Kriechstromfestigkeit

Die Kriechstromfestigkeit kennzeichnet die Isolationsfestigkeit der Oberfläche (Kriechstrecke) von Isolierstoffen, insbesondere unter Einwirkung von Feuchtigkeit und Verunreinigungen. Sie definiert den maximalen Kriechstrom, der sich unter genormten Prüfbedingungen (vorgegebene Spannung, Leitschichtmaterial) in einer definierten Prüfanordnung (Elektrodenabstand, Elektrodenform) einstellen darf.

Allgemeines

Zur Erhöhung der Kriechstromfestigkeit einer Leiterplatte sind zwischen den Leiterbahnen und unter den Bauteilen Schlitze gefräst. Die Abbildung zeigt eine Hochspannungskaskade aus einem Laserdrucker.

Eine hohe Kriechstromfestigkeit bedeutet, dass messbare Ströme auf der Oberfläche des Prüfkörpers erst bei Anlegen einer entsprechend hohen Spannung entstehen.

Bei der Leiterplattenherstellung und bei deren Entwurf, wo die Abstände zwischen den Strukturelementen nur wenige 10 µm betragen können, ist eine hohe Kriechstromfestigkeit des Trägermaterials von großer Bedeutung.

Isolierstoffe zur Schutzisolation und bei Hochspannung müssen eine hohe Kriechstromfestigkeit besitzen, die Kriechstrecken (Abstand der spannungsführenden Teile entlang der Oberfläche des Isolierstoffes) dürfen bestimmte Werte nicht unterschreiten. Die Durchschlagsfestigkeit einer Kriechstrecke ist oft geringer als die einer gleich langen Luftstrecke, auch wenn der Isolierstoff selbst gut isoliert.

Die Kriechstromfestigkeit eines Isolierstoffes wird durch dessen Wasseraufnahmevermögen und sein Verhalten bei thermischer und ionisierender (Vorentladungen) Beanspruchung beeinflusst.

Bestimmung der Kriechstromfestigkeit

Messanordnung zur Ermittlung der Kriechstromfestigkeit

Die Kriechstromfestigkeit wird mit dem CTI-Wert (englisch Comparative Tracking Index) bestimmt und mit dem PTI-Wert (englisch Proof Tracking Index) geprüft. ^[1] Der CTI-Wert sagt aus, bis zu welcher Spannung das Basismaterial kein Tracking (Basismaterial wird unter Spannung leitfähig) zeigt, wenn 50 Tropfen genormter Elektrolytlösungen (A oder B, dementsprechend KA- oder KB-Wert) aufgetropft werden. Gemessen wird auf der abgeätzten Oberfläche, wobei alle 30 Sekunden ein Tropfen zwischen zwei Platin-Elektroden fällt. Ausfallkriterium ist ein Kriechstrom von > 0,5 A. Einzelheiten zum Messverfahren des CTI-Werts sind in der IEC 60112 geregelt.

Typische CTI-Werte einiger Materialien:^[2]

• Phenolharz: 125
• Polyimid, Kapton: 150
• FR4 (Leiterplatten-Basismaterial, glasfaserverstärktes Epoxidharz): ≥ 175/250
• FR4 Typ KF: 400
• PE-LD, PE-HD (Polyethylen): 600
• Polyesterharz: 600
• PTFE (Polytetrafluorethylen): 600

Der CTI-Wert ist nur für Spannungen bis 600 V genormt. Für höhere Spannungen gibt es zusätzlich die Möglichkeit der Prüfung einer Hochspannungskriechstromfestigkeit (sog. IPT-Wert von eng. Inclined Plane Tracking).^[3]

Zusammenhang zu Isolierstoffgruppen

Die Norm EN50124 stellt einen Zusammenhang zwischen Isolierstoffgruppen und dem CTI-Wert her:

• Isolierstoffgruppe I CTI > 600
• Isolierstoffgruppe II 400 < CTI < 600
• Isolierstoffgruppe IIIa 175 < CTI < 400 (FR4)
• Isolierstoffgruppe IIIb 100 < CTI < 175

Siehe auch

• Isolationskoordination

Literatur / Einzelnachweise

• Hochspannungstechnik, Skriptum des Institutes für Hochspannungstechnik und Systemmanagement; TU Graz, 2005, 125 Seiten