Une électronique fiable ne repose pas uniquement sur des schémas, des routages et un assemblage corrects. La qualité du circuit imprimé nu influe elle aussi fortement sur la fiabilité sur le terrain à long terme. Deux indicateurs souvent négligés mais importants sont la valeur CTI du matériau de base et la propreté ionique de la carte finie. Ensemble, ils contribuent à réduire le risque de courants de fuite, de corrosion, de migration électrochimique et de défaillance prématurée, surtout dans des environnements humides ou contaminés.
Chez Newmatik, ces sujets sont pertinents parce que nous ne nous contentons pas d'assembler des cartes. Nous sommes tenus de livrer des produits électroniques qui restent stables et sûrs dans des conditions réelles d'exploitation. Pour cette raison, la CTI et la propreté ionique ne sont pas de simples valeurs de laboratoire abstraites ; ce sont des repères utiles pour choisir des fournisseurs, définir des exigences d'achat et évaluer les risques pour des applications exigeantes.
Qu'est-ce que la valeur CTI ?
CTI signifie Comparative Tracking Index. Elle décrit la résistance d'un matériau isolant à la formation de voies conductrices en surface sous contrainte électrique. La méthode d'essai normalisée est définie dans IEC 60112. Au cours de l'essai, des électrodes sont placées sur le matériau, une tension alternative est appliquée, et un liquide d'essai conducteur est déposé goutte à goutte sur la surface. Le résultat indique dans quelle mesure le matériau résiste au tracking de surface avant défaillance.
En termes plus simples, la CTI décrit la difficulté pour le courant de « se frayer un chemin » à la surface du matériau du PCB lorsque présence d'humidité, de contamination ou de résidus. Une image utile est celle de l'eau qui chemine lentement sur une surface poreuse. Plus la résistance du matériau est faible, plus il est facile pour un tel chemin de se former. Plus la valeur CTI est élevée, plus le matériau est résistant. Cela compte parce qu'une conduction de surface indésirable peut finir par provoquer une rupture d'isolement, un arc ou des pistes carbonisées qui réduisent durablement les performances d'isolation.
Que signifie une valeur CTI élevée ?
Selon la synthèse par UL de la méthode IEC 60112, les matériaux isolants sont couramment répartis comme suit :
| Groupe de matériau | Plage CTI |
|---|---|
| Groupe I | CTI >= 600 |
| Groupe II | 400 <= CTI < 600 |
| Groupe IIIa | 175 <= CTI < 400 |
| Groupe IIIb | 100 <= CTI < 175 |
Une valeur CTI supérieure à 600 est considérée comme très bonne et place le matériau dans le groupe I, le plus résistant de cette classification. En pratique, cela signifie une meilleure résistance au tracking de surface et une meilleure tenue dans des conditions d'environnement défavorables. Pour des applications sous tension plus élevée ou plus exigeantes, cela peut soutenir une conception d'isolation plus sûre et réduire les risques de fiabilité.
Cela dit, la CTI ne doit pas être mal interprétée. IEC 60112 précise explicitement que les résultats CTI ne suffisent pas à eux seuls pour déterminer des distances de lignes de fuite sûres sur un produit fini. Une conception d'isolation correcte doit aussi tenir compte de la norme d'équipement applicable, de la tension de service, du degré de pollution, de la catégorie de surtension et des exigences sur les distances de lignes de fuite, par exemple selon IEC 60664-1. Une valeur CTI élevée est importante, mais elle n'est qu'un élément du dispositif d'isolation.
Pourquoi la CTI compte pour l'achat de circuits imprimés
Pour l'achat de PCB, la CTI est surtout un paramètre de qualité matériau et de gestion des risques. Si une carte doit être utilisée dans un environnement avec humidité, poussières, condensation ou autre risque de contamination, un meilleur matériau de base apporte une marge de sécurité supplémentaire. C'est particulièrement pertinent pour les produits sous tensions plus élevées, avec des espacements réduits, une longue durée de vie attendue ou des fonctions liées à la sécurité.
Sur le plan commercial, spécifier un matériau à CTI plus élevé peut éviter des coûts cachés plus tard : moins de problèmes de fiabilité, moins de retours et moins d'investigations sur le terrain. Pour cette raison, exiger une classe CTI définie auprès du fabricant de circuits imprimés peut être une exigence raisonnable, surtout lorsque les conditions d'exploitation du produit sont sévères.
Qu'est-ce que la propreté ionique ?
Un bon matériau de base peut devenir peu fiable si la surface du PCB est contaminée. Au cours de la fabrication, de nombreux produits chimiques sont utilisés : gravants, nettoyants, sels, acides. Si ces résidus ne sont pas suffisamment éliminés, ils peuvent rester en surface sur la carte finie. En présence d'humidité, de tels résidus peuvent devenir conducteurs et favoriser les courants de fuite, la corrosion, la croissance dendritique et d'autres mécanismes de défaillance électrochimique.
C'est pourquoi la propreté ionique est une caractéristique de qualité importante. Il ne s'agit pas d'abord de saleté visible. Une carte peut paraître parfaitement propre et porter encore assez de résidus ioniques pour créer des problèmes à long terme dans de mauvaises conditions d'environnement.
Comment teste-t-on la propreté ionique ?
Une méthode largement utilisée est le test ROSE, pour Resistivity of Solvent Extract. La méthode IPC est IPC-TM-650 2.3.25, intitulée Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE). Dans cette méthode, les résidus ioniques sont extraits de la carte à l'aide d'un mélange de solvant contrôlé à base de 2-propanol (alcool isopropylique) et d'eau déionisée, et l'on mesure la variation de conductivité ou de résistivité. Le résultat s'exprime en général en microgrammes d'équivalent NaCl par centimètre carré.
Un détail important : cette valeur ne signifie pas que la carte contient littéralement du chlorure de sodium. IPC précise que le résultat est exprimé en équivalent chlorure de sodium parce que la contamination présente une conductivité électrique comparable à celle de cette quantité de NaCl dissous.
Une limite pratique : 1.56 ug/cm2 équivalent NaCl
Pour les circuits imprimés nus, la valeur de 1.56 ug/cm2 équivalent NaCl est largement citée comme exigence pratique de propreté et est associée, dans l'usage industriel, aux exigences IPC-6012 sur la propreté des cartes nues. Des sources secondaires de l'industrie et la documentation de formation liée à IPC continuent de mentionner cette valeur pour les cartes nues, même si le débat IPC plus large sur la propreté s'est affiné avec le temps.
Une exigence raisonnable de contrôle à réception fondée sur cette limite peut être formulée ainsi :
Le fabricant de circuits imprimés fournira la preuve de la propreté ionique conformément à IPC-TM-650 2.3.25 (test ROSE). La contamination mesurée ne dépassera pas 1.56 ug/cm2 équivalent NaCl. Un rapport de contamination ionique par lot devra accompagner chaque livraison.
Cela offre une base documentée et mesurable pour le contrôle fournisseur.
Limite importante du test ROSE
Le test ROSE est utile, mais il n'est pas parfait. IPC indique que la méthode ne détectera pas les résidus qui ne sont pas dissous par le processus d'extraction, y compris certains contaminants ioniques piégés ou insolubles, et qu'elle ne mesure pas les résidus non ioniques. En d'autres termes, un résultat ROSE conforme a de la valeur, mais ce n'est pas une garantie absolue que tout risque de fiabilité lié à la contamination a été éliminé.
IPC s'est aussi éloigné du traitement de l'ancien seuil 1.56 ug/cm2 comme preuve universelle de fiabilité pour toute l'électronique assemblée. J-STD-001 souligne désormais qu'utiliser seul le chiffre ROSE, sans autres preuves objectives complémentaires, ne suffit pas pour qualifier un processus de nettoyage d'assemblage. Ce changement concerne surtout les cartes assemblées et la qualification de processus, mais le contexte reste utile : le ROSE se comprend mieux comme outil de dépistage et de maîtrise de processus, et non comme substitut complet à une validation de fiabilité plus poussée lorsque le risque est élevé.
Recommandations pratiques
L'approche la plus raisonnable n'est ni de surcompliquer l'exigence ni de la trop simplifier :
- Spécifiez la CTI du matériau de base lorsque la robustesse d'isolation compte, en particulier pour les produits exposés à l'humidité, à la contamination ou à une contrainte électrique plus élevée. Une CTI supérieure à 600 indique un matériau de haut niveau avec une forte résistance au tracking de surface.
- Exigez une preuve de propreté ionique auprès du fournisseur de circuits imprimés, de préférence un rapport ROSE par lot. Cela favorise la constance du processus et réduit le risque de défaillances liées à la contamination.
- Considérez le ROSE comme une mesure de contrôle pratique, pas comme une garantie universelle. Si une application est particulièrement sensible, des méthodes complémentaires comme la chromatographie ionique ou une validation de fiabilité plus large peuvent se justifier. IPC et les guides du secteur soutiennent de plus en plus cette approche fondée sur des preuves.
Exemple de formulation pour cahier des charges
Le libellé suivant convient aux documents d'achat ou aux exigences techniques :
Valeur CTI : Le matériau de base du circuit imprimé présentera une valeur CTI > 600 conformément à IEC 60112, sauf accord contraire pour l'application concernée.
Propreté ionique : Le fabricant de circuits imprimés fournira la preuve de la propreté ionique conformément à IPC-TM-650 2.3.25 (test ROSE). Le niveau de contamination ne dépassera pas 1.56 ug/cm2 équivalent NaCl. Un rapport de contamination ionique par lot sera fourni à chaque livraison.
Conclusion
La valeur CTI et la propreté ionique traitent deux risques de fiabilité distincts mais liés. La valeur CTI décrit la capacité du matériau de base à résister à la formation de chemins conducteurs sous contrainte électrique, tandis que la propreté ionique indique si des résidus de fabrication pourraient, avec le temps, provoquer courants de fuite, corrosion ou migration électrochimique.
Préciser ces deux exigences pour l'achat de cartes nues soutient ce qui compte le plus en production : des processus stables, des produits fiables et moins de défaillances sur le terrain.
Sources
- 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)