Dirty PCB について 基板 プリント基板には埃が溜まり、また、水がかかったり浸かったりして液体に触れることがあります。これらの要素にさらされると、徐々にはんだ接合部が腐食し、回路が損傷することがあります。
また、大量の汚染物質は、基板上の微小な部品を孤立させ、熱の損失を防ぎ、最終的にはオーバーヒートさせてしまいます。
この記事では、汚れたPCBがプロジェクトにどのような影響を与えるのか、PCBをきれいにする方法について説明しています。 きっとあなたのお役に立てるはずです。
Dirty PCB – とは何ですか？
ダーティな回路基板とは、湿気や埃などの有害な環境要因にさらされ、その結果、著しく劣化したものを指します。汚れたプリント基板」は、新品のプリント基板よりも安価に購入される中古品や再生品を指す言葉としても使われることがあります。
以前の機器で使用されていたプリント基板を、プリント基板洗浄会社が十分に再生し、新しい機器の製造に使用できるようにしたものです。
その名前に反して、市場グレードのダーティーPCBは、通常、額面上はかなりきれいな状態です。しかし、良質のダーティPCBはかなりの期間機能を維持できるが、新しい基板の寿命を保証するものではない。
そのため、既製品のダーティPCBは、プロトタイプ用に使用するのが理想的です。
図1: Custome Black Soldermask Printed Circuit Board Assembly）は、すべての部品やコンポーネントがはんだ付けされ、適切に取り付けられた後の基板です。PCBA
プリント基板は、はんだ付け後にフラックスの残渣がかなり残っている場合も「ダーティ」と言える。現在、プリント基板の約70％は無洗浄ソルダーペーストで組み立てられている。
しかし、はんだ付けした後は、はんだ接合部やその周辺にフラックスが残ってしまうことが多い。残留物の量は、フラックスの内容物である固形樹脂、ゲル化剤、活性剤によって異なり、固形物の少ないフラックスは基板への残留物が少ない。
Dirty PCB – 汚れが仕事に与える影響
PCBには、埃や水分、フラックス残渣などの汚れが付着しており、回路に悪影響を及ぼします。
2.1 埃と水分
ホコリは、さまざまな無機物や有機物に加え、大量の水や溶存塩が混ざった複雑な物質です。
基板の信頼性に及ぼす塵埃の影響は、技術の微細化に加えて、通信・情報産業などの塵埃にさらされやすい環境での基板の使用が増えていることから、ますます大きくなっています。
図2：ホコリだらけのプリント基板
ホコリは、回路基板にいくつかの問題を引き起こします。埃は親水性であるため、導電性の電解質膜を形成し、導体間の表面の絶縁抵抗を低下させる可能性があります。
水分がなくても、粒子は接触面の摩擦を増やし、摩耗や腐食を促進します。さらに、粒子は誘電体として作用するため、コネクターやラインの信号干渉を引き起こす可能性もあります。
これらのことから、電子機器の点検を最終的に行う必要があるのですが、アクティブコンポーネントや電源コネクタに埃が蓄積したままになっていると、コンポーネントが過熱したときに取り返しのつかないダメージを与える可能性があります。
2.2 残留フラックス
埃や湿気はプリント基板にとって良いことではありませんが、フラックスの残渣はプロジェクトにさらに悪い影響を与えます。再はんだ付けの際に基板を洗浄する必要がないように、無洗浄フラックス材料が導入された。
しかし、無洗浄基板のメリットは明らかだったが、残留物の問題には組立工がすぐに気付いた。
はんだ付けの際に基板から剥離したフラックスの残渣は、はんだ付けされた部品のピンに徐々に蓄積され、特に1ギガヘルツ以上のクロックを持つ回路では、導電性の問題を引き起こします。
このような高周波では、電子は主に導体の外表面で伝導するため、端子に付着したフラックス残渣が電流を伝導し、信号干渉の原因となるのです。
図3：PCB上のフラックス残渣
フラックス残渣も埃と同様に、親水性の特性を持っています。そのため、フリップチップアセンブリにアンダーフィル材料を塗布して熱で硬化させると、小さなポケットや蒸気、ガスが形成され、最終的にアンダーフィルが基板から分離して、汚染物質がアセンブリに侵入する経路ができてしまうのです。
プリント基板の汚れの原因となる要因
ここまでくれば、プリント基板を汚す要因については大体わかってきたと思いますので、それらがどのようにしてプリント基板に付着するかを推測することができます。ここでは、プリント基板が汚れる原因としてよく知られている3つの要因をご紹介します。
3.1 製造時の残留物
PCBの製造には、歴史的に活性ロジン系フラックスが使用されていました。しかし、これらのフラックスは塩素や臭素化合物で構成されているため、はんだ付け後の残留物は製品の使用中に腐食の原因となる。
そのため、ハロゲン化物を除去するための洗浄方法が数多く開発された。よく洗浄された製品であれば、表面に残るハロゲン化合物の量はごくわずかである。
現在、ほとんどのPCBメーカーは無洗浄フラックスを使用している。理論的には、アジピン酸やクエン酸などの有機酸で構成されたフラックスは、はんだ付けの際に加熱されると容易に分解され、はんだと結合して腐食性の残留物を残さない。
しかし、実際には、溶融したハンダがフラックスの一部を絶縁してしまい、分解に必要な熱が与えられないことが少なくないのだ。製造後、分解されなかったフラックスは残渣としてハンダ付け箇所の周囲の基板に残る。
フラックス残渣は、長期的に回路を正常に動作させるためには、きれいに取り除く必要がある。活性ロジン基板とは異なり、無洗浄基板では水だけではなく、効果的な洗浄のための鹸化剤が必要となる。
3.2 作業環境による影響
フラックス残渣による汚染は、通常、組み立て後の洗浄を怠ったり、不十分であったりすることに起因する。しかし、たとえ製造したばかりの回路から残留物を除去したとしても、環境汚染物質について考慮する必要があります。
例えば、ほこりや汚れの多い場所や屋外でハンダ付けをした場合、ほこりや汚れがハンダの中に入り込み、問題が発生する可能性があります。また、電子機器のプリント基板は、湿気やホコリの多い環境で使用されると、それ程ではない環境に比べて劣化が早くなる傾向があります。
筐体のIP規格に自信があっても、たまには基板をチェックして、ホコリや汚れ、湿気が溜まっていないか確認することをお勧めします。
3.3 不適切な使用/操作
プリント基板は、使用中に気になるデリケートな部品です。そのため、デバイスを取り巻く環境を完全にコントロールすることはできないかもしれませんが、基本的な製造上および使用上の注意事項を無視すると、PCBが汚染される危険性があります。
例えば、アクティブな部品を搭載した基板は、放熱を促進するために通気性のあるパッケージに封入する必要があります。しかし、埃が回路に侵入するのを防ぐために、空気の通り道にはフィンを設置するのが良いでしょう。
開放型パッケージに収められたプリント基板は、フィン型パッケージに収められたプリント基板に比べて、埃や湿気の蓄積が早くなります。
図4：適切に換気されたPCB筐体
デバイスの不適切な使用による誤動作や部品の焼損は、PCB汚染の原因にもなります。例えば、コンデンサから漏れた電解液が基板を腐食させたり、最悪の場合は導体をショートさせたりします。
汚れたプリント基板の洗浄方法
プリント基板の洗浄方法は、基板の種類や汚れの種類、さらには作業の経験や道具によっても異なります。
回路基板のクリーニングは、公園を散歩するようなものではありません。少しでもミスがあると、プリント基板やその上の部品に取り返しのつかないダメージを与えてしまいます。そのため、自分の手を汚す前に、リスクを冒す価値があるかどうか、特に基板が動作していて単に汚れているように見える場合は、自分自身に問いかけることが重要です。
上記の質問に思い切って「はい」と答えた方、あるいは基板が動作しておらず、修理の前に洗浄するつもりの方は、蓄積された埃や汚れ、フラックス残渣、重度の電解質腐食などのPCB汚染のケースに対処する方法をご覧ください。
4.1.ホコリや汚れの掃除
信じられないかもしれませんが、プリント基板のホコリや汚れのような乾燥した軽いゴミを取り除くのに最適なツールは、古くて乾いた歯ブラシです。小さくて軽いので扱いやすく、毛先が細いので小さなゴミでも取り除けます。
また、圧縮空気を使って基板を吹き飛ばすこともできますが、掃除機は使わないようにしましょう。ホースの先端で発生する静電気がプリント基板上の部品を損傷する恐れがあります。
4.2.グライムの除去
汚れは、水や油、ソーダやワックスなどを含んだホコリがプリント基板に付着することで発生します。汚れの除去には、歯ブラシと圧縮空気だけでは不十分です。
まず、基板からソケット部品を取り外し、別の場所に置いて洗浄します。部品を取り外すことで、損傷を防ぐだけでなく、ソケットが露出し、より徹底した作業を行うことができます。
もちろん、部品を取り外す前に、部品の位置を正確にメモしておく必要があります。そうすれば、基板のクリーニングが終わったときに、簡単にハンダ付けできるようになります。
家庭用の非リン酸系洗剤は、汚れを落とすのに効果的です。10秒ほど放置して汚れをほぐしてから、古い歯ブラシでこすり落とします。基板をすすぎ、繊維のないきれいな布で拭き取ります。
図5: 洗剤に浸したPCB
部品を交換する前に、プリント基板を完全に乾燥させることが重要です。オーブンを約80℃に予熱し、温度が上がったらスイッチを切って、基板を中に入れます。
2時間ほど乾燥させます。キッチンに出入りする人は、オーブンに触れないように注意してください。
乾燥が終わったら、ボードを取り出し、損傷がないかどうかを確認します。問題がなければ、部品を再び取り付けてください。
4.3.残留フラックスの洗浄
前述の通り、フラックスの残渣は鹸化剤を使用しないと除去できません。DIY愛好家が使用する洗浄用の鹸化剤は、家庭用の消毒用アルコールです。
歯ブラシをアルコールで濡らして、基板の気になる部分を優しく擦ります。電子機器の洗浄によく使われる無水アルコールは、家庭用アルコールよりも速効性があるため、残留物の汚れがひどい場合には、より適した鹸化剤となります。
もしお金に余裕があれば、フラックス除去に特化した市販の洗浄剤を購入することもできます。Tech Sprays社のEnvi-Ro-Tech 1676のようなプログレードの洗浄剤は、優れた結果を得ることができますが、アルコールよりもはるかに高価なものになります。
4.4.腐食の除去
PCBが電池の酸、塩水（汗）、コンデンサの電解質の腐食で汚染されている場合は、できるだけ早く物質を中和して洗浄する必要があります。
重曹と水を混ぜてペースト状にしたものを、酸が付着した部分に塗ります。
酸は基板の痕跡に沿ってバッテリーから離れた他の場所にも伝わりますので、重曹を混ぜたもので中和のための「浸漬」を行い、すべての酸を中和したことを確認するとよいでしょう。
浸した後は、基板を十分にすすぎ、上記の「汚れ落とし」の手順を踏んでください。
図6：PCB電池の腐食
一部の電池（特にニカド電池）には酸ではなく塩基が含まれているため、重曹水は中和剤として機能しません。そのため、重曹では中和できません。代わりに、ホワイトビネガーのような入手しやすい弱酸性のものを使ってください。
塩水による腐食に対処するには、通常、汚れを除去するだけで十分です。
しかし、塩水にさらされたことで基板の金属表面に酸化物ができ、それが優しく擦っても取れないような場合は、メディアブラスト（ガラスやプラスチックのビーズを使ったブラスト）やメディアタンブリング（真鍮ベースの脱酸素剤を使ったタンブリング）などの特殊な技術を使わなければならないかもしれません。
基板環境の改善
プリント基板の理想的な環境は、ほこり、汚れ、水分、酸、フラックスなどの汚染物質がないことです。しかし、基板を完全に無くしてしまうことは事実上不可能です。最終的には、すべてのプリント基板は清掃が必要なほど汚れます。
ありがたいことに、回路基板を長期間にわたってきれいに保つためには、いくつかの対策を講じることができます。WellPCBのような有能なメーカーから購入したPCBは、通常、空気や湿度への暴露を減らすためにシリカゲルやバブルラップを使用して、真空パックに入っています。
ですから、基板を購入したら、デザインができあがって製作するまで、パッケージから取り出してはいけません。
しばらく棚の上に放置されていた基板には、はんだ付けプロセスや回路全体の機能を損なうほどの水分やほこりが蓄積されています。
図7：真空パックされたPCB
プリント基板を使用する環境も、汚染物質が最も少ない状態である必要があります。汗や指紋が基板に付着しないように、製作スペースを清潔に保ち、可能であれば製作時にはハンダ付け用の手袋を使用してください。
また、完成したデバイスを囲む空間は涼しく乾燥しており、虫やクモが這っていないか注意してください。
プリント基板を腐食や汚染から守るには
PCBを取り巻く環境を改善するためにできることがほとんどないのであれば、PCB自体を保護することに集中しましょう。PCBを状況から安全に保つための最も自然で最も一般的な解決策は、PCBを筐体に入れることです。
適切な筐体は、外部からの直接的な汚染から回路基板を保護します。
さらに保護を強化するには、コンフォーマルコートの塗布を検討することができます。このコートは、ほこり、湿気、塩水噴霧、菌類、酸などの多数の有害物質が基板に侵入するのを防ぎます。また、適切なコンフォーマル製品は通気性があり、下に閉じ込められた水分を逃がすことができます。唯一の欠点は、プリント基板を再加工する際に、コーティングを剥がして再度塗布しなければならないことです。
図8：コンフォーマルコートの塗布
湿気が問題となるような環境で使用される機器の場合、コンフォーマルコーティングに加えて、筐体から空気を吸い出して湿度を下げるためのファンを使用することができます。
シリカゲルのパックは、最もエレガントなソリューションではありませんが、筐体の水分含有量を最小限に抑えるのに役立ちます。
最後に、はんだ付け後には時間をかけて基板を洗浄し、フラックス残渣やはんだボールを除去してください。また、腐食が進行しないように定期的に目を離さないようにしてください。
Dirty PCB–どのようにWellPCBは助けることができますか？
PCBのクリーニングは、特に大規模なアルコールと歯ブラシよりも多くを要求します。あなたは、クリーニングや保護を必要とするボードの一握りを持っている場合は、あなたの肩から重量を取るためにWellPCBを信頼することができます。
7.1. WellPCBはどのようにPCBクリーニングを行うか
同社のクリーニングプロセスの最初のステップは、慎重な視覚分析、電子顕微鏡やX線スキャンを使用して、基板を調査し、損傷の原因となるエージェントを特定することです。この初期チェックは、カスタムPCB回路基板をオンラインで注文することについて知っておく必要性を可能にします。あなたが必要とするPCBボードのために、あなたは、PCBに最も適した洗浄戦略をファッションにWellPCB技術者で私たちに連絡することができます。
右のアプローチが決定されると、汚れたボードは、業界で最も優れた洗剤、石油蒸留物、修正された溶剤、機械的な攪拌機やメディアブラスターを使用して、洗浄プロセスにさらされています。
PCB製造の技術と経験で、多くのお客様の問題解決に貢献しています。興味があれば、私たちのホームページを訪問することができます。 WellPCBは、その小さなサイズは、使用される洗浄剤は、それらがキャビティやコンポーネントの下に流れるために低い表面張力を持っている必要があることを意味し、小型化された回路の特別な注意を払う。
きれいなPCBは、その後、迅速に洗浄溶剤を吸収する添加剤を使用して洗浄し、最終的に制御された温度の下で乾燥されます。もちろん、WellPCBは、完璧な状態に戻すために、汚染以外のPCBが持っている他の問題に対処するために迅速になります。
7.2.How WellPCBは、PCB保護を行います。
PCBサービス？もしそうなら、WellPCBが非常に真剣にPCB保護を取るよりも、もう探す必要はありません。したがって、あなたが購入するボードは、高品質の低残渣のフラックスを使用して製造されていることを期待することができます。同社はまた、埃や湿気を排除し、酸化を防ぐためにトップグレードのコンフォーマルコーティングソリューションを提供しています。
さらに、同社の回路基板は最高度の注意を払って製造されているため、エッチャントの敷設不備、トレースの大きさの違い、接合部の弱さなど、小さな不快なミスを心配する必要はない。
おわりに
きれいな基板は、信頼性が高く、長持ちする基板です。PCBを数年以上使用するつもりなら、たまにはきれいにして、汚染物質からしっかりと保護しましょう。古い歯ブラシと家庭用アルコールがあれば十分ですが、もし何か助けが必要ならば、PCBサービス？そうであれば、WellPCBが最適なソリューションを提供するよりも幸せになるよりもさらに見ない。
