigen Schichten und dem Polymermaterial angeordnet sein.
Die Polymerstrukturen können als oder in einem elektronischen Gerät verwendet werden, z. B. als Impedanzanpassungsschicht, als dielektrischer Wellenleiter, als Linse, als Reflektoranordnung, als Antennenanpassungsstruktur, als Superstrat, als Koppler, als Teiler und als dielektrische Antenne (einschließlich dielektrische Resonanzantennen und dielektrische Stabantennen).
Wie hierin und unter Bezugnahme auf alle vorstehenden Ausführungen und insbesondere unter Bezugnahme auf 11 offenbart, kann eine elektronische Struktur oder Vorrichtung 100, insbesondere eine elektromagnetische (EM) Struktur oder Vorrichtung, einen ersten dielektrischen Abschnitt (1DP) 20.1 einer beliebigen hierin offenbarten dielektrischen Struktur 20, beispielsweise in Form einer dielektrischen Resonatorantenne (DRA), und einen zweiten dielektrischen Abschnitt (2DP) 20.2, einer beliebigen hierin offenbarten dielektrischen Struktur 20, beispielsweise in Form einer dielektrischen Linse, wie einer Luneburg-Linse, oder eines anderen dielektrischen Elements, das einen elektromagnetischen (EM) Fernfeld-Strahlformer bildet; oder eines dielektrischen Wellenleiters oder eines anderen dielektrischen Elements, das einen EM-Nahfeld-Strahlungskanal bildet, zum Beispiel. Wie hierin offenbart und von einem Fachmann erkannt wird, unterscheiden sich das 1DP und das 2DP voneinander dadurch, dass das 1DP strukturell so konfiguriert und angepasst ist, dass es einen EM-Resonanzmodus aufweist, der mit einer EM-Frequenz einer elektrischen Signalquelle übereinstimmt, die elektromagnetisch mit dem 1DP gekoppelt ist, und das 2DP strukturell so konfiguriert und angepasst ist, dass: im Fall eines dielektrischen EM-Fernfeld-Strahlformers dazu dient, das von der 1DP ausgehende EM-Fernfeld-Strahlungsmuster zu beeinflussen, wenn sie erregt wird, ohne selbst eine Resonanzmode zu haben, die mit der EM-Frequenz der elektrischen Signalquelle übereinstimmt; oder im Fall eines dielektrischen EM-Nahfeld-Strahlungskanals dazu dient, die von der 1DP ausgehende EM-Nahfeld-Emission auszubreiten, wenn sie mit geringem oder keinem EM-Signalverlust entlang der Länge der 2DP erregt wird. Wie hier offenbart, ist der Ausdruck elektromagnetisch gekoppelt ein Fachbegriff, der sich auf eine absichtliche Übertragung von EM-Energie von einem Ort zu einem anderen bezieht, ohne dass notwendigerweise ein physischer Kontakt zwischen den beiden Orten besteht, und bezieht sich in Bezug auf eine hier offengelegte Ausführungsform insbesondere auf eine Wechselwirkung zwischen einer elektrischen Signalquelle mit einer EM-Frequenz, die mit einer EM-Resonanzmode des zugehörigen 1DP und/oder 1DP kombiniert mit 2DP übereinstimmt. In einer Ausführungsform ist die elektromagnetisch gekoppelte Anordnung so gewählt, dass mehr als 50 % der EM-Resonanzmoden-Energie im Nahfeld innerhalb des 1DP für eine gewählte Betriebs-Freiraum-Wellenlänge vorhanden ist, die der EM-Vorrichtung zugeordnet ist. In einigen Ausführungsformen ist die Höhe H2 des 2DP größer als die Höhe H1 des 1DP (z. B. ist die Höhe des 2DP größer als das 1,5-fache der Höhe des 1DP, oder die Höhe des 2DP ist größer als das 2-fache der Höhe des 1DP, oder die Höhe des 2DP ist größer als das 3-fache der Höhe des 1DP). In einigen Ausführungsformen ist die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante der 2DP kleiner als die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante der 1DP (z.B. ist die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante der 2DP kleiner als 0,5 der durchschnittlichen Dielektrizitätskonstante der 1DP, oder die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante der 2DP ist kleiner als 0,4 der durchschnittlichen Dielektrizitätskonstante der 1DP, oder die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante der 2DP ist kleiner als 0,3 der durchschnittlichen Dielektrizitätskonstante der 1DP). In einigen Ausführungsformen hat das 2DP eine axiale Symmetrie um eine bestimmte Achse (z. B. die in 11 dargestellte z-Achse). In einigen Ausführungsformen hat die 2DP eine axiale Symmetrie um eine Achse, die senkrecht zu einer elektrischen Massefläche 102 ist, auf der die 1DP angeordnet ist.
Wie bereits erwähnt, ermöglichen die hier beschriebenen Methoden eine schnelle, effiziente Herstellung von Materialien mit einem vorgewählten Dielektrizitätskonstantengradienten, in einer Vielzahl von Konfigurationen und einer Vielzahl von Formen, mit einer Vielzahl von Zusammensetzungen. Die Methoden haben viele weitere Vorteile, einschließlich der drastischen Verkürzung der Zeit vom Design über die Prototypenherstellung bis zum kommerziellen Produkt. Da keine Werkzeuge benötigt werden, können Designänderungen schnell vorgenommen werden. Im Vergleich zum Spritzgießen oder anderen Formgebungsverfahren wird nur minimale Energie verbraucht. Der Einsatz der additiven Fertigung kann auch die Menge an Abfall und Rohstoffen verringern. Das Verfahren kann außerdem die Produktion von geometrisch komplexen Teilen erleichtern. Das Verfahren kann den Teilebestand eines Unternehmens weiter reduzieren, da Teile schnell auf Abruf und vor Ort hergestellt werden können.
Im Folgenden werden verschiedene, nicht einschränkende Aspekte der Offenlegung beschrieben.

Aspekt 1: Ein stereolithographisches Verfahren zur Herstellung einer Polymerstruktur mit einer räumlich gradienten Dielektrizitätskonstante, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Volumens einer flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen eines Teils der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine Schicht der Polymerstruktur zu bilden; Inkontaktbringen der Schicht mit der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen der flüssigen, durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine zweite Schicht auf der ersten Schicht zu bilden; und Wiederholen des Kontaktierens und Bestrahlens, um die Polymerstruktur zu bilden, wobei die Polymerstruktur eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten Einheitszelle verbunden ist, jede Einheitszelle durch eine Vielzahl von durch die Bestrahlung gebildeten Traversen definiert ist, wobei die Traversen an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden sind, und die Traversen jeder Einheitszelle so dimensioniert sind, dass sie die räumlich gradiente Dielektrizitätskonstante bereitstellen.
Aspekt 2: Das Verfahren nach Aspekt 1, wobei die Einheitszellenstruktur eine Oktettstruktur ist.
Aspekt 3a: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Einheitszellen eine Größe von weniger als 30 % oder weniger als 20 % oder weniger als 10 % einer Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle haben kann, in der die Polymerstruktur funktionsfähig ist.
Aspekt 3b: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die Polymerstruktur innerhalb einer Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle im Bereich von 3 bis 300 Millimetern betrieben werden kann.
Aspekt 4: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorangegangenen Aspekte, wobei jeder Traverse einen durchschnittlichen Durchmesser im Bereich von 0,03 bis 5,0 Millimeter, vorzugsweise 0,05 bis 4,0 Millimeter, aufweist.
Aspekt 5: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei der Gradient der Dielektrizitätskonstante ein Stufengradient ist.
Aspekt 6: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Gradient ein kontinuierlicher Gradient ist.
Aspekt 7: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei der dielektrische Gradient Endpunkte in einem Bereich von 20 bis größer als 1 aufweist, gemessen bei 10 GHz, 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit.
Aspekt 8: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, das ferner das Imprägnieren der Polymerstruktur mit einem dielektrischen Material umfasst.
Aspekt 9: Das Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die flüssige, strahlungshärtbare Zusammensetzung eine thermisch härtbare Komponente umfasst und das Verfahren ferner das thermische Härten der Polymerstruktur umfasst.
Aspekt 10: Das Verfahren nach Aspekt 9, umfassend das Inkontaktbringen der Polymerstruktur mit einem elektrisch leitfähigen Substrat und das thermische Aushärten der Polymerstruktur.
Aspekt 11: Das Verfahren nach Aspekt 9, ferner umfassend das Inkontaktbringen von mindestens zwei alternierenden Schichten der Polymerstruktur oder mindestens zwei Schichten des elektrisch leitfähigen Substrats, um einen Stapel zu bilden, und das thermische Aushärten der Polymerstruktur im Stapel.
Aspekt 12: Die Polymerstruktur mit einer räumlich gradienten Dielektrizitätskonstante, die nach einem der vorhergehenden Aspekte gebildet wurde.
Aspekt 13: Eine elektronische Vorrichtung, das die Polymerstruktur von Aspekt 12 umfasst, wobei das Bauelement eine Impedanzanpassungsschicht, ein dielektrischer Wellenleiter, eine Linse, ein Reflektor-Array, eine Antennenanpassungsstruktur, ein Superstrat, ein Koppler, ein Teiler oder eine dielektrische Antenne ist.
Aspekt 14: Eine elektronische Vorrichtung, die eine Polymerstruktur umfasst, wobei die Polymerstruktur umfasst: einen einheitlichen Körper aus dielektrischem Material, der eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle eine Vielzahl von Traversen umfasst, die an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden sind, wobei jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten der Einheitszellen verbunden ist; wobei die durchschnittliche dielektrische Konstante des einheitlichen Körpers aus dielektrischem Material von einem Abschnitt des Körpers zu einem anderen Abschnitt des Körpers variiert.
Aspekt 15: Die elektronische Vorrichtung nach Aspekt 13, wobei die Mehrzahl von Traversen nur an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden ist
Aspekt 16: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 15, wobei jede Einheitszelle der Vielzahl von Einheitszellen eine Oktett-Gitterstruktur aufweist.
Aspekt 17: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 16, wobei jede Einheitszelle der Vielzahl von Einheitszellen Zwischenräume zwischen der Vielzahl von Traversen umfasst.
Aspekt 18: Die elektronische Vorrichtung nach Aspekt 17, wobei die Zwischenräume Luft enthalten.
Aspekt 19: Die elektronische Vorrichtung nach Aspekt 18, wobei die Zwischenräume ein anderes dielektrisches Material als Luft umfassen.
Aspekt 20: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 19, wobei die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material in einer Richtung von einem inneren Abschnitt des Körpers zu einem äußeren Abschnitt des Körpers abnimmt.
Aspekt 21: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 19, wobei die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material periodisch von einem ersten Abschnitt des Körpers zu einem zweiten Abschnitt des Körpers variiert.
Aspekt 22: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 21, wobei die Vielzahl der Traversen einer gegebenen Einheitszelle eine konstante Querschnittsabmessung aufweist.
Aspekt 23: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 21, wobei die Vielzahl der Traversen einer gegebenen Einheitszelle eine nicht konstante Querschnittsabmessung aufweist.
Aspekt 24: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 22, wobei die Querschnittsabmessung eine kreisförmige Querschnittsabmessung ist.
Aspekt 25: Die elektronische Vorrichtung nach den Aspekten 22 bis 24, wobei die nicht konstante Querschnittsabmessung in einer Richtung von einem inneren Abschnitt des Körpers zu einem äußeren Abschnitt des Körpers abnimmt.
Aspekt 26: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 25, wobei jede Traverse der Vielzahl von Traversen eine maximale Gesamtquerschnittsabmessung im Bereich von 0,03 bis 5,0 Millimetern aufweist.
Aspekt 27: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 26, wobei die räumlich gradiente Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material von 20 bis größer als 1 ist, gemessen bei 10 GHz, 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit.
Aspekt 28: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 27, die ferner mindestens einen elektrischen Leiter umfasst, der in Kontakt mit dem vereinigten Körper aus dielektrischem Material angeordnet ist.
Aspekt 29: Die elektronische Vorrichtung nach Aspekt 28, bei der der mindestens eine elektrische Leiter über ein Klebematerial an den vereinigten Körper aus dielektrischem Material geklebt ist.
Aspekt 30: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 14 bis 29, wobei der einheitliche Körper aus dielektrischem Material zumindest einen Teil einer Impedanzanpassungsschicht, eines dielektrischen Wellenleiters, einer Linse, einer Reflexionsanordnung, einer Antennenanpassungsstruktur, eines Superstrats, eines Kopplers, eines Teilers oder einer dielektrischen Antenne bildet.
Aspekt 31: Die elektronische Vorrichtung nach Aspekt 30, wobei der vereinigte Körper aus dielektrischem Material ein erster dielektrischer Abschnitt, 1DP, der elektronischen Vorrichtung ist und ferner einen zweiten dielektrischen Abschnitt, 2DP, umfasst, wobei: der 1DP ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist; der 2DP ein proximales Ende und ein distales Ende aufweist; und das proximale Ende des 2DP in der Nähe des distalen Endes des 1DP angeordnet ist.
Aspekt 32: Die elektronische Vorrichtung nach Aspekt 31, die ferner eine elektrische Massefläche umfasst, auf der die 1DP angeordnet ist.
Aspekt 33: Die elektronische Vorrichtung nach einem oder mehreren der Aspekte 31 bis 33, wobei eine Höhe H2 des 2DP größer ist als eine Höhe H1 des 1DP.

Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können alternativ alle geeigneten Materialien, Schritte oder Komponenten, die hier offengelegt sind, umfassen, aus ihnen bestehen oder im Wesentlichen aus ihnen bestehen. Die Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel können zusätzlich oder alternativ so formuliert werden, dass sie frei oder im Wesentlichen frei von jeglichen Materialien (oder Spezies), Schritten oder Komponenten sind, die ansonsten nicht für das Erreichen der Funktion oder der Ziele der Zusammensetzungen, Verfahren und Artikel erforderlich sind.
Die Begriffe „ein“ und „eine“ bedeuten keine Mengenbegrenzung, sondern bezeichnen das Vorhandensein von mindestens einem der referenzierten Artikel. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Verweise in der gesamten Spezifikation auf „einen Aspekt“, „einen anderen Aspekt“ und „einige Aspekte“ bedeuten, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das im Zusammenhang mit dem Aspekt beschrieben wird, in mindestens einem hierin beschriebenen Aspekt enthalten ist und in anderen Aspekten vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus ist es zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Aspekten auf jede geeignete Weise kombiniert werden können. Der Begriff „Kombination“ schließt Blends, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen ein. Auch bedeutet „mindestens eines von“, dass die Liste jedes Element einzeln umfasst, sowie Kombinationen von zwei oder mehr Elementen der Liste und Kombinationen von mindestens einem Element der Liste mit ähnlichen, nicht genannten Elementen. In ähnlicher Weise ist „eine Kombination davon“ offen und kann mindestens eines der genannten Elemente umfassen, optional zusammen mit einem gleichen oder gleichwertigen, nicht genannten Element.
Die Endpunkte aller Bereiche, die sich auf dieselbe Komponente oder Eigenschaft beziehen, sind inklusive der Endpunkte, sind unabhängig voneinander kombinierbar und schließen alle Zwischenpunkte und Bereiche ein. Zum Beispiel sind Bereiche von „bis zu 25 Gew.-% oder 5 bis 20 Gew.-%“ inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von „5 bis 25 Gew.-%“, wie 10 bis 23 Gew.-%, und dergleichen.
Wenn ein Element, z. B. eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat, als „kontaktierend“ oder „auf“ einem anderen Element bezeichnet wird, kann es das andere Element direkt kontaktieren oder direkt auf ihm liegen, oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Im Gegensatz dazu sind keine Zwischenelemente vorhanden, wenn ein Element als „direkt berührend“ oder „direkt auf“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird. Obwohl die Begriffe „erstes“, „zweites“, „drittes“ usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten oder Abschnitte zu beschreiben, sollten diese Elemente, Komponenten, Regionen, Schichten oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element, eine Komponente, einen Aspekt, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Element, einer Komponente, einem Bereich, einer Schicht oder einem Abschnitt zu unterscheiden. So könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, der im Folgenden erörtert wird, auch als zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne dass dies von der Lehre der vorliegenden Aspekte abweicht.
Beispielhafte Aspekte werden hier unter Bezugnahme auf Querschnittsabbildungen beschrieben, die schematische Darstellungen sind. Als solche sind Abweichungen von den Formen der Abbildungen, z. B. aufgrund von Fertigungstechniken und/oder Toleranzen, zu erwarten. Daher sind die hier beschriebenen Aspekte nicht so zu verstehen, dass sie sich auf die besonderen Formen oder relativen Größen der hier dargestellten Bereiche beschränken, sondern sollen auch Abweichungen in den Formen einschließen, die z. B. aus der Herstellung oder Konstruktion resultieren. Zum Beispiel kann ein Bereich, der als flach dargestellt oder beschrieben wird, typischerweise raue und/oder nichtlineare Merkmale aufweisen. Außerdem können scharfe Winkel, die dargestellt sind, abgerundet sein. Daher sind die in den Figuren dargestellten Bereiche schematischer Natur und ihre Formen sind nicht dazu gedacht, die genaue Form oder relative Größe eines Bereichs zu veranschaulichen und sollen den Umfang der vorliegenden Ansprüche nicht einschränken
Sofern hier nicht anders angegeben, sind alle Prüfnormen die neueste Norm, die zum Anmeldetag dieser Anmeldung in Kraft ist, oder, wenn eine Priorität beansprucht wird, das Anmeldedatum der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
Sofern nicht anders definiert, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, gemeinhin verstanden wird. Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und sonstigen Referenzen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten. Wenn jedoch ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem Begriff in der einbezogenen Referenz widerspricht oder kollidiert, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorrang vor dem kollidierenden Begriff aus der einbezogenen Referenz.
Während bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurden, können sich den Anmeldern oder anderen Fachleuten Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und wesentliche Äquivalente ergeben, die gegenwärtig nicht vorhersehbar sind oder sein können. Dementsprechend sind die beigefügten Ansprüche in der eingereichten Fassung und in der Fassung, in der sie geändert werden können, dazu bestimmt, alle derartigen Alternativen, Modifikationen, Variationen, Verbesserungen und wesentlichen Äquivalente zu umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

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US 4575330 [0013]
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WO 2014/126837 [0034]
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Claims

Ein Stereolithographieverfahren zur Herstellung einer Polymerstruktur mit einer räumlich gradienten Dielektrizitätskonstante, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellung eines Volumens einer flüssigen, strahlungshärtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen eines Teils der flüssigen, strahlungshärtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine Schicht der Polymerstruktur zu bilden; Inkontaktbringen der Schicht mit der flüssigen, strahlungshärtbaren Zusammensetzung; Bestrahlen der flüssigen, strahlungshärtbaren Zusammensetzung mit aktivierender Strahlung in einem Muster, um eine zweite Schicht auf der ersten Schicht zu bilden; und Wiederholung des Kontaktierens und Bestrahlens zur Bildung der Polymerstruktur, wobei die Polymerstruktur umfasst eine Vielzahl von Einheitszellen, wobei jede Einheitszelle integral mit einer benachbarten Einheitszelle verbunden ist, jede Einheitszelle durch eine Vielzahl von durch die Bestrahlung gebildeten Traversen definiert ist, wobei die Traversen an ihren jeweiligen Enden einstückig miteinander verbunden sind, und die Traversen jeder Einheitszelle sind so dimensioniert, dass sie die räumlich abgestufte Dielektrizitätskonstante liefern.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Einheitszellenstruktur eine Oktettstruktur ist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede der Einheitszellen eine Größe von weniger als 30 %, oder weniger als 20 %, oder weniger als 10 % einer Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle haben kann, in der die Polymerstruktur betriebsfähig ist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jede Traverse einen mittleren Durchmesser im Bereich von 0,03 bis 5,0 Millimeter, vorzugsweise 0,05 bis 4,0 Millimeter, aufweist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gradient der Dielektrizitätskonstante ein Stufengradient, ein kontinuierlicher Gradient, ein Zufallsgradient oder ein Pseudozufallsgradient ist.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der dielektrische Gradient Endpunkte in einem Bereich von 20 bis größer als 1 aufweist, gemessen bei 10 GHz, 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner das Imprägnieren der Polymerstruktur mit einem anderen dielektrischen Material als Luft umfasst.
Das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die flüssige, strahlungshärtbare Zusammensetzung eine thermisch härtbare Komponente umfasst und das Verfahren ferner das thermische Härten der Polymerstruktur umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 8, umfassend das Inkontaktbringen der Polymerstruktur mit einem elektrisch leitfähigen Substrat und das thermische Aushärten der Polymerstruktur.
Das Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Inkontaktbringen von mindestens zwei alternierenden Schichten der Polymerstruktur oder mindestens zwei Schichten des elektrisch leitfähigen Substrats, um einen Stapel zu bilden, und das thermische Aushärten der Polymerstruktur in dem Stapel.
Die Polymerstruktur mit einem räumlichen Gradienten der Dielektrizitätskonstante, die nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10 gebildet wird.
Eine elektronische Vorrichtung mit der Polymerstruktur nach Anspruch 11, wobei das Bauelement eine Impedanzanpassungsschicht, ein dielektrischer Wellenleiter, eine Linse, ein Reflektorarray, eine Antennenanpassungsstruktur, ein Superstrat, ein Koppler, ein Teiler oder eine dielektrische Antenne ist.
Eine elektronische Vorrichtung, umfassend eine Polymerstruktur, wobei die Polymerstruktur umfasst: einen einheitlichen Körper aus dielektrischem Material, der eine Vielzahl von Einheitszellen umfasst, wobei jede Einheitszelle eine Vielzahl von Traversen umfasst, die an ihren jeweiligen Enden einstückig miteinander verbunden sind, wobei jede Einheitszelle einstückig mit einer benachbarten der Einheitszellen verbunden ist; wobei die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material von einem Teil des Körpers zu einem anderen Teil des Körpers variiert.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Mehrzahl von Traversen nur an ihren jeweiligen Enden integral miteinander verbunden ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei jede Einheitszelle der Vielzahl von Einheitszellen eine Oktett-Gitterstruktur aufweist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei jede Einheitszelle der Vielzahl von Einheitszellen Zwischenräume zwischen der Vielzahl von Traversen umfasst.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Zwischenräume Luft enthalten.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Zwischenräume ein anderes dielektrisches Material als Luft umfassen.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material in einer Richtung von einem inneren Abschnitt des Körpers zu einem äußeren Abschnitt des Körpers abnimmt.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die durchschnittliche Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material periodisch von einem ersten Abschnitt des Körpers zu einem zweiten Abschnitt des Körpers variiert.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Vielzahl der Traversen einer gegebenen Einheitszelle eine konstante Querschnittsabmessung aufweist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, wobei die Vielzahl der Traversen einer gegebenen Einheitszelle eine nicht konstante Querschnittsabmessung aufweist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, wobei die Querschnittsabmessung eine kreisförmige Querschnittsabmessung ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 23, wobei die nicht konstante Querschnittsabmessung in einer Richtung von einem inneren Abschnitt des Körpers zu einem äußeren Abschnitt des Körpers abnimmt.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 24, wobei jede Traverse der Vielzahl von Traversen eine maximale Gesamtquerschnittsabmessung im Bereich von 0,03 bis 5,0 Millimetern aufweist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 25, wobei die räumliche Gradienten-Dielektrizitätskonstante des vereinigten Körpers aus dielektrischem Material von 20 bis größer als 1 ist, gemessen bei 10 GHz, 23°C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 26, die ferner mindestens einen elektrischen Leiter umfasst, der in Kontakt mit dem vereinigten Körper aus dielektrischem Material angeordnet ist.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei der mindestens eine elektrische Leiter über ein Klebematerial an den einheitlichen Körper aus dielektrischem Material geklebt ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 28, wobei der einheitliche Körper aus dielektrischem Material mindestens einen Teil einer Impedanzanpassungsschicht, eines dielektrischen Wellenleiters, einer Linse, einer Reflexionsanordnung, einer Antennenanpassungsstruktur, eines Superstrats, eines Kopplers, eines Teilers oder einer dielektrischen Antenne bildet.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei der vereinigte Körper aus dielektrischem Material ein erster dielektrischer Abschnitt, 1DP, der elektronischen Vorrichtung ist und ferner einen zweiten dielektrischen Abschnitt, 2DP, umfasst, wobei: der 1DP hat ein proximales und ein distales Ende; die 2DP hat ein proximales Ende und ein distales Ende; und das proximale Ende des 2DP ist in der Nähe des distalen Endes des 1DP angeordnet.
Die elektronische Vorrichtung nach Anspruch 30, die ferner eine elektrische Masseebenenfläche umfasst, auf der die 1DP angeordnet ist.
Die elektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31, wobei eine Höhe H2 des 2DP größer ist als eine Höhe H1 des 1DP.