フィラー添加高分子材料における絶縁破壊電圧の予測シミュレーション

摘要

セラミックスフィラー添加高分子複合材料は，電気絶縁性と良好な放熱性が求められるパワーデバイス周辺において，シート形状等での利用が期待されている.しかし，フィラーとして用いられる窒化ホウ素やアルミナ等のセラミックスは，その絶縁破壊電圧が，母材となるポリイミドやポリアミドに比べて低いため，熱伝導率向上のためにフィラー添加量を増すと，複合材料の絶縁破壊電圧が低下する，というトレードオフが生じる.フィラーが添加された複合材料の熱伝導率を予測するために，BruggemanモデルやHatta-Tayaモデルが知られるが，フィラー濃度が高くなった場合，予測精度に限界がある.一方，絶縁破壊のシミュレーションは，長時間高電圧下にさらされた高分子材料に発生する樹枝状の絶縁破壊進展を対象とした研究は存在するが，本研究で対象とする過大な電圧が印加された際に生じる瞬時的な絶縁破壊の予測は筆者らの知る限り行われていない.そこで本研究では，直流電圧が印加されたセラミックスフィラー添加高分子複合シート内の絶縁破壊電圧を数値シミュレーションにより予測するモデルを立てるとともに，フィラー添加時の絶縁破壊パスの可視化を試みた.これらは，セラミックスフィラー添加時の絶縁破壊挙動の解明に資すると考えられる.