Höchste Präzision für saubere Elektronik

21. Dezember 2014, 17:49
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Im Josef-Ressel-Zentrum der Fachhochschule Vorarlberg wird mit ultrakurzen Lichtpulsen gelasert

Dornbirn - Brauchten die ersten Computer noch ganze Räume, steckt man sie heute locker in die Hand- oder Hosentasche. Miniaturisierung heißt das Zauberwort in der Elektronik. User möchten alles noch kleiner, noch handlicher. Wie schafft man aber immer kleinere und präzisere Strukturen für elektronische Bauelemente, wie schneidet man den Superminichip aus großen Siliziumwafern?

Fragen wie diese stellen sich die Forscher des Mikrotechnik-Instituts an der Fachhochschule Vorarlberg. Seit knapp einem Jahr arbeiten die Laserexperten unter ihnen im Josef-Ressel-Zentrum für Materialbearbeitung mit ultrakurz gepulsten Laserquellen.

Die Aufnahme ins fünfjährige Förderprogramm, das Wissenschafts- und Wirtschaftsministerium sowie jeweilige Partnerunternehmen gemeinsam tragen, sei eine Konsequenz jahrelanger beharrlicher Arbeit, sagt Interimsleiter Johann Zehetner. Als Einzelkämpfer oder im Duett haben er und Leiterin Sandra Stroj, zurzeit in Babypause, die Materialbearbeitung mit ultrakurz gepulsten Lasern erforscht.

"Früher haben wir die Limits gesehen, jetzt sehen wir endlich die Möglichkeiten", freut sich Zehetner. Im Ressel-Zentrum stehen ihnen ein internationales Viererteam und "eine schöne neue Maschine" (Zehetner), ein Femtosekundenlaser der Partnerfirma Spectra-Physics, zur Verfügung. Die Firma versteht sich als weltweit führenden Hersteller von Ultrakurzpulslasern und hat einen Standort in Vorarlberg. "Industriekooperationen sind keineswegs die verlängerte Werkbank", sagt Zehetner, "sondern angewandte Forschung in Verbindung mit Ausbildung von Studenten, den zukünftigen Fachkräften."

Da wird schnell geschossen

Im neuen Forschungszentrum konzentriert man sich auf Materialien, die mit herkömmlichen Laserquellen schwer zu bearbeiten sind, und auf Werkstoffe, die als zukunftsträchtig gelten: beispielsweise biologisch abbaubare Kunststoffe für den Einsatz in der Humanmedizin, etwa als Stents in der Herzchirurgie. Erforscht wird die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie.

Die Femtosekundenlaser sind besonders materialschonende Präzisionsgeräte. Punktgenau kann da geschossen werden, sagt Zehetner, mit dem großen Vorteil, dass sich beim Schneideprozess durch die extrem kurzen Lichtpulse die Wärme auf dem Grundmaterial nicht ausbreiten kann. Was sich in der Augenmedizin bewährt, wo die Ultrakurzpulslaser wegen ihrer gewebeschonenden Technologie eingesetzt werden.

Matthias Domke, ein Laserspezialist, der von München nach Dornbirn wechselte, sucht nach weiteren Einsatzgebieten für den Laser. Beispielsweise in der Hochleistungselektronik. Domke experimentiert an einem Siliziumwafer, einer hauchdünnen quadratischen Metallplatte, und erzählt, worum es gehen könnte: um das Herausschneiden beliebig großer und unterschiedlich angeordneter Chips.

Mit einem halben Millimeter ist die Elektronikwaffel aber noch zu dick. Hier ist die Diamantsäge ökonomischer. Der Trend geht jedoch zu immer dünneren Wafern. Zehnmal dünner, dann könnte man den Einsatz vertreten, sagt Domke. "Was mit dem Material passiert, muss man aber erst nachprüfen."

Dünne Wafer werden in der Hochleistungselektronik verwendet. Beispielsweise in der Autoindustrie. Die Teile werden thermisch sehr beansprucht, laufen Gefahr an Schwachstellen (verursacht durch weniger materialschonende Bearbeitung) zu springen. Wenn man Pech hat, steht das Auto. Domkes einfache Formel: "Unsere Autos fahren länger, wenn die Chips länger halten."

Giovanni Piredda konzentriert sich im Ressel-Zentrum auf die Erzeugung von Stents aus biologisch abbaubaren Kunststoffen: "Der Vorteil ist, dass Laserschnitte mit ultrakurzen Pulsen weniger Nachbearbeitung brauchen. Man ist nach dem Schnitt eigentlich fertig." Bis zum Einsatz im Operationssaal wird es aber noch dauern. Noch werden die mechanischen Eigenschaften getestet.

Was unterscheidet die Dornbirner noch von anderen Instituten, die sich mit Laserablation beschäftigen? Zehetner: "Unser großer Vorteil: Mit dem Mikrotechnikinstitut im Hintergrund können wir unbürokratisch auf Analyseverfahren und -geräte zurückzugreifen und so Ergebnisse bewerten und Prozesse verbessern." (Jutta Berger, DER STANDARD, 17.12.2014)

  • Lasern von Siliziumkarbid für die Leistungselektronik.
    foto: zehentner

    Lasern von Siliziumkarbid für die Leistungselektronik.

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