PCB用接着剤：種類、用途、および回路基板実装における最適な代替品

プリント基板は、そのコンポーネントを固定するためにはんだだけを使用するわけではありません。PCB用接着剤、つまり回路基板用接着剤は、過酷な条件下で層とコンポーネントを一緒に接着します。優れた接着剤は、組み立て中に部品を所定の位置に保持し、電気的に絶縁し、湿気を封止し、発熱するチップから熱を拡散させるのに役立ちます。実際、接着剤はマイクロコンポーネントの緩みや位置ずれを防ぐことで、性能にとって非常に重要です。言い換えれば、適切な接着剤は、過酷な使用中にデバイスの電子部品というパズルを確実に接着し続けるのです。

PCBの信頼性と性能における接着剤の役割

耐久性は、ほとんどの場合、静かに評価されるものであり、それはPCB用接着剤のほとんどにも当てはまります。それらは、私たちが日常的に使用するガジェットを、環境からの振動や湿気から守るのに役立ちます。車や飛行機の電子機器では、部品が過酷な条件に耐えられるようにします。また、落下に耐え、信頼性を延長するのにも役立ちます。PCB用接着剤は、電子機器の小型化にも貢献しています。最も小さなチップでさえも強力に保持することで、接着剤は小さな基板にさらに多くの機能を持たせることを可能にします。高密度基板は、クラックやショートなしでは存続できません。静かに、優れたPCB用接着剤は、コンポーネントを必要な場所に保持し、回路が最高の状態で動作するようにします。

PCB用接着剤が不可欠な一般的なシナリオ

大型コンデンサ、トランス、コネクタ：大型コンデンサ、トランス、コネクタは、はんだ接合部が揺れたり振動したりする可能性があります。これらの部品は、脱落しないように少量の接着剤で固定されています。

両面実装：両面に部品がある実装では、上面の部品が溶ける際に、下面の部品が接着剤で所定の位置に固定されます。これがないと、はんだ付けプロセスの途中で部品が落ちてしまいます！

プロトタイピングと手組み立て：愛好家は通常、速乾性の接着剤を使用して部品を手作業で組み立てます。これにより、はんだ付け中の部品のずれを防ぎます。

損傷防止：修理時や製品を長期間使用する場合、接着剤は隙間を封止し、はんだの這い上がりや接合部のクラックなどの欠陥を防ぐために使用されます。

現在入手可能なPCB用接着剤の主な種類

エポキシ系PCB用接着剤

数ある接着剤の中で、エポキシ接着剤は接着剤の選択肢として際立っています。際立っている点は、エポキシ樹脂とエポキシ硬化剤の2液で構成されていることです。硬化すると、混合物は強力なプラスチックのような物質に変わり、強度に加えて、耐熱性や耐薬品性も備わります。これらの特性により、接着や封止に最適です。重いコンポーネントの恒久的な接着は、プリント回路基板（PCB）の組み立て中に行われるのと同様に、ヒートシンクの基板への接着も行われます。硬化したエポキシは、PCB自体の構造的な「追加コンポーネント」です。はんだ付けの熱や機械的な衝撃の波に耐えることができます。エポキシ接着剤の欠点の1つは、完全に硬化するまでに数時間かかることです。ただし、エポキシ接着剤は、長持ちし、非常に高い温度に耐える必要がある接着を作成するために使用できます。

フレキシブルおよび高温用途向けシリコーン接着剤

シリコーン接着剤はゴム状で、エポキシよりも速く硬化し、いくぶん柔らかく伸縮性のある状態を保ちます。これは衝撃や振動を吸収するのに役立ちます。シリコーンは、劣化することなく極端な温度変化（-40°C ～ 200°C）に対応できます。そのため、フレキシブルPCBやLEDモジュールなどの用途に最適です。また、電気絶縁性と防湿性にも優れています。一般的な選択肢の1つは、硬化中に腐食性の副生成物を放出しない中性硬化型シリコーンです。エンジニアは組み立て中に部品をホットグルーで仮固定することがよくありますが、長期的な防振接着にはシリコーンを頼りにしています。

アクリル系およびUV硬化型の選択肢

アクリル系接着剤は、迅速に施工でき、さまざまな材料に接着するため、多くの業界で広く普及しています。新しいタイプのアクリル系接着剤は、実際に組立ラインでのある程度の熱に耐えることができ、通常の接着剤よりも耐湿性に優れています。UV硬化型接着剤は、UV光を照射するまで液体のままのアクリル系接着剤の一種です。UVランプを使用すると、接着剤は数秒以内に硬化するため、大きな利点となります。

即時硬化は工場でも非常に便利で、デリケートな部品を壊す心配なく、高温で部品を硬化させることができます。アクリル系のUV接着剤は、センサーやスクリーンなどの微小コンポーネントを組み立てる際に特に役立ちます。速くて硬いため、そのニッチに完全に適合します。ただし、これらの接着剤を使用する際は、硬化のためにUV光源に直接アクセスできる必要があることに留意する必要があります。接着が深かったり、影になる部分が多い場合は、効果が低下するため、これが考慮すべき主な制限事項の1つです。

特殊なSMT赤色接着剤と導電性接着剤

SMT赤色接着剤： 表面実装アセンブリでは、一般的な特殊接着剤として有名なSMT赤色接着剤があります。これは、リフロー前に部品を所定の位置に保持するためにタック塗布される熱硬化性エポキシです。約100～150°Cに加熱すると硬化し、ペースト状から固体に変化するため、はんだペーストが溶ける時点で部品はすでに接着されています。電子機器メーカーは、両面基板で上面のはんだ付けサイクル中に下面のコンポーネントを固定するためにこれを使用します。一度硬化すると、赤色接着剤は永久的で剛性のあるものになります。

導電性接着剤：これらの接着剤は、接着するだけでなく、電気を伝導します。多くの場合、銀やカーボンが充填されており、特殊なケースではんだの代わりになります。例えば、導電性エポキシは、高いはんだ付け熱にさらせない基板にチップを取り付けたり、壊れたPCB配線を修理したりします。コンポーネントを電気的かつ機械的に接着します。欠点はコストがかかることと、金属はんだよりも導電性が低いことであり、はんだ付けが不可能な場合にのみ使用されます。

実際のプロジェクトにおけるPCB用接着剤の主な用途

はんだ付け前のコンポーネント固定

PCB用接着剤の最も基本的な用途の1つは、はんだ付け前に部品を仮止めすることです。製造では、すべてのSMDは機械で配置されます。小さな接着剤のドットが、部品が所定の位置から飛び出さないようにします。これは特に両面基板で重要です。下面の各コンポーネントの下にある接着剤のドットは、部品の脱落を防ぎます。大型の電解コンデンサや背の高いコネクタのような重い部品は、固定するために常に追加の接着剤が必要です。

多層基板の積層と接着

多層PCBを構築するには、多くの薄いシートを一緒に積層する必要があります。粘着性のあるプリプレグフィルム（樹脂を含浸させた接着シート）が、銅張りコアの間に挟まれます。熱と圧力の下で、接着剤は硬化し、すべての層を1つの固体基板に化学的に結合します。フレキシブルPCBでは、薄い接着フィルムがカバーレイフィルムを銅/ポリイミドベースに接着します。JLCPCBが説明しているように、この接着材料は粘着性フィルムであり、多層基板に層間接着と絶縁を提供します。接着剤がなければ、基板の層は積層されたままにならないか、ショートします。

最新の多層PCBは、薄い接着フィルムで接着された銅と基板の層を積み重ねます。これらの接着フィルムは、熱と応力の下で各層が積層された状態を保つことを保証します。フレキシブル基板では、特殊な接着層が銅をカバーレイに結合し、回路を絶縁および保護します。

修理、リワーク、およびコンフォーマルコーティングのサポート

接着剤は、修理やリワークの際にヒーローとなります。例として、ワイヤータッキング接着剤を使用して、再はんだ付け中に緩んだワイヤやジャンパーを所定の位置に保持できます。そして、特殊なエポキシ接着剤はどうでしょうか？それらの最大の利点は、壊れた銅配線の代わりをしたり、クリップされた部品を壊れたソケットに取り付けたりするために使用できることです。また、一時的なソルダーマスクとして使用される接着剤もあります。ウェーブはんだ付け時に保護したい部品にリキッドテープを塗布し、終わったら剥がします。とても便利ですよね？逆に、完成品は一般的にコンフォーマルコーティングで覆われます。これは、基板全体を覆うためにスプレーまたはブラシで塗布されるポリマー接着剤です。これが耐久性を確保するための教科書的な方法です。

フレキシブルおよびリジッドフレックスPCBの構造

フレキシブルおよびリジッドフレックスPCBは、さまざまな層を構築するために接着剤を使用します。フレックス基板では、カバーレイと補強材がフレキシブルポリイミドに接着され、接着されます。これにより基板に柔軟性が与えられると同時に、マウントやコネクタが補強されます。ただし、JLCPCBのフレックスサービスでは、ほとんどが接着剤フリーのサプライヤーフレックス基板を使用していることに注意してください。これらの最新のフレックス基板は、コアに接着剤を使用する代わりに、熱と圧力による接着を使用しています。固体部分とフレキシブル部分の両方を持つリジッドフレックス基板は、特定のタイプの接着剤を使用して、剛性のあるFR-4セクションをフレックスセクションに接着します。これらの接着剤は、フレックス部分が曲げられたときに剛性層とフレキシブル層を一緒に保持するように設計されており、これは長持ちするリジッドフレックスアセンブリを作成するために重要です。

従来のPCB用接着剤に代わる主要な代替品

機械的固定方法

場合によっては、機械的な解決策が接着剤の代わりになります。重い、または高応力のコンポーネントは、代わりに基板やシャーシにネジ止めまたはクランプされることがあります。ブラケット、取り付けクランプ、ネジ付きスタッド、またはリベットは、接着剤なしで荷重に耐えることができます。例えば、電源基板上の大型トランスは、強い力を受けるため、接着されるよりもボルトで固定されることがよくあります。PCBまたはシャーシ内のネジ付きインサートは、エポキシを凌ぐアンカー力を提供します。基本的に、部品にはんだが提供する以上の強度が必要な場合は、物理的な留め具を選択してください。

接着剤フリーのフレックスPCB技術

最近の革新は、フレキシブル回路から接着剤を完全に排除することです。接着剤フリーのFPCは、中間の接着層なしでポリイミドを銅に接着します。これは、特殊なラミネートフィルムや液体ポリイミドプロセスを介して行うことができます。その結果、材料が少なく、高温やフレックスサイクルでの性能が優れたフレックスPCBが得られます。実際、JLCPCBは、優れた信頼性により、現在フレックス製品の90％が接着剤フリーであると指摘しています。したがって、接着の代替手段の1つは、フレキシブル基板やリジッドフレックス基板を製造する際に、接着剤の段階を完全にスキップすることです。

高度なはんだ付けおよびディスペンス技術

接着剤の代わりに、クリエイティブなはんだ付けやディスペンスも選択肢となります。ソルダーマスクを使用した選択的はんだ付けやウェーブはんだ付けは、接着剤なしでコンポーネントを保持できます。コンポーネントを接着剤で一時的に固定する代わりに、真空グリッパーでリフロー中に所定の位置に保持できます。自動ディスペンスマシンやペーストディスペンサーは、オペレーターの介入の必要性を最小限に抑え、材料を正確に塗布できます。はんだ付け可能な金属パッドの設計により、保護用接着剤を排除できる場合があります。より一般的には、コンポーネントをしっかりと保持する方法はすべて、従来の接着剤塗布の代替手段として機能します。

適切な回路基板用接着剤の選択と適用方法

主要な選択要因（熱的、電気的、環境的）

正しいPCB用接着剤の選択は、マッチングです。プロジェクトに合った特徴を持っている必要があります。接着剤がさらされる温度を考慮してください。高出力基板の場合は、より多くの熱に耐え、熱伝導率が高い接着剤を選択する必要があります。接着剤が絶縁性であるべきか、導電性であるべきかを決定します。ほとんどの接着剤は絶縁性ですが、特定の用途では導電性のものが必要です。各代替品の絶縁耐力と抵抗率を確認してください。

接着剤がPCB材料を損傷することなく効果的に接着することを確認してください。プラスチックは一部のエポキシの影響を受けやすく、シリコーンは金属に接着するためにプライマーが必要な場合があります。硬化プロセスを考慮してください。接着剤は熱硬化、UV硬化、または室温で硬化できますか？これは、お持ちの生産能力によって異なります。UVまたは速硬化型接着剤は大量生産をスピードアップするために使用され、より遅い硬化のエポキシは実験室で使用できます。

適用のヒントと避けるべき一般的な間違い

必要なことは、PCBパッドとコンポーネントリードをイソプロピルアルコールで拭き、油やフラックスを取り除くことだけです。接着力はほこりやグリースによって損なわれます。シリンジまたは細いアプリケーターを使用してください。通常、各部品の下に1滴で十分です。過剰な接着剤ははんだパッドに付着し、ウィッキングやショートの原因となる可能性があります。指定された硬化時間、温度、またはUV照射を超えないようにしてください。急いだり、硬化不足だと、将来破損する可能性のある弱い接着になります。熱硬化型エポキシを使用する場合は、リフローオーブンのプロファイルが接着剤を過熱しないことを再度確認してください。

特定の接着剤は煙を発生させたり、皮膚刺激を引き起こす可能性があるため、換気の良い部屋で接着するか、煙を吸引し、手袋を着用することをお勧めします（これは私の好みです）。安全第一ですよね？疑わしい場合は、まずPCBのスクラップでテストし、接着剤の強度を確認し、基板の仕上げを損なわないことを確認してください。

よくある質問（FAQ）

Q. PCB用接着剤は何に使用されますか？

PCB用接着剤は、回路基板上のコンポーネントや層を固定するために使用されます。機械的サポートを提供し、振動や環境ストレスから保護し、部品を電気的に絶縁し、場合によっては熱管理を支援します。

Q. PCBに瞬間接着剤（シアノアクリレート）を使用できますか？

瞬間接着剤は速く接着し、一時的な仮止めや重要でない部品には役立ちます。しかし、時間の経過とともに脆くなり、熱や振動に対して性能が低下します。長期的な信頼性には、電子機器グレードのエポキシまたはシリコーンの方が適しています。

Q. ホットグルーはPCBに安全ですか？

ホットメルト接着剤は、一時的または低応力のサポートとして民生用電子機器でよく使用されますが、比較的低い温度で軟化し、熱サイクルで劣化します。高信頼性または高温設計には推奨されません。

Q. 接着剤フリーのフレックスPCBとはどういう意味ですか？

接着剤フリーのフレックスPCBは、銅層とポリイミド層の間の接着層を排除します。代わりに、特殊なラミネーションプロセスを使用して層が直接接着されます。これにより、特にダイナミックフレックス用途において、フレックス寿命、耐熱性、および全体的な信頼性が向上します。

Q. SMT赤色接着剤とは何ですか？

SMT赤色接着剤は、表面実装アセンブリで使用される熱硬化性エポキシ接着剤です。コンポーネントの下に塗布され、リフロー中（通常105～150°C）に硬化して、はんだ付け中に部品を所定の位置に保持し、その後恒久的に固定します。