CTI-værdi og ionisk renhed for printkort

Pålidelig elektronik afhænger ikke kun af korrekte diagrammer, layouts og montering. Selve det ubestykkede printkorts kvalitet har også stor betydning for langsigtet feltpålidelighed. To ofte oversete, men vigtige indikatorer er CTI-værdien for basismaterialet og den ioniske renhed på det færdige kort. Tilsammen hjælper de med at reducere risikoen for lækstrømme, korrosion, elektrokemisk migration og tidlige fejl, især i fugtige eller kontaminerede omgivelser.

Hos Newmatik er disse emner relevante, fordi vi ikke bare monterer kort. Vi er ansvarlige for at levere elektroniske produkter, der forbliver stabile og sikre under reelle driftsforhold. Derfor er CTI og ionisk renhed ikke abstrakte laboratorieværdier; de er nyttige indikatorer ved valg af leverandører, formulering af indkøbskrav og vurdering af risiko i krævende anvendelser.

Hvad er CTI-værdien?

CTI står for Comparative Tracking Index. Det beskriver, hvor modstandsdygtigt et isoleringsmateriale er over for dannelse af ledende spor på overfladen under elektrisk belastning. Standardprøvningsmetoden er defineret i IEC 60112. I prøven placeres elektroder på materialet, der påføres vekselspænding, og en ledende prøvevæske dryppes på overfladen. Resultatet viser, hvor godt materialet modstår overfladesporing, før der opstår fejl.

Enklere sagt beskriver CTI, hvor svært det er for elektriciteten at ”finde en vej” hen over printkortsmaterialets overflade, når der er fugt, kontamination eller rester. Et godt billede er vand, der langsomt finder en vej hen over en porøs overflade. Jo lavere materialemodstand, jo lettere kan en sådan vej dannes. Jo højere CTI-værdi, jo mere modstandsdygtigt er materialet. Det betyder noget, fordi uønsket overfladeledning med tiden kan føre til isolationsnedbrud, lysbuer eller kulstofholdige spor, der permanent forringer isolationsydelsen.

Hvad betyder en høj CTI-værdi?

Ifølge ULs sammenfatning af IEC 60112-metoden inddeles isoleringsmaterialer ofte således:

En CTI-værdi over 600 betragtes som meget god og placerer materialet i Material Group I, den mest modstandsdygtige gruppe i denne inddeling. I praksis betyder det bedre modstand mod overfladesporing og bedre robusthed i ugunstige miljøforhold. Ved højere spændinger eller mere krævende anvendelser kan det understøtte en sikrere isolationsdimensionering og reducere pålidelighedsrisici.

Alligevel må CTI ikke misforstås. IEC 60112 angiver udtrykkeligt, at CTI-resultater ikke i sig selv er tilstrækkelige til at fastlægge sikre krybeafstande i et færdigt produkt. Korrekt isolationsdesign må også tage hensyn til den gældende udstyrsstandard, arbejdsspænding, forureningsgrad, overspændingskategori og krav til krybeafstand, for eksempel efter IEC 60664-1. En høj CTI-værdi er vigtig, men den er kun én del af isolationsbilledet.

Hvorfor CTI betyder noget ved printkortsindkøb

Ved printkortsindkøb er CTI primært en parameter for materialekvalitet og risikostyring. Hvis et kort skal bruges i et miljø med fugt, støv, kondens eller anden kontaminationsrisiko, giver et bedre basismateriale ekstra sikkerhedsmargin. Det er særligt relevant for produkter med højere spændinger, små afstande, lang forventet levetid eller sikkerhedsrelaterede funktioner.

Ud fra et forretningsmæssigt perspektiv kan krav om højere CTI-materiale hjælpe med at undgå skjulte omkostninger senere: færre pålidelighedsproblemer, færre returvarer og mindre fejlsøgningsindsats i feltet. Af den grund kan det være rimeligt at kræve en defineret CTI-klasse fra printkortfabrikanten, især når produktets driftsforhold er krævende.

Hvad er ionisk renhed?

Selv et godt basismateriale kan blive upålideligt, hvis printkortoverfladen er kontamineret. Under printkortsproduktion anvendes mange kemikalier, herunder ætsere, rengøringsmidler, salter og syrer. Hvis disse rester ikke fjernes tilstrækkeligt, kan de blive på det færdige kort. I nærvær af fugt kan sådanne rester blive ledende og fremme lækstrøm, korrosion, dendritvækst og andre elektrokemiske fejlmekanismer.

Derfor er ionisk renhed en vigtig kvalitetsegenskab. Det handler ikke primært om synlig snavs. Et kort kan se helt rent ud og stadig bære nok ioniske rester til at skabe langsigtede problemer under forkerte miljøforhold.

Hvordan måles ionisk renhed?

En bredt anvendt metode er ROSE-testen, som står for Resistivity of Solvent Extract. IPC-metoden er IPC-TM-650 2.3.25, med titlen Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE). I metoden udvindes ioniske rester fra kortet med en kontrolleret opløsningsblanding baseret på 2-propanol (isopropylalkohol) og deioniseret vand, og ændringen i ledningsevne eller resistivitet måles. Resultatet udtrykkes typisk som mikrogram NaCl-ækvivalent pr. kvadratcentimeter.

En vigtig detalje er, at denne værdi ikke betyder, at kortet bogstaveligt indeholder natriumchlorid. IPC forklarer, at resultatet angives som NaCl-ækvivalent, fordi kontaminationen viser en elektrisk ledningsevne, der svarer til den mængde opløst NaCl.

En praktisk grænse: 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent

For ubestykkede printkort refereres værdien 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent ofte til som praktisk renhedskrav og knyttes i brugen til renhedskrav for ubestykkede kort i IPC-6012. Sekundære branchekilder og IPC-relateret undervisningsmateriale refererer fortsat til denne værdi for ubestykkede kort, selv om den bredere IPC-diskussion om renhed er blevet mere nuanceret over tid.

Et rimeligt indgående kvalitetskrav baseret på denne grænse kan formuleres således:

Printkortfabrikanten skal dokumentere ionisk renhed efter IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Den målte kontamination må ikke overstige 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent. En ionkontaminationsrapport pr. batch bør leveres med hver leverance.

Det giver et dokumenteret, målbart grundlag for leverandørstyring.

Vigtig begrænsning ved ROSE-testen

ROSE-testen er nyttig, men den er ikke fejlfri. IPC bemærker, at metoden ikke registrerer rester, som ikke opløses ved udtrækningsprocessen, herunder visse indespærrede eller uopløselige ioniske kontaminanter, og den måler ikke ikke-ioniske rester. Med andre ord er et bestået ROSE-resultat værdifuldt, men det er ikke en absolut garanti for, at enhver tænkelig renhedsrelateret pålidelighedsrisiko er elimineret.

IPC er også gået bort fra at behandle det gamle tal 1.56 ug/cm2 som universelt pålidelighedsbevis for al monteret elektronik. J-STD-001 understreger nu, at ROSE-tallet alene, uden andet understøttende objektivt bevis, ikke er tilstrækkeligt grundlag for kvalifikation af en monteringsrengøringsproces. Den ændring vedrører primært monterede kort og proceskvalifikation, men giver stadig nyttig kontekst: ROSE forstås bedst som et screening- og processtyringsværktøj, ikke som fuld erstatning for dybere pålidelighedsvalidering, når risikoen er høj.

Praktiske anbefalinger

Den mest fornuftige tilgang er hverken at overkomplicere kravet eller at forenkle det for meget:

• Specificer basismaterialets CTI, når isolationsrobusthed betyder noget, især for produkter udsat for fugt, kontamination eller højere elektrisk belastning. CTI over 600 indikerer materiale i høj kvalitet med stærk modstand mod overfladesporing.
• Kræv dokumentation for ionisk renhed fra printkortleverandøren, helst én ROSE-rapport pr. batch. Det understøtter proceskonsistens og reducerer risikoen for fejl på grund af kontamination.
• Betragt ROSE som et praktisk kontrolmål, ikke en universel garanti. Hvis en anvendelse er særligt følsom, kan yderligere metoder som ionkromatografi eller bredere pålidelighedsvalidering være berettiget. IPC og branchevejledning understøtter i stigende grad denne mere evidensbaserede tilgang.

Eksempel på formuleringer i kravspecifikationer

Følgende formuleringer er egnede til indkøbsdokumenter eller tekniske krav:

CTI-værdi: Printkortsbasismaterialet skal have CTI-værdi > 600 i overensstemmelse med IEC 60112, medmindre andet er aftalt for den konkrete anvendelse.

Ionisk renhed: Printkortfabrikanten skal dokumentere ionisk renhed i overensstemmelse med IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Kontaminationsniveauet må ikke overstige 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent. En ionkontaminationsrapport pr. batch skal leveres med hver leverance.

Konklusion

CTI-værdi og ionisk renhed adresserer to forskellige, men beslægtede pålidelighedsrisici. CTI-værdien beskriver, hvor godt basismaterialet modstår dannelse af ledende baner under elektrisk belastning, mens ionisk renhed viser, om produktionsrester kan udløse lækstrømme, korrosion eller elektrokemisk migration over tid.

At stille begge krav ved indkøb af ubestykkede kort understøtter det, der betyder mest i produktionen: stabile processer, pålidelige produkter og færre feltfejl.

Kilder

• IEC 60112:2025 -- Method for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulating materials
• UL Solutions -- Comparative Tracking Index (CTI) IEC 60112
• IPC-TM-650 2.3.25 -- Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE)
• J-STD-001 amendment -- ROSE / objective evidence requirements for assembly process qualification
• IPC-6012 -- Bare board cleanliness requirements (industry reference for the 1.56 ug/cm2 limit)