Valor CTI e limpeza iónica de PCB

A fiabilidade da eletrónica não depende apenas de esquemas, layouts e montagem corretos. A qualidade da própria PCB nua também influencia fortemente a fiabilidade a longo prazo em campo. Dois indicadores frequentemente negligenciados, mas importantes, são o valor CTI do material de base e a limpeza iónica da placa acabada. Em conjunto, ajudam a reduzir o risco de correntes de fuga, corrosão, migração eletroquímica e falha prematura, sobretudo em ambientes húmidos ou contaminados.

Na Newmatik, estes temas são relevantes porque não nos limitamos a montar placas. Somos responsáveis por entregar produtos eletrónicos que permaneçam estáveis e seguros em condições reais de utilização. Por isso, CTI e limpeza iónica não são valores abstractos de laboratório; são indicadores úteis na escolha de fornecedores, na definição de requisitos de compra e na avaliação de risco para aplicações exigentes.

O que é o valor CTI?

CTI significa Comparative Tracking Index. Descreve a resistência de um material isolante à formação de trajectos condutores na superfície sob stress eléctrico. O método de ensaio normalizado está definido na IEC 60112. No ensaio colocam-se eléctrodos no material, aplica-se tensão alterna e deixa-se cair um líquido de ensaio condutor sobre a superfície. O resultado indica até que ponto o material resiste ao tracking superficial antes da falha.

Em termos simples, o CTI descreve quão difícil é a eletricidade "encontrar um caminho" na superfície do material da PCB quando há humidade, contaminação ou resíduos. Uma imagem útil é a água a encontrar lentamente um caminho sobre uma superfície porosa. Quanto menor a resistência do material, mais fácil é formar esse caminho. Quanto maior o valor CTI, mais resistente é o material. Isto importa porque a condução superficial indesejada pode, com o tempo, levar à rutura do isolamento, arco voltaico ou trajectos carbonizados que degradam permanentemente o desempenho de isolamento.

O que significa um valor CTI elevado?

Segundo o resumo da UL do método IEC 60112, os materiais isolantes agrupam-se habitualmente do seguinte modo:

Um valor CTI superior a 600 é considerado muito bom e coloca o material no grupo de material I, o mais resistente nesta classificação. Na prática, isso significa melhor resistência ao tracking superficial e maior robustez em condições ambientais adversas. Para tensões mais elevadas ou aplicações mais exigentes, pode apoiar um desenho de isolamento mais seguro e reduzir riscos de fiabilidade.

Ainda assim, o CTI não deve ser mal interpretado. A IEC 60112 refere explicitamente que os resultados CTI não são, por si só, suficientes para determinar distâncias de fuga seguras no produto final. Um desenho de isolamento correcto deve também considerar a norma de equipamento aplicável, a tensão de serviço, o grau de poluição, a categoria de sobretensão e os requisitos de distância de fuga, por exemplo segundo a IEC 60664-1. Um valor CTI elevado é importante, mas é apenas uma parte do quadro de isolamento.

Porque o CTI importa na aquisição de PCB

Na aquisição de PCB, o CTI é sobretudo um parâmetro de qualidade do material e de gestão de risco. Se uma placa for utilizada num ambiente com humidade, poeiras, condensação ou outro risco de contaminação, um material de base melhor oferece margem adicional de segurança. Isto é especialmente relevante para produtos com tensões mais elevadas, espaçamentos reduzidos, expectativas de longa vida útil ou funções relacionadas com segurança.

Do ponto de vista comercial, especificar um material com CTI mais alto pode ajudar a evitar custos ocultos mais tarde: menos problemas de fiabilidade, menos devoluções e menos esforço de investigação em campo. Por esse motivo, solicitar uma classe CTI definida ao fabricante de PCB pode ser um requisito razoável, especialmente quando as condições de utilização do produto são exigentes.

O que é a limpeza iónica?

Mesmo um bom material de base pode tornar-se pouco fiável se a superfície da PCB estiver contaminada. Durante a fabricação de PCB utilizam-se muitos produtos químicos, incluindo agentes de ataque, limpadores, sais e ácidos. Se esses resíduos não forem removidos de forma suficiente, podem permanecer na superfície da placa acabada. Na presença de humidade, esses resíduos podem tornar-se condutores e favorecer corrente de fuga, corrosão, crescimento dendrítico e outros mecanismos de falha eletroquímica.

Por isso a limpeza iónica é uma característica de qualidade importante. Não se trata principalmente de sujidade visível. Uma placa pode parecer perfeitamente limpa e ainda assim transportar resíduo iónico suficiente para criar problemas a longo prazo em condições ambientais desfavoráveis.

Como se testa a limpeza iónica?

Um método muito utilizado é o teste ROSE, de Resistivity of Solvent Extract. O método IPC é IPC-TM-650 2.3.25, intitulado Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE). Neste método, os resíduos iónicos são extraídos da placa com uma mistura controlada de solvente à base de 2-propanol (álcool isopropílico) e água desionizada, e mede-se a alteração da condutividade ou da resistividade. O resultado exprime-se normalmente em microgramas de equivalente NaCl por centímetro quadrado.

Um pormenor importante é que este valor não significa que a placa contenha literalmente cloreto de sódio. A IPC explica que o resultado se apresenta como equivalente de NaCl porque a contaminação apresenta condutividade eléctrica comparável à dessa quantidade de NaCl dissolvido.

Um limite prático: 1.56 ug/cm2 equivalente NaCl

Para PCB nuas, o valor de 1.56 ug/cm2 equivalente NaCl é amplamente citado como requisito prático de limpeza e associa-se, na indústria, aos requisitos de limpeza de placas nuas da IPC-6012. Fontes secundárias e material de formação ligado à IPC continuam a referir este valor para placas nuas, embora a discussão mais ampla da IPC sobre limpeza se tenha tornado mais matizada ao longo do tempo.

Um requisito razoável de qualidade à entrada com base neste limite pode formular-se assim:

O fabricante de PCB deve apresentar evidência de limpeza iónica segundo IPC-TM-650 2.3.25 (teste ROSE). A contaminação medida não deve exceder 1.56 ug/cm2 equivalente NaCl. Deve ser fornecido um relatório de contaminação iónica por lote em cada entrega.

Isto oferece uma base documentada e mensurável para o controlo do fornecedor.

Limitação importante do teste ROSE

O teste ROSE é útil, mas não é perfeito. A IPC assinala que o método não detecta resíduos que não sejam dissolvidos pelo processo de extracção, incluindo alguns contaminantes iónicos aprisionados ou insolúveis, e não mede resíduos não iónicos. Por outras palavras, um resultado ROSE positivo é valioso, mas não garante de forma absoluta que todos os riscos de fiabilidade ligados à contaminação foram eliminados.

A IPC também deixou de tratar o antigo valor 1.56 ug/cm2 como prova universal de fiabilidade para toda a eletrónica montada. A J-STD-001 salienta agora que usar apenas o número ROSE, sem outras evidências objetivas de suporte, não constitui base suficiente para qualificar um processo de limpeza de montagem. Essa alteração interessa sobretudo às placas montadas e à qualificação de processo, mas é contexto útil: o ROSE deve entender-se como ferramenta de triagem e controlo de processo, não como substituto completo de uma validação de fiabilidade mais profunda quando o risco é elevado.

Recomendações práticas

A abordagem mais sensata não é complicar em excesso o requisito, mas também não o simplificar demais:

• Especifique o CTI do material de base quando a robustez do isolamento for crítica, especialmente para produtos expostos a humidade, contaminação ou maior stress eléctrico. CTI acima de 600 indica material de gama elevada com forte resistência ao tracking superficial.
• Exija evidência de limpeza iónica do fornecedor de PCB, de preferência um relatório ROSE por lote. Isto ajuda a garantir consistência de processo e reduz o risco de falhas por contaminação.
• Trate o ROSE como medida de controlo prática, não como garantia universal. Se a aplicação for especialmente sensível, métodos adicionais como cromatografia iónica ou validação de fiabilidade mais ampla podem justificar-se. A orientação da IPC e da indústria apoia cada vez mais esta abordagem baseada em evidências.

Exemplo de texto para especificação

A seguinte redacção é adequada para documentos de compra ou requisitos técnicos:

Valor CTI: O material de base da PCB deve ter valor CTI > 600 de acordo com a IEC 60112, salvo acordo diferente para a aplicação específica.

Limpeza iónica: O fabricante de PCB deve apresentar evidência de limpeza iónica em conformidade com IPC-TM-650 2.3.25 (teste ROSE). O nível de contaminação não deve exceder 1.56 ug/cm2 equivalente NaCl. Deve ser fornecido um relatório de contaminação iónica por lote em cada entrega.

Conclusão

O valor CTI e a limpeza iónica abordam dois riscos de fiabilidade diferentes mas relacionados. O valor CTI descreve quão bem o material de base resiste à formação de caminhos condutores sob stress eléctrico, enquanto a limpeza iónica indica se resíduos de fabrico podem desencadear, com o tempo, correntes de fuga, corrosão ou migração eletroquímica.

Especificar ambos os requisitos na compra de placas nuas apoia o que mais importa na produção: processos estáveis, produtos fiáveis e menos falhas em campo.

Fontes

• 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)