1、SYTECH CTI概念、原理及应用 温东华 技术服务经理 1 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 随着科技的发展人类生活的安全性越来越广受社会的关注为提高电子 产品的安全可靠性，特别对于在潮湿环境条件下使用的绝缘材料 (如 电机电器等 )安 2全可靠性，高 CTI(comparative tracking index)电子产品的生产工艺研究已成为科技发展的趋势 FR-4覆铜箔 板作为电子产品的基板在电子产品中起着重要作用，故高 CTI产品 FR-4将成为未来覆铜箔板研究的一个重要发展方向。 一、 CTI概念 2 SHENGYI TECHNOLOGY CO,.
2、 LTD. 2011v 漏电起痕 Tracking 固体 绝缘材料 表面 在电 场和 电 解液 的 联合 作用下 逐渐形 成 导 电 通路 的 过程 。 v 相比 漏电起痕 指数 Comparative Tracking Index ( CTI ) 材料 表面能 经受 住 50滴 电 解液（ 0.1%氯化铵水溶液）而没有形 成 漏电痕 迹 的 最 高电 压值 ， 单位 为 V。 v 耐 漏电起痕 指数 Proof Tracking Index( PTI ) 材料 表面能 经受 住 50滴 电 解液而没有形 成漏电痕 迹 的 耐 电 压值 ， 以 V表示 。 一、 CTI概念 3 SHENGYI
3、 TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 漏电起痕， 系指 在绝缘 表面有 电 位差 的 部位形 成 碳化导 电 通路 使 之失 去 绝缘性 能 的 现象 ， 并且 可 以导致 电痕 破坏 。 它是 高 分 子绝缘材料 当 其表面 受 到带正负离 子 溶液污染物 的 污染时当外加 一 定 电 压 作用下 其 表面 的 泄 漏电 流比干净 的 表面 要 大得多 。 根据 产生的 热量 Q=电 流 I的 平 方 X电 阻 R当泄 漏的电 流增大时 ， 该泄 漏电 流所 产生的 热量增加蒸 发潮湿 污染物 的 速度加快 使高 分 子材料 表面形 成 不 均匀 的 干 燥状态 ， 导致
4、绝缘 表面形 成 局 部干 燥点或 干 燥 带 。 二 .漏电起痕的原理 4 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 干 区 使 表面 电 阻增大 这样 电 场 就变 得不 均匀进 而 产生 闪络放 电、在电 场和热 的 共同 作用下 促 使绝缘材料 表面碳化碳化物 电 阻 小促 使 施 加 电 压 的电 极尖端 形 成的电 场 强 度增大 因 而 更容易 产生 闪络放 电 二 如 此恶 性 循 环 直 到 引 起 施 加 电 压 的电 极间 表面 绝缘 破坏形 成 导 电 通 道 产生漏 电起痕 . 二 .漏电起痕的原理 5 SHENGYI TECHNOLOGY
5、 CO,. LTD. 2011三、漏电起痕模型 6 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011三、漏电起痕模型 7 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 爬 电 距 离和 电 气间隙 是 考核 电 气 产品安全的重要 指 标 。如 果爬 电 距 离 过 小 ，电 源两极 之 间 、电 气 产品中的 带 电 部 件 和外 壳 之 间容易短 路 ， 使电 源短 路 、 外 壳 带 电， 危 及人 身 安全 ； 如 果 电 源短 路 、 带 电 部 件 之 间 的电 气间隙 过 小 ， 容易 产生 极间短 路 或 / 和 极间 漏电，可 能 使
6、电 气 产品 泄 漏电 流增加 ，电 气强 度 下 降 ， 降低 产品的安全性 能 。 四、 CTI在电气产品中的应用 8 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 v 最 常见 的绝缘的 例 子 ： PCB板 上 带 电件 之 间 的绝缘，如 图 中 所示 ， 每 个 带 电 元 件 该 距 离多 少才 安全 ？ 9 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 爬 电 距 离 的 定 义 爬 电 距 离是指 两 个 导 电 零 部 件 沿 绝缘材料 表面 的 最 短距 离 ， 它 考核 绝缘在 给 定 的工作电
7、 压和污染 等 级 下的 耐 受 能 力； v 电 气间隙 的 定 义 电 气间隙 是指 两 个 导 电 零 部 件在 空气 中的 最 短距 离 ， 它 防范 的 是 跨 接 于绝缘 上 的 瞬态 过 电 压 或 重 复峰 值 电 压 ，可 以 看出爬 电 距 离和 电 气 间隙考核 的 目 的 和 防范 的对 象不 同 的。 四、 CTI在电气产品中的应用 10 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 爬 电 距 离 与 电 气间隙 的关 系有 很 多 种 示 意图 ， 其 中一 种 如下 ： 四、 CTI在电气产品中的应用 11 SHENGYI TECHNOL
8、OGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 爬电距离 电气间隙 绝缘类型 污染等级 板材 CTI值 工作电压 基本绝缘、双重 绝缘、加强绝缘 三种 污染等级 1 污染等级 2 污染等级 3 、 a、 b 12 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011覆铜板 CTI的 分 级 v 绝缘材料 因 污染 、 泄 漏电 流和 闪烁放 电的 综 合 作用 , 其表面 受 到 损伤 , 并逐 步 形 成 导 电 通 道 , 即 所 谓 的 “ 漏电起痕 ” 。材料 按 其 CTI （相比 漏电起痕 指数）值 被 分 为 四 个 组 别 , 如下 : 材料
9、组 别 600 CTI; 材料 组 别 400 CTI 600; 材料 组 别 a 175 CTI 400; 材料 组 别 b 100 CTI 175。 （ 上 面 的 CTI分 级 是指 按 GB /T 4207的 规 定 ， 与 IEC60335-1:2001一 致） 。 四、 CTI在电气产品中的应用 13 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011覆铜板 CTI的 分 级 v 在 UL里 面 也 有 对板材 CTI值 作 了明确 的要 求 ， UL与 IEC对 CTI的 分 级 有所 区 别， 详情 如下 表 ： 四、 CTI在电气产品中的应用 14 SHENG
10、YI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011UL黄卡 上 有 关覆铜板 CTI值 的 信息 四、 CTI在电气产品中的应用 15 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 16 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011为方 便 理 解 ， 试归纳查 电 气间隙 的 步 骤 如下 ： v 步 骤 一 ： 根据过 电 压 类别、 额 定 电 压 查 标 准 中 表 15得 出 额 定 冲击 电 压 ； v 步 骤 二： 查 表 16得 出 基 本 绝缘电 气间隙； v 步 骤三 ： 必 要 时 ， 按 一
11、 定 的条件 减 少 基 本 绝缘的电 气间隙； v 步 骤四 ： 按 不 同 的绝缘， 得 出 相 应的电 气间隙 。 举 例： 问某 220V额 定 电 压 电 吹风内 部 布线 到外 壳 外表面 ， 沿 外 壳 安 装缝 （ 如 图 2） 的电 气间隙 是多 少？ 四、 CTI在电气产品中的应用 17 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011解 释 ： v 从 防 触 电的 角 度分 析 ， 内 部 布线 的绝缘 层 提 供 基 本 绝缘 防 护 ， 风扇 外 壳 提 供附 加 绝缘 防 护 ， 两 者 合 称双 重绝缘。 现 在要 考核 附 加 绝缘的电 气间
12、 隙 。 v 步 骤 一 ： 查 表 15得 知额 定 电 压 220V， 过 电 压 类别 II的 情况 下 额 定 冲 击 电 压 2500V； v 步 骤 二： 查 表 16得 出 基 本 绝缘在 额 定 冲击 电 压 2500V情况 下 最 小 电 气 间隙 为 2.0mm； v 步 骤三 ： 按 IEC 60335-1: 2001 29.1.2条 附 加 绝缘 是 采 用基 本 绝 缘的 限 值 ， 即 2.0mm。 四、 CTI在电气产品中的应用 18 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 19 SHENGYI TECHN
13、OLOGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 20 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 查 爬 电 距 离 的要 求 的 步 骤 可 归纳 为 ： v 步 骤 一 ： 确 定 被 考核 部位 的工作电 压 ； v 步 骤 二： 确 定 被 考核 部位 的材料 组 别 （ CTI指数） ； v 步 骤三 ： 确 定 被 考核 部位 的 污染 等 级； v 步 骤四 ： 按 不 同 的绝缘，在 相 应的 表 中 查 在 该 工作电 压 、材料 组 别 和 污染 等 级 下的 爬 电 距 离 要 求 。 四、 CTI在电气产品中的应用 21
14、 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 爬电距离电气间隙 22 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011四、 CTI在电气产品中的应用 爬电距离电气间隙 23 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011在 IEC标 准 中对覆铜板的 CTI和 印制 电 路 板的工作电 压 、 最 小 导 线 间距 （最 小爬 电 距 离 Minimum CreepageDistance） 的关 系 也 作 了规 定 ， CTI高的覆铜板 不 仅适 合 在高 污染度 、高 压场合 下使用， 也非 常 适
15、 合 制 作 高 密 度 印制 电 路 板，高 耐 漏电起痕性覆铜板 和 普 通 覆铜板 相比 ，用 前者 制 作的 印制 电 路 板的 线 间距 可 允许 更小 。 四、 CTI在电气产品中的应用 爬电距离 材料组（ CTI） a 600 CTI 400 CTI 600175 CTI 400 工作 电压 （ V) 50 0.6mm 0.9mm 1.2mm 200 1.3mm 1.8mm 2.5mm 1000 4.0mm 5.6mm 8.0mm 爬电距离 缩小 50% 24 爬电距离 缩小 30% SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 目 前 ， 传统配 方的
16、FR-4覆铜板的 CTI值 一 般 低 于 250V， 导致 传统 的 FR-4覆铜箔板 低 CTI的原 因 可 能有以 下 几 方 面 ： 传统 环 氧树脂 中的 卤 元 素含 量过 高 目 前 所 供 环 氧树脂溴含 量 一 般 在 20%左右虽然 对板材的 阻 燃 性起 到 了 一 定 的提高 但 如 此 高的 卤 元 素 含 量 即 不 利 于环 保也 会使覆铜板的 CTI值相 对 降低 。 这 是 由 于高 分 子 材料环 氧树脂 中的 低 分 子 卤 元 素含 量过 高 不 利 于 玻璃布 中 处 理 剂 与 环 氧 彼 此 之 间 的 偶 联 作用， 从 而 使 CTI值 降低
17、。 五、覆铜板高 CTI工艺解决的关键 25 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 为提高 CTI值 可将 其 改 用 低 卤素 或 无 卤素 环 氧树脂从试 验 可 知 ， 低 卤 素 或 无 卤素 环 氧树脂 对 改善 CTI值有 较 大 好 处 掺 用 量 越 多其 CTI值相 对会越高 （ 见图 1） 五、覆铜板高 CTI工艺解决的关键 26 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 一 般 覆铜板 制 造商 应 根据所 需达 到 CTI值 适 当 掺 用 低 卤素 或 无 卤素树 脂 并 保 证 阻 燃 达 到 标 准 要
18、求 。 五、工艺解决的关键 27 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 高 分 子材料的电痕 化是 由 两 个 相 对 过程所 决 定 的， 即 碳 的 形 成 和碳 的 挥 发 当 前者 快 于 后 者 时其 漏电起痕 指数相 对 降低 ，为使 两 者 相差 较 少 ， 通 常 加 一 些富 氧 无 机 水合物 。 这 是 由 于在高温下 无 机 水合物 会发生如 下 反 应 R x O y .H2O+CCO+R x O y +H2从 而 降低 单体碳 的 形 成。 加 入 无 机 阻 燃剂 是 由 于 当 高 分 子 化合物 被 破坏时 由 于 无 机 阻
19、燃剂 具 有耐 高 温性 能阻 碍 了 碳化通 道 的 进 一 步 发展 加 入无 机 填 料 或 无 机 阻 燃剂 理 论 上 是 越 多 较 有 利 于 CTI的提高 （ 见图 3） ， 五、工艺解决的关键 28 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011五、工艺解决的关键 29 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011v 但 随着 掺 量 的提高， 胶 液体系 趋于 不 稳 定 易 沉淀 、 分 层 GT偏 大并 影响 生产工艺及板材性 能 如 导致 板材 织纹显露 （ weave exposure） 、 分 层 （ delamination） 、 剥 离 强 度（ peel strength） 、 浸焊 （ solder fIoat） 性 能 下 降 等，故 需找 一个 适 当 配 比 从 而 保 证 覆铜 板的 所有 性 能 达 到 标 准 要 求 另 外 富 氧 无 机 填 料 或 无 机 阻 燃剂本 身 的 粒 径 和 纯 度 等对 CTI值 也 有 一 定 的 影响 故对 此 应 做 出 适 当 对 比 选择 。 五、工艺解决的关键 30 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011SYTECH 31 SHENGYI TECHNOLOGY CO,. LTD. 2011
