Alle Leiterplattenhersteller geben Versprechen hinsichtlich Qualitätskontrolle und Standards ab. Entscheidend ist jedoch, inwieweit sie diese Garantien auch einhalten. Hier spielen Qualitätsprüfberichte eine zentrale Rolle. Sie belegen, dass der Leiterplattenhersteller die geforderten Standards erfüllt.
Führende Leiterplattenhersteller lassen ihre Referenzlaminatmaterialien und fertigen Leiterplatten regelmäßig von unabhängigen Laboren prüfen. Diese Berichte geben Ihnen nicht nur Sicherheit, sondern sind auch von unschätzbarem Wert für Prozesse wie Design und Materialauswahl, laufende Prozessüberwachung, Fehleranalyse, Qualitätsprüfung und Zuverlässigkeitsprognose, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Zertifizierung. „Qualitätsprüfberichte sind ein wichtiger Bestandteil der Kundenbetreuung durch Leiterplattenhersteller“, erklärt Ben, Senior Engineer bei PCBWay. „Es geht nicht nur darum, Qualitätsversprechen zu untermauern, sondern auch darum, Ingenieuren die Informationen bereitzustellen, die sie benötigen, um Produktdesign und Fertigung so schnell und einfach wie möglich zu gestalten.“

PCBWay ist ein hervorragendes Beispiel dafür und veröffentlicht nicht weniger als 14 Qualitätsprüfberichte [https://www.pcbway.com/oem/quality-control.html], die auf Tests von Centre Testing International (CTI), einem akkreditierten unabhängigen Prüflabor, basieren. Jeder Test wird nach Industriestandards durchgeführt, sodass Kunden die Ergebnisse von Herstellern weltweit vergleichen können. Dadurch sind die Berichte auch direkt für Demonstrationen der IPC-Abnahmestandards anwendbar.
Als Produktdesigner oder Elektronikingenieur können Sie anhand dieser Berichte sicherstellen, dass die Hardware des Endprodukts Ihrer Layer-Konfiguration und Materialauswahl entspricht und die erforderliche Zuverlässigkeit, Sicherheit und Langlebigkeit bietet.

Thermomechanische Prüfungen
sind beispielsweise unerlässlich, um das Verhalten von Leiterplatten unter Hitzeeinwirkung während der Montage und im Betrieb zu ermitteln.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) ist wohl die wichtigste Laminatspezifikation für Ingenieure, die Leiterplatten für bleifreie Lötverfahren oder für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen entwickeln. Sie bezeichnet die Temperatur, bei der das Harzbindemittel des Laminats seine glasartige Steifigkeit verliert und in einen viskoelastischen Zustand übergeht. Dieser Übergang findet in einem bestimmten Temperaturbereich statt, wobei die Testergebnisse üblicherweise als Mittelwert angegeben werden. Je höher die Tg-Temperatur, desto besser, da eine Überschreitung zu Dimensionsverlust und Anfälligkeit für Delamination und mechanische Beschädigung führen kann.
Der branchenübliche Tg-Wert für Standard-FR4-Leiterplatten liegt bei 130–140 °C. PCBWay übertrifft diesen Wert jedoch deutlich und erreicht 169,61 °C.
Die Delaminationszeit (T260, T288 und T300) misst, wie lange ein Laminat einer bestimmten Temperatur standhält, bevor sich die Schichten trennen. Die Temperatur ist ein besserer Indikator für die Gesamtlebensdauer der Leiterplatte als die Glasübergangstemperatur (Tg) allein. Die am häufigsten zitierte Spezifikation ist T288, die die Zeit bis zur Delamination bei 288 °C bewertet. Der Industriestandard liegt typischerweise bei 5 bis 10 Minuten für hochzuverlässige Leiterplatten, doch die Tests von PCBWay zeigen durchweg Zeiten über dem oberen Grenzwert der Skala.

Hohe Temperaturen führen außerdem zur Zersetzung des Leiterplattenharzes, was Massenverlust und verringerte Festigkeit zur Folge hat. Die meisten Leiterplattenhersteller streben eine Zersetzungstemperatur (Td) von 325 °C an, während PCBWay in seinen jüngsten Tests etwas über 345 °C erreichte.
Damit verbunden ist der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE): Er gibt an, wie stark sich die Leiterplatte bei jeder Temperaturänderung um ein Grad relativ zur Tg ausdehnt oder zusammenzieht. Da das Laminat mit Glasfasergewebe verstärkt ist, ist die Ausdehnung entlang der Achsen in der Ebene (X und Y) sehr gering. Die Ausdehnung entlang der Z-Achse (Platinendicke) kann jedoch während des Reflow-Lötens und der Temperaturwechselbeanspruchung erhebliche Spannungen auf metallisierte Durchkontaktierungen, Vias und Lötstellen ausüben. Dies kann zu Zylinderrissen, Ablösungen von Lötpads und intermittierenden Öffnungen führen. Bei Temperaturen unterhalb der Glasübergangstemperatur (Tg) liegt der typische Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) bei 50–70 ppm/°C. PCBWay unterbietet diesen Wert mit einem Testergebnis von 37,4 ppm/°C deutlich.
Diese hohen Standards gewährleisten wesentlich größere Sicherheitsmargen sowohl in der Fertigung als auch im Endeinsatz.

Dimensions- und Strukturintegrität:
Hitze ist nicht der einzige Faktor. Es gibt wichtige mechanische und strukturelle Aspekte, wie die Planheit der Leiterplatte (Verzug und Verdrehung), die Überprüfung der Integrität von Füllmaterialien und internen Verbindungen (Mikro-Kletterschnitt- oder OM-Inspektion) sowie die Sicherstellung der Lötstopplackhaftung (auch bekannt als Rastertest).
Diese physikalischen Aspekte der Leiterplatte werden oft als selbstverständlich angesehen. Im Falle von Verzug und Verdrehung kann beispielsweise jede Leiterplatte mit SMT-Bauteilen, die eine Verzerrung von mehr als 0,75 % aufweist, Probleme wie den „Tombstone“-Effekt oder Lötstellenfehler in BGA-Gehäusen verursachen. Dies muss unbedingt kontrolliert werden. Tests von PCBWay zeigen eine Verdrehung von nur 0,16 % und einen Verzug von 0,12 %.
Die Größe ist ein weiterer Faktor, der zwar offensichtlich erscheint, aber subtile Auswirkungen haben kann. Man könnte erwarten, dass die Leiterplatte die exakten Abmessungen aufweist und die Bohrungen an den in den Gerber-Dateien angegebenen Positionen angebracht sind. Alle Fertigungsprozesse haben jedoch gewisse Toleranzen, und es ist wichtig zu wissen, dass diese akzeptabel sind. Der Dimensionierungsbericht umfasst die Abmessungen der fertigen Leiterplatte, die Positionen der Bohrungen, die Schrumpfung/Expansion der Leiterbahnen und gegebenenfalls die Lagenregistrierung. Er stellt sicher, dass die gefertigte Leiterplatte in das Gehäuse, die Steckverbinder und die Gehäuse passt und dass die Footprints mit den Bauteilen übereinstimmen.
Neben der Gewährleistung der Passgenauigkeit auf der Leiterplatte stellt eine präzise Dimensionierung auch sicher, dass die Leiterplatte keine Probleme mit Gehäusen, Montagevorrichtungen und anderen Produktkomponenten verursacht, insbesondere dort, wo die Leiterplatte mit anderen elektronischen Bauteilen interagiert (z. B. über einen Leiterplattenrandstecker). Neben Zuverlässigkeits- und Fertigungsproblemen kann eine ungenaue Dimensionierung auch Signalintegritäts- und Lötprobleme verursachen.
Zudem kann sie Auswirkungen auf die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Zertifizierungen haben. Faktoren wie Sicherheitsabstände – beispielsweise zwischen den Hoch- und Niedrigleistungsbereichen der Leiterplatte – müssen im Endprodukt gewährleistet sein.
Typische Industriestandards umfassen ±0,1 mm für die Leiterplattenkontur, ±10 % für die Dicke und ±50–75 µm für die Bohrlochposition, die Toleranzen der endgültigen Lochgröße und die Toleranzen der Lagenregistrierung.

Elektrische und chemische Leistungsfähigkeit:
Ein wichtiges Kriterium für viele Ingenieure ist die Hochspannungsfestigkeit ihrer Leiterplatten.
Der Spannungsfestigkeitstest (auch bekannt als dielektrischer Spannungsfestigkeitstest oder Hochspannungstest) überprüft, ob das Leiterplattenlaminat (bzw. die Lötstoppmaske über den Leiterpaaren) eine Minute lang einer Spannung von 1000 V DC bei einer kontrollierten Anstiegsrate von 100 V/s standhält, ohne dass es zu Entladungen, Oberflächenentladungen, Funkenentladungen oder übermäßigen Leckströmen kommt. Es handelt sich um einen einfachen Test mit Bestehen/Nichtbestehen.
Er ist ein wichtiger Test für die Zertifizierung netzbetriebener Geräte. Bei Medizinprodukten ist die Einhaltung der Anforderungen an den Patientenschutz (MOPP) und den Bedienerschutz (MOOP) unerlässlich.
Damit verbunden ist die Durchschlagspannung. An die Testprobe wird eine Wechselspannung angelegt, die mit 500 V/s ansteigt, bis ein katastrophaler Anstieg des Leckstroms oder eine sichtbare Lichtbogenentladung auftritt. Dies liefert eine absolute Obergrenze für die dielektrische Festigkeit des Laminats unter Wechselstromanregung.
Bei leistungselektronischen Schaltungen wie Motoren, unterbrechungsfreien Stromversorgungen, Wechselrichtern und anderen Anwendungen, bei denen Hochspannungsleiter auf der Leiterplattenoberfläche isoliert werden müssen, ist die Durchbruchspannung der Lötstoppmaske ein kritischer Parameter. Mithilfe dieser Werte kann der Entwickler die maximal zulässige elektrische Feldstärke unter der Lötstoppmaske ableiten und den minimalen Sicherheitsabstand zwischen den Leitern bestimmen.

Stabile Schichten:
Eine Leiterplatte ist alles andere als einfach. Sie besteht aus laminierten Substraten, Leiterbahnen und Kupferschichten. Daher ist die Festigkeit der Verbindung dieser Schichten von entscheidender Bedeutung. Die Haftfestigkeit
misst die Qualität der Haftung zwischen Laminat und Folie. Eine mangelhafte Haftung stellt ein latentes Risiko dar, das sich in Form von abgelösten Lötpads beim manuellen Löten oder Nacharbeiten, Delamination unter Temperaturschocks und Ablösung von Leiterbahnen unter mechanischer Vibration äußert – allesamt Hauptursachen für Produktausfälle im praktischen Einsatz.
Der Test misst die Kraft, die erforderlich ist, um das Ablösen einer Kupferfolie vom Laminat zu verhindern. Das Ergebnis ist der Mittelwert mehrerer Messungen. Für Standard-FR-4-Leiterplatten liegt die Faustregel bei 100–120 N, die Testmuster von PCBWay erreichten jedoch einen Durchschnittswert von ca. 220 N.
Die Haftfestigkeit nimmt bei hohen Temperaturen ab, weshalb ein hoher Tg-Wert wichtig ist.

Auch Feuchtigkeitsaufnahme kann Probleme in der Fertigung und hinsichtlich der Langzeitstabilität verursachen. Beispielsweise kann im Laminat eingeschlossene Feuchtigkeit während des Reflow-Lötens verdunsten und einen inneren Dampfdruck erzeugen, der zu Popcorn-Effekt, Delamination und Blasenbildung führt. Bei manchen Produkten, wie z. B. HF-/Mikrowellen-Leiterplatten, ist die Wasseraufnahme aufgrund der Einsatzbedingungen ein wichtiges Kriterium bei der Materialauswahl.
Nimmt eine Leiterplatte Wasser auf, erhöht sich ihre Masse. Die maximale Zunahme, die in der Norm IPC-4101 für FR-4 angegeben ist, beträgt 0,32 %, wobei die Werte von PCBWay mit 0,08 % viermal besser sind.

Produktionsqualität
. Es gibt auch Tests, die sich direkt auf die Qualität der Leiterplattenproduktion beziehen.

Der erste davon ist die Porositätsprüfung, ein wichtiger Faktor für jede Leiterplatte mit Goldoberfläche (typischerweise chemisches Nickel-Immersionsgold, ENIG), insbesondere für solche, die rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein können. Mikroskopisch kleine Poren auf der Goldoberfläche können das darunterliegende Nickel oder Kupfer freilegen, Korrosion begünstigen und zum sogenannten „Black Pad“-Syndrom führen. Dies verursacht schlechte Lötstellen und BGA-Verbindungsfehler, die möglicherweise erst im Feldeinsatz erkennbar sind.
Die Leiterplatten werden Salpetersäuredampf ausgesetzt und anschließend in eine Reaktionslösung getaucht. Diese reagiert mit freiliegendem Kupfer oder Nickel und erzeugt sichtbare Korrosionsflecken. Diese werden gezählt und in drei Durchmesserkategorien eingeteilt: ≤ 0,05 mm, 0,05–0,51 mm und ≥ 0,51 mm. Je niedriger der Wert, desto besser. Der aktuellste PCBWay-Bericht weist in allen Kategorien die Bestnote null aus.
Abschließend misst der Reinheitstest die Gesamtmenge ionisierbarer (ionischer) Verunreinigungen auf der Leiterplattenoberfläche. Diese stammen von Flussmittelaktivatoren (organische Säuren, halogenierte Aktivatoren), Galvanisierchemikalien, Ätzlösungen und Verunreinigungen durch die Handhabung. Sie können elektrochemische Migration (ECM), auch bekannt als Bildung leitfähiger Anodenfilamente (CAF), und dendritisches Wachstum verursachen. In Gegenwart von Feuchtigkeit und einem Gleichfeld wandern gelöste Ionen unter dem Einfluss der elektromotorischen Kraft und bilden leitfähige Metallfilamente zwischen benachbarten Leitern. Dies führt zu Leckströmen, intermittierenden Kurzschlüssen und letztendlich zu schwerwiegenden Ausfällen.
Die Leiterplatte wird mit einem Lösungsmittelgemisch gewaschen, dessen Leitfähigkeit anschließend gemessen und das Ergebnis auf die Salzmasse pro Flächeneinheit der Leiterplatte normiert wird. Der IPC-Wert muss unter 1,0 µg/cm² liegen. Der PCBWay-Bericht weist jedoch einen deutlich besseren Wert von 0,19 µg/cm² aus, das Ergebnis eines gut kontrollierten Reinigungsprozesses und eines Flussmittels mit minimalen Rückständen dank hoher Prozesskontrollstandards.

So nutzen Sie die Berichte
: „Diese Berichte sind keine kryptischen technischen Dokumente, sondern Werkzeuge für die tägliche Arbeit von Ingenieuren“, erklärt Ben. „Sie liefern fundierte, praxisnahe Daten, die viele der Annahmen untermauern, die Ingenieure im Designprozess treffen müssen.“
Ingenieure können die Werte für Glasübergangstemperatur (Tg), Verdichtungstemperatur (Td), Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE), Dicke, dielektrische Daten und Gewebestruktur mit ihren Simulations- und Zuverlässigkeitsannahmen hinsichtlich Verlustleistung, Impedanz und Lebensdauer von Durchkontaktierungen vergleichen und so ihre Annahmen zum Schichtaufbau validieren. Abmessungen, Biege-/Verdrehungsfestigkeit und Mikroquerschnitte bestätigen, dass der Hersteller die erforderlichen mechanischen Toleranzen für Steckverbinder, Gehäuse und schwere Bauteile einhalten kann. Darüber hinaus unterstützen die Berichte Ingenieure bei der Auswahl der geeigneten Laminate.
Bei Erstmusterprüfungen (FAI) liefern Berichte zu Abmessungen, Mikroquerschnitten, CTE/Tg, Sperrschichtfestigkeit und Reinheit wichtige Daten für die Zertifizierung einer neuen Leiterplatte oder eines neuen Lieferanten, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie.
Diese Daten können auch zur Berechnung der mittleren Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) eines Produkts verwendet werden.
Signalintegritätsingenieure nutzen häufig Wasserabsorptions- und Mikro-Querschnittsanalysen, um sicherzustellen, dass die dielektrische Dicke nicht wesentlich von den Designvorgaben abweicht. Andernfalls kann sich die Leiterbahnimpedanz ändern, was zu Signalreflexionen und Datenfehlern auf Hochgeschwindigkeitsbussen wie PCIe oder DDR4 führen kann. Originalgerätehersteller (OEMs
) können diese Berichte mit den Teams für Entwicklung, Qualitätssicherung und Einkauf teilen, um eine dokumentierte Qualitätshistorie zu führen und Material- oder Lieferantenwechsel bei behördlichen Audits zu begründen. Der Nachweis dieser Tests ist oft Teil der Lieferantenqualifizierung oder regelmäßiger Audits (z. B. für die Qualitätsmanagementdokumentation nach ISO 9001).
Auch während der Produktion des Endprodukts können die Berichte die laufende Prozessüberwachung unterstützen. Periodische Querschnitts-, Reinheits- und Biege-/Verdrehungsmessungen dienen als Prozesskontrollkennzahlen und werden in Inspektionsberichten dokumentiert, um die statistische Stabilität nachzuweisen und gegebenenfalls Korrekturmaßnahmen einzuleiten.
Wenn eine Produktcharge im Feld ausfällt, konsultieren die Ingenieure in der Regel direkt die Berichte zur Reinheit und zur Zeit bis zur Delamination, um festzustellen, ob diese auf potenzielles dendritisches Wachstum hinweisen.

Regulierung und Zertifizierung.
Der wohl größte Vorteil von Berichten liegt in der Erleichterung der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Zertifizierungsprozesse.
Beispielsweise verlangt UL 796 (die Norm der Underwriters Laboratories für Leiterplatten) von Herstellern die Überwachung der Glasübergangstemperatur (Tg) und der Sperrschichtfestigkeit.
Projekte in der Automobil- und Luftfahrtindustrie benötigen zuverlässige Nachweise über Temperaturwechselbeanspruchung, Vibrationen, Feuchtigkeitsschwankungen und Lagerung bei hohen Temperaturen. Messungen des Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE), der Glasübergangstemperatur (Tg), der Sperrschichtfestigkeit, der Biege-/Verdrehfestigkeit, der Dehnung und der Reinheit auf Leiterplattenebene sind Schlüsselelemente in Qualifizierungsberichten und Kontrollplänen.
Reinheitsberichte sind für Medizinprodukte der Klasse II/III gemäß ISO 13485 obligatorisch. Ionische Verunreinigungen können Leckströme verursachen, die empfindliche biologische Signale stören oder im Extremfall die Patientensicherheit gefährden.
Ebenso basieren Sicherheitsstandards wie IEC 62368-1 (TI/AV), IEC 60601-1 (Medizinprodukte) und ihre UL-Äquivalente auf zuverlässigen Daten zu Faktoren wie Spannungsfestigkeit/Durchschlagfestigkeit, Maßgenauigkeit und anderen, um die Robustheit des Leiterplattendesigns zu gewährleisten.
Der Bericht über die Querschnittsmikroschnitte ist der primäre Nachweis dafür, dass eine Platine die Anforderungen der Klasse 3 (wie z. B. die Mindestkupferabdeckung entlang der Kurve eines Lochs) für die AS9100-Zertifizierung in der Luft- und Raumfahrt- sowie der Verteidigungsindustrie erfüllt.

Die Vorteile nutzen
„Für Ingenieure sind Qualitätsprüfberichte ein Schlüsselfaktor“, sagt Ben. „Sie bestätigen nicht nur die Einhaltung der technischen Normen, sondern geben ihnen auch die Gewissheit, dass ihre Konstruktionen erfolgreich sein werden. Deshalb streben wir stets danach, die Branchenstandards zu übertreffen.“