PCBの水分感受性に関するガイド

層間剥離の影響は、熱画像や音響顕微鏡で検出できますが、変色や表面の水ぶくれなどの明らかな症状の形で常に現れるとは限りません。全体として、最初から湿気がPCBに到達するのを防ぐことが非常に望ましいです。この保護は、プリベークや適切な保管などのプロセスを通じて実現できます。 PCBの設計は、湿気が問題になる可能性が高いか低いかに影響を与える可能性もあります。プリント回路基板（PCB）で最も厄介な問題の1つは、湿気の存在です。 PCB内に水分が存在する場合、それによって引き起こされる不安定化は、表面要素に層間剥離の影響を及ぼしやすい。 PCBにはんだ付けまたは再加工を施すと、水分含有量の結果として層間剥離が容易に拡大する可能性があります。

湿気がPCBに与える影響

湿気の存在は、PCBのさまざまな機能障害につながる可能性があります。拡散が定着するときに、どのコンポーネントまたは導電性パスがそれに接触するかによって異なります。湿気は、エポキシガラス、樹脂、またはガラスの界面を悪化させ、ボードに亀裂を生じさせる可能性があります。湿気に一般的に関連する問題には、回路速度の低下や、対応するデバイスの機能による遅延時間の増加などがあります。問題が特定の制限を超えると、デバイスが単にアクティブ化に失敗する可能性があります。

プリント回路基板の吸湿と脱着の影響を示すテストが実施されました。密度の異なるメッキスルーホールを備えたPCBでは、トラップされた水分量は、各ホール間の距離に基づいて異なる脱着率を示します。飽和度の高いPCBでは、高温環境で脱着に数百時間かかる場合があります。

大気圧がボードとそのコンポーネントの抵抗を超える環境にPCBを配置すると、湿気がPCBに浸透する可能性があります。 PCBに水分の層間剥離が発生するのを防ぐために、はんだ付けは、水分含有量が0.1％未満の高温または水分含有量が0.2％未満の低温でのみ実行する必要があります。高温はんだ付けは摂氏260度前後でホバリングしますが、低温はんだ付けは摂氏230度の球場で行われます。

水分の検出と除去

PCBの電気エネルギーを蓄える能力を測定すると、ボード内の水分含有量の変化を検出できます。このプロセスでは、静電容量センサーが使用されます。静電容量レベルは、穴の密度に反比例して移動します。後者が高い場合、湿気と表面の間の距離は短くなりますが、湿気が逃げるスペースが増えるため、前者は低くなります。

非PTHPCBでは、静電容量はより速いペースで減少します。そのため、これらのボードの水分レベルを十分に低くするために必要なベーク時間は短くなります。 PTHボードでは、湿気を逃がすための露出面の余地が少なくなります。

脱着プロセスに対する銅面の逆効果のため、それらはそれらの設計を考慮して焼かれる必要があります。一方では、ベーキングプロセスを長時間実行することで、ボードからより効果的に水分を排出できますが、そうすると、ボードのはんだ付け性と機能容量が低下する可能性があります。したがって、これらの起こりうる副作用を回避するために、ベーキング時間を測定する必要があります。

水分除去のプロセスは、常に予測可能な結果をもたらすとは限りません。たとえば、同一の銅面のペアは、ベーキングが進行するときに水分の中央フレアアップを受け、後で拡散する可能性があります。層間剥離が最も起こりやすいボードの領域でこの瞬間的な湿気の膨張が発生した場合、それはベーキングの意図しない副作用である可能性があります。

一部のボードでは、水分が複数の層に拡散すると、水分を除去できない場合があります。したがって、組み立ての初期プロセス中に湿気がボードに侵入するのを防ぐための対策を講じることが重要です。

なぜそれが起こるのですか？

PCBが湿気にさらされる最も一般的な方法の1つは、寒さに触れることです。冬の空気。低温では、湿気を吸収するのに十分な熱が大気中にありません。その結果、空気の保湿された内容物が冷たい表面に放出されます。表面が空気自体よりも冷たくなると、その表面は放出された水分または凝縮物の磁石として機能する可能性があります。このプロセスが、冬の間窓が曇ることが多い理由です。

凝縮領域の近くに置かれた冷たいアイテムも、空気から湿気を引き付けやすいです。たとえば、霧のかかった窓の敷居に沿って置かれた花瓶は、湿気の液滴で湿りやすくなります。コンピュータコンポーネントの表面を含め、内気よりも冷たくなり、立っている水を保持する可能性のある表面は、磁石として機能する可能性があります。

非アクティブなコンピュータまたは周辺機器の内面と外面は、冬の間は簡単に寒くなる可能性があります。表面が空気自体よりも冷たくなると、湿気を引き付けます。内部コンポーネントでは、湿気を逃がすための通気孔がない場合、問題が悪化する可能性があります。たとえば、PCBは、コンピュータボックス、スキャナー、ビデオプレーヤー、またはステレオデバイスの内部に水平に配置できます。家が空で、外気温が低いにもかかわらず熱と電気の両方がオフになっている時間帯には、これらのデバイスは湿気の磁石として機能します。

湿気がPCBやその他の内部回路の表面に拡散すると、デバイスは最終的に電源をオンに戻せなくなる可能性があります。冬の間デバイスが休止状態になり、春になるとアクティブ化できない場合、内部の湿気が原因となることがあります。デバイス自体が非アクティブであるため、問題の期間中、ユニット内で内部発熱はありませんでした。

PCBに水分が蓄積する可能性のあるその他の方法には、次のものがあります。

不十分なパッケージング： PCBは、健全でないバッグやキャビネットに梱包または保管されている場合にも湿気と接触する可能性があります。ボードが周囲条件からの保護を提供しない不健全なパッケージで出荷された場合、特定の条件下で湿気が浸透する可能性があります。場合によっては、湿気がPCBの層に拡散してから、顧客の手に届きます。
アセンブリ： 湿気がPCBと接触する可能性がある最もとらえどころのない、苛立たしい方法の1つは、組み立てプロセス中に周囲の空気からの水の粒子がボードに着地するときです。はんだ付けの前に水がボード自体に付着し、層全体に拡散する場合、ボード自体は本質的に欠陥のある状態で製造される可能性があります。湿気を取り除くための手順がありますが、同じ手順でボードを開いてさらに露出させることもできます。
ベーキング： PCBの湿気と戦うために使用される最も一般的なプロセスであるベーキング中に、湿気がボード内で膨張することさえあります。ベーキングの背後にある目的は、水分を強制的に排出する温度レベルまでPCBを加熱することですが、内部化された水分分子は、ボード内の温度が上昇するにつれて瞬間的に膨張することがよくあります。水分の大部分は最終的にPCBから排出されますが、瞬間的な膨張により、ボード内でさらに不可逆的な拡散が発生する可能性があります。

水分に関するIPC基準

2010年に、PCBの湿気制御に関するIPC基準が確立され、PCBメンテナンスの全体的な範囲でこのトピックが受けていた怠慢を是正しました。コーティングされたはんだボードは、湿気がボードに侵入するのを防ぐための対策が講じられている限り、はんだ付け性を長期間維持できます。あるいは、湿気を拡散させるために適切な手順を採用すれば、ボードは長持ちする可能性があります。

ガイドラインによると、ベーキングは、既存のプロセス制御で水分の侵入を防ぐことができなかったPCBから水分を除去するための実用的な方法です。ただし、ガイドラインでは、ベーキングによって費用が増加し、サイクル時間が長くなり、はんだ付け性が低下することも警告されています。ベーキングプロセスは、PCBに損傷を与え、汚染を与える可能性のあるさらなる処理からも構成されます。したがって、PCBの組み立て、取り扱い、保管中の予防的メンテナンスにより、ベーキングの必要性を可能な限り回避する必要があります。

この文書は、ベーキングの影響により仕上げが低下するため、有機はんだ付け性保存剤（OSP）コートのベーキングに対して特に警告しています。鉛フリーはんだ付けでは、OSPコーティングは、その適用に伴う費用効果が高く簡単な手順のために一般的です。これらの利点にもかかわらず、OSP層は、下にある銅の表面を保護する唯一のものであるコーティング層の単純さのために、容易に酸化する可能性があります。 OSPコートを使用すると、表面の分離と湿気の拡散が発生するのに数分しかかかりません。

PCBは、多くの場合、ボードを吸湿しやすくするパッケージで出荷されます。多くの場合、PCBはフォイルバッグまたはESDバッグで出荷されます。その結果、そのようなボードはしばしば危険な量の水分拡散を伴って到着します。受け取った後にパッケージに保管すると、ボードは数か月で簡単に台無しになる可能性があります。代わりに、PCBを出荷し、防湿バッグ（MBB）に保管する必要があります。

PCBの湿気を防ぐ方法

PCBの製造中、ラミネーションプロセスは空気システムが乾燥剤乾燥剤で調整されている温度制御された環境。異なるコンポーネント間で汚染が広がるのを防ぐために、各作業サイクル中に新しい手袋を着用することも重要です。

PCBラミネーションのプロセスそのものが、完成品に脱水効果をもたらします。この段階で、プリプレグとコアが配置され、レイヤーが1つのボードに結合されます。一部のメーカーは、この段階で低圧真空効果を適用して、層内に水分を閉じ込める可能性のある内部ボイドを防ぎます。

特定のPCB製造業者の間では、ラミネーションの前にプリプレグを焼くのが一般的な方法です。ここでの目標は、完成したボードに湿気ポケットやブリスターが形成されるのを防ぐことです。この手順は、プリプレグが規制されていないストレージ環境で事前に一定の時間を費やした場合に最も役立ちます。それ以外の場合、この手順は通常必要ありません。

PCBの湿気を防ぐ最も効果的な手段の1つは、メッシュ状の銅面です。これにより、層間やボードの内外への湿気の移動が抑制されます。メッシュ銅面は、層間のより強力な結合材料としても機能します。ただし、PCBに存在すると、ボードの電気容量が低下する可能性があります。

PCBから水分を取り除く方法

PCBから水分を除去する主な方法はベーキングです。この間、高レベルの熱を加えて、埋め込まれた微量の水分を押し出します。ほとんどの設定で高温が水分除去の効果的な手段であるため、ベーキングは一般的な方法です。熱がこの処理を受けた層を通り抜けるとき、効果は通常徹底的で持続します。 PCBが店舗や電子機器工場に出荷される前の組み立て段階で、ベーキングがよく使用されます。

ベーキングの多くの場合プラスの効果にもかかわらず、プロセスには欠点もあります。 PCBに大きな銅面が含まれている場合、バッキングプロセス中に水分濃度が最初に膨張し、結果として層間剥離が発生する可能性があります。湿気の拡散が発生する可能性があるのは、腫れの数秒間です。それが起こると、水分除去のプロセスは、不可能ではないにしても、はるかに困難になります。

PCBは、乾燥エンクロージャーに配置すると水分を排出できます。これにより、ボードは0.05g/m3未満の空気蒸気で理想的な温度に保たれます。この環境は、湿気が固まったり拡散したりするのを防ぐ真空効果をPCBに提供します。ドライエンクロージャーは、酸化や金属間化合物の発生も防ぎます。 PCBは、腐敗のリスクがほとんどない乾燥エンクロージャーに無期限に保管できます。

PCBは乾燥したコンパートメントに適切に保管することが重要です。出荷して予備として保管する場合、PCBはMBBにパッケージ化する必要があります。除湿された空気を備えた乾式保管ユニットは、PCBがコンピューターまたは電子機器での使用を待つ数週間または数か月間の湿気への暴露を防ぐことができます。

アクティブなデバイスに含まれるPCBは、デバイス自体が湿気の多い環境に置かれている場合、湿気と接触している可能性があります。窓が曇っている部屋にあると、非アクティブ化されたデバイスは、肉眼で問題が明らかにならない場合でも、内側と外側に簡単に保湿された表面を持つ可能性があります。この問題を回避するには、寒い時期に電子ユニットをアクティブに保ち、室内の温度を適度に暖かく保ちます。たとえば、アクティブなコンピュータは、PCBやその他のコンポーネントから水分を除去するのに十分な内部熱を生成します。

電子部品の湿気に対抗する別の方法は、そのようなデバイスを垂直位置に置くことです。水平のコンピュータボックスには、立っている湿気をホストする可能性のある横になっているPCBがあります。コンピュータタワーでは、PCBは垂直位置にあります。どうしても必要な水分を取り除くことが目的の場合は、水平よりも垂直の方が望ましいです。

MillenniumCircuitsLimitedのプリント回路基板

PCB吸湿は、プリント回路基板を使用するかどうかを認識するための重要な問題です。あらゆる種類の製品。ボードの寿命を長くするには、組み立て、取り扱い、出荷、保管、設置、保守、および再配置のすべての段階でPCBの取り扱いに関する注意事項を習得する必要があります。

MCLでは、当社の技術者がPCBの安全な取り扱いについて専門的な訓練を受けており、当社の場所から出荷される各PCBが湿気のないパッケージで送られるようにしています。 PCBの詳細については、今すぐMCLに連絡して見積もりを受け取ってください。

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