PCBへのガルバニック腐食の影響とは？

PCBへのガルバニック腐食の影響について疑問に思ったことがあるのは、あなただけではありません。このタイプの腐食は、隣接するトレースが溶液またはイオン液体によって汚染され、トレース間に小さなスライバーが成長します。これらの細片は、短絡を引き起こしたり、PCB上の機能ブロックを無効にすることさえあります。腐食がPCB上の電源ラインに影響を及ぼすと、デバイス全体が機能不全に陥る可能性があります。

PCB上のガルバニック腐食の例

ガルバニック腐食は、ある金属の表面が別の金属の表面と反応する電気化学的プロセスである。この反応は電解液の存在下で起こり、通常は異種金属間で起こる。一次電池では、このプロセスを利用して有用な電圧を発生させる。

腐食プロセスは、露出した金属部品に水分やイオン性液体が接触することで始まる。接触すると金属酸化物が成長し始め、表面が腐食する。このプロセスは隣接する回路基板にも影響を及ぼし、短絡や基板全体の劣化を引き起こす可能性がある。

ガルバニック腐食を最小限に抑える一つの方法は、腐食防止剤を使用することである。これらはガルバニック電位を下げるのに効果的だが、常に監視する必要がある。また、水の導電率を増加させる。そのため、PCBを扱う際には、適切にメンテナンスすることが重要です。

ガルバニック腐食を防ぐもうひとつの方法は、銅とアルミニウムの電気接続部の間に酸化防止ペーストを使用することである。このペーストは、銅よりも電位の低い金属で構成されています。これにより、金属同士が接触せず、ガルバニック腐食の可能性を最小限に抑えることができます。

ガルバニック腐食は、はんだ接合に使用される異種金属が原因で発生することがよくあります。このため、嵌合コネクターに適切な材料を選択することが極めて重要です。イオン電位が同じ材料は、異種金属よりも腐食に耐える可能性が高くなります。

PCB上のガルバニック腐食度を低減するプロセス

PCB基板上のガルバニック腐食の程度は、様々な方法で低減することができる。第一の手法は、ネットワークを分析し、ガルバニック腐食の原因を見つけることであり、第二の手法は、ネットワーク内の有機コーティングプロセス（OSP）ディスクの面積を増やすことである。

PCB上の銅パッドは表面仕上げで保護されていますが、仕上げの下に水分が入り込むことがあります。内部に入ると、水分は銅と反応し、腐食プロセスを開始します。このプロセスは、トレースに沿って広がっていきます。多くの場合、PCB上の銅と部品の金属など、2つの異種金属が接触することでガルバニック腐食が起こります。腐食性の電解液が存在する場合も、ガルバニック腐食の可能性を高めます。

ガルバニック腐食は、電子機器、特に高速アプリケーションでよく見られる問題である。これは、2つの異種金属が電解液と接触することで起こります。2つの異種金属が電気的に接触すると、反応性の高い金属原子が電子を失い、酸化が起こります。これが短絡につながる。

PCBを清潔に保つことは、デバイスを長持ちさせるために非常に重要です。腐食の防止は、PCBを乾燥させ、液体を含まない状態に保つことから始まります。そのため、PCBメーカーや設計者は、露出した導体に水分が付着しないように注意深く基板を保護する必要があります。

電子機器における典型的な腐食故障の種類

電子デバイスにおける典型的なガルバニック腐食故障は、さまざまな種類のプロセスによって発生する。そのひとつは、PCBA上に水膜が形成されることで、漏れ電流や電子デバイスからの誤った出力信号につながる可能性がある。もう一つのタイプの腐食故障は、製造工程の欠陥が原因です。この腐食タイプは、スイッチの短絡につながることが多い。

腐食の速度は、温度や周囲の環境など、いくつかの要因に左右される。湿気、露、結露があると腐食が加速される。また、塵埃も水分を保持するため、腐食速度を増加させる。土砂、煙、煤塵、塩分など、さまざまな原因による塵埃が存在する。

ステンレス鋼と亜鉛は、貴金属と活性材料の例である。2つの金属間の相対的な差が大きいほど、ガルバニック腐食の際に及ぼされる力は大きくなる。表面積の大きい陰極は、大電流により高い速度で腐食する。

ガルバニック腐食は、工業設計における大きな懸念事項である。マグネシウムは非常に活性の高い構造用金属である。航空宇宙産業や自動車産業で使用されている。陰極と陽極の面積比も、電解腐食によって生じる電流の量に影響する。2つの金属間の絶縁スペーサーも、金属間の距離を変えることでガルバニック腐食のリスクを減らすことができる。