打印的有源器件制造技术

本发明专利技术提供打印的有源器件。一种用于制造具有集成有源电子组件的制品的方法包括以下步骤：使用增材制造处理，用于：a)形成不导电的基板；b)形成具有孔的不导电的穿孔层；c)在所述孔中形成间隔开的导电的阳极元件和阴极元件；d)对所述元件中的每一个沉积适于在所述元件之间施加电位差的导电连接件；e)在所述穿孔层的顶上形成不导电的密封层，以便保持和密封所述穿孔层中的所述孔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有源电子组件的制造。具体地，本专利技术涉及三维(3D)打印制品的制造，该3D打印制品包括与该制品的组织成为一体的3D打印的热电子(therm1nic)电子组件。
技术介绍
增材制造(Additive Manufacturing),也称为三维(3D)打印，是通过增材处理根据诸如数字模型这样的模型制造三维固体物体的处理，在该增材处理中，材料被依次层叠、粘附、固结或者要么沉积，直到形成该固体物体。这种方法与传统制造技术截然不同，在传统制造技术中，由本身可以被机械加工、铸造或模制的部件的组装形成制品。与传统制造技术相比，增材制造具有许多好处，包括技术上的好处和商业上的好处。技术上，增材制造允许由增长数目的材料(包括塑料、金属和陶瓷)创造三维物体的几乎任何布置。该布置可以包括复杂的特征，甚至是在内部的复杂的特征，这是因为用于制造的增材方法能够产生复杂的结构。与传统方法相比，增材方法产生更少的废物，增强了制造的制品之间的一致性、改善了利用所需的最低设置根据最初设计进行制造的速度、提供了具有新颖的结构和形状及材料的新组合的优点。商业上，增材制造比传统制造技术提供了相当大的成本节约，特别是在用于制造的制品的数目相对小的情况下。例如，使用增材制造容易以低成本生产原型、概念验证(proof-of-concepts)、备件和在孤僻或偏远的位置(诸如在轨道或空间中)制造的制品。制造的速度也是一个好处，因为能够根据三维设计相对迅速地生产三维制品。增材制造涵盖了许多方法。挤压沉积(extrus1n deposit1n)是用于增材制造的方法，其中，以受控的方式通过可移动的挤压机(“打印头”)、可移动的台或支撑物、或可移动的挤压机以及可移动的台或支撑物两者来挤压材料珠。受挤压的珠迅速变硬以形成制品的一层或一部分，在该层或部分上可以进行进一步的挤压。通过这种方式，添加式地组合出制品。一种另选的方法是颗粒材料的选择性熔合，诸如金属或聚合物的选择性烧结或熔化。使用这种方法，颗粒材料被沉积成多个层并且使用例如对流热、激光或电子束选择性的烧结、熔化或固结。选择是基于制品的三维模型以分层方式来进行的。通过这种方式，添加式地组合出制品。由于增材制造不适合用于利用许多迥然不同的材料制造复杂的现代电子组件，因此使用增材制造来生产电气或电子器件受到了严重限制。当增材制造已经在具有组件插座和与用于电连接的沟槽或路线(route)结合的互连件的平面电路板布局的打印中找到应用时，当前对增材制造处理之后的电气和电子组件的布置、安装和/或组装存在要求。对制造后组装和/或安装的这种要求具有以下显著缺点:组件位置、插座和路线必须在增材式制造的产品中是可接近的。因此，在电子领域中完全失去了实际生产复杂的、内在化的和可能不可接近的结构的增材制造的巨大有益特性。此外，对制造后组装和/或安装的要求强加了额外的制造步骤的负担，这些负担显著削弱了增材制造的好处。因此，使用没有上述缺点的增材制造方法来生产电子器件将将是有益的。
技术实现思路
在第一方面，本专利技术相应地提供了一种用于制造具有集成有源电子组件的制品的方法，所述方法包括以下步骤:使用增材制造处理，用于:a)形成不导电的基板；b)形成具有孔的不导电的穿孔层；c)在所述孔中形成间隔开的导电的阳极元件和阴极元件；d)对所述元件中的每一个沉积适于在所述元件之间施加电位差的导电连接件；e)在所述穿孔层的顶上形成不导电的密封层，以便保持和密封所述穿孔层中的所述孔。因此，本专利技术的实施方式提供了通过增材制造处理的方式生产三维制品。这种制造处理的使用允许生产具有诸如二极管和三极管这样的有源电子组件在三维制品的组织(fabric)内的集成的可能的复杂内部特性的所述三维制品。由于有源电子组件的生产和集成作为制品制造处理的一部分，因此不存在对电子组件的生产后组装或安装的要求。因此，具有安装的电子组件的制品的制造可以与制品的实体三维结构的制造同时发生。从电子组件的生产后组装和安装(诸如现有技术的要求与可接近的集成接口等一起的多组件制造的负重担的方法)的考虑，这减轻了制造处理。另外，制造成本由于增材制造处理的使用而显着减小，尤其在诸如在原型或概念验证制造中或者在偏远或难以到达的位置中(诸如在轨道或空间中)需要小数目的制品的情况下。由于不存在附加组件、附加物，在三维制品的组织内包括有源电子产品将减小该制品的总重量。此外，制品可以被制成更流线型，电子元件部分(componentry)嵌入在该制品内，诸如在该制品内的察觉不出的、不可检测的和/或不显眼的位置的内部。在有源电子组件嵌入到制品中的情况下，组件可以被保护免于暴露到诸如湿气或空气这样的流体。增材制造在微尺度上生产制品的能力在包括以下的所有应用方式中提供了潜在的“智能”(在包括电子元件部分的意义上)的制品:电子产品嵌入到蜂窝电话壳体或盖内；电子产品嵌入到线缆护套内；电子产品嵌入到组织或服装内；电子产品嵌入到诸如消费者装置或娱乐装置这样的其它装置的壳体、盖、壁或其它结构元件内；电子产品在备件中；等等。消除对针对制造后组装或安装的电气线路和组件位置的可达性(accessibility)的要求显著地重新限定了电气线路和电子器件可以如何在制造的制品中被设计和实现。本专利技术的实施方式在没有对独立组件或连接件的可达性的要求的情况下提供了有源电子组件的真正的三维布置和这些三维布置之间的连接。这增加了制品的空间或容积的高效利用，并且潜在地提供了由在控制下的相同装置的电路占用的有源电子组件的再利用。垂直互连可以提供诸如电子组件和电路的立方体布置或其它三维布置这样的三维处理元件。电子组件的分层架构可以用单个三维制品层内的多层的有源电子组件产生。诸如电力提供、电力耗散、热能耗散等这样的共同的服务可以通过包括作为增材制造处理的部件的服务层(诸如用于电力供应的金属层或用于热消散或转移的热高效传导材料层)的层结构(strata)来提供。可想到地，通道和导管可以被提供、制造为增材制造处理的、用于诸如冷却剂或气体这样的流体的流通的组件，以进一步为电子组件提供诸如转移来自制品内部的热(诸如由有源电子组件产生的热)等这样的服务。使用热电子电子组件的一个特别的优点是这些组件的优于诸如硅晶体管之类的硅等同物的好处。热电子组件具有显著的鲁棒性，并且提供了改善的模拟信号传递特性。例如，热电子组件对电磁脉冲和太阳耀斑活动有高度抵抗力，这对关于应用到卫星技术或关键基础设施系统提供了特定好处。虽然热电子电子组件的使用已经大量地由半导体等同物取代，但是本专利技术人已经基于制造这些组件的简单性、现在存在于增材制造的领域中的能力、这些组件的有效性和它们的可靠性意识到这些组件在增材制造的领域中的惊人的好处。优选地，形成所述基板、所述穿孔层和所述密封层中的一个或更多个的步骤包括在所述孔与所述制品的排空端口之间形成提供流体连通的通道，其中，所述排空端口适于排空所述孔中的气体，以便在所述孔中产生类似真空的条件。优选地，所述增材制造处理发生在大体上由惰性气体组成的密封气氛中，以便在形成所述密封层时包住所述孔中的惰性气体。优选地，所述阳极和所述阴极定位在所述孔的相反侧。优选地，所述阴极位于所述孔的中心，并且所述阳极占据所述孔的壁的至少一部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D打印的设备，所述设备包括与所述设备的组织成为一体的3D打印的热电子电子组件。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特·加尼赫考克，
申请(专利权)人：英国电讯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB