CTI-waarde en ionische reinheid van PCB's

Betrouwbare elektronica hangt niet alleen af van juiste schema's, layouts en assemblage. De kwaliteit van de kale PCB zelf heeft ook grote invloed op de langetermijnbetrouwbaarheid in het veld. Twee vaak over het hoofd gezien maar belangrijke indicatoren zijn de CTI-waarde van het basismateriaal en de ionische reinheid van de afgewerkte printplaat. Samen helpen ze het risico op lekstromen, corrosie, elektrochemische migratie en voortijdige uitval te verkleinen, vooral in vochtige of vervuilde omgevingen.

Bij Newmatik zijn deze onderwerpen relevant omdat we niet alleen printplaten assembleren. We zijn verantwoordelijk voor elektronische producten die stabiel en veilig blijven onder reële bedrijfsomstandigheden. Daarom zijn CTI en ionische reinheid geen abstracte labwaarden; ze zijn bruikbare indicatoren bij het kiezen van leveranciers, het vastleggen van inkoopvereisten en het inschatten van risico's voor veeleisende toepassingen.

Wat is de CTI-waarde?

CTI staat voor Comparative Tracking Index. Het beschrijft hoe goed een isolatiemateriaal bestand is tegen het ontstaan van geleidende sporen op het oppervlak onder elektrische belasting. De normatieve proefmethode staat in IEC 60112. Bij deze proef worden elektroden op het materiaal geplaatst, wordt er een wisselspanning aangelegd en wordt er geleidende testvloeistof op het oppervlak gedruppeld. Het resultaat geeft aan hoe goed het materiaal oppervlakte-tracking weerstaat voordat er uitval optreedt.

In eenvoudige bewoordingen beschrijft CTI hoe moeilijk het is dat elektriciteit een "pad vindt" over het oppervlak van het PCB-materiaal wanneer vocht, vervuiling of resten aanwezig zijn. Een bruikbaar beeld is water dat langzaam een weg zoekt over een poreus oppervlak. Hoe lager de weerstand van het materiaal, hoe makkelijker zo'n pad kan ontstaan. Hoe hoger de CTI-waarde, hoe bestendiger het materiaal. Dat is belangrijk omdat ongewenste oppervlaktegeleiding uiteindelijk kan leiden tot isolatiebreuk, doorslag of gekarboniseerde sporen die de isolatie blijvend verslechteren.

Wat betekent een hoge CTI-waarde?

Volgens de samenvatting van UL van de IEC 60112-methode worden isolatiematerialen doorgaans als volgt ingedeeld:

Een CTI-waarde boven de 600 geldt als zeer goed en plaatst het materiaal in materiaalgroep I, de meest bestendige groep in deze indeling. In de praktijk betekent dat betere weerstand tegen oppervlakte-tracking en robuustheid in ongunstige omgevingen. Voor hogere spanningen of veeleisendere toepassingen kan dit een veiligere isolatie-ontwerpkeuze ondersteunen en betrouwbaarheidsrisico's verlagen.

Toch mag CTI niet verkeerd worden begrepen. IEC 60112 vermeldt uitdrukkelijk dat CTI-resultaten op zichzelf niet voldoende zijn om veilige kruipafstanden in een eindproduct vast te stellen. Een goed isolatie-ontwerp moet ook rekening houden met de toepasselijke apparatenorm, werkingsspanning, vervuilingsgraad, overspanningscategorie en eisen aan kruipafstand, bijvoorbeeld volgens IEC 60664-1. Een hoge CTI-waarde is belangrijk, maar slechts één onderdeel van het isolatieplaatje.

Waarom CTI belangrijk is bij PCB-inkoop

Voor PCB-inkoop is CTI vooral een parameter voor materiaalkwaliteit en risicobeheer. Als een printplaat in een omgeving met vocht, stof, condens of ander vervuilingsrisico komt, geeft beter basismateriaal extra marge. Dat speelt vooral bij producten met hogere spanningen, kleine afstanden, lange levensduurverwachting of veiligheidsfuncties.

Vanuit bedrijfsoptiek kan het specificeren van een hogere CTI later verborgen kosten helpen vermijden: minder betrouwbaarheidsproblemen, minder retouren en minder veldonderzoek. Daarom kan het vragen om een gedefinieerde CTI-klasse bij de PCB-fabrikant een redelijke eis zijn, vooral als de bedrijfsomstandigheden zwaar zijn.

Wat is ionische reinheid?

Zelfs goed basismateriaal kan onbetrouwbaar worden als het PCB-oppervlak vervuild is. Tijdens PCB-productie worden veel chemicaliën gebruikt, waaronder etsmiddelen, reinigers, zouten en zuren. Als deze resten onvoldoende worden verwijderd, kunnen ze op het afgewerkte bord blijven. Bij vocht kunnen zulke resten geleidend worden en lekstroom, corrosie, dendrietgroei en andere elektrochemische uitvalmechanismen bevorderen.

Daarom is ionische reinheid een belangrijke kwaliteitseigenschap. Het gaat niet primair om zichtbaar vuil. Een printplaat kan er perfect schoon uitzien en toch genoeg ionische resten dragen voor langetermijnproblemen bij de verkeerde omgevingsomstandigheden.

Hoe wordt ionische reinheid getest?

Een veelgebruikte methode is de ROSE-test, afkomstig van Resistivity of Solvent Extract. De IPC-methode hiervoor is IPC-TM-650 2.3.25, getiteld Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE). Bij deze methode worden ionische resten uit de printplaat geëxtraheerd met een gecontroleerd oplosmiddelmengsel op basis van 2-propanol (isopropylalcohol) en gedemineraliseerd water, en wordt de verandering in geleidbaarheid of weerstandheid gemeten. Het resultaat wordt doorgaans uitgedrukt als microgram NaCl-equivalent per vierkante centimeter.

Een belangrijk detail is dat deze waarde niet betekent dat de printplaat letterlijk natriumchloride bevat. IPC legt uit dat het resultaat als NaCl-equivalent wordt gegeven omdat de vervuiling een elektrische geleidbaarheid toont die vergelijkbaar is met die hoeveelheid opgeloste NaCl.

Een praktische grens: 1.56 ug/cm2 NaCl-equivalent

Voor kale PCB's wordt de waarde van 1.56 ug/cm2 NaCl-equivalent breed aangehaald als praktische reinheidseis en in de industrie in verband gebracht met IPC-6012-eisen voor kale printplaten. Secundaire bronnen en IPC-gerelateerde training blijven deze waarde voor kale borden noemen, ook al is de bredere IPC-discussie over reinheid in de loop der tijd genuanceerder geworden.

Een redelijke inkomende-kwaliteitseis op basis van deze grens kan als volgt worden geformuleerd:

De PCB-fabrikant levert aantonen dat de ionische reinheid voldoet aan IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). De gemeten verontreiniging overschrijdt niet 1.56 ug/cm2 NaCl-equivalent. Bij elke levering wordt één ionische-verontreinigingsrapport per batch meegeleverd.

Zo ontstaat een gedocumenteerde, meetbare basis voor leverancierscontrole.

Belangrijke beperking van de ROSE-test

De ROSE-test is nuttig, maar niet perfect. IPC merkt op dat de methode geen resten detecteert die niet door het extractieproces oplosbaar zijn, waaronder sommige ingesloten of onoplosbare ionische verontreinigingen, en dat geen niet-ionische resten worden gemeten. Met andere woorden: een geslaagde ROSE is waardevol, maar geen absolute garantie dat elk mogelijk betrouwbaarheidsrisico door vervuiling is uitgesloten.

IPC is ook afstand gegaan van het oude getal 1.56 ug/cm2 als universeel betrouwbaarheidsbewijs voor alle gemonteerde elektronica. J-STD-001 benadrukt nu dat alleen het ROSE-getal, zonder andere objectieve ondersteuning, onvoldoende basis is om een reinigingsproces voor assemblage te kwalificeren. Die verschuiving speelt vooral bij gemonteerde printplaten en proceskwalificatie, maar is nuttige context: ROSE is het best te zien als screening- en procesbeheersing, geen volledige vervanging van diepere betrouwbaarheidsvalidatie wanneer het risico hoog is.

Praktische aanbevelingen

De meest zinvolle aanpak is de eis niet onnodig ingewikkeld te maken, maar ook niet te versimpelen:

• Specificeer de CTI van het basismateriaal wanneer robuuste isolatie telt, vooral bij producten met vocht, vervuiling of hogere elektrische belasting. CTI boven 600 wijst op hoogwaardig materiaal met sterke weerstand tegen oppervlakte-tracking.
• Vraag ionische-reinheidsbewijs van de PCB-leverancier, bij voorkeur één ROSE-rapport per batch. Zo blijft het proces consistent en daalt het risico op uitval door vervuiling.
• Zie ROSE als praktische controle, geen universele garantie. Bij extra gevoelige toepassingen kunnen aanvullende methoden zoals ionenchromatografie of bredere betrouwbaarheidsvalidatie gerechtvaardigd zijn. IPC en branches richtlijnen steunen deze evidence-based benadering steeds meer.

Voorbeeldtekst voor specificaties

De volgende bewoording is geschikt voor inkoopdocumenten of technische eisen:

CTI-waarde: Het PCB-basismateriaal heeft een CTI-waarde > 600 volgens IEC 60112, tenzij anders afgesproken voor de specifieke toepassing.

Ionische reinheid: De PCB-fabrikant levert aantonen dat de ionische reinheid voldoet aan IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Het verontreinigingsniveau overschrijdt niet 1.56 ug/cm2 NaCl-equivalent. Bij elke levering wordt een ionisch verontreinigingsrapport per batch geleverd.

Conclusie

CTI-waarde en ionische reinheid raken twee verschillende maar samenhangende betrouwbaarheidsrisico's. De CTI-waarde beschrijft hoe goed het basismateriaal zich verzet tegen het ontstaan van geleidende paden onder elektrische belasting, terwijl ionische reinheid aangeeft of productieresten op termijn lekstromen, corrosie of elektrochemische migratie kunnen veroorzaken.

Beide eisen vastleggen voor inkoop van kale printplaten ondersteunt wat in productie het meest telt: stabiele processen, betrouwbare producten en minder uitval in het veld.

Bronnen

• 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)