PCBの最適な性能を実現するためのコーティングの選び方

これまで、自動車、軍事、航空宇宙、船舶などの産業に用いられる電子製品、あるいは高温多湿環境で動作しなければならない電子製品は、化学的環境、振動、高温多湿、寒暖差、塩水噴霧などの要因により、プリント基板（PCB）の故障に見舞われる可能性があります。これは、エアコンや洗濯機などの家庭用電化製品についても同様です。さらに、PCB基板およびPCB部品は、腐食、軟化、変形、カビの発生といった欠陥を生じるおそれがあります。そのため、電子製品が環境による劣化により強く耐え、寿命を延ばせるよう、回路基板の表面にはコンフォーマルコーティングを施す必要があります。電子製品の用途が広範囲に及ぶにつれ、産業界ではPCBコーティングの分類も多岐にわたり、その需要も高まっています。その結果、安定した保護機能を有するコンフォーマルコーティングの種類を選定することが、エンジニアにとって最重要課題となっています。本稿では、PCBコーティングの分類と特性を取り上げ、最適なコンフォーマルコーティングを選択するための実践的な指針を提供します。

PCBコーティングの分類と特性

・定義と機能

PCBコーティングを施す本質的な目的は、プリント基板やPCB部品に腐食が生じるのを防ぐことです。基板表面にスプレーされる特殊なコーティングの一種として、PCBコーティングは主に、カビの発生、湿気、塩霧の影響を防止する役割を担っており、さらに耐振動性、絶縁性、基板設計サイズの縮小といった機能も有しています。

プリント基板およびその上に実装された部品の表面に、他のデバイスとともに塗布されるPCBコーティングは、悪環境から回路を隔離し、組み立て済みPCBが悪環境の影響を受けないようにすることで、最終的には回路を環境による劣化から保護し、回路故障や漏電を引き起こし得る環境侵食を防ぎ、電子製品の寿命を延ばします。実際の使用状況では、PCB基板は常に、化学的環境、振動、多量の粉塵、塩水ミスト、湿気、高温などの悪環境および動作条件による侵食にさらされており、その結果、回路は断線故障、腐食故障、エレクトロマイグレーション故障、絶縁不良、部品故障など、数多くの欠陥を引き起こします。PCBコーティングスプレーは、PCB基板およびPCB部品をその動作環境から効果的に隔離することができ、安全性を高め、寿命を確保します。さらに、PCBコーティング自体が絶縁性を有しているため、漏電の発生を防ぐことができます。その結果、PCBコーティングにより、電子製品はより高い電力とより小さなパターン間隔を実現でき、部品の小型化に対する高まる要求に対応することが可能になります。

・分類と特性

PCBコーティング材料に寄与する化学元素の違いに基づくと、主にアクリル樹脂、エポキシ樹脂、有機シリコン、ポリウレタン（PU）、およびパリレンコーティングの5種類に分類される。溶剤の種類や硬化方法の違いに基づくと、主に溶剤型コーティング、水系コーティング、およびUV光硬化コーティングの3種類に分類される。

a. 溶剤系アクリル酸樹脂で構成されたPCBコーティング

結論として、この種類のPCBコーティングは、一般的な電子製品に適用できます。

b. エポキシ樹脂で構成されたPCBコーティング

結論として、エポキシ樹脂で構成されたPCBコーティングが使用されることはほとんどありません。

c. 有機シリコンで構成されたPCBコーティング

結論として、この種のPCBコーティングは、多数の高出力抵抗を含む高周波PCBなど、航空宇宙、船舶、軍事およびレーダー制御システムに用いられる高発熱部品に対して最適に機能します。

d. ポリウレタンで構成されたPCBコーティング

まとめると、この種のPCBコーティングは、自動車、産業用制御、電子計測機器、電力、通信など、幅広い分野で応用されています。

e. パリレンコーティング

パリレンコーティングは、真空中でポリマーを分解し、製品表面に均一な成膜を行うコーティングです。電子産業において、特殊な保護コーティングとして適用することができます。

結論として、パリレンコーティングは、航空宇宙、シリコーンゴム、磁性材料、マイクロエレクトロニクス、センサーなどに広く用いられている。現在までのところ、パリレンコーティングは、高周波部品、高密度デバイスおよび高絶縁デバイスに対する最も効果的な保護コーティングである。

f. UV硬化コーティング

PCBコーティングの選定

・選定原則

異なる物理化学的特性および加工特性により、最適なPCBコーティングは、特定の動作環境、電気的性能要件、およびPCBレイアウトを含む総合的な検討に基づいて選定する必要があります。

最適なPCBコーティングは、次の要求を満たす必要があります。
a. 単一コンポーネントであることが望ましく、操作が容易であること。
b. 低粘度で、スプレーしやすいこと。
c. 長期間の保存が可能であること。
d. 副生成物を生じることなく、高速で硬化する必要があること。
e. 優れた柔軟性を備えていること。
f. 広い動作温度範囲を備えていること。
g. 極端な高温／低温および機械的衝撃からPCB基板を保護できること。
h. 低毒性であり、かつ低コストであること。
i. 再加工が可能であること。

・検証方法

PCBコーティングは、RoHS、UL などの認証要件に基づいて選定する必要があり、低粘度で環境に優しく、無毒性の特性を有するPCBコーティングを選択しなければならない。PCBコーティングの種類が一度決定されたら、その有効性は～に従って検証されなければならない。PCBメーカーの技術。

・テクニック検証

この種のPCBコーティングが現在の技術および製品に適用可能かどうかを検証することが、技術検証の目的である。

まず、製品にPCBコーティングを施す際には、手動スプレーまたは自動スプレーを使用することができます。硬化後、コーティングが平滑で均一であり、透明または半透明で粘性がないかどうかを確認する必要があります。さらに、気泡、ピンホール、ひび割れなどが見られないかどうかも観察する必要があります。

第二に、PCBコーティングのリワーク性を考慮する必要があり、硬化したPCBコーティングは容易に剥離できなければなりません。この点の特性を検証するためには、電気アイロン、機械的方法、または化学的方法などの物理的手段に頼ることができます。通常、分散剤はコーティングメーカーによって提供され、この化学的方法は、実装されたデバイスを損傷させることなくPCBコーティングの剥離性能を検証するために用いられます。

第三に、保護性能を検証する必要があります。PCBコーティングの本質的な目的は電子製品を保護することなので、その保護特性を確認しなければなりません。PCBコーティングの特性を証明するために、耐電圧試験、湿潤環境下での絶縁抵抗試験、熱衝撃試験、および加水分解安定性試験を実施する必要があります。

PCB基板およびPCB部品の表面にスプレー塗布されるPCBコーティングは、基板を効果的に絶縁し、悪環境に起因する腐食や損傷から回路を保護することで、電子製品の寿命を延ばし、安全性と信頼性を確保することができます。PCBコーティングの選定段階では、コーティング自体の特性の検証に加えて、顧客の製品・工法・設備に適用可能であることを確認する必要があります。

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