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高温環境下での変形・劣化防止とは?課題と対策・製品を解説

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環境性能における高温環境下での変形・劣化防止とは?
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環境性能における高温環境下での変形・劣化防止
環境性能における高温環境下での変形・劣化防止とは?
プリント配線板(PCB)は、電子機器の基盤として不可欠な部品です。近年、電子機器の高性能化や小型化に伴い、動作温度の上昇が避けられない状況となっています。特に、車載機器や産業機器など、過酷な環境下で使用される製品では、高温環境下でのPCBの変形や劣化が、製品の信頼性や寿命に深刻な影響を与える可能性があります。この課題に対処するため、PCB材料や設計、製造プロセスにおいて、高温環境下での安定性を高める技術が求められています。
課題
熱膨張による応力発生
PCBを構成する材料(基材、銅箔、レジストなど)は、それぞれ異なる熱膨張係数を持っています。高温になるとこれらの材料が不 均一に膨張し、内部に応力が発生することで、層間剥離やクラックの原因となります。
材料の熱分解・軟化
基材となる樹脂や絶縁層が、高温に長時間さらされることで熱分解を起こし、機械的強度や絶縁性能が低下します。また、一部の材料は軟化し、変形しやすくなります。
はんだ接合部の劣化
高温環境下では、はんだ接合部に熱疲労が生じやすくなります。繰り返しの温度変化により、はんだの結晶構造が変化したり、微細な亀裂が発生したりすることで、電気的な接続不良を引き起こす可能性があります。
絶縁破壊電圧の低下
高温は、絶縁材料の誘電特性を変化させ、絶縁破壊電圧を低下させる可能性があります。これにより、意図しない放電や短絡が発生し、機器の故障につながるリスクが高まります。
対策
高耐熱性材料の採用
従来のFR-4などに代わり、ポリイミドやセラミックなどの高耐熱性を持つ基材や絶縁材料を採用することで、高温下での材料の熱分解や軟化を抑制します。
熱応力緩和設計
配線パターンや部品配置を工夫し、熱膨張による応力が集中しないように設計します。例えば、配線幅の調整や、応力緩和のためのビアの配置などが挙げられます。
耐熱性コーティング・封止
PCB表面に耐熱性の高いコーティング材や封止材を施すことで、外部からの熱の影響を低減し、材料の劣化を防ぎます。また、湿気などの侵入も防ぎます。
信頼性評価の強化
高温・高湿環境下での加速試験や熱サイクル試験などを実施し、設計段階や製造プロセスにおける潜在的な問題を早期に発見し、改善につなげます。
対策に役立つ製品例
高耐熱性積層板
従来のガラスエポキシ基板よりも高いガラス転移温度(Tg)を持つ積層板は、高温下での寸法安定性に優れ、熱膨張による応力発生を抑制します。
耐熱性絶縁インク
高温環境下でも電気絶縁性を維持し、熱分解しにくい特殊なインクは、PCB表面の保護や絶縁層として機能します。
熱伝導性放熱材料
PCB上で発生する熱を効率的に外部へ逃がす材料は、局所的な高温化を防ぎ、全体的な温度上昇を抑制することで、材料の劣化を遅延させます。
高信頼性実装材料
高温下での熱疲労に強く、長期的な電気的接続を維持できる特殊なはんだや接着剤は、はんだ接合部の劣化を防ぎます。
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