セラミックPCBと従来のFR4 PCBの違い

2024年5月23日

この問題について議論する前に、まずセラミック PCB と FR4 PCB とは何かを理解しましょう。

セラミック回路基板とは、セラミック材料をベースに製造された回路基板の一種で、セラミックPCB（プリント回路基板）とも呼ばれます。一般的なガラス繊維強化プラスチック（FR-4）基板とは異なり、セラミック回路基板はセラミック基板を使用しているため、高い温度安定性、優れた機械的強度、優れた誘電特性、そして長寿命を実現できます。セラミックPCBは主に、LEDライト、パワーアンプ、半導体レーザー、RFトランシーバー、センサー、マイクロ波デバイスなど、高温、高周波、高出力の回路に使用されます。

回路基板とは、電子部品の基礎材料であり、PCBまたはプリント基板とも呼ばれます。非導電性基板に金属回路パターンを印刷し、化学腐食、電解銅めっき、穴あけなどの工程を経て導電経路を形成することで、電子部品を組み立てるための基盤です。

以下は、セラミック CCL と FR4 CCL の違い、利点、欠点などを比較したものです。

特徴	セラミックCCL	FR4 CCL
材料コンポーネント	セラミック	ガラス繊維強化エポキシ樹脂
導電率	北	そして
熱伝導率(W/mK)	10-210	0.25～0.35
厚さの範囲	0.1～3mm	0.1～5mm
処理の難しさ	高い	低い
製造コスト	高い	低い
利点	優れた高温安定性、優れた誘電性能、高い機械的強度、長寿命	従来の材料、製造コストが低い、加工が容易、低周波用途に適している
デメリット	製造コストが高く、加工が難しく、高周波または高出力の用途にのみ適しています。	誘電率が不安定、温度変化が大きい、機械的強度が低い、湿気に弱い
プロセス	現在、セラミック熱伝導CCLには、HTCC、LTCC、DBC、DPC、LAMなど5つの一般的なタイプがあります。	ICキャリアボード、リジッドフレックスボード、HDI埋め込み/ブラインドビアボード、片面ボード、両面ボード、多層ボード

セラミックPCB

各種材料の応用分野：

アルミナセラミック（Al2O3）：優れた絶縁性、高温安定性、硬度、機械的強度を備え、高出力電子機器に適しています。

窒化アルミニウムセラミックス（AlN）：高い熱伝導性と優れた熱安定性を備え、高出力電子機器やLED照明分野に適しています。

ジルコニアセラミックス（ZrO2）：高強度、高硬度、耐摩耗性を備え、高電圧電気機器に適しています。

さまざまなプロセスの応用分野:

HTCC（高温共焼成セラミックス）：パワーエレクトロニクス、航空宇宙、衛星通信、光通信、医療機器、車載エレクトロニクス、石油化学などの産業における高温・高出力用途に適しています。製品例としては、高出力LED、パワーアンプ、インダクタ、センサー、エネルギー貯蔵コンデンサなどが挙げられます。

LTCC（低温焼成セラミックス）：RF、マイクロ波、アンテナ、センサー、フィルター、電力分配器などのマイクロ波デバイスの製造に適しています。さらに、医療、自動車、航空宇宙、通信、エレクトロニクスなどの分野でも使用できます。製品例としては、マイクロ波モジュール、アンテナモジュール、圧力センサー、ガスセンサー、加速度センサー、マイクロ波フィルター、電力分配器などが挙げられます。

DBC（ダイレクトボンド銅）：優れた熱伝導性と機械的強度を備え、IGBT、MOSFET、GaN、SiCなどの高出力半導体デバイスの放熱に適しています。製品例としては、パワーモジュール、パワーエレクトロニクス、電気自動車コントローラーなどが挙げられます。

DPC（ダイレクトプレート銅多層プリント基板）：高輝度、高熱伝導率、高電気性能を特徴とし、主に高出力LED照明の放熱に使用されます。製品例としては、LED照明、UV LED、COB LEDなどが挙げられます。

LAM（ハイブリッドセラミックメタルラミネート用レーザー活性化メタライゼーション）：高出力LEDライト、パワーモジュール、電気自動車などの分野における放熱と電気性能の最適化に使用できます。製品例としては、LEDライト、パワーモジュール、電気自動車用モータードライバーなどが挙げられます。

FR4 PCB