Langzeitstabile und robuste Kapselung von Elektronikbaugruppen für Unterwasseranwendungen

Abstract:
Zunehmend fordert der Markt dezentrale Überwachungssensorik und -elektronik für sicherheitsrelevante Industrieanlagen, Transportvehikel aber auch von Bauwerkstrukturen. Dabei sind Robustheit des Packages und die Zuverlässigkeit der Aufbau- und Verbindungstechnik in hohem Maße gefordert. Die vorgestellte Arbeit zeigt Ansätze für eine Auslegung für einen langlebigen Einsatz in maritimer Umwelt unter See- und Meerwasser anhand der Überwachung von Gründungsstruktur bei Offshore Windenergieanlagen. Die dauerhafte Installation der Elektronik erfordert ein Systemdesign mit Lebensdauern im Bereich der Prüfstruktur selbst d.h. 10 Jahre. Die vorgestellte Charakterisierung von organischen Vergussmassen für diesen Zweck beinhaltet Feuchteaufnahme, Wasserdampfdurchlässigkeit und die Alterung der Polymersysteme bei Auslagerung in Seewasser und Kraftstoff. Ungefülltes Epoxymaterial wurde erfolgreich modifziert, um eine bessere Medienresitenz zu erreichen. Weiterhin bestärkte sich, dass ein höherer Vernetzungsgrad auch entscheidend die Diffusionsresitenz stärkt. Bezüglich der Alterungseffekte haben die Dynamisch-mechanischen Kennwerte die einheitliche Tendenz zu einer konsequenten Erweichung der Proben. Hier wurde die allgemeingültigen Tendenz bestätigt: Polare Kunststoffe lösen sich in polaren Lösungsmitteln (EP, PUR) je nach enthaltenen Molekülgruppen: Estergruppen in basischer, Ether in sauerer Umgebung. Der Rest ist stark abhängig von der genauen Rezeptur des Polymerprodukts (z.B. Härtersystem). Der geprüfte PUR-Werkstoff ist für eine Kapselanwendung nur bedingt geeignet. Vergleichsweise sehr gute Resistenzeigenschaften konnten den abgeprüften Leiterplattenmaterialien nachgewiesen werden. Weiterhin sind zielführende geometrische Optimierungen für Layout, Platzierung der Bauelemente und Leiterplattendesign angegeben und nach Ansicht der Autoren unerlässlig für langzeitstabile Umsetzungen. Dabei steht im Fordergrund der möglichen Rissbildung bei Verkapselungen entgegenzuwirken, indem das Rissinitierungspotential verringert wird. Mit geeigneter Materialauswahl und Anpassung der geometrischen Features kann eine ausreichende Lebensdauer der Baugruppenfunktion auch unter Medieneinwirkung gewährleistet werden.