最も一般的なPCB欠陥とその解決策

プリント基板には多くの問題があるが、その中にはあまり目立たないものもある。これらの問題は実装不良と呼ばれ、診断には専門知識が必要です。例えば、静電気放電、化学物質の漏れ、パッドの浮き上がり、コンポーネントのシフトなどはすべて故障の原因として考えられます。故障モードを特定するには、PCBが故障するまでストレステストを行う必要があります。

静電気放電

静電気放電（ESD）は、電子回路における一般的な問題である。静電気放電は、電子部品の誤った取り扱いや過大な電圧レベルに起因します。多くの場合、結果として生じる損傷は潜在的または致命的なものです。この問題は、PCBを部分的または完全に機能不全に陥らせます。

静電気放電を検出して修理する方法はいくつかあります。目に見えて製品の性能に影響するものもあれば、そうでないものもあります。最初の方法は、デバイスを検査し、コンポーネントが影響を受けているかどうかを判断することです。場合によっては、回路基板上に極小の穴が現れます。

化学物質の漏洩

PCBに含まれる化学物質の漏洩は、多くの産業にとって問題となりうる。米国では1977年にPCBの生産が禁止されたが、環境中にはまだごく微量しか存在しない。環境循環が環境中のPCBの主な発生源であり、PCBは生態系全体に運ばれる。これらの汚染物質は低レベルではあるが、人間や環境に深刻な影響を及ぼす可能性がある。

電子機器への使用だけでなく、1950年代から1970年代にかけて、PCBは校舎の建設にも使われた。多くの学校でPCBを含むコーキング材や蛍光灯器具が使われていた。これらの製品の問題は、PCBが漏れて他の建材や土壌を汚染することだった。これが広範囲に汚染を引き起こしたため、禁止されたのである。

リフトアップパッド

パッドの浮き上がりは、はんだ付け時の過剰な熱や力など、さまざまな原因で発生します。その結果、満足のいくはんだ接合にならないことがあります。このような欠陥は再はんだ付けを必要とし、短絡の危険にもつながります。パッドが浮き上がるその他の原因としては、汚染物質の混入、洗浄不良、フラックス不足などがあります。パッドの浮き上がりは、回路の機能や基板の外観に影響を与えます。

パッドの浮き上がりは、銅の層が薄く、スルー・メッキが施されていない基板で最も頻繁に起こります。浮き上がりの根本原因を特定することは、さらなる損傷を防ぐために極めて重要です。片面回路基板の場合、問題は不適切なウェーブはんだ付けの結果であることが多い。プリント基板を扱う際には細心の注意を払い、部品を扱う際には過度の力を加えないようにすることで、リフトを防ぐことができます。

コンポーネント・シフト

部品ズレは、PCBアセンブリで遭遇する最も一般的な欠陥の1つです。これは、部品の誤った配置を含む多くの要因によって引き起こされる可能性があります。例えば、正しい向きで配置されていない部品が浮いてしまい、部品の位置がずれてしまうことがあります。

場合によっては、部品がずれる原因は、パッド形状に対する部品のミスマッチにある。このため、部品は最も近い熱質量に向かって移動する。その他の原因としては、リード線の曲がり、部品の不適切な配置、酸化などがあります。幸いなことに、部品の移動には多くの解決策がある。例えば、正しいリフロー・プロファイルを守ること、未リフロー組立工程での移動を減らすこと、積極的なフラックスを使用することなどは、いずれも部品の移動を最小限に抑えるのに役立ちます。

はんだボールの欠陥

はんだボールの欠陥は、SMTアセンブリプロセスで一般的です。これは、はんだ本体から分離したはんだボールのことです。これを防ぐには、チップマウンターの実装圧力を正確に設定する必要があります。これにより、はんだペーストがパッドから絞り出されるのを防ぎ、はんだペーストが適切に生成される可能性が高まります。

良いはんだ接合部は、きれいで、対称的で、凹んだ形をしている。一方、悪いはんだ接合部は大きく、軸が長い。もうひとつの一般的な欠陥は接合部の乱れで、薄片状、歪み、不均一な外観を持つ。

サーマルイメージング

赤外線画像は品質管理のための強力なツールであり、プリント基板や部品の修理を迅速化します。ホットスポットを特定することで、不良部品や電力を過剰に消費している箇所を特定できます。この情報は、設計者が消費電力を削減し、バッテリーを長持ちさせるのに役立ちます。サーマルイメージングはまた、熱管理が不十分な領域を検出し、冷却の強化、ヒートシンクの大型化、あるいは再設計を必要とする場合もあります。

PCB欠陥の赤外線画像は、設計者やエンジニアが欠陥の原因を特定するのにも役立ちます。テストボードが品質管理テストに合格しなかった場合、赤外線サーモグラフィで問題を明らかにすることができます。また、基板の異なる2つの領域の温度差を表示し、2つの領域がどのように異なるかを明らかにすることもできます。