CTI-värde och ionisk renhet på kretskort

Pålitlig elektronik handlar inte bara om korrekta scheman, layouter och montering. Själva det obestyckade kretskortets kvalitet har också stor betydelse för långsiktig fältreliabilitet. Två ofta förbisedda men viktiga indikatorer är CTI-värdet för basmaterialet och den ioniska renheten på det färdiga kretskortet. Tillsammans bidrar de till att minska risken för läckströmmar, korrosion, elektrokemisk migration och förtida haveri, särskilt i fuktiga eller kontaminerade miljöer.

På Newmatik är dessa ämnen relevanta eftersom vi inte bara monterar kort. Vi ansvarar för att leverera elektronikprodukter som förblir stabila och säkra under verkliga driftförhållanden. Därför är CTI och ionisk renhet inte abstrakta labbvärden; de är användbara indikatorer vid val av leverantörer, formulering av anskaffningskrav och riskbedömning för krävande tillämpningar.

Vad är CTI-värdet?

CTI står för Comparative Tracking Index. Det beskriver hur motståndskraftigt ett isolermaterial är mot bildandet av ledande spår på ytan under elektrisk belastning. Standardprovningsmetoden definieras i IEC 60112. I provet placeras elektroder på materialet, växelspänning läggs på och en ledande provvätska droppas på ytan. Resultatet visar hur väl materialet motstår ytspårning innan fel uppstår.

Enklare uttryckt beskriver CTI hur svårt det är för elektricitet att ”hitta en väg” över kretskortsmaterialets yta när fukt, kontamination eller rester finns. Ett bra tankeexempel är vatten som långsamt söker sig fram över en porös yta. Ju lägre materialmotstånd, desto lättare kan en sådan väg bildas. Ju högre CTI-värde, desto mer motståndskraftigt är materialet. Det spelar roll eftersom oönskad ytledning så småningom kan leda till isolationshaveri, ljusbågar eller kolnade spår som permanent försämrar isolationsförmågan.

Vad innebär ett högt CTI-värde?

Enligt UL:s sammanfattning av IEC 60112-metoden grupperas isolermaterial ofta så här:

Ett CTI-värde över 600 anses mycket bra och placerar materialet i Material Group I, den mest motståndskraftiga gruppen i denna indelning. I praktiken innebär det bättre motstånd mot ytspårning och bättre robusthet i ogynnsamma miljöförhållanden. För högre spänningar eller mer krävande tillämpningar kan det underlätta en säkrare isolationsdimensionering och minska tillförlitlighetsrisker.

Samtidigt får CTI inte missförstås. IEC 60112 anger uttryckligen att CTI-resultat inte i sig räcker för att bestämma säkra krypavstånd i en färdig produkt. Korrekt isolationsdimensionering måste också beakta tillämplig apparatstandard, arbetsspänning, föroreningsgrad, överspänningskategori och krav på krypavstånd, till exempel enligt IEC 60664-1. Ett högt CTI-värde är viktigt men bara en del av isolationsbilden.

Varför CTI spelar roll vid kretskortsanskaffning

Vid kretskortsanskaffning är CTI främst en parameter för materialkvalitet och riskhantering. Om ett kort ska användas i en miljö med fukt, damm, kondens eller annan kontaminationsrisk ger ett bättre basmaterial extra säkerhetsmarginal. Det är särskilt relevant för produkter med högre spänningar, små avstånd, långa förväntade livslängder eller säkerhetsrelaterade funktioner.

Ur affärssynpunkt kan krav på högre CTI-material hjälpa till att undvika dolda kostnader senare: färre tillförlitlighetsproblem, färre returer och mindre felsökningsinsats i fält. Därför kan det vara rimligt att kräva en definierad CTI-klass från kretskortstillverkaren, särskilt när produktens driftförhållanden är krävande.

Vad är ionisk renhet?

Även ett bra basmaterial kan bli opålitligt om kretskortsytan är kontaminerad. Under tillverkning används många kemikalier, bland annat etsmedel, rengöringsmedel, salter och syror. Om dessa rester inte avlägsnas tillräckligt kan de finnas kvar på det färdiga kortet. I närvaro av fukt kan sådana rester bli ledande och främja läckström, korrosion, dendritväxt och andra elektrokemiska felmekanismer.

Därför är ionisk renhet en viktig kvalitetsegenskap. Det handlar inte främst om synlig smuts. Ett kort kan se helt rent ut och ändå bära tillräckligt med jonrester för att skapa långsiktiga problem under fel miljöförhållanden.

Hur mäts ionisk renhet?

En vanlig metod är ROSE-testet, som står för Resistivity of Solvent Extract. IPC-metoden är IPC-TM-650 2.3.25, med titeln Detection and Measurement of Ionizable Surface Contaminants by Resistivity of Solvent Extract (ROSE). I metoden extraheras joniska rester från kortet med en kontrollerad lösningsblandning baserad på 2-propanol (isopropylalkohol) och avjoniserat vatten, och förändringen i ledningsförmåga eller resistivitet mäts. Resultatet anges vanligen som mikrogram NaCl-ekvivalent per kvadratcentimeter.

En viktig detalj är att detta värde inte betyder att kortet bokstavligen innehåller natriumklorid. IPC förklarar att resultatet anges som NaCl-ekvivalent eftersom kontaminationen visar en elektrisk ledningsförmåga som motsvarar den mängden löst NaCl.

En praktisk gräns: 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent

För obestyckade kretskort refereras ofta till värdet 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent som praktiskt renhetskrav, och det kopplas i branschen till renhetskraven för obestyckade kort enligt IPC-6012. Sekundära branschkällor och IPC-relaterat utbildningsmaterial refererar fortfarande till detta värde för obestyckade kort, även om den bredare IPC-diskussionen om renhet blivit mer nyanserad med tiden.

Ett rimligt inkommande kvalitetskrav utifrån denna gräns kan formuleras så här:

Kretskortstillverkaren ska visa att ionisk renhet uppfylls enligt IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Den uppmätta kontaminationen får inte överstiga 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent. Ett jonkontaminationsintyg per batch bör levereras med varje leverans.

Det ger en dokumenterad, mätbar grund för leverantörsuppföljning.

Viktig begränsning hos ROSE-testet

ROSE-testet är användbart men inte felfritt. IPC påpekar att metoden inte upptäcker rester som inte löses av extraktionsprocessen, inklusive vissa instängda eller olösliga jonföroreningar, och den mäter inte icke-joniska rester. Med andra ord är ett godkänt ROSE-resultat värdefullt men ingen absolut garanti att varje tänkbart renhetsrelaterat tillförlitlighetsrisk har eliminerats.

IPC har också gått ifrån att behandla det gamla värdet 1.56 ug/cm2 som universellt tillförlitlighetsbevis för all monterad elektronik. J-STD-001 betonar nu att ROSE-siffran ensam, utan annat stödjande objektivt underlag, inte räcker som grund för kvalificering av en monteringsrengöringsprocess. Den förändringen gäller främst monterade kort och processkvalificering, men ger ändå viktig kontext: ROSE ska helst ses som ett screening- och processstyrningsverktyg, inte som full ersättning för djupare tillförlitlighetsvalidering när risken är hög.

Praktiska rekommendationer

Det mest rimliga är varken att överkomplicera kravet eller att förenkla det för mycket:

• Specificera basmaterialets CTI när isolationsrobusthet spelar roll, särskilt för produkter som utsätts för fukt, kontamination eller högre elektrisk belastning. CTI över 600 tyder på material i hög klass med starkt motstånd mot ytspårning.
• Kräv underlag för ionisk renhet från kretskortsleverantören, helst en ROSE-rapport per batch. Det stärker processstabiliteten och minskar risken för fel på grund av kontamination.
• Betrakta ROSE som ett praktiskt kontrollmått, inte en universell garanti. Om en tillämpning är särskilt känslig kan ytterligare metoder som jonkromatografi eller bredare tillförlitlighetsvalidering vara motiverad. IPC och branschråd stöder i allt högre grad ett mer evidensbaserat synsätt.

Exempel på formuleringar i kravspecifikationer

Följande formuleringar passar i anskaffningshandlingar eller tekniska krav:

CTI-värde: Kretskortsbasmaterialet ska ha CTI-värde > 600 enligt IEC 60112, om inte annat överenskommits för den aktuella tillämpningen.

Ionisk renhet: Kretskortstillverkaren ska visa att ionisk renhet uppfylls enligt IPC-TM-650 2.3.25 (ROSE-test). Kontaminationsnivån får inte överstiga 1.56 ug/cm2 NaCl equivalent. Ett jonkontaminationsintyg per batch ska levereras med varje leverans.

Slutsats

CTI-värde och ionisk renhet adresserar två olika men besläktade tillförlitlighetsrisker. CTI-värdet beskriver hur väl basmaterialet motstår bildandet av ledande banor under elektrisk belastning, medan ionisk renhet visar om tillverkningsrester kan utlösa läckströmmar, korrosion eller elektrokemisk migration över tid.

Att ställa båda kraven vid anskaffning av obestyckade kort stödjer det som väger tyngst i produktionen: stabila processer, pålitliga produkter och färre fältfel.

Källor

• 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)