Einsatz der Dielektrischen Analyse zur Untersuchung der Alterung von Polymeren bei Hochtemperaturlagerung

摘要

Der aktuelle technologische Trend in Richtung Elektromobilitat sowie die notwendige Effizienzsteigerung im Bereich der konventionellen Verbrennungsmotoren stellt auch neue Anforderungen an das Packaging von leistungsfahigen mikroelektronischen Systemen, wie sie in Automobil- und Industrieanwendungen eingesetzt werden. Zum einen werden diese Systeme im Betrieb immer hoheren Temperaturen dauerhaft ausgesetzt, der Trend geht hier zum Dauereinsatz bei T > 175°C. Zum anderen sind die Einsatzbedingungen auch wesentlich rauer, da die Elektronik immer naher an Motor, Getriebe oder allgemein an den Reaktionsraum ruckt und mit Prozessmedien in Kontakt kommt – beispielhaft seinen hier Feuchtigkeit, Getriebeol und Benzin genannt. Durch den erheblichen Preisdruck, der vor allem im Automotive-Markt herrscht, ist der Einsatz von vergleichsweise kostengunstigen Polymeren zum Aufbau und zur Verkapselung von Mikrosystemen notwendig. Allerdings sind die typisch verwendeten Materialien nur fur den Einsatz bis max. 150°C geeignet – erst allmahlich werden temperaturstabilere Materialien angeboten, uber deren Alterungsverhalten in der tatsachlichen Applikation kaum Informationen vorliegen. Erganzend zu den ublicherweise verwendeten Methoden zur Alterungsbewertung durch thermomechanische Analyse vor und nach Alterung wird am Fraunhofer IZM die dielektrische Spektroskopie angewendet, die es erlaubt, Materialveranderungen zerstorungsfrei wahrend des Gebrauchs zu bestimmen und so einen Zustandsindikator fur Polymere in zuverlassigkeitsrelevanten Anwendungen zu realisieren. In dieser Veroffentlichung sind die Ergebnisse der Materialanalyse initial und nach Alterung fur unterschiedliche, epoxidbasierende Materialien dargestellt, als Analyseverfahren kommen thermomechanische Verfahren und die dielektrische Spektroskopie vergleichend zur Anwendung. Im Ergebnis der hier gezeigten Untersuchungen wird die DEA als zerstorungsfreies Analyseverfahren zur Untersuchung von Alterungseffekten im Bereich des Mikrosystemtechnik eingefuhrt – durch die Moglichkeit zur Integration preiswerter dielektrischer Sensoren z.B. in Leiterplatten hat diese Methode sogar das Potential zur Lebensdauermonitoring fur Schaltungstrager zu werden.