Laser Powder Bed Fusion von Kupfer auf Aluminiumoxid-Keramiken

Abstract

Durch die zunehmende Elektrifizierung verschiedener industrieller Sektoren wie beispielsweise der Mobilität und Energieversorgung steigt unter anderem auch der Bedarf an leistungselektronischen Stromwandlern. Konventionelle Schaltungsträger im Bereich der Leistungselektronik wie DCB- und AMB-Substrate weisen neben der bedingten Möglichkeit einer flexiblen Herstellung auch Einschränkungen hinsichtlich der vertikalen Integrationsmöglichkeit aktiver und passiver Bauelemente sowie des Wärmemanagements auf. Anhand der Additiven Fertigung können mit dem Verfahren des Laser Powder Bed Fusions (LPBF) 3D-Metallisierungen auf keramischen Substratmaterialien gefertigt und somit weitere Anwendungsmöglichkeiten leistungselektronischer Schaltungsträger erschlossen werden. Vorliegende Dissertation adressiert maßgeblich die beiden Themengebiete des LPBF von Kupfer und der Herstellung eines Verbundmaterials von Kupfer und Aluminiumoxid im selben Verfahren. Unter Verwendung eines 500 W Yb:YAG-Lasers werden Untersuchungen zur Verarbeitung von Kupferpulver durchgeführt und die Haupteinflussfaktoren auf das Schmelz- sowie Prozessverhalten identifiziert. Dadurch können Parameterkombinationen ermittelt werden, welche die Verarbeitung von Kupfer zu konventionellen Eigenschaften ermöglichen. Darüber hinaus können durch Anpassung der Laserparameter an ausgewählte Schichtbereiche Aluminiumoxid-Keramiken stoffschlüssig, durch das Entstehen einer Reaktionszone, mit darauf geschmolzenem Kupfer verbunden werden.