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Isolator

Physikalisch definierter Festkörper, der normalerweise den elektrischen Strom nicht leiten kann. In I. ist das Valenzband mit Elektronen voll besetzt, das nächthöher gelegene Energieband (Leitungsband) kann von den Elektronen jedoch aufgrund des zu hohen energetischen Abstands (Bandabstand) nicht erreicht werden. I. zeichnen sich also durch eine so breite verbotene Zone aus, daß im Gegensatz zu Halbleitern auch bei höheren Temperaturen keine nennenswerte Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit erreicht wird. Ihre Leitfähigkeit (Leitfähigkeit, spezifische) liegt deshalb unterhalb lO^Ocm)1. Bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauelementen mittels -? Planartechnik werden I. vielfältig angewendet, z. B. als Dielektrikum zur Isolation leitfähiger Halbleitergebiete bzw. Metalle voneinander, nach einer lithografischen Strukturierung als Maske für die Erzeugung leitfähiger Gebiete mittels Diffusion oder Implantation sowie als Schutzschicht zur Passivierung von Bauelementen. Des weiteren werden I. für Gehäuse von elektronischen Bauelementen und als Substratmaterial in der Hybrid-Tech-nik eingesetzt. 1) Elektrotechnik: allgemein ein Bauteil mit sehr geringer elektrischer Leitfähigkeit, das zur Isolation (d.h. zur Vermeidung von Irrströmen bzw. Energieverlusten) spannungsführender Teile in elektrischen Geräten und Einrichtungen benutzt wird. Dabei muss die Leitfähigkeit des Isolierstoffes mindestens um einen Faktor 105-106 kleiner sein als die des zu isolierenden leitenden Materials. Je nach Einsatzgebiet werden an den Isolierstoff sehr unterschiedliche mechanische, thermische und chemische Anforderungen gestellt. Bei zu hohen elektrischen Feldstärken bzw. bei zu hoher Erwärmung werden reale Isolatoren leitend (Durchschlag) oder mechanisch zerstört. Daher ist die Durchschlagfestigkeit bei Isolatoren von besonderer Wichtigkeit.

Eine wichtige Gruppe von Isolatoren, die beim Aufbau elektrischer Geräte bevorzugt angewendet wird, sind keramische Isolatoren, ausserdem solche aus Glas oder Papier (insbesondere in Kondensatoren oder Batterien). Glimmer zeichnet sich durch eine besonders hohe Durchschlagsfestigkeit aus. Formpressstoffe werden mit schnellhärtenden Kondensationsharzen hergestellt. Weiterhin gehören zu den isolierenden Baustoffen Kunststoffe, z.B. harte Thermoplaste wie Polystyrol oder Fluorkarbone wie Teflon. Eine zweite Gruppe sind die festen (z.B. Asphalte, Giessharze wie Epoxid-Harz) oder flüssigen (Öle oder flüssige Fluorkarbone) Füllstoffe. Die dritte grosse Gruppe sind die umhüllenden Isolierstoffe für Drähte, Kabel u.ä. Wichtig sind hier Faserstoffe (z.B. Baumwolle, Seide, oft mit Öl getränkt), Gummi, PVC und Polyethylen.

2) Dielektrikum.

3) Hochfrequenztechnik: Einwegleitung.

Isolator: Eigenschaften fester Isolierstoffe. (DK: Dielektrizitätskonstante)

 

Porzellan

Epoxidharz (zu 60 % mit Quarzmehl gefüllt)

Hochdruck-
Polyethylen

Dichte [g / cm3]

2,4

1,8

0,92

relative DK er (1 MHz, 20 °C)

6

4

2,3

Verlustfaktor bei 1 MHz, 20 °C

5 × 10-3

10-2

2 × 10-4

Wärmeleitfähigkeit [W / K m]

1,5-2,5

0,8

0,3

Durchschlagsfeldstärke Ed [kV / mm2]

20-40

15

75

 

 

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