主要なPCB欠陥に対する緊急対応手順

どの技術者も、自分のPCB（プリント基板）に不具合が発生するとは想定していません。しかし、一部のよく見られるPCB設計上の問題環境要因、PCBボードの不適切な使用、あるいは単なる偶発的な事故などにより、その原因が判明しないことも少なくありません。したがって、エンジニアはPCBに事故が発生しないよう未然に防ぐべきですが、それ以上に重要なのは、そうした問題に直面した際に即座に対処措置を講じることです。

欠陥#1：PCB上の短絡

PCBショートは、PCB基板が故障する最も一般的な問題の一つであり、その原因は数多く存在します。ここでは、原因を重要度の高い順に説明し、あわせて緊急時の対処法も提示します。

・緊急対策＃1PCBのショートの主な原因は、パッドの不適切な設計にあります。パッドによるPCBショートを防ぐために、パッドの形状を円形ではなく楕円形に設計することで、ポイント間の距離を広げ、ショートを回避することができます。

・緊急対策＃2・部品の配置方向が誤っていると、PCBでショートが発生する原因にもなります。このような場合、ショートの発生を防ぐために、部品の配置方向を正しく調整する必要があります。

・緊急対策＃3もう一つのPCBショートの原因は、SMT（表面実装技術）部品のピンの曲がりです。この問題を効果的に解決するためには、はんだ付け部は回路から2mm離しておく必要があります。

・その他の原因上記で述べたPCBショートの主な原因以外にも、決して見過ごせない要因がいくつか存在します。例えば、基板の穴径が大きすぎること、はんだ付け温度が低すぎること、基板のはんだ付け性が悪いこと、ソルダーレジストが不適切であること、基板表面の汚染などが挙げられます。

欠陥#2：PCB上の暗いまたは異物を含むはんだ接合部

・緊急対策＃1PCB上のはんだ接合部が暗色または粒状になる主な原因は、溶融はんだの汚染や、溶融はんだ中への酸化物の多量な混入であり、その結果、はんだ接合部は非常にもろくなります。

・緊急対策＃2. この欠陥のもう一つの原因は、使用されたはんだペーストにありますPCBA製造・はんだペーストに不純物が多く含まれていると、はんだ接合部が黒ずんだ色になったり、粒状になる傾向があります。このような場合は、はんだペーストを改良するか、純すずを使用する必要があります。

欠陥#3：PCB上の黄金色のはんだ接合部

・緊急対策一般的に言えば、PCB 上の正常なはんだ接合部は銀灰色を呈します。PCB 上のはんだ接合部が金色に変わる場合、そのほとんどは温度が高すぎることが原因です。この問題を解決するには、リフロー炉内の温度を下げる必要があります。

欠陥#4：不適切に実装されたPCB

設計の優れたPCBが製造後にうまく動作しない場合、その原因のほとんどは環境にあります。

・緊急対策＃1. 基板故障の第一の環境要因は、極端な温度や不確実な温度変化にあります。さらに、高い湿度や強い振動も、基板の性能低下や故障を引き起こす可能性があります。例えば、温度変化によってPCBが変形し、その結果としてはんだ接合部が破壊されることがあります。

・緊急対策＃2空気中の湿気により、銅が酸化または腐食し、露出した銅配線、はんだ接合部、パッドや部品が正常に動作しなくなる可能性があります。

・緊急対策＃3. 回路基板や部品が大量のほこりで覆われていると、空気の流れと冷却が妨げられ、PCB が過熱して劣化する原因となります。

欠陥#5：PCB上の開口

・緊急対策ラインが切断されたり、はんだペーストが部品のリードではなくパッド上のみに残ったりすると、オープン不良が発生する可能性があります。さらに、オープン不良は製造工程やはんだ付け工程の途中でも発生し得ます。ライン切れの原因は、基板の反りや落下、機械的な変形にあります。同様に、化学的要因や湿気によって、はんだや金属部品が摩耗し、結果として部品リードが断線することもあります。

欠陥#6：部品のガタつきまたは位置ずれ

・緊急対策リフローはんだ付けの過程で、小型部品が溶融したはんだ上に浮き上がり、目標とするはんだ接合部から完全に離れてしまうことがあります。PCB 上の部品のぐらつきや位置ずれは、不十分な基板支持、不適切なリフローはんだ付け条件、はんだペースト、または作業ミスに起因する可能性があります。

欠陥#7：はんだ付け不良

・緊急対策＃1・外部からの干渉によって、はんだが凝固する前に流動し続ける場合があり、これはコールドソルダリングに類似しています。この欠陥は、再加熱して修正することで克服でき、冷却時にははんだ接合部を外部干渉から十分に離しておく必要があります。

・緊急対策＃2・コールドはんだ付けも、よく発生する代表的なはんだ不良の一つです。コールドはんだ付けは、はんだが正しく溶融していない場合に起こりやすく、その結果、表面が粗くなり、接続の信頼性が低下します。過剰なはんだは完全に溶けきることを妨げ、それもコールドはんだ付けの原因となります。この不良に対する応急処置としては、余分なはんだを除去するために接合部を再加熱することが挙げられます。

・緊急対策＃33つ目のはんだ付け不良はブリッジであり、これははんだが流れて2本のラインを接続してしまう現象を指す。ブリッジは、想定外の接続や短絡、部品の破損、また大電流が流れた際の配線の焼損を引き起こす可能性がある。

・緊急対策＃44つ目のPCBにおけるはんだ付け不良は、ピンまたはリードの濡れ性不足であり、これははんだ量の過多または不足によって生じる。また、過熱や粗雑なはんだ付けにより、パッドがより高く持ち上がる場合もある。

役立つリソース
•鉛入りはんだ接合部と鉛フリーはんだ接合部の信頼性比較
•ボールグリッドアレイ（BGA）はんだ接合部の品質管理における効果的な対策
•波はんだ付けとリフローはんだ付けの比較
•PCBAにおける鉛はんだ付けと鉛フリーはんだ付けの製造手順の比較