1. プロセスの背景
PCBAの部品が小型化・高密度化が進むにつれて、部品間の距離や、部品とPCBとの間の隙間である部品の高さ（スタンドオフ）も小さくなっています。同時に、環境要因の影響もますます大きくなっており、 プリント基板. このため、現在では電子製品には、より高い信頼性が求められている。.
PCBAの部品は、大型から小型へ、また疎なレイアウトから高密度なレイアウトへと変化しています。小型化・高密度化の潮流の中で、環境要因に起因する故障問題はますます深刻化しています。このため、コンフォーマルコーティングは、使用中のPCBAの信頼性を保護するための重要な工程となっています。.
2. さまざまな環境要因がPCBAに及ぼす影響
湿気、ほこり、塩水噴霧、カビなどの一般的な環境要因は、いずれもPCBAにさまざまな不具合を引き起こす可能性があります。主な影響は以下の通りです。.
2.1 湿度の影響
開放的な環境で使用される電子基板アセンブリの多くは、腐食のリスクにさらされています。腐食を引き起こす主な要因は水です。水分子は非常に小さいため、一部のポリマー材料の分子間隙間を通り抜けて材料の内部に侵入することができます。また、コーティングの微細な孔を通って下層の金属層に到達し、そこで腐食を引き起こすこともあります。.
空気の湿度が一定レベルに達すると、PCB上で電気化学的マイグレーションが発生したり、漏れ電流が生じたり、高周波回路で信号の歪みが生じたりする可能性があります。.
水蒸気または水分 ＋ 塩分やフラックス活性化剤などのイオン性汚染物質 ＝ 導電性電解質 ＋ 応力電圧 ＝ 電気化学的マイグレーション
相対湿度が80%に達すると、厚さ5～20分子の水膜が形成されることがあります。この状態では、多くの分子が自由に動き回ることができます。炭素が存在する場合、電気化学反応が起こる可能性があります。 相対湿度が60%に達すると、デバイスの表面に厚さ2～4分子の水膜が形成されることがあります。そこに汚染物質が溶解すると、化学反応が起こる可能性があります。相対湿度が20%を下回ると、腐食はほぼすべて停止します。.
このため、湿気対策は製品保護において重要な要素となります。.
電子機器において、湿気は「雨水」、「結露」、「水蒸気」の3つの形態で存在します。水は電解質であり、多くの腐食性イオンを溶解し、金属を腐食させる可能性があります。機器の特定の箇所の温度が露点より低くなると、その表面に結露が発生します。これは、構造部品やPCBA上で発生する可能性があります。.
2.2 粉塵の影響
空気中にはほこりが浮遊しています。ほこりはイオン状の汚染物質を吸着し、電子機器の内部に堆積することがあります。これにより、故障を引き起こす可能性があります。これは、屋外に設置された電子機器によく見られる問題です。.
粉塵は2種類に分類されます。粗大粉塵は、直径2.5～15マイクロメートルの不規則な粒子です。通常、故障やアーク放電の原因にはなりませんが、コネクタの接触に影響を与える可能性があります。 微細な粉塵は、直径が2.5ミクロン未満の不規則な粒子です。PCBA基板に付着した微細な粉塵にはある程度の付着性があるため、静電気防止ブラシでしか除去できません。.
粉塵による害は以下の通りです：
a. PCBAの表面にほこりが付着すると、電気化学的腐食を引き起こし、デバイスの故障率を高める可能性があります。.
b. 粉塵、高温多湿、および塩水噴霧の組み合わせが、PCBAに最も大きな損傷を与えます。沿岸部、砂漠地帯、塩アルカリ地帯、淮河以南の雨季、および化学工場や鉱山地域の近くにある電子機器は、故障率が最も高くなります。.
このため、防塵対策は製品保護において重要な要素となります。.
2.3 塩水噴霧の影響
塩水噴霧は、波の作用、潮汐、モンスーンなどの大気循環、気圧、および日光によって形成されます。風に乗って内陸へと運ばれることがあります。海岸からの距離が遠くなるにつれて、その濃度は低くなります。通常、海岸から1 km離れた場所では、その濃度は海岸での値の1%程度にとどまります。 台風シーズンには、塩分を含んだ飛沫がさらに内陸へと流れ込むことがある。.
塩水噴霧による害は以下の通りです：
a. 金属構造部品のメッキ層を損傷させる。.
b. これにより電気化学的腐食が加速され、金属線の断線や部品の故障を引き起こす可能性がある。.
同様の腐食要因もよく見られます：
a. 人間の汗には、塩分、尿素、乳酸、その他の化学物質が含まれています。これらは、電子機器に対して塩水噴霧と同様の腐食を引き起こす可能性があります。このため、組み立てや使用の際は手袋を着用し、メッキ面には素手で触れてはなりません。.
b. フラックスにはハロゲンや酸性物質が含まれています。PCBAは洗浄し、フラックスの残留量を厳格に管理する必要があります。.
このため、塩水噴霧試験への耐性は、製品保護において重要な要素となっています。.
2.4 カビの影響
カビとは、糸状菌の総称です。「カビが生える菌」という意味です。糸状菌は、しばしば分枝した密な菌糸体を形成しますが、キノコのような大きな子実体は形成しません。暖かく湿度の高い場所では、多くの物体に、目に見えるふわふわとした、綿のような、あるいは蜘蛛の巣のようなコロニーが生えます。それがカビです。.
カビによる害は以下の通りです：
a. カビは有機物を栄養源として繁殖します。これにより、材料の断熱性能が低下し、損傷や機能不全を引き起こす可能性があります。.
b. カビの代謝産物は有機酸である。これらは絶縁性能や絶縁耐力に影響を及ぼし、アーク放電の問題を引き起こす可能性がある。.
このため、カビ対策は製品保護において重要な要素となります。.
3. コンフォーマルコーティングプロセスの概要
湿度、粉塵、塩水噴霧、カビ、その他の環境腐食要因が及ぼす影響を総合的に考慮すると、信頼性を高めるためには、PCBAを外部環境から可能な限り隔離する必要があります。これが、コンフォーマルコーティング工程が導入された理由です。.
コンフォーマルコーティングは、表面コーティングまたはコンフォーマルコーティングとも呼ばれます。英語名は「coating」または「conformal coating」です。現在、PCBのはんだ付け後の表面保護方法として最も一般的です。この工程では、PCBの表面に薄い絶縁保護層を形成します。 これにより、敏感な電子部品を過酷な環境から隔離し、電子製品の安全性と信頼性を大幅に向上させ、製品の寿命を延ばします。.
コンフォーマルコーティングは、回路や部品を湿気、汚染物質、腐食、応力、衝撃、機械的振動、および熱サイクルから保護することができます。また、機械的強度や絶縁性能を向上させることも可能です。コーティングを施すと、PCBの表面に透明な保護膜が形成されます。この膜は水滴や湿気の侵入を防ぎ、漏電や短絡による故障を防止します。.
4. 以下の点に基づくコンフォーマルコーティングプロセスの要点 IPC-A-610E
4.1 塗装面積の分類
4.1.1 塗装が許可されていない区域
これには、金メッキパッド、金メッキフィンガー、メッキスルーホール、テストホールなど、電気的接続が必要な箇所、バッテリーおよびバッテリーホルダー、コネクタ、ヒューズおよびそのハウジング、ヒートシンク、ジャンパー、光学機器のカメラレンズ、ポテンショメータ、センサー、密閉構造のないスイッチ、ならびにコーティングが性能や正常な動作に影響を及ぼす可能性のあるすべての箇所が含まれます。.
4.1.2 塗装が必要な箇所
すべてのはんだ接合部、ピン、および部品の導電性部分は、必ずコーティングを施さなければなりません。.
4.1.3 コーティングの適用可否が選択可能な箇所
これらの領域については、明確な塗装の必須要件は設けられていません。製品の要件や顧客の基準に基づき、塗装を行うことができます。.
4.2 塗膜厚さの基準および試験方法
塗膜厚さは、プリント基板アセンブリの平坦で、被覆がなく、硬化した表面で測定する必要があります。また、アセンブリと同じ工程で製造されたコンパニオンボード上で測定することも可能です。コンパニオンボードは、PCBと同じ材料で作ることも、金属やガラスなどの非多孔質材料で作ることもできます。 また、塗膜厚さの確認方法として、ウェットフィルム厚さの測定を任意の手段として用いることも可能です。この場合、ドライフィルム厚さとウェットフィルム厚さの換算比をあらかじめ把握しておき、その記録を保管しておく必要があります。.
厚さ試験方法：
- 乾燥膜厚の測定：IPC-CC-830B規格に従い、マイクロメーターを使用することができます。また、鉄製乾燥膜厚計を使用することも可能です。.
- 湿膜厚さの測定：湿膜厚さ測定器を使用して湿膜厚さを測定し、塗料の固形分比率に基づいて、実際の乾膜厚さに換算する。.
4.3 エッジの解像度要件
定義：通常のスプレーバルブで噴射された線の端は、完全に真っ直ぐにはなりません。わずかなバリが生じます。このバリの幅を「エッジ分解能」と呼びます。.
工程要件：エッジ解像度の値が小さいほど、コーティングの精度は高くなります。これについて、唯一の固定された基準は存在しません。顧客の要望を満たせばよいのです。.
4.4 均一性の要件
コンフォーマルコーティングは、製品表面に完全な膜を形成しなければならない。膜は厚さが均一で、滑らかかつ透明でなければならない。コーティングの被覆率は、製品全体にわたって均一でなければならない。コーティング後、製品表面にひび割れ、層間剥離、オレンジピール、汚染、毛細管現象、気泡、その他の工程上の欠陥が見られてはならない。.
5. フルコンフォーマルコーティングの工程と主な方法
5.1 事前の準備
PCBA製品、コンフォーマルコーティング材、およびその他の補助材料を準備します。局所的なマスキング保護が必要な箇所を特定します。すべての重要な工程の詳細を確認し、確定します。.
5.2 洗浄工程
PCBAのはんだ付けが完了したら、できるだけ早く洗浄を行う必要があります。これにより、はんだ残渣が硬化する前に除去しやすくなります。まず、汚染物質が極性か非極性かを判断し、それに適した洗浄剤を選びます。.
アルコール系洗浄剤を使用する場合は、作業場所の換気を十分に確保しなければなりません。洗浄後は、残留溶剤が蒸発して炉の爆発を引き起こさないよう、徹底して乾燥させる必要があります。水洗い工程を行う場合は、弱アルカリ性の乳化洗浄液を使用してフラックス残渣を除去し、その後、純水で十分にすすいでください。 洗浄品質基準が満たされていることを確認してください。.
5.3 マスキング保護工程
選択的コーティング装置を使用しない場合は、コーティング前にコーティングしない部分をマスキングする必要があります。残留物や糊の付着がない粘着テープを使用してください。IC部品については、まず静電気防止紙テープを使用してください。すべての部品は、図面に従って厳密にマスキングおよび保護を行ってください。.
5.4 除湿プロセス
洗浄およびマスキング作業の後、PCBAはコーティングを行う前に予備焼成と除湿を行う必要があります。PCBAが耐えられる最高温度に基づき、適切な予備焼成温度と保持時間を選択してください。これにより、基板および部品内部の水分を完全に除去することができます。.
5.5 主なコーティング方法
コンフォーマルコーティングの工程は、PCBAの保護レベル、生産設備、および技術的な構成に応じて柔軟に選択することができます。主な方法は、以下の4種類です。.
5.5.1 手作業によるブラシ塗布
ブラシ塗布は幅広い用途があります。主に、小ロット生産、複雑で高密度なPCBA構造を持つ製品、および厳格なマスキング保護が求められる製品に適しています。手作業による制御性が高く、塗布されない領域を極めて正確に回避できるため、汚染を防ぐことができます。.
この工程では塗料の使用量が極めて少ないため、高価な2液型塗料に適しています。また、作業者には高度な技能が求められます。作業開始前に、作業者は図面に記載された塗装要件を理解し、各構成部品を識別し、塗装しない箇所を明確に把握した上で、目立つように印を付けておく必要があります。 作業工程全体を通じて、二次汚染を防ぐため、印刷済みの挿入部品に素手で触れてはなりません。.
5.5.2 手動ディップコーティング
ディップコーティングでは、均一で連続的かつ完全な被膜層を形成することができます。全体的な被膜効果は非常に優れています。ただし、可変コンデンサ、可変磁心、ポテンショメータ、カップ型磁心、あるいは密閉性が低い部品を備えたPCBA製品には適していません。.
ディップコーティングにおける重要な工程パラメータは、コンフォーマルコーティングの粘度を正確に調整すること、およびPCBAの引き上げ速度を厳密に管理することです。コーティング内に気泡が発生しないよう、引き上げ速度は1秒あたり1メートルを超えてはなりません。.
5.5.3 手動スプレー塗装
この方法は、構造が複雑で、種類が多く、ロット数が少ない製品に適しており、自動設備による大量生産が不可能な場合に有効です。特殊な角部や隙間部分も非常にしっかりとカバーすることができます。.
作業上の注意事項：スプレーミストは、PCBのプラグイン部品、ICソケット、精密接点、接地部など、コーティング対象外の箇所に容易に付着する恐れがあります。そのため、スプレー作業を行う前にマスキングによる保護措置を講じる必要があります。また、接点面が汚れないよう、作業者はプリント基板のプラグに素手で触れてはいけません。.
5.5.4 自動スプレーコーティング
この方法では通常、選択式自動塗装装置が使用されます。大規模な標準化生産に適しており、塗装の均一性が良く、高精度で、環境汚染が少ないという利点があります。産業の高度化、人件費の上昇、環境規制の厳格化に伴い、自動スプレー装置が従来の手作業による塗装に徐々に取って代わりつつあり、業界における主流の方法となりつつあります。.
