Bei einer Metallkern-Leiterplatte trennt nur ein dünnes, wärmeleitendes Dielektrikum das Leiterbild vom Metallträger. In Netzteilen, LED-Treibern und Motorsteuerungen übernimmt diese Schicht oft die Schutzisolation. Auf der Zeichnung steht dann häufig nur „Hipot ××× V". Mit einem einzelnen Spannungswert kann die Fertigung nichts ausführen: AC oder DC, wie lange, ab welchem Leckstrom fehlerhaft, zwischen welchen Punkten, 100 % oder Stichprobe. Nichts davon ist festgelegt.
Dieser Beitrag beantwortet zwei Fragen: Welche Angaben machen aus der Anforderung eine Prüfbedingung? Welche Fertigungsschritte entscheiden, ob die Platte besteht?
Vorab: Der übliche 100-%-E-Test (Flying Probe oder Adapter) prüft Unterbrechungen und Kurzschlüsse. Er ist eine andere Prüfung als die Hochspannungsprüfung. SKPCB testet 100 % aller Aufträge elektrisch; die Hipot-Bedingungen müssen im Auftrag gesondert angegeben werden.
Was die Hochspannungsprüfung misst
Die Prüfung legt zwischen Leiterbild und Metallträger eine Spannung oberhalb der Betriebsspannung an, hält sie und prüft auf Durchschlag oder Leckstrom über dem Grenzwert. Sie beantwortet, ob die Isolation bei der vorgegebenen Spannung trennt. Wärmeleitung und Durchgang misst sie nicht.
Der Strom kann zwei Wege nehmen:
| Weg | Ort | Haupteinflüsse |
|---|---|---|
| Durch das Dielektrikum | Direkt unter dem Kupfer | Dicke, Lunker, Verunreinigungen, Kupfergrate |
| Kriechstrom oder Überschlag | Kanten, Bohrungsränder, Ritzlinie | Kupfer-Kanten-Abstand, Fräsgrate, freiliegendes Metall |
Viele Ausfälle liegen nicht am Dielektrikum selbst, sondern an Metall an Kante oder Bohrung, das zu nah am Leiter liegt.
Prüfbedingungen, die auf die Zeichnung gehören
| Angabe | Inhalt | Fehlt sie |
|---|---|---|
| Spannungsart | AC oder DC | Kriterien verschieden, Ergebnisse nicht vergleichbar |
| Prüfspannung | Wert und Quellnorm | Fertigung wählt nach Gewohnheit |
| Rampe und Haltezeit | Anstieg, Haltezeit in Sekunden | Andere Zeit, andere Ausbeute |
| Kriterium | Leckstromgrenze oder „kein Durchschlag, kein Überschlag" | Keine Entscheidung möglich |
| Prüfpunkte | Welche Netze an HV, Träger an Rückleiter | Falsche Punkte, keine echte Prüfung |
| Stichprobe | 100 % oder je Los | Kosten und Lieferzeit nicht kalkulierbar |
| Vorbehandlung | Feuchte- oder Temperaturschock vor der Prüfung | Besteht bei Auslieferung, fällt im Feld aus |
| Protokoll | Prüfprotokoll mit der Lieferung | Keine Rückverfolgbarkeit |
Prüfspannung und Leckstromgrenze kommen aus der Sicherheitsnorm des Endprodukts und werden vom Entwickler vorgegeben. Die Fertigung führt die Bedingung aus und dokumentiert sie; die Sicherheitsreserve legt sie nicht fest.
Prüfpunkte: welche Netze zusammengefasst werden
Üblich ist, alle Netze gemeinsam an den HV-Anschluss und den Metallträger an den Rückleiter zu legen. So wird die Isolation Kupfer–Träger der ganzen Platte in einem Schritt geprüft. Netze, die auf Trägerpotenzial liegen sollen (etwa eine Masse, die über eine Durchkontaktierung mit dem Aluminium verbunden ist), müssen ausgenommen werden. Sonst zeigt die Platte sofort einen Kurzschluss.
Die Zeichnung braucht deshalb eine Netzgruppierung: welche Netze geprüft werden und welche mit dem Träger verbunden sind. Fehlt sie, kommt die Hipot-Vorgabe meist als technische Rückfrage (EQ) zurück.
Fertigungsfaktoren, die über Bestehen entscheiden
Dicke und Gleichmäßigkeit des Dielektrikums. Dünneres Dielektrikum leitet Wärme besser und lässt weniger Spannungsreserve. Diesen Zielkonflikt behandelt Isolationsschicht von Aluminium-Leiterplatten: Wärme gegen Isolation. Dünnstellen, Lunker und Partikel nach dem Verpressen werden zu Durchschlagspunkten.
Kupfergrate und Ätzreste. Spitze Leiterecken und Kupfersplitter konzentrieren das Feld und schlagen bei gleicher Spannung zuerst durch.
Freiliegendes Metall in Bohrungen. Eine direkt durch den Träger gebohrte Bohrung legt Aluminium oder Kupfer an der Wand frei; zwischen Metallisierung und Träger gibt es keine Isolation. Zu isolierende Bohrungen werden meist im Träger größer vorgebohrt, mit Harz gefüllt und im Harz nachgebohrt. Die Zeichnung muss diese Bohrungen kennzeichnen.
Kantengrate und Ritzen. Stanzen, Fräsen und Ritzen hinterlassen Metallgrate oder ziehen Trägermetall über das Dielektrikum und verkürzen den Kriechweg. Bearbeitungsgrenzen siehe Aluminium-Leiterplatten: Fertigung und Bearbeitungsgrenzen.
Kupfer-Kanten-Abstand. Leiter nahe der Kante führen leichter zu Überschlag entlang der Kante. Je höher die Prüfspannung, desto mehr Rückzug muss im Layout eingeplant werden.
Trägerwerkstoff. Aluminium und Kupfer werden unterschiedlich bearbeitet, damit auch Kanten und Bohrungen. Siehe Metallkern: Aluminium- gegen Kupferträger in der Fertigung.
Checkliste vor der Freigabe
- Spannungsart, Prüfspannung und Quellnorm
- Rampe, Haltezeit, Leckstromgrenze
- Geprüfte Netze, mit dem Träger verbundene Netze
- 100 % oder Stichprobe, Stichprobenumfang
- Vorbehandlung, etwa Feuchtelagerung
- Bohrungen, die isoliert werden müssen
- Mindestabstand Kupfer–Kante und Kupfer–Bohrung
- Prüfprotokoll mit der Lieferung ja oder nein
Aluminium-Leiterplatten fertigt SKPCB bis 1500 mm Länge. Längere Platten haben mehr Kanten- und Ritzlänge, deshalb sollte die Gratkontrolle auf der Zeichnung stehen. Siehe Metallkern-Leiterplatten, Qualitätssicherung und, wenn die Unterlagen vollständig sind, Angebot anfordern.
FAQ
F: Ersetzt der 100-%-E-Test die Hochspannungsprüfung?
A: Nein. Der E-Test prüft Unterbrechung und Kurzschluss, die Hochspannungsprüfung die Isolation zwischen Kupfer und Metallträger. Beide getrennt vorgeben.
F: Welche Prüfspannung gehört auf die Zeichnung?
A: Der Wert aus der Sicherheitsnorm des Endprodukts, vorgegeben vom Entwickler. Die Quellnorm mit angeben, damit die Fertigung die Bedingung prüfen kann.
F: AC oder DC?
A: Was die Sicherheitsnorm verlangt. Kriterien und Leckstromwerte unterscheiden sich, deshalb muss eine Art festgelegt sein.
F: Warum schlagen Platten an der Kante durch?
A: Meist durch Kantengrate, verschmiertes Trägermetall an der Ritzlinie oder zu geringen Kupfer-Kanten-Abstand. Das Dielektrikum selbst ist oft intakt.
F: Was passiert mit Massenetzen, die mit dem Träger verbunden sind?
A: Sie werden von der Prüfung ausgenommen und in der Netzgruppierung markiert, sonst meldet die Prüfung einen Kurzschluss.
F: Ist eine 100-%-Prüfung nötig?
A: Das hängt von Sicherheitsklasse und Kundenvorgabe ab. 100 % und Stichprobe wirken sich unterschiedlich auf Kosten und Lieferzeit aus; bitte mit dem Auftrag angeben.