PCBパッケージシリカゲルの技術と設計のポイント

PCBパッケージシリカゲルは、一般にPCBポッティングまたはPCBパッケージとも呼ばれ、主な目的は回路基板とその部品を外部環境から保護することである。

以下では、PCBパッケージシリカゲルのさまざまな点について詳しく説明します。

一、なぜPCBにシリカゲルを包装するのですか。（目的と利点）

シリカゲルを被覆する核心的な目的は防護であり、具体的には：

防湿防湿：シリカゲルは優れた撥水性と低吸湿性を有し、水蒸気、凝縮水浸食回路を効果的に防止し、短絡と腐食を避けることができる。これは、浴室、屋外、自動車の外部などの湿気の多い環境で使用される機器にとって重要です。

防塵防汚：ほこり、汚れ、化学ガス、塩霧などの汚染物を完全に遮断し、回路の清潔を維持し、長期信頼性を高めることができる。

絶縁保護：シリカゲルは優れた絶縁材料であり、高圧部品の間やハウジングとの間に沿う電気、破壊を防止し、部品の短絡を回避することができる。

機械的保護：

耐震耐衝撃：シリカゲルは柔軟なエラストマーであり、外部からの衝撃、振動を吸収、緩衝し、脆弱な部品（例えば結晶振動、大きなインダクタンス）と溶接点を保護することができる。

応力解放：温度変化のある設備に対して、シリカゲルは部品とPCB自身の熱膨張冷縮に耐え、内部応力を減少し、溶接点の割れを防止することができる。

放熱作用：いくつかの専門的な処方の熱伝導性シリカゲル（アルミナ、窒化ホウ素などの熱伝導性フィラーを添加）は保護すると同時に、部品から発生した熱を外殻に伝導し、放熱を補助することができる。

秘密保持と固定：シリカゲルが硬化した後、無傷で取り外すことは難しく、一定のパクリ防止作用を果たすことができる。同時に部品をその位置に恒久的に固定することもできる。

二、シリカゲル被覆の潜在的な欠点

非保守性：これが最大の欠点です。一旦ポッティングすると、修理と再加工が極めて困難になり、破壊的な取り外しがほとんど必要になり、コストが高く、PCBを損傷する可能性があります。

重量と体積の増加：シリカゲル自体に重量と厚さがあり、軽量でコンパクトな製品を追求するのには友好的ではありません。

コスト増加：シリカゲル材料コストとポッティングのプロセスコストを増加した。

導入応力の可能性：シリカゲルの選択が適切でない（例えば硬度が高すぎる）、あるいは技術が不良である場合、硬化収縮は非常に精密な部品（例えばMEMSセンサ）に応力を発生し、その性能に影響を与える可能性がある。

高周波回路への影響：シリカゲルの誘電率は高周波信号の伝送に影響を与え、無線周波（RF）回路には特に低誘電率のシリカゲルを評価し選択する必要がある。

三、シリカゲルの種類と選択

PCB封入用シリカゲルには主に3種類がある：

縮合型シリカゲル

特徴：硬化時に空気中の水分を吸収して縮合反応を起こすことにより、小分子副生成物（例えばエタノール）が放出される。

利点：価格が比較的安く、硬化時間が速く、基材への接着力が良い。

欠点：硬化後にわずかな収縮があり、耐温性と電気性能は通常は付加成形に及ばず、副生成物は感受性部品にわずかな腐食がある可能性がある（要確認）。

適用：コストに敏感で、パフォーマンス要件が極端ではないミッドレンジ製品。

かせいけいせきこう

特徴：ケイ素水素付加反応により硬化し、副生成物の発生がなく、真の「清浄」硬化である。

利点：硬化収縮率が極めて低く（0.1%に達することができる）、耐高低温性能が優れている（-60℃～+200℃）、電気性能（絶縁強度、体積抵抗率）が非常に良く、透明度が高い。

欠点：価格が高く、中毒しやすい（硫黄、リン、窒素を含む化合物との接触は故障し、例えば一部のゴム、フラックスが残留する）、基材への付着力がやや劣る。

適用：自動車電子、ハイエンド電源、軍需産業、医療設備などの高性能、高信頼性製品。

熱伝導性シリカゲル

これは独立した化学タイプではなく、縮合型または付加型シリカゲルマトリックスに熱伝導性フィラーを添加したものである。

重要なパラメータ：熱伝導率（W/m・K）、一般的なものは0.8、1.2、1.5、2.0などである。数値が高いほど熱伝導性は良いが、価格も高くなり、流動性が悪くなる可能性がある。

適用：パワーデバイス（MOSFET、IGBT）、LED駆動、電源モジュールなどの放熱が必要なシーン。

選択の要約：

信頼性の要求が高く、作業環境が厳しい→成形シリカゲルを優先的に選択する。

コスト優先、環境に優しい→縮合型シリカゲルが考えられる。

放熱需要がある→熱伝導性シリカゲルを選択し、放熱電力に基づいて熱伝導率を決定しなければならない。

四、シリカゲル被覆のプロセス

典型的なプロセスは以下の通りである：

PCB前処理：

PCBA（部品の組み立て完了）：すべての溶接、テストを完了し、清潔乾燥を確保し、残留フラックスや汚染物がないことを確保しなければならない。

準備とマスキング：

位置決め：PCBを治具またはトレイに固定します。

遮蔽：シリカゲルで覆われたくない領域、例えばコネクタ、ソケット、調節つまみ、ディスプレイ、センサ誘導領域などを保護するために、テープまたは専用遮蔽テープを使用します。

射出成形：

PCBを金型に入れ、液体シリカゲル射出成形を行い、高温加硫後に離型した。

後処理と検査：

遮蔽材を取り外す。

灌漑表紙が平らであるか、明らかな気泡がないか、必要な領域を完全にカバーしているかどうかを検査する。

五、重要な設計考慮要素

ケースの設計：もしPCBが金型に入れてから注射するならば、合理的なゲル注入口と排気口を設計する必要があり、シリコンがすべての空隙を満たし、空気を排出できることを確保する。

部品の選択：一部の部品（例えば電解コンデンサ、一部のプラスチックコネクタ）はシリカゲルと互換性がない可能性があり、長期的な接触は老化や失効を招く可能性があり、事前にサプライヤーと確認する必要がある。

応力感受性素子：MEMS加速度計、ジャイロスコープなどに対して、極めて低い弾性率（非常に柔らかい）のシリカゲルを選択し、そしてサプライヤーと技術の詳細を深く疎通する必要がある。

放熱経路計画：熱伝導性シリカゲルを使用する場合は、チップからシリカゲルに効率的に熱が伝わり、ハウジングや放熱器に熱が伝わることを確保する必要があります。

まとめ

PCBパッケージシリカゲルは強力な防護技術であり、電子製品の劣悪な環境下での寿命と信頼性を大幅に向上させることができる。成功の鍵は次のとおりです。

明確な需要：製品が何（水、震動、熱？）を保護する必要があるかを明確にする。

適切なサイズ選択：必要に応じて適切なタイプ（付加/縮合）と規格（熱伝導/絶縁）のシリカゲルを選択します。

厳格な技術：前処理、混合、封入、硬化の各段階を厳格に制御する。

高価値または大量の製品については、プロジェクトの早期にシリカゲルサプライヤーやプロセスエンジニアと協力して、十分なテストと検証を行うことを強くお勧めします。