Polymere für hochzuverlässige Elektronik­anwendungen: Konzeption und Analyse von Ausfallmechanismen für polymere Gehäuse in der Automobil- und Leistungselektronik "Design4LES"

Das Projekt dient zur Erforschung von Versagensprozessen von Polymeren, die unter extremen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden. Dabei liegt besonderes Augenmerk auf der Analyse von feuchtebedingten Degradationsmechanismen in der Korrelation zu Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von thermoplastischen Gehäusematerialien der Leistungselektronik in Abhängigkeit von Technologievariationen.

Wissenschaftliche Ziele:

• Bestimmung relevanter Werkstoffparameter zur Simulation des Füllverhaltens hochgefüllter (bis 60% Glasanteil) Thermoplastsysteme im Spritzgußverfahren
• Etablierung eines mittels Spritzguss (SG) herstellbaren Normprüfkörpers zur Bestimmung der Durchschlagsfestigkeit unter variierenden Umweltbedingungen
• Bestimmung der elektrischen und thermophysikalischen Eigenschaften an den Normprüfkörpern
• Aufklärung relevanter Versagensmechanismen hochgefüllter thermoplastischer Polymersysteme  unter Einfluss von Witterung und Temperatur und starker elektromagnetischer Felder
• Vergleich der Simulationsergebnisse mit Resultaten aus der Strukturaufklärung mittels Computertomographie/ Elektronenmikroskopie und alternativer Methoden, insbesondere in Hinblick auf die Verteilung der Füllstoffe und des Einflusses dieser Verteilung auf die elektrischen Isolationseigenschaften

Technische Ziele:

• Verarbeitbarkeit der innovativen glaskugelgefüllten Hochleistungspolymere unter industriekompatiblen Bedingungen
• Evaluation stabiler und energetisch optimaler Prozessfenster für eine bestmögliche Prozessierung im SG-Prozess
• Untersuchung zum Einfluss einer spezifischer Oberflächenbehandlung der SG-Werkzeuge auf die Qualität der spritzgegossenen Halbzeuge in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften

Die Untersuchungen ergaben insbesondere für den Einfluss von Feuchtigkeit ein besseres Verständnis von Versagensprozessen. Zudem haben das Fraunhofer IMWS und die 3P GmbH neue Verfahren entwickelt, um Fehler aufzuspüren und langfristige Vorhersagen in Bezug auf Defektbildungen treffen zu können. »Das neue Prüfverfahren erlaubt es, neue Materialien für Gehäuse und optimierte Verarbeitungstechnologien zu entwickeln, sodass noch hochwertigere und leistungsfähigere Gehäuse für Wechselrichter in Windkraftanlagen oder Autogetriebe zur Verfügung stehen«, sagt Sandy Klengel, Gruppenleiterin am Fraunhofer IMWS. »Die Qualität und Lebensdauer der Gehäuse wird immer wichtiger, weil durch den Trend zur Miniaturisierung elektronischer Baugruppen die Anforderungen auch an die Isolationssysteme steigen.«