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Wie Erhitzen von Aluminium und Ruthenium Schweißen, Löten, Kleben ersetzt

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Ruthenium-Aluminid verbindet Bauteile, ohne die integrierten Schaltkreise zu beschädigen

Gemeinsam mit Wissenschaftlern in Helsinki hat sein Team daher nach anderen Möglichkeiten gesucht, um Metalle in der Dimension von wenigen Nanometern miteinander zu verbinden.

„Wir legen dafür mehrere hauchdünne Schichten von Aluminium und Ruthenium übereinander, die tausendmal flacher sind als ein menschliches Haar. Wenn darauf ein kurzer intensiver Laserstrahl trifft, wird in der Nanometer-Schicht eine hohe Energiemenge freigesetzt, die sich mit einer Geschwindigkeit von zehn Metern pro Sekunde ausbreitet und bis zu 2000 Grad Celsius erreichen kann“, erklärt Mücklich.

Durch die kurzzeitige enorme Hitze werden die benachbarten Bauteile miteinander fest verbunden, die integrierten Schaltkreise aber nicht beschädigt. Das dabei entstehende Material heißt Ruthenium-Aluminid. Es verbindet die Bauteile als dünne Zwischenschicht, so wie bisher die Lötpunkte.

Durch die chemische Reaktion, bei der abrupt viel Energie frei wird, nimmt es jedoch eine exakte, gleichmäßige Kristallstruktur an. Dies konnten die Materialforscher sowohl in verschiedenen Experimenten als auch durch eine detaillierte Simulation der Atombewegungen zeigen.

„Diese homogene Schicht verbindet die Materialien fest miteinander und bleibt wegen des hohen Schmelzpunktes im Gegensatz zur Lötverbindung auch dann noch stabil, wenn sich das ganze System stark erwärmen sollte“, erläutert der Materialwissenschaftler.

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