セラミック基板（プリント回路基板）は、高い熱性能、信頼性、小型化を要求する業界で急速に注目を集めています。従来の FR4 ボードとは異なり、セラミック PCB は基板としてセラミック材料を使用しており、優れた放熱性、機械的強度、電気絶縁性を備えています。
セラミック PCB は、セラミック材料 (通常、酸化アルミニウム (Al₂O₃)、窒化アルミニウム (AlN)、または酸化ベリリウム (BeO)) をベース基板として使用する特殊なプリント回路基板です。これらの材料は、その卓越した熱伝導性、電気絶縁性、および高温条件下での安定性を理由に選択されています。
セラミック PCB の主な特徴とパラメータ:
| パラメータ | 代表的な範囲/仕様 | 説明 |
|---|---|---|
| 基板材料 | Al ₂o₃、AlN、BEAO ベオ | 熱伝導率と電気絶縁特性を決定します |
| 熱伝導率 | 20～200W/m・K | 高出力コンポーネントの効率的な放熱 |
| 誘電率 (εr) | 8-9 (AL₂Oo)、8.5-9 (ALN) | 高周波アプリケーションにおける信号の完全性を確保 |
| 熱膨張係数 (CTE) | 6～7ppm/℃ | PCB と実装コンポーネント間のストレスを軽減します。 |
| 最高動作温度 | 450～1000℃ | 基板を劣化させずに高温動作をサポート |
| 厚さ | 0.2～3.0mm | 薄型設計と剛性設計の両方に対応 |
| 銅層 | 35～105μm | 十分な通電容量を提供 |
| 表面仕上げ | 金、ニッケル、錫、銀 | はんだ付けの信頼性と長期耐久性を確保 |
セラミック PCB は次のように分類されることがよくあります。直接結合銅線 (DBC), アクティブメタルブレージング (AMB)、 そして厚膜技術ボード。各タイプは、大電流パワーモジュールからマイクロ電子デバイスに至るまで、特定のニーズに応え、熱管理と機械的堅牢性において独自の利点を提供します。
優れた放熱性:
高出力 LED、RF モジュール、パワー エレクトロニクスはかなりの熱を発生します。セラミック PCB は効率的な熱経路を提供し、過熱を防止し、寿命を向上させ、高負荷条件下でも安定した性能を維持します。たとえば、窒化アルミニウムベースのセラミック PCB は熱伝導率レベル 200 W/m・K を超える可能性があり、標準の FR4 基板 (~0.3 W/m・K) よりもはるかに優れています。
高周波安定性:
セラミック基板は誘電損失が低いため、高周波回路における信号の減衰が最小限に抑えられます。そのため、RF アプリケーション、5G モジュール、衛星通信デバイスに最適です。
機械的および化学的安定性:
セラミックは腐食、湿気、熱衝撃に耐性があります。これは、PCB が過酷な条件にさらされる自動車、航空宇宙、産業環境において非常に重要です。
小型化と高密度設計:
小型電子機器の台頭により、セラミック PCB により、熱管理を損なうことなくコンポーネントをより密に配置できるようになりました。構造上の剛性により、重量または高密度のコンポーネントをサポートします。
長期的な信頼性:
セラミック PCB は、高温や機械的ストレス下でも長期間にわたって性能を維持するため、頻繁な交換やシステム障害の必要性が軽減されます。
セラミック PCB は、高い熱性能と精密エンジニアリングの両方を必要とする分野に不可欠です。主な用途には次のようなものがあります。
LED照明:高出力 LED はセラミック PCB の優れた放熱性の恩恵を受け、明るさと寿命を向上させます。
パワーエレクトロニクス:インバーター、コンバーター、およびモータードライバーは、電流と熱を管理するために DBC セラミック PCB に依存しています。
自動車産業:電気自動車とハイブリッド システムでは、バッテリー管理およびパワートレイン モジュールにセラミック PCB が使用されています。
電気通信:RF および 5G デバイスは、高周波数での安定した信号伝送を要求しますが、これは低損失セラミック基板で実現可能です。
医療機器:イメージング システム、レーザー、診断用の信頼性の高い回路では、高温下でも正確な動作を維持するためにセラミック PCB が使用されています。
新しいトレンド:
フレキシブル エレクトロニクスとの統合:セラミック PCB とフレキシブル基板を組み合わせることで、ウェアラブル デバイスとコンパクトなロボットのハイブリッド設計が可能になります。
高度な熱管理:パフォーマンスをさらに向上させるために、埋め込みヒート パイプやマイクロチャネル冷却などのイノベーションがセラミック PCB とともに実装されています。
高出力モジュールの小型化:セラミック基板は、小さなフォームファクターでの高密度の相互接続をサポートし、次世代の家庭用電化製品や産業用機器を可能にします。
グリーンマニュファクチャリング:環境に優しいセラミック PCB 製造技術が注目を集めており、高性能を維持しながら環境への影響を軽減します。
Q1: メタルコア PCB と比較してセラミック PCB を使用する利点は何ですか?
A1:セラミック PCB は、メタル コア PCB と比較して、優れた熱伝導性、低い誘電損失、高い耐熱性、優れた機械的安定性を備えています。金属コアは熱拡散に優れていますが、セラミックは局所的なホットスポットで正確な熱管理を提供し、同時に電気絶縁を維持します。
Q2: セラミック PCB の厚さはその性能にどのような影響を与えますか?
A2:セラミック基板を厚くすると機械的強度が向上し、より大きな電流容量が可能になりますが、単位厚さあたりの放熱効率がわずかに低下する可能性があります。最適な厚さを選択すると、剛性、熱性能、および意図された用途に対する製造の実現可能性のバランスが取れます。
Q3: セラミック PCB は高周波用途に使用できますか?
A3:はい、セラミック PCB は誘電損失が低く、誘電率が安定しているため、信号の完全性が重要な RF 回路、5G モジュール、マイクロ波アプリケーションに最適です。
Q4: セラミック PCB は従来の FR4 ボードより高価ですか?
A4:はい、セラミック PCB は一般に、材料と処理の複雑さのため、初期費用が高くなります。ただし、特に高出力または高周波数のアプリケーションでは、長期的な信頼性、熱効率、故障率の低下により、投資が正当化されることがよくあります。
Q5: DBC、AMB、および厚膜セラミック PCB の違いは何ですか?
A5:DBC ボードはセラミックに銅が直接接合されており、パワー デバイスに優れた熱伝導を提供します。 AMB ボードは、強力な熱的および電気的接続を実現するろう付け技術を使用しています。厚膜セラミック PCB は印刷された導電性ペーストに依存しており、コンパクトな多層回路に適しています。
ファンウェイは、高度なエレクトロニクス向けにカスタマイズされた高性能セラミック PCB を専門としています。同社は、高品質のセラミック素材と正確な製造プロセスを組み合わせて、優れた熱管理、信号の安定性、機械的信頼性を確保しています。 Fanway は、DBC、AMB、厚膜バリアントなど、あらゆる種類のセラミック PCB ソリューションを提供することで、LED 照明から自動車エレクトロニクスに至るまで、業界の多様なニーズを満たしています。
ファンウェイ は数十年の経験と品質の重視により、すべてのボードが国際規格に準拠していることを保証し、お客様が最適化された熱性能、デバイス寿命の延長、高密度設計ソリューションを達成できるようサポートします。お問い合わせ、技術サポート、またはカスタマイズされたセラミック PCB ソリューションについては、お問い合わせファンウェイ の革新的な製品を探索し、電子設計を向上させましょう。
