Klettverschluss für Chips

Wissenschaftler aus dem Institut für Mikro- und Nanotechnologien der TU Ilmenau haben einen winzigen "Klettverschluss" für die Verbindung von Halbleiterchips entwickelt. Nach Angaben des Instituts hat ein solches Verbindungssystem vor allem den Vorteil, dass die Einzelteile bis zu fünf Mal zusammengefügt und wieder gelöst werden können. Zudem werde ein Verrutschen der Bauteile ausgeschlossen, und die Hersteller könnten so die immer dünner und empfindlicher werdenden Mikrochips besser und einfacher positionieren.

Die Idee für diese Verbundmethode entstand im Rahmen der Promotionsarbeit von Diplomingenieur Mike Stubenrauch. Mit seinem Team aus dem Fachgebiet Mikromechanische Systeme suchte er nach einer Alternative zu den bestehenden Verfahren und fand die Lösung in einer Nadelstruktur im Silizium, die ähnlich einem Klettverschluss funktioniert.

Erzeugt wird die feine Struktur aus Siliziumnadeln durch Aufrauen der Oberfläche des Bauelements. Zu diesem Zweck wird das Silizium so lange mit geladenen Teilchen bombardiert, bis lange, spitze Nadeln entstehen. Gegeneinander gedrückt, verkeilen sich die Nadeln ineinander und geben den Bauteilen festen Halt. Aufgrund der Ähnlichkeit zu einer Rasenstruktur sprechen die Wissenschaftler auch von Siliziumgras. Auf einem Quadratmillimeter Chipfläche stehen dabei bis zu 4 Millionen Nadeln, die 20 Mikrometer lang und nur einen halben Mikrometer breit sind.

Im Experiment konnten die Ilmenauer die zuverlässige Funktionsfähigkeit der neuen Technik nachweisen. Da die Verbindungsstellen flüssigkeitsdicht sind und zudem leicht gasdicht gemacht werden können, hoffen die Forscher neben der Chipproduktion auf weitere Einsatzmöglichkeiten in Biologie, Chemie und Medizin. So haben sie bereits winzige Behältnisse für chemische oder biologische Reaktionen über eine Nadelstruktur verschlossen. Im Inneren solcher Behälter können beispielsweise Zellen kultiviert werden. Da der Deckel wieder abgenommen werden kann, ist der direkte Zugang zur Zellkultur möglich.

Nach Angaben des Instituts liegen die Vorteile gegenüber dem herkömmlichen Verkleben oder "Bonden" der Bauteile auf der Hand: Das bisher notwendige aufwendige Präparieren der polierten Oberflächen, die aneinander haften sollen, und die in der Regel sehr hohen Temperaturen beim Fügen entfallen. Das neue Verfahren lässt sich nach Einschätzung der Forscher weitaus flexibler einsetzen als die bisher verwendeten Techniken. (ll)