Anwendungspotential der Nanotechnologie in der Fugetechnik

摘要

Das stoffschlussige Fugen von temperaturempfindlichen Werkstoffen und Baugruppen stellt im Maschinenbau und in der Elektronikindustrie eine wesentliche Herausforderung dar. Dabei sind kritische Temperaturen nicht zu uberschreiten, da ansonsten das optimierte Gefugedesign von Hochleistungswerkstoffen nachhaltig beeinflusst wird bzw. elektronische Komponenten wahrend des Fugevorgangs thermisch beschadigt werden. Zu nennen sind in diesem Zusammenhang das Kornwachstum von hochfesten Feinkornstahlen, aber auch das stoffschlussige Aufbringen eines Kuhlkorpers auf einen Mikroprozessorkern. Nur durch eine stoffschlussige Verbindung konnen, im Gegensatz zu einer kraftschlussigen durch Anpressen mittels Klammern, die erforderliche Warmeleitung in der Verbindungszone garantiert werden. In diesem Beitrag wird von Fugetechnologien berichtet, die ein metallurgisches Fugen bei 'Raumtemperatur' erlaubt. Durch die Ausnutzung von Skalierungseffekten, die seit einigen Jahren bekannt sind, ist es moglich die Schmelztemperatur von Metallschichten mit abnehmender Schichtdicke abzusenken. Beispielsweise reduziert sich die Phasenubergangstemperatur von fest nach flussig bei einer Kupferschicht von 5-10 nm Dicke um mehr als 500℃. Weiterhin ist es bei nanolagigen Multilayerfolien moglich die Energie, die bei der exothermen Bildung von intermetallischen Phasen frei wird, zu kontrollieren und zum Fugen zu nutzen. Werkstoffkombinationen, bei denen Energie in Form von Warme entsteht sind Al-Ti und Ni-Al. Die erste kommerzielle Umsetzung beruht auf der letztgenannten Werkstoffpaarung. Die Ergebnisse des Beitrags stellen Grundlagenuntersuchungen zum Fugen von unterschiedlichsten Werkstoffen mittels den so genannten 'Nanofoils' dar.