Am 28. Februar 2025 wurde ein Sonderband mit dem Titel „Reactive Multilayers ‐ Micro and Macro Joining“ veröffentlicht, der von Wissenschaftlern der TU Ilmenau und Partnern aus Saarbrücken, Karlsruhe, Hamburg und Jülich zusammengestellt wurde. Dieser Band thematisiert die Forschung zu reaktiven Multilagen, die für Mikro- und Makrofügen eingesetzt werden.
Reaktive Multilagen bestehen aus extrem dünnen Materialschichten, die gezielt miteinander reagieren. Dabei können durch Auslöser wie elektrische Impulse Reaktionen gestartet werden, die Wärme freisetzen. Diese Wärme ermöglicht es, Materialien wie Metall und thermoplastischen Kunststoff ohne zusätzliche externe Wärmequelle zu verbinden. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in der Energieeinsparung und dem Schutz empfindlicher Bauteile.
Anwendungsmöglichkeiten und Herausforderungen
Insbesondere in der Elektronik bieten sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Dazu zählt die Verbindung von Mikrochips, das schadensfreie Lösen von Bauteilen sowie die Reparatur defekter Komponenten. Allerdings gibt es auch Herausforderungen, da die Reaktion nach Zündung schwer steuerbar ist. Daher wird in der Forschung an der Dicke der Schichten sowie anderen Einflussfaktoren, wie Oberfläche, Rauheit, Struktur und thermische Belastung, gearbeitet.
Ein interdisziplinäres Team aus Materialwissenschaft, Elektroniktechnologie und Fertigungstechnik ist aktiv an diesen Forschungsprojekten beteiligt. Besonders die Studierenden der Werkstoffwissenschaft an der TU Ilmenau sind in die Forschung eingebunden. In einem Guest Editorial im Sonderband schildern Prof. Anne Jung, Dr. Christoph Pauly und Prof. Peter Schaaf die Potenziale und Herausforderungen reaktiver Multilagen. Schaaf unterstreicht die Komplexität des Themas und die Notwendigkeit weiterer Forschung.
Die Erkenntnisse aus dieser Forschung könnten nicht nur die Herstellung von Mikrochips vereinfachen, sondern auch die Fertigungsraten in der Autoindustrie steigern, was eine wichtige Entwicklung für die zukünftige Wirtschaft darstellt.
Innovationen in der Mikroelektronik
Zusätzlich wird die Forschung im Bereich der Mikro- und Nanoelektronik von der IHP vorangetrieben. Dort wird ein umfangreiches Forschungsprogramm durchgeführt, das neue Materialien für Mikro- und Nanoelektronik untersucht. In drei Arbeitsgruppen werden vielversprechende Ansätze der Materialwissenschaft identifiziert, die für zukünftige Bauelemente von Bedeutung sind.
Das Programm umfasst sowohl Grundlagenforschung als auch angewandte Forschung an modernen Bauelementen. Besonders wichtig ist die Entwicklung komplexer Bauelemente, die heterogene Materialsysteme für verschiedene Signal- und Datenverarbeitungen kombinieren, einschließlich analoger, digitaler, neuromorpher, quantenmechanischer und optischer Systeme.
Die „More than Moore“-Strategie der Mikroelektronik unterstützt gezielt Innovationen im medizintechnischen Bereich. Die Integration dieser modernen Bauelemente erfordert interdisziplinäre Expertise, die durch enge Zusammenarbeit aller Abteilungen des IHP gefördert wird. Die Vernetzung des IHP mit führenden Forschungseinrichtungen und Universitäten weltweit spielt eine entscheidende Rolle, um vielversprechende Ansätze frühzeitig zu identifizieren.