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

Konferenz: Mikrosystemtechnik 2013 - Von Bauelementen zu Systemen
14.10.2013 - 16.10.2013 in Aachen, Deutschland

Tagungsband: Mikrosystemtechnik 2013

Seiten: 4Sprache: DeutschTyp: PDF

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Autoren:
Becker, K.-F.; Bauer, J.; Braun, T.; Daus, Lars H.; Aschenbrenner, R. (Fraunhofer Institute for Reliability and Microintegration, Gustav-Meyer-Allee 25, 13355 Berlin, Deutschland)
Thomas, T.; Kahle, R.; Lang, K.-D. (Technical University Berlin, Microperipheric Center, Deutschland)

Inhalt:
Der aktuelle technologische Trend in Richtung Elektromobilität sowie die notwendige Effizienzsteigerung im Bereich der konventionellen Verbrennungsmotoren stellt auch neue Anforderungen an das Packaging von leistungsfähigen mikroelektronischen Systemen, wie sie in Automobil- und Industrieanwendungen eingesetzt werden. Zum einen werden diese Systeme im Betrieb immer höheren 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 näher an Motor, Getriebe oder allgemein an den Reaktionsraum rückt und mit Prozessmedien in Kontakt kommt – beispielhaft seinen hier Feuchtigkeit, Getriebeöl und Benzin genannt. Durch den erheblichen Preisdruck, der vor allem im Automotive-Markt herrscht, ist der Einsatz von vergleichsweise kostengünstigen Polymeren zum Aufbau und zur Verkapselung von Mikrosystemen notwendig. Allerdings sind die typisch verwendeten Materialien nur für den Einsatz bis max. 150 °C geeignet – erst allmählich werden temperaturstabilere Materialien angeboten, über deren Alterungsverhalten in der tatsächlichen Applikation kaum Informationen vorliegen. Ergänzend zu den üblicherweise verwendeten Methoden zur Alterungsbewertung durch thermomechanische Analyse vor und nach Alterung wird am Fraunhofer IZM die dielektrische Spektroskopie angewendet, die es erlaubt, Materialveränderungen zerstörungsfrei während des Gebrauchs zu bestimmen und so einen Zustandsindikator für Polymere in zuverlässigkeitsrelevanten Anwendungen zu realisieren. In dieser Veröffentlichung sind die Ergebnisse der Materialanalyse initial und nach Alterung für 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 zerstörungsfreies Analyseverfahren zur Untersuchung von Alterungseffekten im Bereich des Mikrosystemtechnik eingeführt – durch die Möglichkeit zur Integration preiswerter dielektrischer Sensoren z.B. in Leiterplatten hat diese Methode sogar das Potential zur Lebensdauermonitoring für Schaltungsträger zu werden.