Entwicklung einer Prüfkörpergeometrie zur Evaluation der elektrischen Festigkeit von thermoplastischen Kunststoffen unter dem Einfluss von Umgebungsbedingungen

Abstract:
Der Trend zur Miniaturisierung von elektronischen Baugruppen bei stetig höherer elektrischer Beanspruchung unter teils rauen Umgebungsbedingungen im Betrieb führt zu steigenden Anforderungen an die Belastbarkeit der Isolierstoffsysteme. Gerade deshalb sind im Bereich der technischen Kunststoffe Kenntnisse über die elektrische Festigkeit und das Alterungsverhalten von großer Bedeutung. Umwelteinflüsse, wie Temperatur und Feuchtigkeit können die isolierende Funktion von Kunststoffen stark beeinflussen und damit die Lebensdauer der gesamten elektronischen Baugruppe reduzieren. In diesem Beitrag wird ein neues Prüfkörperdesign für technische Kunststoffe vorgestellt, welches es erlaubt den Kunststoff über längere Zeiträume mit elektrischer Feldstärke unter verschiedenen Umgebungsbedingungen zu belasten. Das Prüfkörperdesign ermöglicht somit die Simulation des Langzeitverhaltens bei elektrischer Belastung und gleichzeitig verschärften äußeren Bedingungen, um Kunststoffe für gegebene Einsatzbedingungen zu qualifizieren. Zur elektrischen Dimensionierung des Prüfkörpers kommt numerische Feldberechnung zum Einsatz. Die Analyse des Spritzgussprozesses und die Konstruktionsvalidierung der Prüfkörper- bzw. Spritzgießform erfolgt mit Hilfe von Moldflow Simulationen, um eine möglichst homogene Ausbildung des Prüfkörpers zu erzielen. Mikrostrukturelle Analysen sichern Aussagen zu Anbindung der Füllstoffe und der Elektroden im Prüfkörper ab.