1. セラミック基板を使用する理由
通常のPCBは通常、銅箔と基板の接着で作られており、基板材料は主にガラス繊維（FR-4）、フェノール樹脂（FR-3）などの材料であり、接着剤は通常フェノール、エポキシなどです。PCB処理プロセスでは、熱応力、化学的要因、不適切な製造プロセスなどの原因により、または設計プロセスでは、両側の銅の非対称性により、PCBボードの反りの程度が異なりやすくなります。
PCBツイスト
そしてもう一つのPCB基板であるセラミック基板は、放熱性能、電流容量、絶縁性、熱膨張係数などが通常のガラス繊維PCB基板よりもはるかに優れているため、高出力パワーエレクトロニクスモジュール、航空宇宙、軍事用電子機器などの製品に広く使用されています。
セラミック基板
通常のPCBでは接着銅箔と基板の接合を使用しますが、セラミックPCBは高温環境にあります。銅箔とセラミック基板を接合する方法により、強力な結合力があり、銅箔が剥がれることがなく、信頼性が高く、高温、高湿度の環境でも安定した性能を発揮します。
2. セラミック基板の主材料
アルミナ（Al2O3）
アルミナは、他のほとんどの酸化物セラミックと比較して機械的、熱的、電気的特性に優れ、強度と化学的安定性が高く、原料資源も豊富であるため、セラミック基板において最も一般的に使用されている基板材料です。様々な技術や形状の製造に適しています。アルミナ（Al2O3）の含有量に応じて、75%磁器、96%磁器、99.5%磁器に分けられます。アルミナの電気的特性は含有量の違いによってほとんど影響を受けませんが、機械的特性と熱伝導率は大きく異なります。純度の低い基板はガラス質が多く、表面粗さが大きくなります。基板の純度が高いほど、より滑らかでコンパクトになり、媒体損失は低くなりますが、価格も高くなります。
酸化ベリリウム（BeO）
金属アルミニウムよりも熱伝導率が高く、高い熱伝導率が求められる用途で使用されます。300℃を超えると熱伝導率は急激に低下しますが、毒性があるため開発が制限されています。
窒化アルミニウム（AlN）
窒化アルミニウムセラミックスは、窒化アルミニウム粉末を主結晶相とするセラミックスです。アルミナセラミック基板と比較して、絶縁抵抗、絶縁耐圧が高く、誘電率が低いという特徴があります。熱伝導率はAl2O3の7～10倍で、熱膨張係数（CTE）はシリコンチップとほぼ一致しており、高出力半導体チップにとって非常に重要です。製造プロセスにおいて、AlNの熱伝導率は残留酸素不純物の含有量に大きく影響され、酸素含有量を減らすことで熱伝導率を大幅に向上させることができます。現在、製造プロセスの熱伝導率は
上記の理由から、アルミナセラミックは、その優れた総合的な性能により、マイクロエレクトロニクス、パワーエレクトロニクス、混合マイクロエレクトロニクス、パワーモジュールの分野で主導的な地位にあることがわかります。
同じサイズ（100mm×100mm×1mm）の市場と比較すると、異なる材料のセラミック基板の価格：96％アルミナ9.5元、99％アルミナ18元、窒化アルミニウム150元、酸化ベリリウム650元、異なる基板間の価格差も比較的大きいことがわかります。
3. セラミックPCBの利点と欠点
利点
- 大電流容量、1mm（0.3mm）厚の銅本体に100Aの電流を連続的に流し、温度上昇は約17℃
- 厚さ2mm×0.3mmの銅体に100Aの電流を連続的に流しても温度上昇はわずか5℃程度です。
- 放熱性能に優れ、熱膨張係数が低く、形状が安定しており、反りにくいです。
- 優れた絶縁性、高電圧耐性により、個人の安全と機器の安全性を確保します。
デメリット
壊れやすさは主な欠点の 1 つであり、小さなボードしか作れないことにつながります。
価格は高価で、電子製品の要件はますます厳しくなり、セラミック回路基板は一部のハイエンド製品に使用され、ローエンド製品にはまったく使用されません。
4. セラミックPCBの使用
a. 高出力電子モジュール、太陽電池モジュールなど
- 高周波スイッチング電源、ソリッドステートリレー
- 自動車用電子機器、航空宇宙、軍事用電子機器
- 高出力LED照明製品
- 通信アンテナ