セラミックPCB：電子機器製造におけるゲームチェンジャー

エレクトロニクス製造の世界は絶えず進化を続け、イノベーションは可能性の限界を押し広げ続けています。近年、大きな勢いを増している革新的な進歩の一つが、セラミックPCBの登場です。これは比較的新しいタイプのPCBですが、エレクトロニクス業界では効果的な代替品として広く受け入れられています。比類のない熱伝導性、機械的強度、そして電気絶縁性を備えたセラミックPCBは、高性能で信頼性の高い電子システムの可能性を再定義しています。この記事では、セラミックPCBの世界を深く掘り下げ、その特徴、様々な種類、用途などを検証していきます。

セラミックPCBとは何ですか？

セラミックPCB（セラミックプリント基板とも呼ばれる）は、従来のガラス繊維やエポキシ樹脂といった材料とは異なり、セラミック材料をベースまたは基板として採用しています。この特殊なPCBは、セラミック材料で構成された薄い絶縁層と、回路を構成する金属部品を一体化させた構造を特徴としています。セラミックPCBに用いられるセラミックベース材料（アルミナ、窒化アルミニウム、酸化ベリリウムなど）は、優れた熱伝導性を備えています。

セラミック PCB は、その優れた熱性能と強化されたパフォーマンスにより、従来の PCB に代わる魅力的な選択肢として登場し、メモリ モジュール、太陽電池パネル アレイ、LED、通信デバイス、多層相互接続ボードなどのさまざまなアプリケーションで使用されています。

セラミックPCBの種類

による PCB製造プロセスセラミック PCB は、次のようなさまざまなタイプに分類されます。

高温セラミックPCB

高温セラミックPCBは、高温環境に耐え、動作することができるため、広く求められているセラミック回路基板の一種です。これらの特殊なPCBは、一般に高温PCBと呼ばれます。 共焼成セラミック （HTCC）回路。HTCC PCB は、溶剤、接着剤、可塑剤、潤滑剤、酸化アルミニウムを混合した生のセラミックで構成されています。

HTCC技術により、これらのセラミックPCBは極度の高温条件下でも構造的完全性と電気性能を維持することができます。航空宇宙、自動車、パワーエレクトロニクスなど、高温が常態化するアプリケーションで広く利用されています。HTCC製造プロセスは、過酷な熱環境に耐えるために必要な信頼性と耐久性を確保し、高温セラミックPCBは要求の厳しいアプリケーションに最適な選択肢となります。

低温セラミックPCB

低温同時焼成セラミック（LTCC）PCBは、他の種類のセラミックPCBに比べて独自の利点を備えています。高温同時焼成セラミック（HTCC）とは異なり、LTCC PCBは、金ペーストを用いて金属板上にクリスタルガラスと接着基板を貼り合わせることで製造されます。得られた回路基板は、その後、切断、ラミネート加工され、約900℃のガスオーブンに投入されます。

LTCC PCBの顕著な利点の一つは、HTCCや他のセラミック基板と比較して、反りが少なく、収縮許容度が高いことです。これは、機械的強度と熱伝導性の向上につながります。そのため、LTCC PCBは優れた熱特性を備えているため、放熱製品を含む用途に特に有利です。

厚膜セラミックPCB

厚膜セラミックPCBは、導体層の厚さが10ミクロンを超え13ミクロン以下であるのが特徴です。通常、セラミックPCBの表面には、銀や金、パラジウムなどの貴金属を用いて緻密に印刷された導体層が施されています。この工程では、セラミック基材に金と誘電体ペーストを塗布し、1000℃未満の温度で焼成します。金導体ペーストのコストが比較的低いため、厚膜セラミックPCBはPCBメーカーの間で広く利用されています。

厚膜セラミックPCBが従来のPCBに比べて優れている点の一つは、銅の酸化を防ぐ能力です。この特性により、セラミックPCBメーカーは、セラミック基板上に互換性のある導体、半導体、コンデンサ、抵抗器を組み込むことができます。

セラミックPCBの利点と欠点

セラミックPCBの利点

• 優れた熱伝導率

セラミックPCBは優れた熱伝導性を有し、電子部品から発生する熱を効率的に放散します。この利点は、熱管理が重要なアプリケーションにおいて極めて重要であり、過熱を防ぎ、最適な性能と信頼性を確保するのに役立ちます。

• 低い熱膨張係数（CTE）

セラミックは、強固で卓越した原子間結合により、優れた熱安定性を示し、構造的完全性を維持しながら高温に耐えることができます。温度変動下でも、セラミックは堅固で安定した状態を保ちます。

• 優れた断熱性

セラミックPCBは優れた断熱性を備え、基板を介した熱の伝導を効果的に防ぎます。この断熱特性により、回路基板上の部品を保護し、過度の熱による損傷や危害のリスクを軽減します。

• 無機

セラミックPCBの顕著な利点の一つは、無機材料で構成されていることです。これは、長寿命と長期間の使用に寄与します。有機材料とは異なり、セラミックは劣化に対する耐性が高く、性能を損なうことなく長期間の使用に耐えることができます。

• 高周波

これらの特殊ボードは、高周波信号を信頼性と効率性をもって処理し、要求の厳しいアプリケーションにおいて優れた性能と信号整合性を実現します。高周波データおよび電気信号の伝送に大きく依存する医療分野や航空宇宙分野で広く利用されています。

• 機械的安定性

セラミックPCBは高い機械的強度と剛性を備え、優れた構造安定性を提供します。他の材料よりも機械的ストレス、振動、過酷な環境条件に優れた耐性を発揮します。 PCB材料損傷や故障のリスクを軽減します。

• 設計の柔軟性

セラミックPCBは寸法安定性に優れているため、設計者はより小型でコンパクトな設計を実現できます。この柔軟性は、スペースが限られている場合や小型化が求められるアプリケーションにおいて特に重要です。

セラミックPCBの欠点

セラミックプリント基板は他の種類のPCBに比べて多くの利点があり、特定の用途においては魅力的な選択肢となります。しかし、その使用に伴う潜在的な欠点についても検討し、徹底的に検証することが重要です。

• 製造業の複雑さ

セラミックPCBは、厚膜または薄膜堆積技術といった特殊な製造プロセスを必要とするため、製造工程が複雑化する可能性があります。これにより、リードタイムと製造コストが増加するだけでなく、熟練した技術者や特殊な設備が必要になる場合があります。

• より高いコスト

セラミックPCBは、FR4などの従来のPCB材料に比べて一般的に高価です。そのコストは主に、特殊なセラミック材料と製造プロセスに起因します。

セラミックとFR4の比較

電子機器用途に適した基板材料を選択する際には、 FR4 セラミック基板は長年、多くのメーカーの定番の選択肢でした。しかし、技術の進歩と高性能への要求の高まりに伴い、セラミック基板が魅力的な代替品として台頭してきました。このパートでは、これら2種類の素材を様々な観点から比較します。詳細は以下の表をご覧ください。

セラミックPCBの製造にはMOKOテクノロジーをお選びください

セラミックPCBの製造においては、適切なPCBメーカーを選ぶことが最も重要です。信頼性と経験を兼ね備えたメーカーであれば、最高の品質、精度、そして性能を誇るセラミックPCBを保証できます。長年の専門知識と卓越性へのこだわりにより、 MOKOテクノロジー セラミックPCB製造において、当社は頼りになるソリューションとなっています。最先端の設備と製造プロセスを活用し、厳格な品質管理体制を敷くことで、最高品質のセラミックPCBの製造を保証します。セラミック回路基板特有の要件を理解し、業界最高水準を満たすカスタマイズされたソリューションを提供します。 お問い合わせ 今日からプロジェクトを開始しましょう!