基板ショートとは

基板ショートとは？原因と症状

ショート発生のメカニズム（導体間の異常接触）

基板ショートが発生する原因は、導体間の異常接触によるものといえます。これは、絶縁されるべき導体が意図せずに電気的に接続されている状態を指しています。

主な誘因（異物混入、はんだブリッジ、コンデンサ破損）

導体間の異常接触が発生する原因としてはさまざまな要因が考えられます。

例えば、「異物の混入」もショートが発生する原因のひとつです。プリント基板を製図する段階や取り扱い中に、基板上に異物が混入する場合があります。異物の例としては金属片やほこりが挙げられますが、これらが混入した場合、回路が短絡を起こしてしまい、基板の一部が損傷を受けたり誤作動に繋がったりすることがあります。

また、隣接するパッドやピンの間にはんだが過剰に流れ込むことによって、導体間を短絡させる「はんだブリッジ」や、過電圧などによる「コンデンサーの破損」により基板が損傷し、破損につながるケースも考えられます。

ショート故障の診断方法

マルチメーターによる導通テスト

目視により短絡の位置やショート原因を特定できない場合には、マルチメーターを用いることによって、基板上でどの部分に問題が発生しているかを把握する必要があります。このように、回路内においてさまざまなポイント間の抵抗をチェックすることは、回路基板上にて短絡があるか判断するためのひとつの方法といえます。

例えば、異なる回路にあるはずの2つの導体間で極端に低い抵抗値が検出された、というケースにおいては、内部または外部のブリッジの可能性が考えられます。

ヒューズ・保護回路の状態確認

基板を診断する際には、徹底的に目視検査を行うことも必要になってきます。この方法により、切断点など問題の原因となっている部分を見つけられる可能性があります。交換を行う場合には、同じ定格・仕様のものを使います。

赤外線サーモグラフィ／ブザー機能の活用

プリント基板の短絡箇所特定には、赤外線カメラを活用することもできます。回路がショートした場合には大量の熱が発生することから、サーモグラフィを使用することで基板上に問題がある箇所を特定できます。また、アラーム設定を行い、異常が発生した場合にはブザーがなるようにしておくことで、短絡を早く発見することが可能となり、被害の拡大を防げます。

ショート修理の手順

ショート箇所のクリーニング

ショート修理を行う場合には、まずはクリーニングを行います。エタノールや専用として提供されている基板洗浄剤や、エアブローを使用することによって錆やほこり、腐食物の除去を行います。このステップにより、異物による通電不良や短絡につながるリスクの軽減が可能です。

ジャンパーワイヤーによるバイパス処理

断線や焼損などによって損傷してしまった導体を、細い導線（＝ジャンパーワイヤー）で直接つなぎ直すことによって、電気的な接続を回復させる方法を「ジャンパーワイヤーによるバイパス処理」と呼んでいます。この方法は、緊急で対応が必要な場合や、パターンの物理的修復が難しい場合などに用いられています。

バイパス処理を行う場合には、清掃・準備、ワイヤーの選定、はんだ付け、固定・保護、導通確認というステップで進めていきます。

はんだレベリングとリワーク

はんだレベリングとは、十分な熱と機械的な力を与えて、基板から溶解したはんだを再分布および部分的除去、またそのいずれかを行うことを指します。

予防策と定期メンテナンス

適切な保護回路の導入（TVSダイオード、ヒューズ）

基板のショートを防ぐためには、TVSダイオードやヒューズなどを使用し、保護回路の導入を行うという選択肢が考えられます。TVSダイオードとは、電気回路において過電圧や過電流から回路を守れます。また、ヒューズは回路に対し過電流が流れた場合に、内部の金属線が溶断することによって回路を遮断します。この点から、基板の補任の損傷や発火を防げます。

定期点検と温度管理

基板や部品が過度な熱ストレスを受けていないかなどを確認するために、熱履歴のログ化を行います。また、しっかりと基板を冷やすために冷却ファンの点検も行います。冷却ファンにほこりなどが蓄積している場合にはどうしても冷却効果が落ちてしまいますので、適切な温度を保てるように点検を行います。

クリーン環境での作業ルール

ショートを起こさないために、クリーンな環境での作業を行う、というルールを決めておくことも大切です。例えば、静電気による影響を防ぐ目的で、静電気防止マットやリストストラップを活用するといった案が考えられます。

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