Laser powder bed fusion von Kupfer auf Aluminiumoxid-Keramiken

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Die Elektrifizierung verschiedener industrieller Sektoren, wie Mobilität und Energieversorgung, führt zu einem steigenden Bedarf an leistungselektronischen Stromwandlern. Konventionelle Schaltungsträger wie DCB- und AMB-Substrate bieten zwar eine gewisse Flexibilität in der Herstellung, haben jedoch Einschränkungen bei der vertikalen Integration aktiver und passiver Bauelemente sowie im Wärmemanagement. Die additive Fertigung, insbesondere das Laser Powder Bed Fusion (LPBF), ermöglicht die Herstellung von 3D-Metallisierungen auf keramischen Substraten und eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für leistungselektronische Schaltungsträger. Diese Dissertation fokussiert sich auf das LPBF von Kupfer und die Herstellung eines Verbundmaterials aus Kupfer und Aluminiumoxid im gleichen Verfahren. Mit einem 500 W Yb:YAG-Laser werden Untersuchungen zur Verarbeitung von Kupferpulver angestellt, wobei die Hauptfaktoren für das Schmelz- und Prozessverhalten identifiziert werden. Dadurch lassen sich Parameterkombinationen ermitteln, die die Verarbeitung von Kupfer mit konventionellen Eigenschaften ermöglichen. Zudem wird durch Anpassung der Laserparameter an bestimmte Schichtbereiche eine stoffschlüssige Verbindung zwischen Aluminiumoxid-Keramiken und geschmolzenem Kupfer durch die Bildung einer Reaktionszone erreicht.