PCB Blog - LTCCとPCBの比較

電子技術の進歩に伴い、より小型で効率的、かつ優れた性能を持つ部品へのニーズが高まっています。低温同時焼成セラミックス（LTCC）とプリント回路基板（PCB）は、このようなニーズをますます満たす2つの重要な技術です。どちらも電子部品を組み立てるための重要なプラットフォームですが、それぞれ異なる応用シナリオにおいて利点があります。この記事では、LTCCとPCBの主な違いについて説明し、エレクトロニクス業界におけるそれぞれの特徴、応用分野、今後の発展について分析する。

1、LTCCとは何か

低温同時焼成セラミックス（LTCC）は、多層回路の製造に用いられる技術です。LTCCは、900℃以下の温度でセラミック材料を焼結します。全工程では、セラミック・シートを積層、プレス、焼結して強固でコンパクトな回路基板を形成するために、あらかじめ金属導電ラインを印刷します。

その優れた熱安定性と電気特性により、LTCCは高周波アプリケーションや過酷な環境、航空宇宙や電気通信など小型化と耐久性が求められる産業で使用されている。

LTCCの主な特徴

熱安定性: LTCCは極端な温度でも安定しており、一般的に-55℃から125℃まで優れた性能を発揮するため、熱ストレスを受けるアプリケーションに適しています。

卓越した高周波性能: セラミック材料の低誘電率により、LTCCはマイクロ波やミリ波の周波数帯域での使用に最適です。

高い集積能力: LTCCは、抵抗、コンデンサ、インダクタなどの受動部品を基板に集積できるため、外付け部品の必要性が減り、回路の小型化が可能になります。

堅牢性：LTCC回路は機械的ストレスや腐食に強く、高い耐久性を持つ。

2、PCBとは

PCBは、非導電性の基板（通常はFR4などのガラス繊維強化エポキシ樹脂）の表面に導電性の銅線をエッチングしたものである。抵抗器、コンデンサ、マイクロチップなどの部品は、これらのラインにはんだ付けされ、完全な回路を形成します。

PCBは、民生用電子機器から自動車システム、産業用機械に至るまで、幅広い用途で使用されており、多機能でコスト効率に優れ、洗練された製造設計プロセスを特徴としています。

PCBの主な特徴

安価：PCBは、特に大量生産において安価に製造できるため、民生用電子機器によく使用されています。

設計の柔軟性：PCBは単層、二層、多層にすることができ、回路の複雑さや密度の要求の違いに対応できる。

大量生産の容易性：PCB製造インフラは十分に成熟しており、高品質の大量生産が可能です。

多様性：PCBは様々な材料、部品、組立技術に対応でき、様々な業界で広く使用されている。

3、LTCCとPCBの詳細比較

LTCCとPCBはどちらも回路組立に使用される技術ですが、それぞれの固有の特性により、異なるアプリケーションシナリオに適しています。次に、LTCCと従来のPCBの違いをいくつかの側面から比較する。

(1)、材料特性

LTCC: LTCC基板は、熱伝導性、機械的強度、過酷な環境に対する耐性に優れたセラミック材料で作られています。セラミック基板は絶縁性と誘電特性にも優れており、高周波用途に最適です。

PCB：PCBは通常、FR4などのガラス繊維強化エポキシ樹脂で作られています。FR4はある程度の機械的強度と絶縁特性を備えていますが、熱伝導率と誘電特性はセラミック材料にはるかに劣ります。また、PCBは高周波用途での性能に限界があり、LTCCの性能に匹敵するためには特殊な材料が必要となる。

(2)、熱管理

LTCC：LTCCの優れた利点の一つは、優れた熱管理能力である。セラミック材料は放熱性に優れ、過熱により部品が損傷する可能性のある大電力用途に適している。

PCB：対照的に、FR4などのPCB材料は熱伝導率が低い。サーマルビアやヒートシンクを追加することで熱性能を向上させることができますが、設計の複雑さとコストを増加させる可能性があります。

(3)、高周波性能

LTCC: LTCCは、無線周波数（RF）およびマイクロ波アプリケーションで広く使用されています。誘電損失が低く、さまざまな周波数範囲で安定した性能を発揮するため、高速通信システム、レーダー、衛星技術での使用に最適です。

PCB: PCBは低・中周波用途では優れた性能を発揮しますが、高周波信号の場合は、信号損失を最小限に抑え、シグナルインテグリティを維持するために、ロジャースなどの特殊な高性能積層板が必要となり、設計の複雑さとコストが増大する可能性があります。

(4)、サイズと重量

LTCC: LTCCは、受動部品を基板に集積する能力があり、それによって回路サイズを大幅に縮小することができる。このため、LTCCは、携帯機器や航空宇宙用途など、スペースと重量の要件が厳しいアプリケーションに最適です。

PCB: PCBは、外部受動部品が必要で小型化に限界があるため、一般的にLTCCよりもかさばる。多層PCBは回路のフットプリントを小さくすることができるが、それでもLTCC技術ほどコンパクトではない。

(5)、コスト

LTCC: LTCCの製造コストは通常、標準的なPCBよりも高い。セラミック材料の使用とその複雑な製造工程により、コストが高くなる。しかし、耐久性、高周波数、優れた熱管理が要求される高性能用途では、通常、LTCCの利点がその高コストを補う。

PCB: PCBは、特に大量生産において、その製造コストの低さで知られている。製造工程が単純で材料が入手しやすいため、PCBは幅広い民生用および産業用電子機器のコスト効率の高い選択肢となっている。

(6)、耐久性と耐環境性

LTCC: LTCCに使用されるセラミック材料は非常に耐環境性に優れており、LTCC回路は化学腐食、湿気、機械的ストレスに強く、自動車、航空宇宙、軍事用途に優れている。

PCB: FR4などの標準的なPCBは、湿度、温度変動、機械的な磨耗などの環境要因に対する耐性が低い。耐久性は特殊なコーティングや材料で向上させることができますが、コストと設計の複雑さが増します。

4、アプリケーション・シナリオ

LTCCとPCBはどちらも現代の電子機器において重要な役割を果たしていますが、それぞれ適した用途が異なります。

LTCCの用途

高周波デバイス: LTCCは、レーダーシステム、衛星通信、5GインフラストラクチャなどのRFおよびマイクロ波アプリケーションに適した技術です。

過酷な環境: LTCCは、その耐久性と過酷な環境に対応する能力により、航空宇宙、自動車、軍事用途で使用されています。

小型化されたデバイス: LTCCの統合能力は、電気通信、医療機器、センサーなどの小型で軽量なデバイスの使用に理想的です。

PCBアプリケーション

民生用電子機器: PCBは、スマートフォン、ノートパソコン、テレビなどの民生用電子機器の設計を支配しており、その低コストと設計の柔軟性が好まれています。

自動車システム: PCBは、エンジン制御ユニット、インフォテインメントシステム、センサーなどの自動車用電子機器に広く使用されています。

産業用アプリケーション: PCBは、特にコストと設計の柔軟性が重要な産業用制御システム、機械装置、自動化装置で一般的に使用されています。

5、LTCCとPCBの将来の発展

エレクトロニクス産業が進化を続ける中、LTCCとPCB技術は新たな需要に適応している。LTCCは、特に通信や航空宇宙など、技術の限界を押し広げる産業において、高周波で高性能なアプリケーションでの役割を拡大し続けると予想される。5Gやモノのインターネット（IoT）の発展は、LTCCソリューションの需要をさらに促進すると予想される。

その一方で、PCBはその低コストと汎用性により、大衆市場を支配し続けるだろう。PCB材料の進歩（例えば、より耐熱性が高く、より高い周波数をサポートする積層板）によって、PCBは要求の厳しいアプリケーションに対応できるようになり、なおかつコスト優位性を保つことができるようになる。

結論

LTCCとPCB技術はどちらもエレクトロニクスにおいて重要な位置を占めているが、その用途は異なっている。LTCCは特に高周波、高出力、過酷な環境に強く、優れた熱管理と小型化が可能である。一方、PCBは、その低コストと設計の柔軟性により、ほとんどの低～中周波アプリケーションで好ましい選択肢であり続けている。電子技術が進歩し続ける中、LTCCとPCB技術は回路設計と製造の将来において重要な役割を果たすだろう。