PCBを湿気から守る方法

サーモグラフィや音響顕微鏡を使って、湿度の高い環境に長期間さらされた回路基板を検査すると、層間剥離、気泡、変色などの問題に遭遇することがあります。これらの問題は、基板の電気的性能に大きな影響を与えることを示しています。設計段階において、設計者はPCBの動作環境を理解し、湿度レベルが高い場合には湿気関連の問題を防ぐために必要な予防措置を講じることが極めて重要です。本記事では、FS Technologyが次のことを探ります。 PCB湿気の問題湿気による回路への影響、基板からの湿気の検出と除去方法、そして最後に湿気対策のガイドラインを紹介します。さっそく見ていきましょう!

回路基板への水分の影響

寿命の短縮や動作不良の可能性など、湿気が電子製品に及ぼす悪影響は明らかです。しかし、回路基板の製造段階における湿度の影響は、すぐには明らかにならず、製品の使用期間が経過して初めて顕在化する場合があります。このような潜在的な問題の監視を怠ると、機器の長期的な信頼性の問題やメンテナンス回数の増加につながり、最終的には顧客満足度の低下につながります。

回路基板が必要な保護措置を講じることなく長時間の高湿度条件にさらされると、腐食は明らかな結果となります。デバイスの動作中、回路には電力が供給され、自然伝導体である湿気は、回路基板の表面に意図しない伝導経路を作る可能性があります。回路基板は金属部品でできているため、水分にさらされると電流と相まって電気化学反応が誘発され、酸化や腐食が生じます。回路腐食の結果は簡単で、短絡や回路基板の完全な故障に直結することもある。一方、酸化は回路抵抗を増加させ、部品のリード線、はんだ接合部、導電性トレースの完全性に影響を与え、信号の減衰や回路の誤動作を引き起こします。

化学反応に加え、湿気は基板素材そのものに大きな影響を与える。PCB製造では、ラミネーションによって異なる材料を重ね合わせるため、回路基板の端に水分が浸入する可能性があります。デバイスの動作中、水分は回路基板内で蒸発・凝縮し、熱応力につながります。吸湿と放湿のサイクルは材料の膨張と収縮を引き起こし、内部構造の品質を脅かす。さらに、ガラス繊維やエポキシ樹脂などの特定の基板材料は、温度変化により誘電率が変化します。これは回路のインピーダンス整合や信号伝搬特性に影響を与え、一部の高周波・高電圧アプリケーションでは絶縁破壊につながることさえあります。

さらに、電子部品は回路基板上に集積されており、抵抗器、コンデンサー、ICのような繊細な素子も含まれていますが、これらは内部構造や材料により湿気の影響を受けやすくなっています。例えば、湿気はコンデンサーの誘電吸収を引き起こし、湿度の浸透はICパッケージ内の半導体素子を損傷させ、湿度の変化は抵抗器の動作やセンサーの誤動作測定値に影響を与えます。

上級の読書: PCBAでデリケートな部品を扱うには?

PCBの水分検出

PCBに関しては、さまざまな業界や電子用途で独自の要件や規格があります。さらに、メーカー間のばらつきが品質の違いにつながることもあります。例えば、FS Technologyは製造プロジェクトにおいてIPC-A-610-G規格を遵守しています。より高い規格は品質管理を強化する一方で、コスト増も伴うことに注意することが重要です。以下は、PCB上の水分を検出するためのいくつかの方法です:

  • 目視検査: これは最も基本的な方法で、PCB表面や部品を目視検査し、水滴、変色、腐食などの水分の兆候を確認します。経験豊富な作業員に頼るため、迅速かつ簡単ではあるが、内部に潜む水分の問題を明らかにすることはできない。
  • 湿度インジケーターカード: これらのカードには湿度に敏感な化学物質が含まれており、一定の湿度レベルにさらされると色が変化する。簡単な視覚的表示は可能だが、内部の湿度状態を評価することはできず、使い捨てのカードを購入する必要があるため、費用対効果が低い場合がある。
  • 導電率試験: 水分はトレースや部品の導電率を高めます。導電率計は、導電率が正常範囲内にあるかどうかをチェックするために使用することができ、これは水分の問題の存在を示すことができます。
  • 赤外線イメージング: 湿気は影響を受けた部分の温度を下げる傾向があります。赤外線カメラは赤外線スペクトルをとらえ、温度差を評価することで湿気を検出します。
  • 露点測定: 露点とは、特定の湿度レベルで水分が凝縮し始める温度のことである。このテストは、内部温度が露点を下回り、湿気の問題があることを示すかどうかを判断するのに役立つ。
  • 静電容量試験: 湿度検出には、吸湿性コンデンサなどさまざまなタイプの感湿性コンデンサを使用できます。これらのコンデンサは、湿度レベルに応じて静電容量値が変化し、定量的な含水率データを提供します。
  • ポテンシャルの高いテスト: この方法では、製造工程でプリント基板に高電圧を印加し、湿気によるリークや絶縁破壊を検出する。

PCBからの水分除去

生産・貯蔵エリアでは、空気循環を促進し湿気の停滞を防ぐため、除湿機や扇風機を使って密閉された空間の湿度レベルを管理することが推奨される。さらに、加工環境全体の温度を15℃~30℃に維持する必要がある。

PCB内に水分の脅威が検出された場合、効果的な対策は、PCBを温度制御されたオーブンに入れるベーキングである。あるいは、基板ケーシング内に低レベルの発熱体を設置し、内部温度を徐々に上昇させる方法もあります。この原理はベーキングと一致する。もう一つの対策は、乾燥窒素ガスを使用して基板フレーム内の空気を置換することです。乾燥窒素ガスは低温であるため、効果的に水分の除去を助ける。水分の問題が深刻な場合は、真空乾燥をお勧めします。回路基板を真空チャンバーに入れて気圧を下げると、水の沸点が下がります。圧力が下がると、水分は低温で蒸発し、基板から効果的に除去されます。

PCBへの水分の脅威を避ける

製造後のボードの保管や輸送に関しては、空気中の水分が、特に海上輸送中に脅威となる可能性がある。これに対処するには、梱包時に真空シーリングを行うことをお勧めします。基板を真空密封パッケージに入れ、シリカゲルやモレキュラーシーブのような材料でできた乾燥剤パックを単一基板エンクロージャー内に入れます。これらの材料は、エンクロージャーの空気中に存在する水分を吸収します。乾燥剤の効果を維持するため、定期的に交換またはリフレッシュしてください。重要なエリアや繊細な部品には、結露防止コーティングの使用を検討してください。これらのコーティングは、基板上の水分の結露を防ぎ、温度変化が頻繁な環境で非常に効果的です。さらに、ワッシャ、シール、Oリングを使用して回路基板の防水シーリングを強化し、水分の浸入を防ぎます。

完成したPCBAボードについては、以下を検討されたい。 コンフォーマルコーティングサービスこれは、基板の表面に保護層を塗布するものである。このコーティングは、湿気、ほこり、汚れ、化学汚染物質から回路を保護します。コンフォーマルコーティングに使用される一般的な材料には、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などがあります。しかし、気泡や不完全な被覆などの欠陥が発生した場合、メンテナンスや修理が困難になる可能性があることに注意が必要です。

もうひとつの選択肢は ポッティングコンフォーマルコーティングよりも包括的である。これは、筐体または回路基板部品の選択された部分に液体または半液体の化合物を充填することを含む。硬化すると、これらの化合物は固体の保護バリアを形成する。この方法は、基本的な保護を提供するだけでなく、衝撃による損傷からも保護します。ポッティングに使用される一般的な材料は、エポキシ系材料である。

IPC PCB水分感度レベル

  • IPC-J-STD-033C: この規格は、以下の用途に使用される湿気に敏感な部品の適切な取り扱いと保管に重点を置いている。 表面実装デバイス.この規格は、部品の保管および組立時の湿気管理に関するガイドラインを規定している。この規格の主な側面には、湿気に敏感な部品に対する乾燥剤包装と防湿袋の使用、組立前に湿気を除去するための部品のベーキング手順、長時間の湿気への暴露を防止するための貯蔵寿命の管理、湿気に敏感な部品の文書化およびラベリング要件などが含まれます。
  • IPC-A-610-G: 水分に特化したものではありませんが、この規格はPCB基板を含む電子アセンブリの全体的な受け入れ可能性と品質基準を定義しています。部品配置、はんだ接続、基板アセンブリのさまざまなパラメータなど、仕上がりや品質面を評価するためのガイダンスを提供しています。湿気による損傷に起因するはんだ接合部の問題のような湿気関連の問題は、この規格を使用して評価することができます。
  • IPC-6012: この規格は、以下の性能および品質に関する要求事項を概説している。 リジッドPCB.湿気に直接対処するものではありませんが、PCB製造と性能の基礎を確立し、湿気に関連する問題への耐性に間接的に影響します。
  • IPC-1601A: この規格は、PCBおよび電子アセンブリの適切な取り扱い、包装、保管に関する包括的な指示を提供します。また、静電気放電(ESD)の防止や環境汚染物質への暴露からの保護といった懸念事項にも対応しています。
  • IPC-PL-7351A: この規格は、SMD をその水分感受性レベルに基づいて分類することを支援する。この規格は、湿気に敏感なSMDの推奨フロアライフ限界と、フロアライフ限界を超えた場合の部品のベーキングに関するガイドラインを規定している。

ぜひ、ご意見をお聞かせください