PCB Blog - セラミックPCBにつきまして

小型化、マイクロエレクトロニクス、高出力パッケージに対する需要が増加するにつれて、高動作温度に耐えられ、優れた熱性能を提供できる基板が重要になるため、セラミックプリント配線板はPCBデザイナーの重要な選択となっている。

セラミックPCBとFR-4材料の比較

セラミックスとFR-4はいずれも常用材料であり、それぞれに利点がある。この2つの材料間の違いを研究することで、PCBの設計と生産に際して賢明な決定を下すためにiPCBを設計することを目的としています。

1、熱伝導率

セラミック材料の熱伝導率はFR-4よりはるかに高く、熱伝導率の低いセラミック材料アルミナはFR-4の熱伝導率の30倍、窒化アルミニウムはFR-4の170倍以上である。したがって、一般的な放熱需要に対しては、FR-4 PCBと効率的な放熱設計を使用することができます。高出力の用途では、FR-4は放熱の問題で部品の故障が発生し、信頼性が低いため、セラミック材料がより良い選択となる可能性があります。

2、熱膨張係数

FR-4のCETは約12-18 ppm/℃であるのに対し、PCBに溶接されたチップの平均CETは約6 ppm/℃であり、両者には明らかな違いがある。FR-4のCET値はチップよりも高いため、同時に熱を受けると、FR-4の膨張がチップよりも激しくなり、チップから溶接点が脱落する問題がある。セラミック材料のCET値は2 ~ 7 ppm/℃の範囲内にあり、チップに非常に近いかそれ以下であるため、LEDのような温度の急激な変化を受けやすい場合には、製品の信頼性を維持することができる。

3、誘電率と損失角正接

高周波応用において、誘電率と損失正接は設計者が考慮しなければならない重要な要素であり、信号歪みを最大限に低減し、信号完全性を最適化することを確保する。セラミック材料の誘電率は通常5〜200の範囲であり、損失正接は0.001〜0.05の範囲である。対照的に、FR 4材料の誘電率は通常4〜5の範囲であり、損失正接は0.01〜0.02の範囲である。明らかに、セラミックスはこの2つの点でFR-4より優れている。したがって、高速デジタルシステムおよび無線周波数回路では、セラミックPCBは、より良い信号品質とより低い信号減衰を提供する。

4、処理の難しさ

FR-4に比べて、セラミックPCBの加工はより挑戦的である。これは、セラミックが壊れやすい材料であり、製造過程で破損するリスクが高まるためである。そのため、メーカーはそれらを処理する際に慎重にする必要があります。さらに、セラミックプリント配線板の製造は、一般に、レーザ切断、厚膜、または薄膜堆積および共焼プロセスなどのより専門的な製造技術に関する。対照的に、FR-4は広く使用されている標準PCB材料として成熟しており、メーカーはエッチング、ドリル、溶接などの製造技術に豊富な経験を積んでいる。

セラミックPCBはなぜ破砕しやすいのか。

セラミック基板は無機材料で作られているのでFR 4とは異なります。これらの材料は特定の化学結合を持ち、その結晶構造は滑り系に欠けている。そのため、セラミック材料が圧力を受けると、変形によって圧力を放出することが困難になる。また、材料の不適切な使用や焼結が不十分であると、最終製品が壊れやすくなります。この問題を解決するために、iPCBはセラミック回路基板を製造する際に高純度材料と精密レーザ装置を使用して、加工応力による割れや欠陥を防止しています。セラミックPCBを使用する場合は、激しい衝突を防ぐために、専門家が全過程で軽く握っています。

セラミックPCBの利点

1、陶磁器pcb板は非常に良い熱伝導と絶縁性能の陶磁器pcb板が採用した陶磁器基板で作られ、陶磁器基板自体は非常に良い絶縁性能と熱伝導性能を持ち、熱伝導率は25 ~ 230 w、絶縁性能は非常に良い。

2、セラミックスpcb板の誘電率は非常に低く、誘電損失は小さく、非常に良い高周波性能を持ち、誘電損失は小さく、高周波性能は良く、高周波通信分野で広く応用されている。

3、高周波セラミックスPCBの誘電率は一般的に少なくとも5以上であり、しかも誘電率が安定している必要があり、誘電率が5未満で高周波セラミックスpcbを作るのは比較的に難しい。一般的に高誘電率10以上が要求されているが、この具体的にどのくらいするかは高周波の必要に応じて決定しなければならない。

4、セラミックPCB板は高温、耐食性、環境保護に耐え、非常に複雑な環境下で、長期的に高周波の仕事ができ、使用寿命が長い。

セラミックPCBの欠点

1、陶磁器pcb板のサイズは小さく、一般的なサイズは127 mm未満、特殊カスタム200 mm、230 mmで、一般的な価格は比較的に高く、板材のコストは比較的に高い。また、セラミックpcb板はセラミック材質であるため、fr 4板のようにより良い靭性がなく、1メートル以上の長さを作ることができ、またセラミックpcb板の加工過程は板を砕きやすく、廃棄率が高く、廃棄率が20%前後である。

2、セラミックPCBの製作周期が長く、プロセスが複雑である。

セラミックPCB応用分野

1、航空宇宙

航空宇宙分野では、セラミックPCBは優れた耐高温性のため。耐食性、耐放射性などの特性は、この分野の電子機器製造の重要な選択肢となっている。

2、自動車工業

セラミックPCBは高信頼性、耐劣悪環境の電子部品として、エンジン制御、シャーシ制御、安全システム制御などの重要な部位に広く応用されている。

3、エネルギー分野

セラミックPCBは優れた耐高温、耐食性を有し、極端な環境下での高強度動作に適応できる

4、医療設備

CT、MRIなどの医療画像装置では、信号処理、画像生成などの重要な部位にセラミック配線板が使用されている。また、セラミック配線板は、手術器具、治療器具などの各種医療機器の電子制御システムにも応用されている。

5、通信電子

移動通信基地局、衛星通信機器、レーダなどの通信システムでは、信号処理、電力増幅などの重要な部位にセラミック配線板が使用されている。また、セラミックスPCBは各種通信プロトコル変換器、光ファイバ通信装置などのハイエンド通信製品の製造にも応用されている。

6、消費電子

テレビ、音響、ゲーム機などの家電製品の製造では、信号処理、電源管理、制御回路などの要部にセラミック配線板が使用されている。また、セラミックPCBは、携帯電話、タブレット、ノートパソコンなどの各種デジタル製品の製造にも応用されている。

7、工業制御

信号処理、制御回路などの要部に用いられる。また、セラミック配線板は、圧力計、温度計、流量計などの各種工業計器の製造にも応用されている。

セラミックPCBが通常のPCB板より高いのは、主にその高性能な陶磁器材料、複雑な生産技術及び市場需給関係などの多方面の要素が共同作用した結果である。価格は高いが、高性能電子機器におけるセラミックPCBの応用価値はかけがえのないものである。