過酷な環境下でPCBおよびPCBAをより良く機能させるための強力なヒント

一部の電子製品は、塩水噴霧、飛来砂塵やほこり、極端な温度や地形などの過酷な環境下で動作しなければなりません。したがって、通常の状況と同様の性能を電子製品に維持させることが極めて重要です。電子機器の中核である PCB（プリント基板）および PCBA（プリント基板実装）は、機能の実現を担い、貢献しています。これらが過酷な環境下で正常に動作しない場合、最終製品は損傷したり、さらには故障品となってしまいます。

実際のところ、電子製品が過酷な環境下で問題に悩まされるのを最初から防ぐための有効な対策がいくつか存在します。つまり、PCB製造やPCBA組立の工程において対処するということです。本記事では、主にコンフォーマルコーティングと洗浄という二つの観点から、プリント基板および実装基板が厳しい環境下でもより良く動作できるようにするための有効なヒントを紹介します。

視点#1：コンフォーマルコーティング

コンフォーマルコーティング過酷な環境で動作しなければならないPCBおよびPCBAにとっては、きわめて必要不可欠なものです。基板を腐食や湿気、ほこりなどから保護する役割を果たし、その結果として電子製品の寿命を延ばし、性能と信頼性を確保します。

製造および応用の両面において、過酷な環境下で電子部品や電子機器が長期的かつ安定した性能を維持することは、きわめて重要な課題である。そのため、電子製品が厳しい環境下でも正常に動作できるようにするためには、必要な保護対策を講じることが不可欠である。

過酷な環境に関しては、コンフォーマルコーティングは極限環境への適合性を高めるために、いくつかの最適化を行う必要があります。保護対策として機能してきた以下の項目について、技術的な最適化を実施すべきです：コンフォーマルコーティングのシールド、静電気除去、および膜厚測定。

・コンフォーマルコーティングシールド

現在では、プリント基板（PCB）上でコーティング不要な一部の部品は、不要な箇所（たとえば基板ホルダー、ポテンショメータ、スイッチ、パワー抵抗、コネクタなど）にコーティング剤がスプレーされないように覆い、信号異常の発生を防ぐ必要があります。コーティングの実施工程では、一般的にマスキングテープがコーティングのシールド用に使用されます。さまざまな部品形状に対応してシールドを行うため、マスキングテープはさまざまな形状や寸法にカットされます。この方法には、作業効率の低さ、静電気の発生、除去が困難な多量の糊残りなどの欠点があり、それによって品質上の懸念が生じやすくなります。

最適化対策

従来のマスキングテープは 3M シールドテープに置き換える必要があります。カット方法は、ナイフによるカットから専用カッティングツールの使用へと変更すべきです。後者は、シールドカバーの形状・体積・寸法に基づいて、さまざまな形状を判別しカットすることが可能だからです。基板上の不要な部分がシールドカバーで覆われていれば、その部分にはコンフォーマルコーティングはスプレーされません。

・コンフォーマルコーティング膜厚測定

コンフォーマルコーティングはPCBの表面に使用されるもので、数マイクロメートル程度の厚さしかない、薄くて軽く柔軟な膜です。この膜の層は、基板表面を環境から効果的に隔離し、化学物質、湿気およびその他の汚染物質による回路の腐食を防ぐことができます。その結果、基板の信頼性は大幅に向上し、安全性係数が強化され、長期にわたる保存寿命が保証されます。しかし、コンフォーマルコーティングの保護機能は、塗布の不均一さにより十分に発揮されない場合があります。その結果、PCBおよび最終製品の双方が不具合を起こし、特に過酷な環境下では深刻な問題となります。

最適化対策

膜厚測定用の基板は金属材料で作製し、専用の測定器を使用しなければならない。さらに、本格的なコーティングスプレーを行う前に、まず試し吹きを実施して膜厚を測定する必要がある。すべてのパラメータが確定した後で量産のコーティングを行うことで、膜厚を規格値に達するようにすることができる。

視点2：ボードの清掃

PCBの洗浄は、ゲル残渣、ほこり、油分、微小粒子、汗など、基板表面の汚染物質を除去し、これらが部品、プリント配線、はんだ付け部に腐食やその他の欠陥を引き起こすのを防ぐことを目的としています。最終的な目的は、電子機器の性能と信頼性を向上させることです。さらに、汚染物質の除去は、コンフォーマルコーティングと基板表面との密着性を高め、製品が動作および保管期間中に過酷な環境から受けるダメージを防ぐのにも役立ちます。洗浄の最適化は、はんだ付け後の清浄度、表面イオン残渣、およびフラックス残渣の分析に基づいて実施する必要があります。

In thePCBA製造のプロセス物理的、化学的、機械的なあらゆる種類の汚染が存在し、基板に酸化や浸食を引き起こし、その結果、最終製品の信頼性、電気的特性、および保存寿命に影響を及ぼします。主な汚染源には、部品リード上の汚染物、組立製造工程で発生する汚染物、フラックスによる汚染物、および過酷な作業環境に起因する汚染物が含まれます。

今日では、回路基板を損傷する最大の汚染源はフラックス汚染にあります。フラックスは有機酸とそれに含まれる有機酸塩およびハロゲン化物、塩化物または水酸化物から成る活性剤であり、これらはすべて腐食性を持つ汚染物質となる可能性があります。もちろん、表面実装はんだ付け後のPCBの洗浄方法この記事の関心事ではありません。重要なのは、基板の洗浄手順をいかに最適化するかという点だからです。

最適化対策

まず、化学的・物理的・機械的な汚染物質によって引き起こされる、部品リードの断線、プリント配線の断線、スルーホールめっき不良、はんだ付け性の低下、およびはんだ付け部の黒変といった深刻な損傷を解析する必要がある。次に、異常な信号伝送、部分的な発熱および酸化、さらには短絡に至る具体的な原因も解析し、最終段階として、フラックス、はんだペーストおよび洗浄剤に関する規格を完成させられるようにしなければならない。

世界で最も遠い距離とは、PCB設計者とPCBメーカーの物理的な距離ではなく、PCB設計者が素晴らしいアイデアを持っていても、それがPCBメーカーに正しく理解されないときのことです。 しかし、PCB設計者が設計ファイルを細部まで準備し、PCBメーカーに完全に理解される形で提示し、PCBメーカーもまたその設計に的確に応えようと努めるなら、その距離は決して遠くはありません。

役立つリソース：
•高温環境における高出力PCBの設計
•PCBの最適な性能のためのPCBコーティングの選び方
•「ノークリーニング」を過信するな――「ノークリーニング」フラックス洗浄の重要性