Ein Dielektrikum ist jedes isolierende Medium zwischen zwei Leitern. Einfach ausgedrückt handelt es sich um ein nichtleitendes Material. Dielektrische Materialien werden zur Herstellung von Kondensatoren, zur Bereitstellung einer isolierenden Barriere zwischen zwei Leitern (z. B. in Crossover- und Mehrschichtschaltungen) und zur Kapselung von Schaltkreisen verwendet.

Dielektrische Eigenschaften

Epoxidharz hat normalerweise die folgenden vier dielektrischen Eigenschaften: VR, Dk, Df und Durchschlagsfestigkeit.

• Volumenwiderstand (VR): Es ist definiert als der Widerstand, der durch das Material gemessen wird, wenn über einen bestimmten Zeitraum eine Spannung angelegt wird. Gemäß ASTM D257 beträgt er für Isolierprodukte in der Regel mehr als oder gleich 0,1 Tera-Ohm-Meter bei 25 °C und mehr als oder gleich 1,0 Mega-Ohm-Meter bei 125 °C.
• Dielektrizitätskonstante (Dk): Es ist definiert als die Fähigkeit des Materials, Ladung zu speichern, wenn es als Kondensatordielektrikum verwendet wird. Gemäß ASTM D150 beträgt er bei 1 kHz und 1 MHz normalerweise weniger als oder gleich 6,0 und ist ein dimensionsloser Wert, da er als Verhältnis gemessen wird.
• Der Verlustfaktor (Df) (auch Verlustfaktor oder dielektrischer Verlust genannt): definiert als die vom Medium verbrauchte Leistung, normalerweise kleiner oder gleich 0,03 bei 1 kHz, kleiner oder gleich 0,05 bei 1 MHz.
• Spannungsfestigkeit (manchmal auch Durchschlagspannung genannt): ist das maximale elektrische Feld, dem das Material vor dem Zusammenbruch standhalten kann. Dies ist eine wichtige Eigenschaft für viele Anwendungen, bei denen hohe Ströme oder Stromstärken erforderlich sind. Als allgemeine Faustregel gilt, dass die Durchschlagsfestigkeit von Epoxidharzen für Isolierprodukte etwa 500 Volt pro Mil bei 23 °C beträgt. Als praktisches Beispiel: Wenn ein elektronischer Schaltkreis 1000 Volt standhalten muss, sind mindestens 2 Mil dielektrisches Epoxidharz erforderlich.

Der spezifische Volumenwiderstand, die Dielektrizitätskonstante und der Verlustfaktor können vom Klebstoffhersteller experimentell bestimmt werden; Die Spannungsfestigkeit hängt jedoch von der Anwendung ab. Anwender von Epoxidharzen sollten stets die Spannungsfestigkeit des Klebstoffs für ihre jeweilige Anwendung überprüfen.

Variabilität der dielektrischen Eigenschaften

Viele dielektrische Eigenschaften variieren mit Faktoren, die nichts mit den Eigenschaften des Wirtsmaterials zu tun haben, wie z. B. Temperatur, Frequenz, Probengröße, Probendicke und Zeit. Einige externe Faktoren und wie sie sich auf die Endergebnisse auswirken.

• VR und Temperatur

Wenn die Temperatur des Materials steigt, nimmt der VR ab. Mit anderen Worten: Es ist kein Isolator mehr. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, dass das Material über seiner Glasübergangstemperatur (Tg) liegt und die molekulare Bewegung der im Polymernetzwerk verwickelten Monomere ihr höchstes Niveau erreicht. Dies bedeutet nicht nur eine geringere Isolierung im Vergleich zur Raumtemperatur, sondern führt auch zu einer geringeren Festigkeit und Dichtigkeit.

• Dk und Temperatur

Die Dielektrizitätskonstante von bei Raumtemperatur ausgehärteten Epoxidharzen steigt mit der Temperatur. Beispielsweise beträgt der Wert 3,49 bei 25 °C, wird zu 4,55 bei 100 °C und 5,8 bei 150 °C. Generell gilt: Je höher der Dk-Wert, desto weniger elektrisch isolierend ist das Material.

• Dk und Frequenz (Rf)

Im Allgemeinen nimmt Dk mit zunehmender Häufigkeit ab. Wie unter „Einfluss der Temperatur auf Dk“ beschrieben, hat bei Raumtemperatur ausgehärtetes Epoxidharz einen Dk-Wert von 3,49 bei 60 Hz, einen Dk-Wert von 3,25 bei 1 kHz und einen Dk-Wert von 3,33 bei 1 MHz.

Mit anderen Worten: Mit zunehmendem Rf nehmen die Isoliereigenschaften des Klebstoffs zu. Je niedriger also der Dk-Wert ist, desto eher wirkt das Material wie ein Isolator.

Allgemeine Anwendungen

Dielektrische Klebstoffe werden in den meisten Halbleiter- und Elektronikverpackungsanwendungen verwendet. Einige Beispiele umfassen: Halbleiter-Flip-Chip-Unterfüllung, SMD-Platzierung auf Leiterplatten und Substraten, Waferpassivierung, sphärische Oberteile für ICs, Eintauchen von Kupferringen und allgemeines Vergießen und Einkapseln von Leiterplatten. Alle diese Bereiche erfordern eine maximale Isolierung, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern.

Isolierprodukte

Epoxy Technologies bietet eine breite Palette von Produkten für dielektrische Anwendungen, die über strukturelle, optische und thermische Eigenschaften sowie gute dielektrische Eigenschaften verfügen. Alle dielektrischen Produkte sind elektrische Isolatoren, viele jedoch auch Wärmeleiter.