Forschungsvorhaben Elektronische Bauelemente bei Raumtemperatur stabil verbinden

Die Technischen Hochschule Mittelhessen arbeitet mit dem Unternehmen Nano Wired an einer Maschine, mit der man elektronische Bauelemente miteinander ähnlich verbinden können soll wie ein Klettverschluss. Das Verfahren des sogenannten Klett-Weldings, bei dem Bauteile mit Nanodrähten beschichtet und bei Raumtemperatur stabil miteinander verbunden werden, funktioniert bisher nur im Laborbetrieb.

Computerchips maschinell miteinander verbinden wie mit einem Klettverschluss – das wollen Wissenschaftler an der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) gemeinsam mit dem Darmstädter Unternehmen Nano Wired ermöglichen.

Nanodrähte verschmelzen bei Raumtemperatur zu stabiler Verbindung

Nano Wired hat bereits das Klett-Welding-Verfahren entwickelt, bei dem zwei zu verbindende Bauteile mit einer Art Rasen aus Nanodrähten beschichtet und bei Raumtemperatur aufeinander gepresst werden. Die durch die Nanostrukur bedingte Absenkung der Schmelztemperatur des Metalls führt zum partiellen Verschweißen der Drähte und so zu einer stabilen Verbindung.

Gegenüber herkömmlichen Verfahren wie beispielsweise dem Löten oder dem Kleben bringt dieses Verfahren laut seiner Entwickler eine Reihe von Vorteilen mit: So sei es für viele verschiedene Materialien geeignet, es entstünde keine Hitze, die empfindliche Bauteile belastet und die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Verbindung sei sehr hoch.

Vom Laborbetrieb in die Fertigung

Bisher funktioniert das Klett-Welding nur im Laborbetrieb. Im Projekt wollen die Wissenschaftler nun eine Klett-Welding-Produktionsmaschine entwickeln, die in den industriellen Ablauf der Halbleiter- und Baugruppenherstellung integriert werden kann. Neben der Fertigung spielt dabei ein zuverlässiges Qualitätssicherungssystem eine zentrale Rolle. Bisher kommt dazu eine aufwändige Rasterelektronenmikroskopie zum Einsatz.

Der Nano Wired-Rasen besteht aus winzigen metallischen Drähten, die unter einem optischen Mikroskop in ihrer Struktur nicht mehr sichtbar sind. „Dennoch sollen nach Möglichkeit optische Messverfahren zur Qualitätsanalyse verwendet werden, da sie berührungslos arbeiten und die Drähte nicht beschädigen“, so Projektleiter Prof. Dr. Jochen Frey vom THM-Kompetenzzentrum für Nanotechnik und Photonik. Für das Prüfsystem kommen verschiedene Techniken in Frage, mit denen die THM-Forscher bereits Erfahrung gesammelt haben, und die sie für das aktuelle Projekt anpassen wollen.

Demonstrator für die industrielle Produktion als Projektziel

Die Kooperationspartner erwarten, dass ein Demonstrator der Klett-Welding-Anlage unmittelbar nach Projektende für die industrielle Produktion zur Verfügung steht. Nano Wired arbeitet bereits seit einiger Zeit mit verschiedenen Unternehmen der Chemischen und der Halbleiterindustrie zusammen.

Das Forschungsvorhaben läuft bis Ende 2019 und hat ein Gesamtvolumen von knapp 700.000 Euro. Es wird im Rahmen der hessischen Landes-Offensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE) mit 445.000 Euro unterstützt.

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