Résistance aux courants de fuite

La résistance aux courants de fuite du matériau de base des circuits imprimés est indiquée en tant que valeur CTI (Comparative Tracking Index) et se réfère à la tension la plus élevée (volts) qui, selon des critères d'essai fixes, ne provoque pas de défaillance par courant de fuite. Une résistance élevée aux courants de fuite est essentielle lorsque des tensions élevées doivent circuler sur les pistes conductrices et que les distances entre les pistes conductrices sont prédéfinies en raison de l'espace disponible.

1. Généralités
2. Courant de fuite en détail
3. Contrôle de la résistance au courant de fuite
4. Résistance aux courants de fuite : CTI / PLC / groupes de matériaux isolants

Généralités

En raison de l'humidité ou des impuretés, un courant mesurable peut circuler entre deux points sur le matériau de base du circuit imprimé - en soi isolant - lorsqu'une tension élevée correspondante est appliquée. Ce courant est appelé courant de fuite.

Plus la tension est élevée et plus la distance est faible, plus la probabilité de formation d'un courant de fuite est grande.

Étant donné qu'avec l'électrification croissante, la tension de service augmentera à de nombreux endroits pour répondre aux besoins de puissance et que la densité croissante des composants sur les circuits imprimés entraîne des distances de plus en plus faibles entre les pistes conductrices, la résistance aux courants de fuite devient de plus en plus importante pour le matériau de base (en plus de la résistance à la chaleur et de la résistance à la tension).

Un matériau présentant une résistance élevée aux courants de fuite permet de réduire de manière significative les distances entre les conducteurs de courant et contribue à la miniaturisation.

Courant de fuite en détail

La distance entre les pistes conductrices, qui sont isolées les unes des autres par le matériau de base (et l'air), estcritique pour le courant de fuite. Les distances typiques sont ici de ≥ 0,1mm.

Exemple :

Deux pistes conductrices de potentiel différent sont parallèles et peu espacées. Le matériau de base (généralement FR4) a alors un effet isolant. La capacité d'isolation du matériau de base est en principe très ohmique, mais elle peut être réduite par certains facteurs, de sorte qu'un courant circule entre les deux potentiels. C'est ce qu'on appelle le courant de fuite.

Les facteurs suivants peuvent réduire l'isolation ou même la court-circuiter :

• les salissures métalliques qui restent entre les pistes conductrices, par ex. lors du processus de soudure
• les graisses, par ex. les empreintes digitales
• autres salissures, par ex. poussière ou abrasion.

En particulier lorsque l'humidité élevée de l'air et la condensation créent un revêtement conducteur, des lignes de fuite peuvent apparaître. Celles-ci se composent de restes carbonisés de la pollution et de l'isolant détruit. Les lignes de fuite s'étendent généralement de plus en plus en ramifications (treeing) et il se forme une liaison de plus en plus conductrice entre les différents potentiels électriques, ce qui peut finalement conduire à la défaillance de l'isolation.

Cette évolution est d'autant plus rapide que les tensions sont élevées et que l'intensité du champ qui en résulte est importante. Dans le pire des cas, un court-circuit se produit, entraînant la défaillance du composant électronique ou de l'ensemble du module.

Test de résistance aux courants de fuite

Pour déterminer la propension d'un matériau à former un chemin de fuite, on mesure le Comparative Tracking Index (CTI). Dans cette méthode d'essai standardisée(CEI 60112 ou ASTM D3638), une solution d'essai normalisée est déposée entre deux électrodes sur le matériau à tester. La mesure est répétée plusieurs fois.

La valeur CTI correspond à la tension maximale pour laquelle aucune défaillance n'a été provoquée après 50 gouttes. Critères de défaillance : pas de flux de courant ≥ 0,5 A > 2 secondes (CEI 60112).

L'intérêt pratique d'une valeur CTI élevée est surtout de réduire les distances d'isolation nécessaires = distances entre les pistes conductrices pour les conducteurs sous tension.

Source : UL IEC 60112

Résistance aux courants de fuite : CTI / PLC / groupes de matériaux isolants

Les valeurs d'essai déterminées pour le matériau de base sont réparties en groupes PLC(Performance Level Categories). Le matériau pour circuits imprimés FR4 a comme standard PLC 3 (CTI 175V - 249V), les variantes KF particulièrement résistantes aux courants de fuite ont un CTI ≥400V à >600V.

Pour la conception de produits médicaux, la valeur CTI est classée différemment. Les groupes d'isolants selon EN 60601-1 s'appliquent ici.