センサのイオンマイグレーション対策とは？発生要因と試験のポイント

センサの評価では、イオンマイグレーションによる劣化を慎重に確認する必要があります。発生の仕組みや要因を理解し、適切な対策を講じることが大切です。

ここでは、センサのイオンマイグレーションの概要と発生する原因、試験の方法や対策について解説します。

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センサのイオンマイグレーションとは？

センサのイオンマイグレーションとは、電圧が印加された状態で水滴が付着すると配線や電極間を金属イオンが移動し、その結果、電子機器の故障などを引き起こす現象のことです。この現象により、以下のような悪影響が生じます。

短絡

イオンマイグレーションが生じた場合、デンドライトと呼ばれる樹枝状の結晶が発生し、短絡（ショート）を引き起こす恐れがあります。

デバイスの故障リスクが高まるだけでなく、火災につながる可能性もある点に注意が必要です。特に大きな電流が流れた場合、発熱や火災を引き起こす危険性があります。

絶縁劣化による誤動作

センサ内部では、本来電気が流れてはいけない部分同士が、絶縁によってしっかりと分けられています。しかし、イオンマイグレーションが起こると、絶縁部分の境目から少しずつ電気が漏れ始めます。

その結果、センサが正しく信号を受け取れなくなり、誤動作が発生する可能性があります。

たとえば、温度が変化していないのに表示される数値だけが変化する、検知する対象がないのにセンサが反応するなどの誤動作が起こることがあります。

センサのイオンマイグレーションを発生させる要因

材料の組み合わせや使われ方による影響

センサは複数の材料で構成されており、材料同士の組み合わせや使用条件によってイオンが移動しやすい状態になる場合があります。特に異なる金属や表面処理が隣接すると、湿度の影響を受けやすくなり、イオンマイグレーションの原因となることがあります。

温度と湿度の影響

水分はイオンが移動する要因の一つです。高温多湿の環境ではセンサ内部に水分が入りやすくなり、イオンマイグレーションのリスクが高まります。

通常環境では問題がなくても、使用環境の変化によって不具合が現れた場合には、センサに対する温度や湿度の影響を疑う必要があります。

センサのイオンマイグレーション試験

試験前の準備

評価対象となるセンサの構造や使用環境を整理し、温度・湿度・印加電圧の条件を設定します。実使用より厳しい条件を設定することが一般的ですが、想定環境とかけ離れないよう注意することが大切です。

試験と評価

センサに電圧を印加した状態で、高温高湿試験や結露サイクル試験を行います。試験後は抵抗値やリーク電流の変化を確認し、劣化の兆候が見られた場合は設計や材料を見直すのが適切です。

センサのイオンマイグレーション対策

材料選定・表面処理の工夫

イオンの溶出や移動を抑制できるよう、材料や基板表面の処理の見直しを進めます。材料を選定する際は、どのような条件でどの材料を組み合わせて使うか、イオンマイグレーション発生リスクがどの程度あるかを正しく評価しておくことが重要です。

防湿コーティング

湿度の影響を抑えるためには、防湿コーティングが効果的です。センサ内部への水分の浸入を抑えることが重要です。

また、使用環境の温度や湿度を想定したうえで、余裕を持った設計を行います。

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まとめ

センサのイオンマイグレーションには、材料や環境、設計などさまざまな要因が関与するため、発生要因を理解したうえで試験と対策に取り組むことが大切です。

マイグレーション試験機を活用することで、イオンマイグレーションの兆候を早期に把握しやすくなります。