(57)【要約】【課題】シリコーン系樹脂の保護コーティングが施された印刷回路基板を用いた電気機器であっても、その故障を事前に検出できる腐食検出装置を得る。【解決手段】腐食検出装置を、絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面に設けられたテストチップと、上記絶縁性基板の表面に設けられ、且つ上記テストチップの異常を検出する検出部とで構成し、上記テストチップを、絶縁板と、この絶縁板表面に設けられた、複数の金属が直列に接続された細線パターンと、上記テストチップの少なくとも上記細線パターンが設けられた面を被覆する調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜とからなるものとする。【選択図】図２
2005214766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコーン樹脂がコーティングされた印刷回路基板の腐食を検出する腐食検出装置であって、
絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面に設けられたテストチップと、上記絶縁性基板の表面に設けられ、且つ上記テストチップの異常を検出する検出部とを備えており、
上記テストチップが、絶縁板と、この絶縁板表面に設けられた、複数の金属が直列に接続された細線パターンと、上記テストチップの少なくとも上記細線パターンが設けられた面を被覆する調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜とからなることを特徴とする腐食検出装置。
【請求項２】
シリコーン樹脂がコーティングされた印刷回路基板の腐食を検出する腐食検出装置であって、
上記印刷回路基板の表面に設けられたテストチップと、上記印刷回路基板の表面に設けられ、且つ上記テストチップの異常を検出する検出部とを備えており、
上記テストチップが、絶縁板と、この絶縁板表面に設けられた、複数の金属が直列に接続された細線パターンと、上記テストチップの少なくとも上記細線パターンが設けられた面を被覆する調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜とからなることを特徴とする腐食検出装置。
【請求項３】
調湿剤が、Na2SO4、CaSO4、K2SO4、KNO3およびNa2CO3のうちの少なくとも１種類の中性塩であることを特徴とする請求項１または２に記載の腐食検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食性ガス雰囲気で、熱や湿度が加わる腐食環境下で使用される電気機器の寿命を推測するための腐食検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、産業用電気機器は、設置された環境下で１０年以上の長期間に渡り使用されることが多い。このため、十分な製品寿命を持つように設計・製造されるが、高温高湿、腐食性ガス雰囲気などの腐食環境下で使用される場合、印刷回路基板上の導電パターン、電子部品又は接点など、比較的耐食性に劣る部品が短期間で腐食し、機器の故障原因となる恐れがある。
【０００３】
従来、設置環境が多岐に渡る電気機器の寿命を予測することは難しく、従って製品の故障、即ち、製品を構成する部品の故障が起きてから、故障部品や製品を交換するなどの対策を採っていた。
しかし、故障前に部品や製品の交換を行うことができれば、一部の機器の故障によるシステム全体の停止を防止することができ好ましい。
そこで、電気機器の設置された環境を診断する装置として、印刷回路基板上の配線パターンを大気中に露出させ、導通状態の変化により配線パターンの腐食損傷を検知するものなどが知られている。
【０００４】
具体的な、従来の腐食検出装置として、印刷回路基板上に、大気中に露出した銅箔からなる配線パターンの検出部を形成し、この銅箔部分の腐食により、検出部が断線したり、検出部の電気抵抗値が所定値以上に変化すると、検出部につながったスイッチング回路により検出され、表示装置が点灯し、電気機器がその設置場所の環境で故障に至る影響を受け始めたことが事前に検出できる腐食検出装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
別の従来の腐食検出装置として、絶縁基体ブロックに設けられた電気機器での主要部を構成する銅、銀、鉄、ニッケル又はこれらの合金からなる各種金属配線の検出用導電材と、この検出用導電材を被覆した吸水性およびガス透過性を有するコーティング材とからなる検出部と、この検出部の異常を検出する検出回路と、検出回路につながる表示部を備えた腐食検出装置がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１５８７４８号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開平１０−３００６９９号公報（第３頁、第１−２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記、特許文献１に記載の、印刷回路基板上に、大気中に露出した銅箔からなる配線パターンの検出部を形成した腐食検出装置では、電気機器に使用されている銅材以外の他の金属材料のダメージを診断ができないとともに、人指の接触や異物を含んだ塵埃の付着等による誤診断を生じるとの問題があった。
また、上記特許文献２に記載の腐食検出装置では、印刷回路基板の配線回路に防塵のための保護コーティングが施され、この保護コーティングとしてシリコーン樹脂の塗膜が用いられた場合、腐食検出装置での異常検出と印刷回路基板の故障とが同時期となる可能性があるとの問題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、誤診断が防止でき、シリコーン系樹脂の保護コーティングが施された印刷回路基板を用いた電気機器であっても、その故障を事前に検出できる腐食検出装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の腐食検出装置は、シリコーン樹脂がコーティングされた印刷回路基板の腐食を検出する腐食検出装置であって、絶縁性基板と、この絶縁性基板の表面に設けられたテストチップと、上記絶縁性基板の表面に設けられ、且つ上記テストチップの異常を検出する検出部とを備えており、上記テストチップが、絶縁板と、この絶縁板表面に設けられた、複数の金属が直列に接続された細線パターンと、上記テストチップの少なくとも上記細線パターンが設けられた面を被覆する調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜とからなるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の腐食検出装置は、テストチップが、絶縁板と、この絶縁板表面に設けられた、複数の金属が直列に接続された細線パターンと、上記テストチップの上記細線パターンが設けられた面を被覆する調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜とからなるものであり、シリコーン樹脂の塗膜がコーティングされた印刷回路基板を有する電気機器が、腐食ガスを含有する大気に曝された場合において、上記印刷回路基板の腐食による故障がおこる前に、誤診断をすることなしに、異常を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１の腐食検出装置を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。図１にあるように、本実施の形態の腐食検出装置１０は、ベースとなる絶縁性の基板１と、絶縁性基板１表面に設けられたテストチップ２と腐食によるテストチップ２の異常を検出する検出部３とからなり、テストチップ２と検出部３とは、絶縁性基板１表面に形成された銅配線４で電気的に接続されている。そして、腐食検出装置１０は、保護コーティングであるシリコーン樹脂の塗膜が塗布された印刷回路基板の表面に設置され、検出部３は、検出部３で検出された異常を表示する表示装置（図示せず）と電気的に接続されている。
【００１２】
図２は本実施の形態で用いられるテストチップ２の平面図（ａ）と断面図（ｂ）とである。図２（ａ）の平面図は、テストチップ２の最表面に設けた調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜２２の一部を除いて細線パターン２０の一部が見える状態を示している。図２に示すように、本実施の形態のテストチップ２は、絶縁板２１と、この絶縁板２１の表面に設けられた細線パターン２０と、この細線パターン２０の端部とつながり、絶縁板２１表面と裏面とを連通する導通部２３と、この導通部２３とつながり、絶縁板２１の裏面に設けられた電極パッド２４とで形成されている。この電極パッド２４は、半田や導電性樹脂で上記銅配線４に接合され、テストチップ２が上記銅配線４と電気的に接続される。そして、テストチップ２は、少なくとも細線パターン２０が設けられた面が、調湿剤を含有するシリコーン樹脂の塗膜２２で覆われている。
図３はテストチップ２の表面に設けた細線パターン２０を示す図である。テストチップ２に設けられた細線パターン２０は、電気機器の印刷回路基板の配線や搭載される部品に用いられる銀、アルミニウム、銅などの複数の金属配線を直列に接続して形成される。すなわち、図３に示すように、一方の導通部２３とｃ点との間を銀配線２５とし、ｃ点とｄ点との間をアルミニウム配線２６とし、ｄ点と他方の導通部２３との間を銅配線２７としている。
【００１３】
検出部３は、テストチップ２の電気抵抗の変化や断線を検出するスイチング回路である。
【００１４】
そして、テストチップ２部以外は、印刷回路基板の保護コーティングと同様なシリコーン樹脂の塗膜が施されている。テストチップ２部以外をコーティングする塗膜に、シリコーン樹脂より吸水性とガス透過性とが小さい樹脂であるアクリル樹脂の塗膜を用いると、上記テストチップの塗膜２２に含有される調湿剤の拡散が防止でき、さらに好ましい。
【００１５】
次に、動作について説明する。酸化、腐食によりテストチップ２が断線したり、テストチップ２の電気抵抗値が所定値以上に増加すると、それが検出部３により検出され、表示装置（図示せず）が点灯される。これにより、電気機器がその設置場所の環境で故障に至る影響を受け始めたことが事前に検出され、電気機器の監視者へ通報される。
【００１６】
本実施の形態の腐食検出装置１０は、テストチップ２の細線パターン部が、電気機器の印刷回路基板の保護コーティングと同じシリコーン樹脂の塗膜でコーティングされ、細線パターン２０の金属が、印刷回路基板の金属類が曝されるのと同様な、吸湿水分環境および透過ガス環境に曝されるが、細線パターン２０表面に設けられたシリコーン樹脂の塗膜２２には調質剤が含有されており、細線パターン２０の金属の腐食を明瞭に検出できる。
また、本実施の形態の腐食検出装置１０は、テストチップ２の細線パターン２０が複数の金属の細線が直列に接続されたものであり、各金属の腐食による抵抗増加が積算されるため、テストチップ２の特性変化が大きく、テストチップ２の感度が高くなる。
【００１７】
本実施の形態の絶縁性基板１としては、絶縁性を有し、銅配線が形成でき、テストチップ２と検出部３とが搭載できれば、特に限定されない。
テストチップ２に用いる絶縁板２１には、プラスチック板、ガラス板、セラミック板などを用いることができるが、腐食を検出する機器に用いられている印刷回路基板と同じ材質の基板を用いるのが、吸湿した水分や透過したガスを保持する状態が同じとなるので好ましい。
【００１８】
本実施の形態の配線パターン２０の金属は、上記の銀、アルミニウム、銅に加え鉄やニッケルおよび銀、アルミニウム、銅、ニッケルの合金であっても良い。
そして、配線パターン２０の形成方法としては、上記金属のスパッタリングや蒸着による成膜法が用いられる。そして、配線パターン２０の幅と厚さは、異常を検出する電気機器の印刷回路基板の配線における、最も狭い幅と、最も薄い厚さと同じとするのが好ましい。
【００１９】
本実施の形態では、調湿剤として、潮解性の弱い中性塩であるNa2SO4、CaSO4、K2SO4、KNO3、Na2CO3が挙げられる。潮解性が強い調湿剤であるとテストチップの配線パターン２０腐食の進行が早すぎて、不適当である。例えば、NaOHは腐食ガスがない通常環境でも塩溶液を生成してテストチップ配線(特にアルミニウム配線)が腐食する。
本実施の形態では、上記Na2SO4、CaSO4、K2SO4、KNO3、Na2CO3等の潮解性の弱い中性塩の飽和水溶液を調製し、この水溶液に配線パターン２０の表面に設けられたシリコーン樹脂の塗膜２２を接触させて、このシリコーン樹脂の塗膜２２に、中性塩を含有する水溶液を吸水させる。
【００２０】
本実施の形態の腐食検出装置１０は、シリコーン樹脂の保護コーティングが塗布された印刷回路基板を備えた電気機器が、銀を腐食する硫化ガス(H2S、SO2)、銅を腐食する硫化ガス(H2S、SO2)やアンモニア、アルミニウムを腐食する塩化ガス(HCl、Cl2)の各々を含有する大気に曝され、腐食による印刷回路基板の故障がおこる前に、誤診断をすることなしに、異常を検出できる。
【００２１】
実施の形態２.
図４はこの発明の実施の形態２の腐食検出装置を示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。図４にあるように、本実施の形態の腐食検出装置１０は、保護コーティングであるシリコーン樹脂の塗膜が塗布された印刷回路基板３１の表面に、テストチップ２と、腐食によるテストチップ２の異常を検出する検出部３とが直接設置されている。テストチップ２の構成は実施の形態１と同様である。
そして、テストチップ２と検出部３とは、印刷回路基板３１表面に形成された銅配線４で電気的に接続されている。
具体的には、例えば、調湿剤を含有したシリコーン樹脂の塗膜が設けられたテストチップ２の電極パッドが、室温硬化型の導電性樹脂で銅配線４に接合されている。
本実施の形態の腐食検出装置１０は、テストチップ２と検出部３とが印刷回路基板３１に直接設けられているので、部品点数少なく、実装工程が簡略であり、生産性が優れている。
【実施例】
【００２２】
次に、実施例にて本発明をさらに詳細に説明する。
【００２３】
比較例１．
絶縁板２１に、縦12mm、横12mm、厚1mmのガラスエポキシ基板を用い、この表面に、銀配線２５と、アルミニウム配線２６と、銅配線２７とが直列に接続された図３に示す細線パターン２０を蒸着法により形成した。各金属とも、細線部の寸法は、長さが20mm、幅が0.1mm、厚さが0.02mmである。細線パターン２０の端部の各々は導通部２３に接続した。細線パターン２０が設けれた面の反対側の面には導通部２３と接続した金の電極パッド２４を設けた。絶縁板２１の細線パターン２０が設けられた表面にシリコーン樹脂の塗膜を形成し、比較テストチップを作製した。
【００２４】
上記比較テストチップを、促進腐食試験として、温度40℃、相対湿度95％、H2Sガス濃度0.4ppmの環境に暴露し、比較テストチップの電気抵抗の増加と断線とを評価した。得られた結果を、腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が18日で、断線が発生する期間が30日であった。
【００２５】
実施例１．
比較例１と同様にして、細線パターン２０が設けられた表面にシリコーン樹脂の塗膜を形成したチップを得た。さらに、Na2SO4の25℃の飽和水溶液を準備し、この水溶液に上記シリコーン樹脂の塗膜を接触させ、調湿剤であるNa2SO4を含有したシリコーン樹脂の塗膜２２を有する図２に示すのと同じモデルテストチップ２を作製した。
【００２６】
上記モデルテストチップ２を、比較例１と同様の促進腐食試験を行い、モデルテストチップ２の電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を、用いた調湿剤、腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が15日で、断線が発生する期間が26日であり、比較例１に示す比較テストチップより早く不具合を検出した。
すなわち、本実施例のテストチップを用いる腐食検出装置は、シリコーン樹脂でコーティングされた印刷回路基板を有する電気機器の故障を事前に検出することが可能である。
【００２７】
実施例２〜５．
調湿剤を表１の実施例２から５に示すものを用いた以外、実施例１と同様にしてモデルテストチップ２を作製した。
上記モデルテストチップ２を、比較例１と同様の促進腐食試験を行い、モデルテストチップ２の電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を、用いた調湿剤、腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間と断線を発生する期間とが、比較例１に示す比較テストチップより短く、つまり、腐食による不具合を早く検出した。
すなわち、実施例２ないし５のいずれかのテストチップを用いる腐食検出装置は、シリコーン樹脂でコーティングされた印刷回路基板を有する電気機器の故障を事前に検出することが可能である。
【００２８】
比較例２.
比較例１と同様な比較テストチップを用い、試験条件を、温度40℃、相対湿度95％、SO2ガス濃度0.4ppmとして促進腐食試験を行い、比較テストチップの電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が72日で、断線が発生する期間が122日であった。
【００２９】
実施例６．
実施例１と同様なモデルテストチップ２を用い、比較例２と同様の促進腐食試験を行い、モデルテストチップ２の電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が58日で、断線が発生する期間が99日であり、同じ腐食環境に曝した比較例２に示す比較テストチップより早く不具合を検出した。
すなわち、本実施例のテストチップを用いる腐食検出装置は、シリコーン樹脂でコーティングされた印刷回路基板を有する電気機器の故障を事前に検出することが可能である。
【００３０】
比較例３.
比較例１と同様な比較テストチップを用い、試験条件を、温度40℃、相対湿度95％、Cl2ガス濃度0.4ppmとして促進腐食試験を行い、比較テストチップの電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が8時間で、断線が発生する期間が12時間であった。
【００３１】
実施例７．
実施例１と同様なモデルテストチップ２を用い、比較例３と同様の促進腐食試験を行い、モデルテストチップ２の電気抵抗の増加と、断線を観察した。得られた結果を腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が5時間で、断線が発生する期間が10時間であり、同じ腐食環境に曝した比較例３に示す比較テストチップより早く不具合を検出した。
すなわち、本実施例のテストチップを用いる腐食検出装置は、シリコーン樹脂でコーティングされた印刷回路基板を有する電気機器の故障を事前に検出することが可能である。
【００３２】
比較例４.
比較例１と同様な比較テストチップを用い、試験条件を、温度40℃、相対湿度95％、NH３ガス濃度0.4ppmとして促進腐食試験を行い、比較テストチップの電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が4日で、断線が発生する期間が6日であった。
【００３３】
実施例８．
実施例１と同様なモデルテストチップ２を用い、比較例４と同様の促進腐食試験を行い、モデルテストチップ２の電気抵抗の増加と断線とを観察した。得られた結果を腐食試験条件とともに、表１に示した。
表１に示すように、電気抵抗が２倍になる期間が3日で、断線が発生する期間が5日であり、同じ腐食環境に曝した比較例４に示す比較テストチップより早く不具合を検出した。
すなわち、本実施例のテストチップを用いる腐食検出装置は、シリコーン樹脂でコーティングされた印刷回路基板を有する電気機器の故障を事前に検出することが可能である。
【００３４】
【表１】
2005214766.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の腐食検出装置は、シリコーン樹脂がコーティングされた印刷回路基板の腐食を検出する腐食検出装置であって、電気機器がその設置場所の環境で故障に至る影響を受け始めたことが事前に検出でき、故障前に部品や製品を交換することにより、電気機器の信頼性向上を図るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態１の腐食検出装置を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図２】実施の形態１の腐食検出装置に用いられるテストチップの平面図（ａ）と断面図（ｂ）とである。
【図３】テストチップの表面に設けられた細線パターンを示す図である。
【図４】実施の形態２の腐食検出装置を示す上面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【００３７】
１  絶縁性基板、２  テストチップ、３  検出部、１０  腐食検出装置、２０  細線パターン、２１  絶縁板、２２  調湿剤含有シリコーン樹脂塗膜、２３  導通部、２４  電極パッド。
【図１】
2005214766.tif 000004
【図２】
2005214766.tif 000005
【図３】
2005214766.tif 000006
【図４】
2005214766.tif 000007