第20回よもやま塾で「ニュートリノが光速度を超えた実験」について触れましたが( https://www.olinas.co.jp/media/knowledge/a275 )、その後、この実験装置に不具合があり、不具合修正後の実験では、光速度を超えていないという結果が得られた、との報道がありました。「やっぱり、そうだろうね」という感想を抱いたのですが、興味をそそられたのは、不具合の原因です。一般向けの報道ですから、詳細ははっきりしないのですが、「光ファイバーの接続部分で光軸がずれていたため、70nSの誤差が生じていた」とのことです。光ファイバーについては門外漢ですので、光軸のずれが信号の質に及ぼす影響が、どの程度であるか想像がつかないのですが、受光素子の出力部分のみで70nSの遅延が生じるとは、考えにくいことです。まさか、立ち上がりが100 nSもあるような「やわな」パルス信号を使っているわけでもないでしょうから、この部分での数nSの遅れが、最終的な測定値に70nSの誤差を生じるようなシステム構成になっているのか、あるいは、光ファイバーの光軸がずれると、信号が大きく「なまる」のか・・・、などと、部外者の特権ともいうべき「妄想にふける楽しみ」を味わいました。
妄想はさておき、この事例も「トラブルの8割は接続部分に原因がある」の8割、つまりは、「やっぱり」の部類であったわけです。というわけで、今回は、接続不良の世間話をします。ただし、典型的な例であるかどうかは、保証の限りではありません。
電子機器は、とにかく、「接続部分」だらけです。基板内では、実装されている部品の端子の総数以上の接続部分があります。ほとんどは、半田付けですが、場合によっては、ソケット、ジャンパといった接触部分もあるでしょう。さらに、基板と外部との接続には、コネクタ、ケーブルなどを使いますが、これらすべての接続部分が「電気的に正しく」接続されていなければ動作しない・・・ならば、話は簡単です。「簡単」は言い過ぎでしょうが、少なくとも、不具合を見逃すことはありません。どのような動作不良になるかは、回路のどの部分が接続不良になるかによって異なりますが、一見、正常に動作しているような場合があり得ます。いわば、時限爆弾、もしくは、不発弾を抱えているようなものです。あるいは、感染症の潜伏期間のようなものです。いつか、なにかのきっかけで、「爆発、発症、こける」ことになります。この「きっかけ」には、物理的な環境変化、ノイズなどが考えられますが、通常の動作検証では、あらゆる動作環境、動作条件について確認することはほとんど不可能でしょう。
知人のK氏が、ある試作装置の回路基板を設計、製作したときのことです。4チャネル分、4枚の同じ基板を試作し、基板単体での動作には問題ありませんでしたが、装置に組み込み、装置全体の動作を確認したところ、1枚だけ動作不良となりました。経験豊富なK氏のことですから、慌てふためくことなく、冷静に、順を追って原因究明に取り組まれたことは想像に難くありません。その結果、「装置に基板をネジ止めすると、動作不良となる」ことを発見し、基板に機械的応力がかかると動作不良になる、と結論しました。さらに、基板単体での動作試験で、基板中央を手で押して、基板に反りを与えると動作不良が再現できることを確認しました。そこで、基板を丁寧に目視検査したところ、あるICの端子部分の半田不良（半田付け忘れ？）を発見した、とのことでした。応力がかかっていないときには、ICの端子は基板のランドに接触しており、「電気的に」接続されているため、正常に動作するが、基板が反ると、ICの端子が浮いてしまい、動作不良になることが判明したわけです。
余談ですが、「4チャネル」で、どのような装置かピンときた方が居られるかもしれません。たぶん、正解していると思いますが、ヒントは「CMYK」です。これは、クイズではありませんので、回答を送ることはご遠慮ください。
私は、「失敗の数は、ノウハウの数」であると思っています。トラブルシューティングの事例は、「宝の山」ですし、不具合発生は、不運ではなく「幸運」と考え、頭を抱えつつも、目を輝かせて事に当たる・・・ほど、達観していませんが、多少はワクワクします。今まさに、不具合対策に取り組んでいる方に、エールを送ります。それを成し遂げた暁には、一回り成長しているに違いありません。
