セラミック基板の決定版ガイド 2024

セラミック基板は現代のエレクトロニクスにおいて重要な役割を果たしています, 小型化を可能にする, 改善された熱管理, 私たちが毎日使用する無数のデバイスの動作周波数の向上. 電子システムがより複雑かつ強力になるにつれて、, 新興技術のニーズを満たすことができる高度なセラミック基板材料と製造技術に対する需要が高まっています。. この包括的なガイドでは, we will examine ceramic substrates in-depth – from their properties to materials, アプリケーション, と選択基準.

セラミック基板とは?

セラミック基板は非導電性の一種です, アルミナなどのセラミック化合物から作られた無機材料, 窒化アルミニウム, ベリリア, とジルコニア. これらは、基礎基礎層として使用されます。 PCBボード 電子部品の取り付けと電気的相互接続の作成用.

セラミック基板の主な特徴:

• 安定した, 回路の構築と取り付けのための剛性プラットフォームPCB 上のコンポーネント 機械的強度が高いため.
• 耐熱性と熱伝導率が高い, 高出力エレクトロニクスの熱放散に適しています。.
• 高いAC周波数まで優れた電気絶縁特性を備えています。. これにより、回路の高密度化と小型化が可能になります。.
• 多層構成の場合, セラミック PCB 基板により、複数の薄層の垂直積層が可能になり、複雑な受動素子と相互接続が組み込まれた超小型 3D モジュールが実現します.

セラミック基板の材質の違い

セラミック基板には、使用する原料によってさまざまな種類があります。:

• アルミナ (Al2O3)

最も一般的な材料の 1 つは酸化アルミニウムまたはアルミナです。. 堅牢な強度と優れた電気絶縁特性を活かします。, アルミナは多くの電子用途において貴重な成分であることが証明されています, 回路基板を含む. 化学的安定性と幅広い入手性により、高温用途にも適しています。.

• 窒化アルミニウム (AlN)

AlNセラミックは最も高い熱伝導率を持っています, 高出力電子機器の放熱に適しています。. 高い電気抵抗率も備えています. AlN基板はアルミナよりも高価です.

• ベリリア (BeO)

ベリリア (BeO) セラミックは電気絶縁特性を維持しながら優れた熱伝導性を示します。. コストが高いため、アプリケーションは極端なパフォーマンスを要求する特殊な環境に限定されます。. ベリリアには毒性も懸念されています.

• 炭化ケイ素

炭化ケイ素も、熱を効率的に伝導する卓越した能力と、高温や腐食に対する耐性で高く評価されているセラミックです。. 熱伝導率範囲が 100-400 W /(m・K) 高温で, SiCは炉部品などの高温機器で良好に機能します. 半導体デバイスの製造にも役立ちます.

• 窒化ケイ素

窒化ケイ素または Si3N4 は熱性能でも高く評価されています. 最大400Wの導電率/(m・K), このセラミックは、ガスタービンエンジン部品などの高温用途で人気があります。. ベアリングや切削工具にも使用されています.

材料	熱伝導率	熱膨張係数 / バツ 10-6/℃	耐熱衝撃性	料金	毒性
アルミナ (Al2O3)	20	7.2	適度	低い	なし
窒化アルミニウム (AlN)	140-260	4.4	低い	高い	なし
ベリリア (BeO)	250	7.5	低い	すごく高い	有毒
炭化ケイ素 ( SiC)	270	3.7	優れた	中程度から高程度	なし
窒化ケイ素 (Si3N4 )	10-40	3.2	優れた	中程度から高程度	なし

参考文献: プロジェクト用のさまざまなタイプのPCB基板材料

セラミックPCB基板の用途

セラミックPCB基板は、その独特の特性と高性能により多くの分野で評価されています. その用途はさまざまな業界に及びます, 主な応用分野には次のものがあります。:

再生可能エネルギー: セラミック PCB 基板は、太陽光発電パネル用のインバーターや集光型太陽光発電用の集光器の製造によく使用されます。. 電気絶縁性と高温耐性により、これらの特定の用途に非常に適しています。.

自動車: 自動車産業も多くのデバイスでセラミック基板を活用しています. 例としては電動パワーステアリングシステムなどがあります。, 一体型スターターオルタネーター, およびエンジン制御ユニット. より効率的でクリーンな車両システムを実現することで, セラミックは燃料消費量と排気ガスの削減に役立ちます.

航空宇宙および防衛: 航空宇宙産業はアビオニクスにセラミック基板を活用しています, 誘導システム, および衛星通信コンポーネント. 軽量なので、耐振動性だけでなく積載量の軽減にも有利です。. 防御用, セラミックスはレーダーに採用されている, 電子戦システム, 誘電特性が優れているその他の高周波エレクトロニクス.

医療機器: セラミック基板は、電気絶縁を必要とする医療機器に広く使用されています, 生体適合性, 滅菌に耐える能力. 例としては、手術器具センサーなどがあります。, 実験室の機器, 医療用インプラント, およびマイクロ流体デバイス.

無線と通信: 高周波処理能力により、セラミック基板は RF 集積回路に最適です, アンテナ, フィルター, およびモバイルデバイスで使用されるその他のコンポーネント, 基地局, ルーター, 等. セラミック材料の低誘電損失は、高周波通信回路における信号損失を最小限に抑えるのに役立ちます。.

PCB プロジェクトに適したセラミック基板の選択

• 用途や使用条件を考慮する. 気温は何度ですか, 周波数, 電力レベル, 等. 基板は耐える必要がありますか? これは選択肢を絞り込むのに役立ちます. アルミナ基板は高周波をうまく処理します, 一方、窒化アルミニウムは高い熱伝導率に優れています。.
• 次のような誘電特性を見てください。 誘電率 と損失正接. 低損失, 高周波基板は誘電率が低い傾向があります. 誘電率はインピーダンス整合とクロストークに影響します.
• 強度や熱膨張などの機械的特性を確認します. 基板は製造プロセスや最終用途に十分な堅牢性を備えていなければなりません. 熱特性は熱放散に影響します.
• 表面粗さと厚みを考慮する. 滑らかな表面により蒸着プロセスが容易になります. 基板が薄いほど軽量ですが、壊れやすい可能性があります. 標準的な厚さの範囲は通常 0.25mm ～ 1mm です。.
• コストと可用性を比較検討する. 一部の珍しいセラミック材料は、コストが高く、調達までのリードタイムが長くなる場合があります。. アルミナや窒化アルミニウムなどのより一般的な材料はコスト効率が高い.

セラミック基板は、現代社会の事実上あらゆる領域のエレクトロニクスに貴重な機能を提供します。. この決定的なガイドは、包括的な概要を提供します。, 読者がセラミック基板の選択と使用についてよりよく理解できるようにしたいと考えています。. 誘電特性のマッチングからコストと可用性のバランスまで, 適切なセラミック材料を選択する際に考慮すべき重要な要素について説明しました。. ここで取り上げられていないその他の質問がある場合は、, お気軽に コンタクト 私たち.