PCB に適用されるコンフォーマルコーティングについて知っておくべき一般的な事項

コンフォーマルコーティングとは何ですか？

コンフォーマルコーティングは、特殊な成分を含む一種のコーティングであり、回路基板および関連機器を浸食から保護し、最終的には製品の保存寿命を延ばし、プリント基板（PCB）の安全性と信頼性を保証するために用いられます。コンフォーマルコーティングは、高温および低温に耐える優れた性能を有しています。硬化後は透明な保護膜となり、絶縁、防湿、防漏電、防振、防塵、防食、耐老化、耐コロナ放電などの優れた特性を備えています。

コンフォーマルコーティングが存在する理由は、PCB基板が、化学物質、振動、多量の粉じん、塩霧、湿気、極端な高温などを含む実際の環境下において、腐食、軟化、変形、カビの発生といった問題にさらされる可能性があるためであり、これらすべてが回路基板の欠陥や故障を引き起こすおそれがあるからです。

なぜプリント基板にコンフォーマルコーティングが必須なのか？

コンフォーマルコーティングの定義と簡単な紹介に基づけば、コンフォーマルコーティングが果たす主要な役割は容易に要約することができる。PCB製造プロセスその保護機能、すなわち耐湿性、防水性、絶縁性などにあります。プリント基板にとってコンフォーマルコーティングが必須である理由は、非常に明白でありながらやや複雑です。というのも、それが多くの要素に関係しており、そのうちのいくつかについては本章で詳しく述べるからです。

a. 水分

湿気は、PCB基板に損傷を与える最も一般的で破壊的な要因です。過度の湿気は、絶縁抵抗とQ値を著しく低下させ、高速分解を加速させ、導体を腐食させます。PCB基板に実装された金属部品が、銅と水蒸気および酸素との間で化学反応が起こるだけで、緑色の銅の層で覆われているのを目にすることはよくあります。

b. 汚染物

プリント基板にコンフォーマルコーティングが施されていない場合、その表面から何百種類もの汚染物質が検出され得ることは、ほとんど信じがたいことです。これらの汚染物質は、PCB の信頼性および機能性に対して同等に有害です。湿気や高湿度の場合と同様に、基板上に付着した汚染物質も、電子機器の故障、導体の腐食、さらには回復不能な短絡といった悪影響を引き起こす可能性があります。基板上に残留する汚染物質の大部分は、フラックス、溶剤系離型剤、切断されたリード線、マーキングインクなど、製造工程中に生じる残渣に由来します。さらに、作業者が基板に触れることで残る人間由来の油分、指紋、化粧品、食品残渣などが原因となる汚染物質もあります。加えて、多くの汚染物質は、塩水噴霧、砂や土、燃料、酸、その他の腐食性ガスやカビなど、作業環境そのものからももたらされます。

それにもかかわらず、これらの汚染物質は、PCB製造プロセス中に講じられる効果的な対策によって大幅に削減することができる。新しい技術を用いて製造プロセスを最適化し、基板上に残留する化学物質の量を減らすことができる。厳格な作業原則を策定し順守するとともに、オペレーションエンジニアに対して、科学的な製造のあらゆる要件に適合できるよう訓練を行うことができる。例えば、作業者が基板を手で持つ際に手袋の着用を義務付ければ、指紋は一切残らない。

回路基板や部品の表面にコンフォーマルコーティングを施すと、動作環境における負の要因が主導的な役割を果たす場合でも、コンフォーマルコーティングは電子機器の動作劣化を低減または排除することができます。コンフォーマルコーティングが最終製品の寿命よりも長い、十分に満足できる期間にわたってその効果を維持できる限り、コンフォーマルコーティングはその責務を十分に果たしたと見なされます。コンフォーマルコーティングは薄い層にすぎませんが、機械的振動、熱衝撃、および高温動作に対して優れた耐性を発揮します。

一点注意すべきなのは、コンフォーマルコーティングによって部品の機械的強度が高くなったり、十分な導電性が得られたりするというのは誤った通説であるということです。部品の固定は、はんだ接合などの機械的な方法に依存しており、コンフォーマルコーティングはそれに寄与しません。

コンフォーマルコーティングされたPCBはどこで使用されますか？

当初、コーティング剤はハイテク分野に属するプリント基板（PCB）にのみ使用されていました。電子製品が人々の日常生活の中でますます広く利用されるようになるにつれ、消費者は電子製品の品質と信頼性により一層注目するようになりました。その結果、コーティング剤の適用は、製品品質の効果的な向上を支援し、故障対応にかかるコストを削減するうえで、重要な役割を果たすようになっています。

コンフォーマルコーティングまたはコンフォーマルコーティングされたPCBの代表的な適用分野には、次のようなものがあります。

a. コンシューマーエレクトロニクス・コンフォーマルコーティングは、家庭用電化製品に使用される回路を保護し、次のような問題を防ぐことができます。
・水と洗剤（洗濯機、食器洗い機、衛生用品、屋外用LED）
・外部環境の不備（モニター、セキュリティおよび防火警報システム）
・化学物質（エアコン、乾燥機）
・オフィスや家庭内の汚染物質（コンピューター、電子レンジなど） ・その他

b. 自動車産業自動車の長期的な信頼性という基本的要求を満たすため、コンフォーマルコーティングの適用に対する電子システムの需要は絶えず高まっている。自動車産業は、ガソリンの蒸発、塩水噴霧、ブレーキフルードといった危険から保護するために、コンフォーマルコーティングを必要としている。

c. 航空宇宙. 応用環境の特殊性により、航空宇宙環境は電子機器に対して極めて厳格な要求を課しており、とりわけ急速な加圧および減圧が関係する場合にそれが顕著となる。そのため、コンフォーマルコーティングの耐圧安定性は広く応用されている。

d. ナビゲーション淡水と塩分を含む海水の両方が、航海機器内の回路に損傷を与える傾向があります。コンフォーマルコーティングを施すことで、水面上および海中における機器を最大限に保護することができます。

e. 医療ケアコンフォーマルコーティングは、外部の化学薬品や特殊な使用環境によって引き起こされる腐食から電子機器を保護し、それによって機器が安定かつ円滑に動作し続けられるようにします。

PCB設計段階で高品質なコンフォーマルコーティングを実現するための準備方法は？

PCB や PCBA に最適なコンフォーマルコーティングを施すためには、PCB 設計段階でいくつか準備しておくべきことがあります。

・組立工程を経るコンフォーマルコーティングPCBボードには、必ず含まれていなければなりませんテクニカルレールそれは少なくとも5mmであるべきです。
・組立工程を通過できるコンフォーマルコーティングPCB基板の最大サイズは410mm×410mmで、最小サイズは10mm×10mmです。
・コンフォーマルコーティングされたPCB基板上に実装される部品の最大高さは80mmです。
・コーティングありの領域とコーティングなしの領域との最短距離は3mmです。
・完全な洗浄により、腐食した汚染物質を完全に除去し、プリント基板表面に対してコーティング剤を強固に密着させることができます。コーティング剤の膜厚は0.1mm～0.3mmの範囲に保ち、60℃で10～20分間ベーキングするのが最適です。

コンフォーマルコーティングの適用時には、放熱面またはヒートシンクを有する高電力部品、パワーレジスタ、パワーダイオード、セメント抵抗、DIPスイッチ、可変抵抗、ブザー、電池ホルダー、ヒューズホルダー、ICソケット、タクトスイッチなど、一部の部品には決してコンフォーマルコーティングを施してはなりません。

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