PCBオーバーモールディングサービス：自動車および医療グレードの筐体製造

PCBオーバーモールディングは、パッケージングに対する新たなアプローチを生み出し、自動車や医療機器のパッケージングにおいて、既存の方法では解決できない信頼性の問題を解決することを可能にする。

車のセンサーは、オイル漏れが原因で3万キロ走行後に故障しますか？携帯型医療機器の筐体の隙間は、殺菌のデッドゾーンになっていますか？

従来の包装ソリューションは、信頼性を低下させ、継続的なメンテナンスを必要とする隠れたコストを生み出します。このソリューションには、既存の包装方法の全面的な変革が求められます。

主要解答の要約

主なポイント

• ネジとケースは捨ててください。

高振動と頻繁な清掃の両方を必要とする状況において、物理的な隔離を実現する唯一の効果的な方法は、組織がPCBオーバーモールディング技術を利用することである。

• 医療材料選定基準：

医療分野では、インプラントにPCBポッティングサービスが利用されており、オーバーモールドPCBは、複数回の外部滅菌を必要とする機器の重要な構成要素として機能している。

• 総所有コスト：

JS Precisionの包括的なオーバーモールディングサービスを利用することで、組み立てと再加工にかかる総コストを30%以上削減できます。

JS PrecisionがPCBオーバーモールディングに選ばれる理由とは？

適切なオーバーモールディングパートナーを選ぶことは、製品の信頼性と市場競争力に直接影響します。

JS Precisionは、PCBオーバーモールディングにおいて20年の経験を有し、安定した信頼性の高いサポートを提供します。世界中の200社以上の自動車および医療機器メーカーにサービスを提供し、500件以上のカスタマイズプロジェクトを完了させ、お客様の協力リスクの軽減を支援します。

当社の製造工程は、ISO 13485:2016医療品質マネジメントシステムに厳密に準拠しており、お客様にお届けするすべての製品が高い業界基準を満たし、品質上の問題が一切発生しないことを保証します。

JS Precisionのオーバーモールディングサービスは、L3自律走行ミリ波レーダーのパッケージングに関する問題に対し、的確なソリューションを提供します。これらの問題には、従来のネジ固定方式で発生するアンテナの歪みや過剰な測距誤差などが含まれます。

低圧成形プロセスにより、射出距離のばらつきが2.5メートルから0.3メートルまで低減されます。1000時間の塩水噴霧試験により、漏洩問題に対する完全な保護が保証されます。

当社が提供するカスタムオーバーモールドプリント基板は、医療機器メーカーがUSPクラスVI認証を取得することを可能にし、国際的なビジネスチャンスを追求しながら、製品を欧米市場に投入することを可能にします。

JS Precisionのクラス7クリーンルーム環境と全自動射出成形機により、お客様の製品ニーズに合わせて0.1mmの精密な制御を実現できます。

DFM解析と金型設計から始まり、量産品の納品までを網羅する当社の包括的なサービスにより、サプライチェーンのつながりを減らしながら、納期を3～5日短縮し、時間とコストを削減できます。

当社は、自動車用電子機器の耐振動性ニーズと医療機器の滅菌要件の両方に対応するカスタマイズソリューションを提供し、お客様の総所有コストを削減しながら製品の市場性を向上させるお手伝いをいたします。

プリント基板パッケージの信頼性、精度、または認証に関する問題でお困りの場合は、当社のエンジニアにご連絡いただき、ご要望をお伝えください。無料のDFM（製造性設計）分析を実施し、お客様に最適なソリューションをご提案いたします。

自動車および医療機器の筐体にPCBオーバーモールディングを使用する理由とは？

PCBオーバーモールディングのプロセスでは、熱可塑性または熱硬化性ポリマー材料を使用して、回路基板を保護する単一の途切れのない保護筐体を作成します。

このシステムは、振動や液体のこぼれといった問題を引き起こす物理的な接続を排除しているため、従来のねじ締め方式よりも優れた保護性能を発揮します。

このシステムにより、機器は過酷な条件下でも長期間にわたり確実に動作し、同時にメンテナンスの必要性や機器交換費用を最小限に抑えることができます。

自動車のNVH性能：ネジの緩みと共振の排除

自動車の運転では、10～2000Hzという広範囲の周波数の振動が発生します。従来のねじ接続システムでは、500時間後には予圧強度が40%低下するため、機器の故障が発生しやすくなります。

低圧成形は、プリント基板のオーバーモールディングにおける主要な手法です。この方法は、構造全体を通してあらゆる振動を抑制する制振システムを形成することで、プリント基板とコネクタテールの両方を保護します。

このプロセスにより、車両と周囲環境との接触時に発生するあらゆる高周波振動を吸収する、完全な保護システムが構築されます。

医療機器の徹底洗浄：無菌表面の実現

医療機器には極めて高い滅菌性が求められ、筐体の継ぎ目には滑らかな表面よりもはるかに多くの細菌残留物が存在する。

オーバーモールド射出成形により、継ぎ目のないケーシングが製造され、表面粗さRaは0.8μm未満となるため、材料は134℃のオートクレーブで複数回の滅菌サイクルに耐え、滅菌基準を維持することができる。

図1：透明な金型内に配置された緑色のプリント基板のクローズアップ図。部品に配線が挿入されている様子を示しており、プリント基板のオーバーモールディングのセットアップを示している。

PCBポッティングサービスとオーバーモールディング：医療グレードとは？

医療業界では、PCBの封止サービスに弾性封止材が使用されています。これは、これらの材料がインプラント内部の圧力を制御するためです。

医療業界では、医療グレードのオーバーモールディングを用いて、薄くて軽量な熱可塑性樹脂製の筐体を製造している。これら2種類の材料は用途が異なり、一方は体内埋め込み型インプラントに、もう一方は体外装着型医療機器に使用される。

PCBポッティング：インプラントに対する応力緩衝

弾性率が5MPa以下のシリコン系PCBポッティングサービスは、ペースメーカーのはんだ接合部を0.1～10Hzの周期的な圧力から保護する身体保護システムとして機能します。当社が使用するポッティングコンパウンドはすべてUSPクラスVI認証を取得しており、人体への安全性を確保しています。

埋め込まれたプリント基板には、体の動きを吸収しつつ、はんだ接合部を損傷から守る「柔らかいクッション性のあるスポンジ」のような役割を果たす保護コーティングが必要です。

オーバーモールディング：繰り返し滅菌される外部医療機器に使用される

手術用ハンドピースやその他の外部機器は、1000回以上の滅菌サイクルに耐える必要があります。オーバーモールド射出成形では、ショアD硬度が65を超えるPPまたはCOC材料を使用することで、傷がつきにくく、消毒剤を吸収せず、長期間にわたって表面を清潔に保つ表面を作り出します。

医療グレードオーバーモールディング材料の比較

医療機器の基板に、プリント基板ポッティングサービスとオーバーモールド加工のどちらを選ぶべきか迷っていませんか？無料の選定アドバイスと材料選定リスクの軽減について、お気軽にお問い合わせください。

医療グレードのオーバーモールド射出成形には、どのような生体適合性認証が必要ですか？

医療グレードのオーバーモールド射出成形品は、細胞毒性、感作性、血液適合性に関するISO 10993-4/-5/-10試験、およびUSPクラスVI 121℃抽出試験に合格し、ISO 10993-1:2021規格に準拠する必要があります。製造環境は、 ISO 14644-1クラス7クリーンルーム規格を満たしている必要があります。

クリーンルーム生産および材料安全

医療グレードのオーバーモールド射出成形は、汚染を避けるため、クラス7のクリーンルーム（1立方メートルあたり0.5μmを超える粒子が352,000個未満）で製造されなければならない。

この工程で使用される材料は、急性全身毒性を示さないため、人体への摂取が安全であることを証明するUSPクラスVI認証を取得しなければならない。

滅菌耐性：オートクレーブ滅菌およびガンマ線滅菌耐性

医療機器は繰り返し滅菌処理が必要です。封止されたオーバーモールド基板は、134℃、2気圧の蒸気滅菌、または25～50kGyのガンマ線照射を100回繰り返しても、黄変やひび割れが生じないことが求められます。当社が一般的に使用しているPPおよびCOC材料は、この要件を容易に満たします。

超小型パッケージング：携帯型および埋め込み型デバイス

携帯型および小型埋め込み型デバイスの設計では、全体の壁厚が1.5mmを超えないようにする必要があり、また、内部空間を適切に充填するためには、注入プロセスで2000バール以上の圧力レベルに達する必要がある。

この金型を効果的に作動させるには、ホットランナーシステムとニードルバルブシーケンスシステムの両方が必要です。当社の技術チームはこれを正確に実現し、装置の小型化と携帯性の向上を実現します。

図2：生物学的影響、接触の性質、および期間に基づいて医療機器を分類した詳細なチャート。認証に必要な生体適合性基準の概要を示しています。

低圧成形は自動車用液体や低温始動に耐えられるのか？

低圧成形では、ポリアミドまたはポリオレフィン材料を使用して金属インサートと分子レベルの化学結合を形成することで、材料がトランスミッションフルード、ブレーキフルード、および融雪剤の浸透に耐え、-40℃の低温始動時でもシール性を維持できるようにします。

従来のシールの故障モード

トランスミッションフルードを使用すると、従来のNBRゴム製シールは15～25%膨張し、その結果硬度が30%低下し、長時間の運転中に最終的に漏れの問題を引き起こします。

当社のオーバーモールディングサービスでは、非極性ポリアミド材料を使用しており、24時間浸漬後の体積変化が最大でも0.5%未満であるため、信頼性の高いシール性能を実現します。

透過ゼロチャネルの実現

低圧成形では、5～30バールの射出圧力範囲が使用され、PCB部品とリード間の0.2mmの隙間を通して材料が浸透できるように、溶融粘度が500Pa・s未満である必要があります。

硬化処理後、この材料は分子レベルのバリアを形成し、油や水蒸気が空間に侵入するのを防ぎ、水蒸気透過率は0.01g/m²/日未満となる。

簡単に言うと、プリント基板に「継ぎ目のないポリマー製の防水レインコート」を被せるようなもので、油や水蒸気が隙間から侵入することさえできない。

自動車用流体耐性試験データの比較表

オーバーモールディングサービスを通じて、自動車用電子機器の欠陥ゼロ製造を実現するにはどうすればよいでしょうか？

車両に使用される電子機器は、極めて高い信頼性基準を満たさなければならない。

オーバーモールディングサービスは、標準化された生産システムと精密なプロセス制御により、自動車用電子機器の欠陥ゼロ納品を実現し、100万分の10未満の欠陥率を達成することで、顧客の手直し費用削減に貢献します。

IATF 16949準拠製造システム

当社の生産ラインは、PFMEA手法と管理計画を採用しているため、IATF 16949の要件に準拠して稼働しています。システムは、射出成形プロセスのパラメータを記録・追跡し、温度制御は摂氏1度以内、圧力制御は0.5バール以内で行います。

センサーおよびECUのパッケージ構造を強化しました。

オーバーモールディング加工により、PCBとコネクタ端子の両方が完全に保護され、引き抜き強度が5kgfから30kgfに向上します。また、この部品は50gの機械的衝撃に耐えることができ、自動車の振動や衝撃によるコネクタの脱落や損傷を防ぎます。

高周波振動および熱サイクル疲労に対する耐性

オーバーモールドされたプリント基板は、ISO 16750規格に従って試験され、-40℃から125℃の間で500回の熱サイクル後も剥離亀裂が発生しないことが実証された。

プリント基板と筐体の熱膨張率の差を吸収し、封止不良を防ぐために、低弾性率材料（TPUなど）を選択しました。

ADAS向けオーバーモールドPCB：LiDARの照準精度を維持するには？

0.2%～0.5%の収縮率を補償する低収縮金型設計とガラス繊維強化材の使用により、オーバーモールドPCBの平面度を0.1mm以内に制御することに成功し、LiDARが100メートルの距離でADASの要件を満たす測距精度を維持できるようにしました。

0.1mmの変形がLiDARに与える影響

LiDAR光学レンズの取り付け面は、0.1mmの傾きを維持する必要があります。傾きが100メートル地点で0.5メートルのスポットオフセットを引き起こし、車線認識の失敗とそれに伴う誤ブレーキにつながるためです。したがって、PCBオーバーモールドでは、反り変形を制御するための厳格な要件を設定する必要があります。

低収縮材料と金型補正設計

非晶質材料の収縮率は0.5%～0.7%ですが、半結晶質材料の収縮率は1.5%～2.0%です（測定結果による）。当社のシステムの3D金型キャビティは、測定された収縮率を補正に利用し、製品の反りを防ぐために0.2°の抜き勾配を加えています。

オーバーモールド基板の平面度を0.1mm以内の精度で制御する必要がありますか？図面をご提出いただければお見積もりいたします。ワンストップのオーバーモールドサービスをご利用いただけます。

図3：自動車の構造に組み込まれた様々な自動車用電子制御ユニットとそれに対応するプリント基板を示す図。ADASやその他の車両システムにおけるオーバーモールディングの応用例を強調している。

オーバーモールディング部品の金型設計における一般的な技術的不具合とその予防策は何ですか？

オーバーモールド部品の品質は、まず金型設計によって評価基準が定められ、そこから最初の評価が行われます。金型の不具合の主な種類は、オーバーフロー、気孔率、インサート部品のずれの3つです。

DFM段階では、精密な金型閉鎖、通気溝設計、 ASTM D3641-21金型設計規格を満たす金型内位置決め支柱という3つの特定のプロセスを通じて、欠陥の90%を防止することができます。

オーバーフロー制御：精密金型パーティングライン

オーバーモールディングの厚さが0.05mmを超えると、組み立て作業が不可能になります。当社のオーバーモールディングサービスでは、オーバーフローを効果的に制御するために、金型鋼の硬度がHRC52以上、パーティング面の平面度が0.01mm未満、射出保持圧力の切り替え点が0.1秒単位で正確であることが求められます。

多孔性除去：通気とプロセスパラメータの最適化

気孔があると絶縁耐力が30%低下する可能性があります。当社では、キャビティの95%を低速で充填し、高速でプレス加工を行う段階射出成形と、0.02mm幅の通気溝を組み合わせることで残留ガスを0.1%未満に抑え、気孔を完全に除去しています。

挿入位置：射出成形のずれを防ぐ

射出成形時の圧力によって、厚さ0.2mmのプリント基板が0.1mm以上曲がってしまうことがあり、その結果、挿入部品の位置ずれが生じます。当社では、直径1.0mmのサポートピラーを金型設計に組み込み、プリント基板上に位置決め用の穴を事前に開けています。また、位置決めピンのクリアランスを0.005～0.01mmに設定することで、精密な位置決めを実現しています。

事例研究：自動運転ミリ波レーダーアンテナモジュールのカプセル化プロジェクト

L3レベルの77GHzミリ波レーダーで知られる自動運転企業は、レーダーの封止工程に問題が生じ、量産展開時に困難に直面した。この問題は最終的に、JS Precisionのオーバーモールディングサービスによって解決された。

直面した課題：

顧客は当初、ネジを使って筐体を固定していた。しかし、組み立て公差により0.12mmの反りが発生し、アンテナ面に影響を与えた。その結果、150メートル地点で2.5メートルの距離誤差が生じ、誤作動によるブレーキ操作が発生し、システムは車載グレードの試験要件を満たさなかった。

筐体の隙間から熱サイクルが発生し、融雪剤が浸入した結果、給水管の腐食が生じ、性能が4dB低下した。製品歩留まりは75%であったが、5つの組み立て工程で過剰な手作業が必要となり、生産効率が低かった。

解決：

JS Precisionは、顧客に対しワンストップのオーバーモールディングサービスを提供し、顧客の課題を解決するためのカスタマイズされたソリューションを開発しました。

レーダー基板とアンテナ給電線部分の製造に使用した低圧射出成形システムにより、組み立て時の公差や筐体の隙間が完全に解消されました。

選択された低誘電率ポリオレフィン材料（Dk=3.0、1MHz）は、優れた絶縁特性を提供すると同時に信号干渉を低減し、高精度なレーダー探知を維持する。

高温高圧条件によるPCBオーバーモールド部品の損傷を防ぐため、システムは射出圧力を20バールに維持し、金型温度を90℃に保った。

当社の金型設計には、射出成形時の基板の曲がりや変形を防ぐために、直径0.6mmの基板支持支柱が8本含まれています。

材料の収縮率（0.4%）を補正するために3Dキャビティ補正を使用し、完成品の標準的な平面度要件を満たすために0.2°の抜き勾配を追加しました。

コーティングの厚さは1.2mm±0.05mmに厳密に管理され、レーダー信号伝送に影響を与えることなく、確実なシーリング性能を確保しました。製造工程の最適化により、組み立て工程数が5段階から1段階に削減され、生産効率が大幅に向上しました。

最終結果：

試験の結果、アンテナの反りは0.03mmに達し、150メートルの測定範囲試験では0.3メートルの測定誤差となり、車載グレードの基準を満たしていることが示された。

試験の結果、 1000時間の塩水噴霧試験および2000時間の熱衝撃試験後も製品の漏れは認められなかった。フィーダーの挿入損失性能は-5.1dBまで改善し、製品歩留まりは99.8%向上した。

組み立て工程が簡素化された結果、各ユニットの組み立て時間が12分から3分に短縮され、人件費が40％削減され、ユニット全体の費用が18％削減された。これにより、顧客は年間約50万ドルのコスト削減を実現できた。

製造工程の迅速化により、製品の納品にかかる日数が従来の25日から18日に短縮されました。

お使いの機器が同様のパッケージング上の課題を抱えている場合は、3Dモデルを送信して無料のDFM解析を受け、迅速に解決策を見つけ、生産コストを削減してください。

よくある質問

Q1：PCBオーバーモールディングの最小注文数量は？

テスト用途であれば、最低10個のご注文で十分です。量産の場合は、金型コストをより適切に分散させ、単位生産コストを削減するために、年間1000個以上のご注文をお勧めします。

Q2：低圧成形でカバーできるPCB部品の厚さはどのくらいですか？

低圧成形は、最小肉厚0.8mmで最大15mm厚の部品を成形することができ、ほとんどの自動車および医療用電子機器、および小型設計用途の要件を満たします。

Q3：オーバーモールドされたプリント基板は再加工できますか？

理論的には、熱で材料を軟化させることで再加工は可能ですが、その工程は複雑でコストもかかるため、一般的には再加工不可能と考えられています。製造工程における厳格な品質管理が推奨されます。

Q4：医療グレードのオーバーモールディング材には、本来的に抗菌性がありますか？

PPやCOCなどの基本的な医療用材料には抗菌性はありません。医療用滅菌の要件を満たすために、銀イオンや亜鉛イオンなどの抗菌剤を添加することができます。

Q5：自動車グレードのオーバーモールディングは、ディーゼル燃料やガソリンに耐えられますか？

一般的なポリアミド材料は耐燃料性がありません。燃料関連機器には、長期的な燃料腐食に耐えられるフッ素樹脂（PVDFなど）を使用しています。

Q6：オーバーモールディングにおける金型コストのおおよその範囲はどれくらいですか？

金型の費用は2万ドルから8万ドルまで幅があり、主にキャビティ数、コア引き抜き機構、ホットランナーシステムによって決まります。構造が複雑になるほど、費用は高くなります。

Q7：パッケージ化できる最小のPCBサイズはどれくらいですか？

当社では、最小2mm×2mmのマイクロ基板から最大500mm×500mmの大型基板まで、幅広いサイズの基板を封止できます。特定のニーズに合わせて、サイズを調整することも可能です。

Q8：JS Precisionは、PCBアセンブリとオーバーモールディングの両方のサービスを同時に提供できますか？

当社は、プリント基板実装とオーバーモールディングの両方において包括的なサービスを提供しており、サプライチェーン業務の効率化、コスト削減、そして3～5日という迅速な納期を実現します。

まとめ

自動車産業や医療産業では、従来のねじ込みやポッティングといった方法よりも高度なソリューションが求められている。なぜなら、これらの方法では、振動や流体の制御、滅菌性、精度といった重要な基準を満たすことができないからである。

PCBオーバーモールディング、特に低圧成形技術は、分子レベルで密閉し、振動​​や腐食に強く、高い精度を維持するため、永続的な保護を提供します。

JS Precisionのオーバーモールディングサービスをご利用いただくことで、自動車業界と医療業界の両方の要件を満たす製品をご提供できます。当社のワンストップサービスにより、組立手直しコストを30%以上削減し、リードタイムを短縮します。

弊社のエンジニアリングチームは、お客様の3Dモデルと運用仕様書をご提出いただくことをお勧めいたします。ご提出いただいた内容に基づき、無料のDFM解析とお客様に合わせた材料提案をご提供いたします。

当社は、試作品開発から量産まで包括的なサポートを提供し、お客様の総所有コスト削減と競争優位性の獲得を支援します。