Das Deutsche Patent- und Markenamt hat dem Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ein Patent (Veröffentlichungsnummer: DE 10 2020 204 989 B3) zur additiven Herstellung eines DCB/DBC (direct copper bonded) Keramikschaltungsträgers erteilt. Kern des Patents ist das Herstellungsverfahren zur additiven Herstellung einer strukturierten Kupferkaschierung auf Keramik mittels selektivem Laserschmelzen (SLM) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM), wobei Konzepte zur Vermeidung von Delaminationen während des Schmelzprozesses mittels Legierungselementen und/oder Vorheizen patentiert sind. Hierdurch wird eine additive Fertigung der DCBs mit hoher Güte auch in der dritten Dimension erst möglich.

Das Patent entstand im Zuge von Untersuchungen zur additiven Fertigung von Schaltungsträgern für die Leistungselektronik mittels SLM im Forschungsbereich Elektronikproduktion und unterstreicht die innovativen Forschungsaktivitäten des Lehrstuhls im Bereich der Elektronik Aufbau- und Verbindungstechnik.

Im Gegensatz zum konventionellen Aufbau eines Leistungsmoduls lassen sich die Vorteile der additiven Fertigung durch das patentierte Verfahren insbesondere für die Metallisierungen sowie das thermische Management nutzen, wodurch ein neuartiger Aufbau von Leistungsmodulen ermöglicht wird (siehe Abbildung oben).

Hierbei sind insbesondere folgende Hauptmerkmale und Vorteile zu nennen:

• Direktes Bedrucken von Al₂O₃ mit Kupfer mittels SLM
• Drucken von Metallisierungen sowie Kühlkörpern aus Kupfer und kupferbasierten Legierungen
• Anwenderspezifische Fertigung von hocheffizienten (3D-) Mikrokühlkörpern
  (selektive Kühlung an entstehenden Hotspots)
• Eliminierung von diversen Prozessschritten
  (Kupferlaminationen, Brenn-, Ätz-, Lithographie-, Waschprozessen sowie konventioneller Kühlkörperherstellung mit spanenden und fügenden Verfahren)
• Eliminierung von thermischen Interfacematerialien was zu einem besseren Wärmeübergang führt
• Erhöhung der effektiven Kühlleistung durch additiv gefertigte (Mikro-)Kühlkörper mit Mikrokühlkanälen
• Gewichts- sowie Materialeinsparungen

Ansprechpartner

Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)

Prof Dr.-Ing. Jörg Franke
Lehrstuhlinhaber
Tel.: +49 9131 85-27569
E-Mail: joerg.franke@faps.fau.de

Alexander Hensel
Forschungsbereichsleiter Elektronikproduktion
Tel.: +49 911 5302-99085
E-Mail: alexander.hensel@faps.fau.de