Hochpräzise Fügungen mittels reaktiven Nanometermultischichten

Etablierte Fügetechniken wie Schweißen oder Löten bewirken im Allgemeinen einen großen Wärmeeintag in die zu fügenden Bauteile. Vor allem bei wärmempfindlichen Bauteilen, wie zum Beispiel MEMS, kann dies zu spannungsinduzierten Verformungen bzw. zur Beschädigung der Bauteile führen. Es wird daher eine Fügemethode benötigt, welche durch einen lokal definierten und kurzzeitigen Wärmeeintrag eine Schädigung der Bauteile vermeidet. Die sogenannten reaktiven Multischichtsysteme (RMS) bieten einen vielversprechenden Ansatz diese Forderung zu erreichen. RMS bestehen aus einigen hundert bis mehreren tausend alternierenden Schichten mit Dicken im Bereich von einigen Nanometern, wobei die Materialien der verschiedenen Schichten exotherm miteinander reagieren können. Wird eine mit einer Lot-Schicht b eschichtete RMS zwischen zwei Oberflächen gebracht, kann diese als kontrollierbare lokale Wärmequelle zum Fügen verwendet werden. Die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten von RMS haben in den letzten Jahren intensive FuE-Aktivitäten erforderlich gemacht. Aufbauend auf einer früheren Veröffentlichung aus dem Jahr 2009 [1], in der theoretische Untersuchungen und grundlegende Anwendungsmöglichkeiten der RMS diskutiert wurden, werden im folgenden Artikel die neuesten Entwicklungen auf den Gebieten Herstellung, Charakterisierung und Anwendung der RMS zum Fügen präsentiert.

Established joining techniques like welding, soldering or brazing typically are characterized by a large amount of heat input into the components. Especially in the case of heat sensitive structures like MEMS this often results in stress induced deformation and degradation or even in damaging the parts. Therefore, there is an urgent need for a more reliable and reproducible method for joining, which is characterized by a well defined and small heat input for only a short time period. So-called reactive nanometer multilayer systems (RMS) offer a promising approach to meet these needs. Reactive nanometer multilayers consist of several hundreds or thousands of alternating nanoscale layers, which can exothermicly react with each other. Placing a reactive nanometer multilayer coated with a solder or brazing layer between two surfaces, it can be used as a controllable local heat source for joining. The various applications in recent years have caused extensive activities regarding the production and development of reactive nanometer multilayer systems. Already in 2009 the first results were presented in the VIP [1]. The theoretical description, characterization and basic applications of the RMS were discussed. In the following article we will present the latest developments in the production, development and application of reactive nanometer multilayers for joining techniques. It will be concentrated on the production of freestanding reactive multilayer foils, their reactive design as well as their application for joining various material combinations.