Am 28. Februar 2025 wurde ein Sonderband mit dem Titel „Reactive Multilayers ‐ Micro and Macro Joining“ veröffentlicht, in dem Wissenschaftler der Technischen Universität (TU) Ilmenau zusammen mit Partnern aus Saarbrücken, Karlsruhe, Hamburg und Jülich reaktive Multilagen für Mikro- und Makrofügen eingehend untersuchen. Der Sonderband wurde von Sebastian Matthes, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter an der TU Ilmenau, gestaltet und legt die Grundlage für neue Technologien in der Materialverbindung.
Reaktive Multilagen bestehen aus extrem dünnen Materialschichten, die so konzipiert sind, dass sie gezielt miteinander reagieren. Diese Reaktionen werden durch einen elektrischen Impuls ausgelöst, der Wärme freisetzt, welche die Materialien miteinander verbindet, ohne dass eine externe Wärmequelle benötigt wird. Dies führt zu erheblichen Vorteilen in Bezug auf Energieeinsparung und den Schutz empfindlicher Bauteile, was insbesondere in der Elektronik von Bedeutung ist.
Anwendungsmöglichkeiten und Herausforderungen
Die Anwendungsmöglichkeiten reaktiver Multilagen sind vielversprechend. Besonders in der Elektronik können sie zur Verbindung von Mikrochips, zum schadensfreien Lösen von Bauteilen und zur Reparatur defekter Komponenten eingesetzt werden. Dennoch gibt es Herausforderungen: Die Reaktion nach der Zündung ist schwer steuerbar, was die Forschung komplex gestaltet. Die TU Ilmenau sowie ihre Partner analysieren verschiedene Einflussfaktoren wie die Dicke der Schichten, die Oberflächenrauheit und die Struktur der Materialien sowie deren thermische Belastung.
In interdisziplinären Teams aus Materialwissenschaft, Elektroniktechnologie und Fertigungstechnik wird an diesen Themen gearbeitet. Studierende der Werkstoffwissenschaft an der TU Ilmenau sind aktiv in die Forschungsprojekte eingebunden, was eine praxisnahe Ausbildung ermöglicht. Ein Guest Editorial von Prof. Anne Jung, Dr. Christoph Pauly und Prof. Peter Schaaf thematisiert die Potenziale und Herausforderungen reaktiver Multilagen, wobei Professor Schaaf die Notwendigkeit weiterer Forschung betont.
Zukunft der Mikroelektronik
Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten die Herstellung von Mikrochips erheblich vereinfachen und die Fertigungsraten in der Automobilindustrie steigern. Gleichzeitig unterstützt das Forschungsprogramm der IHP-Mikroelektronik grundlegende und angewandte Forschung, um neue Materialien für Mikro- und Nanoelektronik zu identifizieren und zu entwickeln. Drei Arbeitsgruppen des IHP untersuchen vielversprechende Ansätze in der Materialwissenschaft für zukünftige Bauelemente.
Die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Abteilungen ist entscheidend, um komplexe Bauelemente zu entwickeln, die heterogene Materialsysteme für analoge, digitale, neuromorphe, quantenmechanische und optische Signal- und Datenverarbeitung kombinieren. Der Ansatz der „More than Moore“-Strategie der Mikroelektronik fördert Innovationen, insbesondere im medizintechnischen Bereich. Auch wird die Integration von „More than Moore“-Bauelementen in die Mikroelektronik auf Erfahrungen aus verschiedensten Forschungsgebieten angewiesen sein.
Insgesamt zeigt sich, dass die Entwicklungen in der Forschung zu reaktiven Multilagen und neuen Materialien großes Potenzial für zukünftige Technologien bieten. Um diese Möglichkeiten vollständig auszuschöpfen, ist jedoch eine enge Zusammenarbeit und kontinuierliche Forschung erforderlich, um die Herausforderungen zu bewältigen und die Innovationskraft der Mikroelektronik weiter voranzutreiben.
