Pålitelig elektronikk avhenger ikke bare av korrekte skjemaer, layout og montering. Kvaliteten på det ubestykkede kretskortet har også stor betydning for langsiktig feltpålitelighet. To ofte oversette, men viktige indikatorer er CTI-verdien til basismaterialet og den ioniske renheten på det ferdige kortet. Til sammen bidrar de til å redusere risikoen for lekkasjestrømmer, korrosjon, elektrokjemisk migrasjon og tidlig svikt, særlig i fuktige eller forurensede omgivelser.
Hos Newmatik er disse temaene relevante fordi vi ikke bare monterer kort. Vi er ansvarlige for å levere elektroniske produkter som forblir stabile og trygge under reelle driftsforhold. Derfor er CTI og ionisk renhet ikke abstrakte laboratorieverdier; de er nyttige indikatorer ved valg av leverandører, utforming av anskaffelseskrav og risikovurdering i krevende applikasjoner.
Hva er CTI-verdien?
CTI står for Comparative Tracking Index. Det beskriver hvor motstandsdyktig et isolasjonsmateriale er mot dannelse av ledende spor på overflaten under elektrisk belastning. Standardprøvemetoden er definert i IEC 60112. I prøven plasseres elektroder på materialet, det påføres vekselspenning, og en ledende prøvevæske dryppes på overflaten. Resultatet viser hvor godt materialet motstår overflatesporing før feil oppstår.
Enklere sagt beskriver CTI hvor vanskelig det er for elektrisitet å «finne en vei» over kretskortmaterialets overflate når det er fukt, forurensning eller rester. Et godt bilde er vann som langsomt finner en vei over en porøs overflate. Jo lavere materialmotstand, jo lettere kan en slik vei dannes. Jo høyere CTI-verdi, jo mer motstandsdyktig er materialet. Dette betyr noe fordi uønsket overflateledning etter hvert kan føre til isolasjonssvikt, lysbuer eller forkullede spor som permanent reduserer isolasjonsegenskapene.
Hva betyr en høy CTI-verdi?
Ifølge ULs sammendrag av IEC 60112-metoden grupperes isolasjonsmaterialer ofte slik:
| Material Group | CTI Range |
|---|---|
| Group I | CTI >= 600 |
| Group II | 400 <= CTI < 600 |
| Group IIIa | 175 <= CTI < 400 |
| Group IIIb | 100 <= CTI < 175 |
En CTI-verdi over 600 regnes som svært god og plasserer materialet i Material Group I, den mest motstandsdyktige gruppen i denne inndelingen. I praksis betyr det bedre motstand mot overflatesporing og bedre robusthet i ugunstige miljøforhold. Ved høyere spenninger eller mer krevende applikasjoner kan dette støtte tryggere isolasjonsdesign og redusere pålitelighetsrisiko.
Likevel må CTI ikke misforstås. IEC 60112 presiserer at CTI-resultater ikke i seg selv er tilstrekkelige til å fastsette sikre krypeavstande i et ferdig produkt. Korrekt isolasjonsdesign må også ta hensyn til gjeldende utstyrstandard, arbeidsspenning, forurensningsgrad, overspenningskategori og krav til krypeavstand, for eksempel etter IEC 60664-1. En høy CTI-verdi er viktig, men den er bare én del av isolasjonsbildet.
Hvorfor CTI betyr noe ved kretskortsanskaffelse
Ved kretskortsanskaffelse er CTI først og fremst en parameter for materialkvalitet og risikostyring. Hvis et kort skal brukes i et miljø med fukt, støv, kondens eller annen forurensningsrisiko, gir et bedre basismateriale ekstra sikkerhetsmargin. Det er særlig relevant for produkter med høyere spenninger, små avstander, lang forventet levetid eller sikkerhetsrelaterte funksjoner.
Fra et forretningsmessig perspektiv kan spesifikasjon av høyere CTI-materiale bidra til å unngå skjulte kostnader senere: færre pålitelighetsproblemer, færre returer og mindre feilsøkingsinnsats i feltet. Av den grunn kan det være rimelig å kreve en definert CTI-klasse fra kretskortprodusenten, særlig når produktets driftsforhold er krevende.
Hva er ionisk renhet?
Selv et godt basismateriale kan bli upålitelig hvis kretskortoverflaten er forurenset. Under kretskortsproduksjon brukes mange kjemikalier, blant annet etsere, rengjøringsmidler, salter og syrer. Hvis disse restene ikke fjernes tilstrekkelig, kan de bli igjen på det ferdige kortet. I nærvær av fukt kan slike rester bli ledende og fremme lekkasjestrøm, korrosjon, dendrittvekst og andre elektrokjemiske feilmekanismer.
Derfor er ionisk renhet en viktig kvalitetsegenskap. Det handler ikke primært om synlig skitt. Et kort kan se helt rent ut og likevel bære nok ioniske rester til å skape langsiktige problemer under feil miljøforhold.
Hvordan måles ionisk renhet?
En mye brukt metode er ROSE-testen, som står for Resistivity of Solvent Extract. IPC-metoden er IPC-TM-650 2.3.25, med tittelen Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE). I metoden ekstraheres ioniske rester fra kortet med en kontrollert løsningsblanding basert på 2-propanol (isopropylalkohol) og deionisert vann, og endringen i ledningsevne eller resistivitet måles. Resultatet uttrykkes vanligvis som mikrogram NaCl-ekvivalent per kvadratcentimeter.
En viktig detalj er at denne verdien ikke betyr at kortet bokstavelig talt inneholder natriumklorid. IPC forklarer at resultatet uttrykkes som NaCl-ekvivalent fordi forurensningen viser en elektrisk ledningsevne som svarer til den mengden oppløst NaCl.
En praktisk grense: 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent
For ubestykkede kretskort refereres ofte til verdien 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent som praktisk renhetskrav, og den knyttes i bransjen til renhetskrav for ubestykkede kort i IPC-6012. Sekundære bransjekilder og IPC-relatert opplæringsmateriale refererer fortsatt til denne verdien for ubestykkede kort, selv om den bredere IPC-diskusjonen om renhet har blitt mer nyansert over tid.
Et rimelig krav til inngående kvalitet basert på denne grensen kan formuleres slik:
Kretskortprodusenten skal dokumentere ionisk renhet etter IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Den målte forurensningen skal ikke overstige 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent. Én ionkontaminasjonsrapport per batch bør leveres med hver leveranse.
Det gir et dokumentert, målbart grunnlag for leverandørstyring.
Viktig begrensning ved ROSE-testen
ROSE-testen er nyttig, men den er ikke feilfri. IPC påpeker at metoden ikke registrerer rester som ikke løses av ekstraksjonsprosessen, inkludert noen innestengte eller uløselige ioniske forurensninger, og den måler ikke ikke-ioniske rester. Med andre ord er et bestått ROSE-resultat verdifullt, men det er ingen absolutt garanti for at enhver tenkelig renhetsrelatert pålitelighetsrisiko er eliminert.
IPC har også gått bort fra å behandle det gamle tallet 1.56 ug/cm2 som universelt pålitelighetsbevis for all montert elektronikk. J-STD-001 understreker nå at ROSE-tallet alene, uten annet støttende objektivt bevis, ikke er tilstrekkelig grunnlag for kvalifisering av en monteringsrengjøringsprosess. Den endringen gjelder primært monterte kort og prosesskvalifisering, men gir likevel nyttig kontekst: ROSE forstås best som et screening- og prosessstyringsverktøy, ikke som full erstatning for dypere pålitelighetsvalidering når risikoen er høy.
Praktiske anbefalinger
Den mest fornuftige tilnærmingen er verken å overkomplisere kravet eller å forenkle det for mye:
- Spesifiser basismaterialets CTI når isolasjonsrobusthet betyr noe, særlig for produkter utsatt for fukt, forurensning eller høyere elektrisk belastning. CTI over 600 indikerer materiale i høy klasse med sterk motstand mot overflatesporing.
- Krev dokumentasjon for ionisk renhet fra kretskortleverandøren, helst én ROSE-rapport per batch. Dette støtter prosessstabilitet og reduserer risikoen for feil på grunn av forurensning.
- Betrakt ROSE som et praktisk kontrollmål, ikke en universell garanti. Hvis en applikasjon er særlig følsom, kan tilleggsmetoder som ionkromatografi eller bredere pålitelighetsvalidering være berettiget. IPC og bransjeveiledning støtter i økende grad denne mer evidensbaserte tilnærmingen.
Eksempel på formuleringer i kravspesifikasjoner
Følgende formuleringer egner seg til anskaffelsesdokumenter eller tekniske krav:
CTI-verdi: Kretskortsbasismaterialet skal ha CTI-verdi > 600 i samsvar med IEC 60112, med mindre annet er avtalt for den aktuelle applikasjonen.
Ionisk renhet: Kretskortprodusenten skal dokumentere ionisk renhet i samsvar med IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Forurensningsnivået skal ikke overstige 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent. En ionkontaminasjonsrapport per batch skal leveres med hver leveranse.
Konklusjon
CTI-verdi og ionisk renhet adresserer to ulike, men beslektede pålitelighetsrisikoer. CTI-verdien beskriver hvor godt basismaterialet motstår dannelse av ledende baner under elektrisk belastning, mens ionisk renhet viser om produksjonsrester kan utløse lekkasjestrømmer, korrosjon eller elektrokjemisk migrasjon over tid.
Å stille begge krav ved anskaffelse av ubestykkede kort støtter det som betyr mest i produksjonen: stabile prosesser, pålitelige produkter og færre feltfeil.
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)