Bosch Research（博世研究）的博士研究生Isabelle Günther正在探索一種尖端的混合增材制造方法。她利用激光粉末床熔合(Laser Powder Bed Fusion,?LPBF)?工藝直接在陶瓷基板上構建功能結構。

電力電子器件采用雙面覆銅陶瓷基板，傳統制造和處理功能結構的方法復雜且昂貴。尤其是由于功能結構較小，使用貼裝工藝來制造和處理這些結構的成本高昂且過程復雜。此外，功能結構與基板的連接需要額外的制造和連接工藝，例如燒結，這些工藝可能在功能結構和基板之間產生熱阻。

為了解決這些問題， Isabelle展示了通過增材制造技術（如激光粉末床熔合工藝，LPBF）在陶瓷基板上直接制造的銅制功能結構。這種方法不需要單獨的貼裝和連接工藝，因為在制造過程中，功能結構與基板是同時連接的。通過直接連接功能結構與基板，熱阻被消除，從而改善了電力電子性能。

此外，LPBF工藝在設計復雜幾何結構時提供了很高的靈活性，這些結構是傳統制造方法無法實現的。在LPBF工藝中，高能量、高度聚焦的激光用于選擇性地熔化銅粉，冷卻后形成固體層，通過逐層疊加的方式在陶瓷基板上構建整個功能結構。傳統上，LPBF工藝是通過在大型基板上構建大規模的結構組件，而混合增材制造代表了一種增材制造工藝中的創新方法。

銅具有高反射率和低激光輻射吸收能力，因此只有少量能量可用于熔化粉末材料。此外，銅的高熱導率雖然對電力電子設備有利，但在LPBF工藝中，這一特性導致能量快速向周圍粉末和陶瓷基板中散失。這些因素可能導致工藝條件不穩定，使得開發一種能夠制造高質量銅制功能結構的合適工藝具有挑戰性。此外，在LPBF工藝中使用功率基板時，混合結構會形成一種多材料系統，包括陶瓷基板、基板金屬化層和增材制造的功能結構。由于這些材料的特性差異很大，它們之間的復雜相互作用進一步增加了制造難度。

由于局部能量應用和加工銅所需的高能量輸入，激光粉末床熔融（LPBF）工藝在熔融銅、周圍銅粉和基板之間產生高溫梯度。功率基板是陶瓷基材，因此對高溫梯度引入的殘余應力和裂紋非常敏感。

Isabelle目前正在進行實驗研究，作為其論文的一部分，通過實驗分析和熱機械過程模擬的發展來探索銅的可加工性。這種綜合方法可以系統地理解增材制造功能結構與陶瓷基板之間的相互作用。Isabelle正在研究影響工藝穩定性和最終組件特性的各種因素，包括不同的激光光束源和形狀、可調工藝參數以及對銅材料的改進。

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