電子部品・モジュールの保存温度に関する留意点

しかし、電子部品や完成品を正しく保管するためには、部品の信頼性に影響を与えるリスクや要因をよく理解した上で、使用する必要があります。保存温度は部品にどのような影響を与えるのか？どのような経年劣化のメカニズムがあるのか？保存温度がデータシートの値を超えると部品は破損するのか？その他、どのような環境要因により保存後に部品が使用できなくなる可能性があるのか？

最も重要かつ決定的な要因は、保存温度と湿度の組み合わせです。たとえ短期間の保存であっても、高湿度と高温の組み合わせでは、部品内部に湿気やガスが取り込まれる可能性があります。

SMD（Surface Mount Device：表面実装） 部品は、以下のJEDEC規格J-STD-020で定義されたMSL（Moisture Sensitivity Level）値で耐湿性が示されます。


吸湿した水分が高温のリフロー炉内で水蒸気となり、部品の割れや剥離、爆発を引き起こす「ポップコーン現象」の危険性がない状態で、部品をリフロー半田付けするために密閉した防湿袋を開封した後の時間を「フロアタイム」といいます。また、規定時間以上放置した場合は、乾燥炉に入れて水分を蒸発させる「プリベーク」が必要です。TOLとは、メーカーが提示する「Time on Label（ラベルに表示された時間）」の値を使用することを意味します。

MSLレベルは狭い範囲の環境条件に対して規定されていることに注意してください。周囲温度と相対湿度（RH）値は、冬季の通常の室内環境（25℃/50%）ではかなり高い値ですが、夏季の一部のアジアや南米の国々ではRH値が80%を下回ることはまれで、室温は35℃を超えることもあり、数値としては低くなります。このため、MSLフロアタイムの数値は、SMDライン所在地や季節に応じて、減らすか、あるいは伸ばす必要があります。

さらに、スルーホール部品は長期保存中に吸湿する可能性があります。部品は、はんだ付けの際にPCBで保護されているため極端な高温にさらされることはなく、「ポップコーン現象」のリスクは低いのですが、湿気と高い周囲温度によって加速される他の化学的劣化プロセスの影響を受ける可能性があります。最も一般的な問題は、露出した金属部分の酸化と、封止材による吸収や接合部での毛細管現象による水分やガスの取り込みです。

スルーホール部品の露出したはんだピンの酸化は、PCBはんだが適切にはんだ接合部を濡らさない「ドライジョイント」（図1）の原因となり、ピン表面の酸化不純物が液体メニスカスをはじくため、電気的および機械的接続が保証されなくなることがあります。乾燥した接合部は発見しにくく、さらに悪いことに、PCBアセンブリが最初の検査とテストに合格しても、後にフィールドで故障するなど断続的な障害を引き起こす可能性があります。ある種の大気中のガス、特に硫黄は銅化合物を侵食し、初期腐食を引き起こす可能性があります。したがって、保存場所は換気がよく、排水溝や下水道から遠く離れた場所にする必要があります（下水に特有の「腐った卵」のような臭いは、有機物の腐敗による自然の産物である硫化水素ガスが原因です）。

部品保存後にはんだ接合不良が繰り返し発生する場合は、乾燥剤入り防湿袋で保管するか、使用前に洗浄する必要があるかもしれません。あるいは、ピンを洗浄したり、大気中の湿気に対して反応性の低い純錫や金の薄膜でコーティングすることも可能です。

特に保存温度が高い場合、封止材自体が水分や大気中のガスを吸収することがあります。エポキシ系のポッティング材は通常非常に硬く、化学的不活性度が高いですが、シリコンやポリウレタン系は柔らかく、多孔性の傾向があります。後者の材料は多孔質であるため、水分や大気中の酸素が内部部品に浸透することによる腐食作用で機械的膨張を起こし、外部ピンや外部ケースとの間のシールが破損し、さらに水分の侵入を許してしまいます。シールの完全性は、紫外線蛍光染料を用いた浸透試験で確認することができます（図2）。この試験では、部品を高圧で水性染料に一定時間浸し、マイクロクラックや孔、密封不良から液体が浸透するかどうかを確認します。その後、部品を分解し紫外線ランプの下に置き、液体が浸透すると染料が蛍光を発します。

マイクロクラックや気密不良は、環境温度サイクルによっても発生します。温暖で湿度の高い条件下で製造された部品が-40℃の飛行機で輸送されると、内部の水分が衝撃凍結し、氷が膨張することで気密性が破れることがあります。この部品は、最終目的地に到着するまでに、いくつかの異なるフライトや陸路の流通センターを通過するため、何度も解凍/凍結のサイクルを繰り返すことになり、欠陥が拡大する原因となります。また、夏や冬に暖房設備のない倉庫で保管される場合は、それほど劇的ではありませんが、より長期的な熱サイクルストレスが発生する可能性があります。

したがって、例えばメーカーが部品の保存温度と湿度範囲を-40℃～85℃（50％RH）と表記していても、その部品がこれらの保存温度範囲内で安全に循環使用できることを意味するものではありません。実際、イオン的または原子的な劣化を抑えるために部品を低温で保存する場合（図3）、使用する前に非常にゆっくりと温め、室温に戻す必要があります。高温と低温を数回繰り返すよりも、高温または低温の状態で保存することが望ましいのです。

保存温度を超えるとどうなるのでしょう？内部基板に実装されたSMD部品は、基板自体の熱膨張率や熱収縮率が異なるため、極端な温度では、機械的ストレスによってはんだの破損や部品のクラックが発生する可能性があります。封止部品（ダイオード、トランジスタなど）は、ケースでピンを機械的に支えるため、通常、低温には強いですが、金属製のリードフレームが使われることが多く、銅は熱収縮率が高いため、-40℃以下の温度では故障することがあります。

極低温で最も問題となるのは、イオンの動きや液体の化学反応に依存する部品で、電解コンデンサやある種のセラミックコンデンサなどがそれにあたります。低温では、このような活動は「凍結」してしまいます。電解コンデンサは、冷却すると急速に容量が減少し、-40℃では室温の10％しか容量がないこともあります。

また、極低温（約-65℃以下）では、電解液が凍結し、永久的な物理ダメージを受けてしまいます。また、コンデンサの等価直列抵抗 ESR と誘電正接 Tanδ は温度によって急速に劣化します。ESR と Tanδ は氷点下で急激に増加し、-55℃になるとそれぞれ 100 倍、10 倍になります。これらの影響は、コンデンサが常温時より低温時で全く異なる性能特性を持つことを意味し、これらの部品を含む製品を低温保存空間から暖かい室内に移動後、急激に通電すると、スイッチオン不良になる可能性が高くなります。

このほか、極低温に弱い部品として、巻線型のインダクタやトランスがあります。これらの部品は、銅の巻線が低温で収縮してフェライトコアに物理的なひずみが生じ、フェライト粒の間の結合材が柔軟性を失うため、低温でよりもろくなります。フェライト部品を含む極低温の製品を誤って落下させると、たとえポッティング封止材で「安全に」封止されていたとしても、その機械的衝撃でいとも簡単に割れてしまいます（図4）。したがって、低温倉庫から取り出した製品やサブアセンブリの取り扱いには、細心の注意が必要です。

結論として、コンポーネントやサブアセンブリが、湿度や温度が比較的安定しているか、変化が緩やかな環境に保存されている場合、その保存期間は非常に長くなり得ます。理想的な条件下では、RECOMのカプセル封止DC/DCまたはAC/DC電源モジュールの貯蔵寿命は10年です。しかし、このような長期保管品を使用する場合は、徐々に室温に馴らし、ピンやコネクタに腐食がないことを目視で確認する必要があります。また、電解コンデンサを使用する場合は、制限された電流で徐々に通電し（改質と呼ばれるプロセス）、酸化アルミの絶縁を回復させてから最大入力電圧で通電して下さい。

現在、世界的なサプライチェーン問題により、多くの商社やサプライヤーが差し迫った顧客需要に対応するために以前の在庫品を掘り起こす事態が発生しています。部品が正しく保存され、電源を入れる前に徐々に室温に戻されていれば、部品はまだ完全に使用可能と言えます。