優れた欠陥検出のためのPCBマイクロセクション技術を比較する

航空宇宙、医療機器、自動車エレクトロニクスなどの業界では、わずかなPCBの欠陥でさえ、製品のリコール、安全上の危険、またはコストのかかる故障につながる可能性があるため、信頼性の高い欠陥検出は不可欠です。PCBマイクロセクションは、隠れた問題を明らかにするための最も強力な方法の1つとして際立っています。これは、層を切り開き、非破壊検査（X線など）では見逃される可能性のある内部の欠陥（マイクロクラック、剥離、またはメッキボイドなど）を明らかにします。ただし、すべてのマイクロセクション技術が同じというわけではありません。機械的切断、精密研削、エッチングはそれぞれ独自の目的を果たし、適切なものを選択するには、PCB設計、欠陥の目標、および予算によって異なります。このガイドでは、主要なマイクロセクション方法、欠陥検出におけるその有効性、非破壊ツール（X線など）との比較、およびPCBの品質と信頼性を確保するための適用方法について説明します。

主なポイント
1.マイクロセクションは「見えないもの」を明らかにします。X線やAOI（自動光学検査）とは異なり、マイクロセクションを使用すると、PCBの断面図を表示して、銅の亀裂や層の剥離などの小さな欠陥（5〜10マイクロメートル）を明らかにすることができます。
2.サンプルの準備は成否を左右します。切断、研削、または研磨が不十分だと「アーティファクト」（偽の欠陥）が作成されるため、厳格な手順（ダイヤモンドソー、エポキシマウント、微細研磨剤）に従うことが正確な結果を得るために不可欠です。
3.欠陥の種類には技術が重要です。機械的マイクロセクションは、一般的な層のチェックに最適であり、精密研削/研磨は小さな欠陥に、エッチングは粒界または隠れた亀裂を明らかにするのに最適です。
4.非破壊ツールと組み合わせます。マイクロセクション（根本原因分析用）とX線（高速バルク検査用）を組み合わせて、すべての欠陥シナリオに対応します。これにより、見逃される問題が40％削減されます。
5.高い信頼性が求められる業界ではマイクロセクションが必要です。航空宇宙、医療、自動車分野では、厳格な基準（IPC-A-600など）を満たし、重大な欠陥をゼロにするためにこれに依存しています。

PCBマイクロセクションの概要：その内容と重要性
PCBマイクロセクションは、PCBの断面図を作成して内部構造と欠陥を検査する破壊検査方法です。これは、層、ビア、はんだ接合部、および銅メッキを直接、高解像度で確認する唯一の方法です。表面検査ではアクセスできません。

PCBマイクロセクションとは？
このプロセスには4つのコアステップが含まれており、それぞれがサンプルの損傷や偽の欠陥の作成を回避するために精度を必要とします。

1.サンプル切断：PCBから小さなセクション（通常5〜10mm）を切り取ります。多くの場合、高リスク領域（ビア、はんだ接合部、または欠陥が疑われる箇所）から、ダイヤモンドソーを使用して（銅層のほつれを防ぐため）。
2.マウント：研削/研磨中の安定化のために、サンプルをエポキシまたはアクリル樹脂に埋め込みます（樹脂は層のずれや破損を防ぎます）。
3.研削と研磨：マウントされたサンプルは、徐々に細かい研磨剤（80グリットから0.3ミクロンアルミナペースト）で研削して、滑らかで鏡面のような表面を作成します。これにより、傷のない内部の詳細が明らかになります。
4.検査：金属顕微鏡（最大1000倍の倍率）または走査型電子顕微鏡（SEM）を使用して断面を分析し、欠陥を特定したり、特徴（銅の厚さなど）を測定したりします。

プロのヒント：マイクロセクションにはテストクーポン（メインボードに取り付けられた小型の同一PCBセクション）を使用します。これにより、実際の製品を損傷することなく、品質を検証できます。

マイクロセクションが不可欠な理由
X線やAOIなどの非破壊検査方法には限界があります。X線では小さな亀裂やメッキボイドを見逃す可能性があり、AOIはPCB表面のみをチェックします。マイクロセクションは、次の方法でこれらのギャップを埋めます。

1.隠れた欠陥を明らかにする：マイクロクラック（5〜10μm）、剥離（層の分離）、メッキボイド、および位置ずれした層を明らかにします。これらは、重要なアプリケーション（たとえば、隠れた銅の亀裂が原因で医療機器のPCBがショートするなど）で突然の故障を引き起こす欠陥です。
2.正確な測定を可能にする：銅メッキの厚さ（電流容量に不可欠）、ビアバレル充填（信号損失を防ぐため）、および層の配置（ショートを回避するため）を検証します。
3.根本原因分析をサポート：PCBが故障した場合、マイクロセクションは正確な問題（たとえば、メッキ不良が原因でビアがひび割れたなど）を特定し、設計または製造プロセスを修正するのに役立ちます。
4.コンプライアンスの確保：IPC-A-600（PCBの許容性）やIPC-6012（剛性PCBの認定）などの厳格な業界標準に準拠しており、高い信頼性の製品の内部品質の証明を必要とします。

主要なPCBマイクロセクション技術：比較と使用例
PCBマイクロセクションを支配する3つの主要な技術は、機械的切断、精密研削/研磨、およびエッチングであり、それぞれが特定の欠陥の種類と検査の目標に合わせて最適化されています。

1.機械的マイクロセクション：一般的な内部検査用
機械的マイクロセクションは、断面分析の基礎です。物理的な切断とマウントを使用して内部層を露出し、初期の欠陥スクリーニングと層構造のチェックに最適です。

プロセスの詳細
a.切断：ダイヤモンドチップソー（過熱を防ぐための水冷付き）でサンプルを切断します。圧力が大きすぎるとビアが押しつぶされたり、偽の亀裂が発生したりする可能性があるため、オペレーターはゆっくりと安定した動きを使用します。
b.マウント：サンプルをエポキシ樹脂（アクリル樹脂またはフェノール樹脂など）が入った金型に入れ、60〜80℃で1〜2時間硬化させます。樹脂の硬度（ショアD 80〜90）により、研削中の安定性が確保されます。
c.粗研削：80〜120グリットの研磨ホイールで余分な樹脂を除去し、サンプルの表面を平らにします。これにより、PCBの断面（層、ビア、はんだ接合部）が露出します。

最適
 a.一般的な層構造の検査（例：「内層は整列していますか？」。
 b.大きな欠陥の検出：剥離（層の分離）、不完全なビア充填、またははんだ接合部の亀裂。
 c.基本的な特徴の測定：銅の厚さ（外層）、ビアバレルの直径。

長所と短所

2.精密研削と研磨：小さな欠陥の検出用
精密研削と研磨は、機械的マイクロセクションをさらに一歩進めます。これらは、マイクロクラックやメッキボイドなどの微視的な欠陥（最大5μm）を明らかにする傷のない表面を作成します。

プロセスの詳細
1.段階的な研磨：粗研削後、サンプルは段階的に細かい研磨剤で研磨されます。
   a.240〜400グリット：粗研削からの傷を除去します。
   b.800〜1200グリット：高倍率検査のために表面を滑らかにします。
   c.1〜0.3ミクロンアルミナペースト：鏡面仕上げを作成します（小さな欠陥を確認するために不可欠）。
2.制御された圧力：自動ポリッシャー（Struers Tegraminなど）は10〜20Nの圧力を加えます。一貫した圧力により、欠陥を隠す不均一な表面が回避されます。
3.クリーニング：各段階の後、サンプルをイソプロピルアルコールで拭いて、研磨剤の残留物を取り除きます（残留物はメッキボイドを模倣する可能性があります）。

最適
 a.マイクロ欠陥の検出：銅のマイクロクラック、小さなメッキボイド、または薄い誘電体層。
 b.高精度測定：内層の銅の厚さ（±1μmの精度）、ビア壁メッキの均一性。
 c.HDI PCB：マイクロビア（6〜8mil）またはスタックビアの検査。小さな欠陥でさえ信号損失が発生します。

長所と短所

3.エッチング：隠れた微細構造の詳細を明らかにするため
エッチングは、化学薬品を使用して研磨された断面から材料を選択的に除去し、微細構造の特徴（たとえば、銅の粒界）または研磨だけでは表示できない隠れた欠陥を強調表示します。

プロセスの詳細
1.化学薬品の選択：さまざまなエッチング剤が特定の材料をターゲットにします。
  a.塩化第二鉄（FeCl₃）：銅をエッチングして粒界を明らかにします（銅トレースの応力亀裂の検出に役立ちます）。
  b.ニタール（硝酸+アルコール）：はんだ接合部の微細構造を強調表示します（例：「はんだ合金はパッドに適切に結合されていますか？」。
  c.プラズマエッチング：イオン化ガスを使用して誘電体層をエッチングします（薄い誘電体を持つHDI PCBに最適）。
2.制御された適用：エッチング剤は綿棒で5〜30秒間適用されます（時間は材料によって異なります）。過剰なエッチングは、重要な特徴（たとえば、薄い銅メッキ）を溶解する可能性があります。
3.中和：サンプルを水で洗い、乾燥させてエッチングを停止します。残留物は、偽の欠陥（たとえば、ボイドを模倣する水滴）を引き起こす可能性があります。

最適
 a.銅の結晶構造を明らかにする：粒界に沿って形成される応力亀裂（フレキシブルPCBで一般的）を特定します。
 b.はんだ接合部の品質の検査：コールドジョイント（粒状のはんだ）またははんだボイドのチェック。
 c.誘電体欠陥：FR-4またはポリイミド層のマイクロボイドの発見（高速PCBで信号損失を引き起こします）。

長所と短所

技術比較表

マイクロセクションの有効性：解像度、欠陥、および準備
マイクロセクションの成功は、解像度（検出できる欠陥の小ささ）、欠陥カバレッジ（明らかになる欠陥）、およびサンプルの準備品質（アーティファクトの回避）の3つの要因に依存します。

1.解像度と精度：最小の欠陥の確認
マイクロセクションの解像度は、非破壊検査方法では比類がありません。適切な準備を行うと、5〜10マイクロメートル（赤血球の幅の約1/20）の小さな欠陥を検出できます。解像度に影響する主な要因：

 a.研磨剤の粒度：0.3ミクロンペースト（対80グリット）は、より滑らかな表面を作成し、1000倍の倍率を可能にします（5μmの亀裂を明らかにします）。
 b.顕微鏡の種類：SEM（走査型電子顕微鏡）は、光学顕微鏡よりも10倍優れた解像度を提供します。マイクロビアを備えたHDI PCBに最適です。
 c.オペレーターのスキル：不安定な研削は、欠陥を模倣する傷（10〜20μm）を作成する可能性があります。訓練を受けたオペレーターは、このエラーを90％削減します。

解像度の比較：マイクロセクション対X線

2.マイクロセクションで検出される一般的な欠陥
マイクロセクションは、他のテストでは見逃される欠陥を明らかにします。これは、高い信頼性が求められるアプリケーションにとって重要です。以下は、それが明らかにする最も一般的な問題です。

3.サンプルの準備：アーティファクト（偽の欠陥）の回避
マイクロセクションにおける最大のリスクは、準備が不十分なために発生するアーティファクト（偽の欠陥）を作成することです。一般的なアーティファクトには、次のものがあります。

a.ビアの押しつぶし：切断中に圧力が大きすぎるため。
b.研磨の傷：研磨剤のグリット段階をスキップすることから（たとえば、80グリットから800グリットにジャンプする）。
c.エッチングの残留物：化学薬品を中和しないことから（メッキボイドのように見えます）。

アーティファクトを防ぐためのベストプラクティス
1.ダイヤモンドソーを使用する：銅層のほつれを回避します（カーバイドソーとは異なります）。
2.サンプルを正しくマウントする：エポキシがサンプルを完全にカプセル化するようにします（層のずれを防ぎます）。
3.段階的に研削/研磨する：グリット段階をスキップしないでください。各細かいグリットは、前のグリットからの傷を除去します。
4.エッチング時間を制御する：タイマー（5〜30秒）を使用し、すぐに中和します。
5.徹底的に清掃する：各ステップの後、サンプルをイソプロピルアルコールで拭いて残留物を取り除きます。

ケーススタディ：医療機器メーカーは、PCBに「メッキボイド」を発見しました。適切な研磨（1200グリットではなく0.3ミクロンペースト）で再検査した後、「ボイド」は研磨の傷であることが判明しました。これにより、10万ドルのリコールが回避されました。

破壊的対非破壊的：マイクロセクション対X線
マイクロセクションは破壊的（サンプルを破壊する）ですが、X線は非破壊的（PCBをそのままにする）です。それぞれに長所と短所があります。それらを組み合わせることで、最も包括的な欠陥検出が得られます。

1.直接比較

2.補完的な使用：マイクロセクション+ X線
最大の欠陥カバレッジを得るには、初期スクリーニングにX線を使用し、詳細な分析にマイクロセクションを使用します。

a.最初にX線：1時間あたり100以上のPCBをスキャンして、明らかな欠陥（例：BGAはんだボイド、ビアの欠落）にフラグを立てます。
b.マイクロセクションの問題サンプル：X線でフラグが立てられたPCBの場合、断面を切り取って、
   欠陥を確認します（例：「はんだボイドは本物ですか、それとも誤ったX線読み取りですか？」。
   根本原因を見つけます（例：「ボイドは、はんだ付け中のステンシルの位置合わせが不十分なためです」。
c.修正の検証：製造プロセスを調整した後（例：ステンシルの位置合わせを修正する）、マイクロセクションを使用して、欠陥がなくなったことを確認します。

例：自動車サプライヤーは、X線を使用して、ECUの10％にBGAはんだボイドがあることを発見しました。マイクロセクションにより、ボイドはリフロー時間が不十分であることが判明しました。リフローオーブンを調整することで問題が解決し、マイクロセクションにより、次のバッチでボイドがゼロであることが確認されました。

アプリケーションシナリオ：マイクロセクションが最も価値を追加する場所
マイクロセクションは、品質保証、故障分析、および高い信頼性が求められる業界の3つの主要なシナリオで重要です。
1.品質保証（QA）
マイクロセクションは、PCBが設計仕様と業界標準を満たしていることを確認します。

a.コンプライアンス検証：IPC-A-600への準拠を証明します（例：「銅メッキの厚さは、必要に応じて25μmです」。
b.サプライヤーの認定：新しいサプライヤーのPCBがお客様の基準を満たしているかどうかをテストします（例：「HDIマイクロビアメッキのボイドは<5％ですか？」。
c.バッチサンプリング：製造バッチの1〜5％をランダムにマイクロセクションして、プロセスのドリフトをキャッチします（例：「メッキの厚さが20μmに低下しました。電気メッキタンクを調整します」。

2.故障分析（FA）
PCBが故障した場合、マイクロセクションは根本原因を見つけるための最速の方法です。

a.フィールド障害：医療モニターのPCBがショートしました。マイクロセクションにより、X線が見逃した隠れた銅の亀裂（熱サイクルが原因）が明らかになりました。
b.設計上の欠陥：新しいIoTセンサーのPCBで信号損失が発生しました。マイクロセクションは、マイクロビアが内層と位置ずれしていることを示しました。
c.製造エラー：PCBのバッチで剥離が発生しました。マイクロセクションは、ラミネーションのエポキシの有効期限切れに追跡しました。

3.高い信頼性が求められる業界
安全性が最優先される業界では、重大な欠陥を排除するためにマイクロセクションに依存しています。

a.航空宇宙：衛星システムのすべてのPCBをマイクロセクションして、剥離がないことを確認します（宇宙で故障する可能性があります）。
b.医療：植込み型デバイスPCB（例：ペースメーカー）を検証して、メッキボイドがゼロであることを確認します（短絡の原因となります）。
c.自動車：ADAS（先進運転支援システム）PCBにマイクロセクションを使用します。わずかなはんだの亀裂でさえ、衝突を引き起こす可能性があります。

適切なマイクロセクション技術を選択する方法
ニーズに最適な方法を選択するには、次の手順に従います。

1.欠陥の目標を定義する
a.一般的な層のチェック：機械的マイクロセクションを使用します（高速、低コスト）。
b.小さな欠陥（例：マイクロクラック）：精密研削+研磨を使用します（高解像度）。
c.はんだ接合部または銅の粒子の問題：研磨されたサンプルにエッチングを追加します。

2.PCBの複雑さを考慮する
a.シンプルな剛性PCB：機械的マイクロセクションで十分です。
b.HDIまたはフレキシブルPCB：精密研削+ SEMが必要です（マイクロビアまたは粒子の亀裂を検査するため）。

3.コストと時間を評価する
a.低予算/高速結果：機械的マイクロセクション（サンプルあたり5〜20ドル、1〜2時間）。
b.高精度/複雑なPCB：精密研削+ SEM（サンプルあたり20〜50ドル、3〜4時間）。

4.非破壊ツールと組み合わせる
a.バルク検査：最初にX線を使用して、良好なPCBをスクリーニングします。
b.詳細な分析：X線が欠陥としてフラグを立てたPCBのみをマイクロセクションします。

FAQ
1.マイクロセクション後、PCBを再利用できますか？
いいえ。マイクロセクションは破壊的です。サンプルは切断、研削、研磨されるため、最終製品で使用することはできません。テストクーポン（メインPCBに取り付けられています）を使用して、機能的なボードを無駄にしないようにします。

2.マイクロセクションはどの程度の小さな欠陥を検出できますか？
精密研削+ SEMを使用すると、マイクロセクションは5μm（人間の髪の毛の幅の約1/20）の小さな欠陥を検出できます。これは、X線よりも10倍優れています。

3.マイクロセクションをX線の代わりにいつ使用する必要がありますか？
次の場合にマイクロセクションを使用します。

a.内部断面図を表示する必要がある場合（例：ビアメッキのチェック）。
b.故障したPCBを分析している場合（根本原因分析）。
c.厳格な基準を満たす必要がある場合（例：航空宇宙のIPC-A-600）。

次の場合にX線を使用します。

a.100以上のPCBをすばやく検査する必要がある場合（バルクQA）。
b.PCBを破壊できない場合（例：高価なサーバーボード）。
c.表面実装コンポーネント（例：BGAはんだ接合部）をチェックしている場合。

4.マイクロセクションを実行するために特別なトレーニングは必要ですか？
はい。訓練を受けていないオペレーターは、アーティファクト（偽の欠陥）を作成したり、サンプルを損傷したりします。トレーニングでは、次の内容をカバーする必要があります。

a.ダイヤモンドソーとポリッシャーの安全な使用。
b.適切なエポキシマウントと研磨剤の選択。
c.エッチング剤の取り扱い（化学的安全性）。
d.顕微鏡の操作（本物の欠陥と偽の欠陥の識別）。

5.マイクロセクション機器の費用はいくらですか？
a.基本的なセットアップ（ダイヤモンドソー+エポキシ+光学顕微鏡）：約10,000ドル。
b.精密セットアップ（自動ポリッシャー+ SEM）：約50,000〜100,000ドル。
c.ラボへのアウトソーシング：サンプルあたり50〜200ドル（機器コストなし）。

結論
PCBマイクロセクションは、隠れた欠陥を明らかにし、信頼性を確保するために不可欠です。特に、故障が選択肢ではない業界ではそうです。5μmの欠陥（マイクロクラックやメッキボイドなど）を明らかにし、直接断面図を提供できるため、根本原因分析とコンプライアンスのゴールドスタンダードとなっています。ただし、その有効性は、適切な技術（速度には機械的、小さな欠陥には精密研削、微細構造にはエッチング）を選択し、アーティファクトを回避するために厳格なサンプルの準備手順に従うことに依存します。

最良の結果を得るには、マイクロセクションをX線などの非破壊ツールと組み合わせてください。X線は高速バルク検査を処理し、マイクロセクションは問題のあるサンプルを深く掘り下げます。この組み合わせにより、見逃される欠陥が40％削減され、PCBが最も厳格な基準（IPC-A-600、MIL-STD-202）を満たしていることが保証されます。

PCBが小さく（HDI、マイクロビア）、より重要（航空宇宙、医療）になるにつれて、マイクロセクションの重要性は増すばかりです。適切なトレーニング、機器、および補完的なテスト戦略に投資することで、マイクロセクションを使用して、より安全で、より信頼性が高く、隠れた欠陥のないPCBを構築し、長期的には時間、お金、評判を節約できます。