従来の白色アルミナセラミックスは、優れた電気絶縁性、耐高温性、機械的強度により、電子パッケージング用途において重要な市場地位を占めてきました。しかし、光電子デバイスの急速な小型化・高出力化に伴い、製品の光学純度と信号精度に対するユーザーの要求はますます厳しくなっています。高反射率の白色セラミック表面では、多くの高精度パッケージング分野の要件を満たすことができなくなりました。この目的のために、黒色アルミナセラミック材料が開発されました。これらの材料は、材料本来の特性を保持するだけでなく、優れた光吸収特性と低反射率を備えています。
黒色アルミナセラミックスは、特定の金属イオンまたは非金属イオンをドープしたアルミナ材料から製造されます。これらのドーパントは可視光スペクトルの様々な光波を吸収するため、安定した黒色外観を実現します。この材料は、高信頼性パッケージングにおける一部の電子製品の遮光要件を満たすことができます。さらに、他のセラミック材料と比較して多くの利点があり、産業用途において広範な実用価値を有しています。
セラミックパッケージにおける黒色アルミナの主な利点：
(1) 優れた遮光性と反射防止性能：光信号の純度を維持
従来の白色アルミナセラミックは半透明で、光を容易に透過します。この特性は、光感度デバイス（光センサーやイメージセンサーなど）に干渉を引き起こす可能性があります。一方、黒色アルミナセラミックは表面光反射率が低いため、迷光を効果的に低減し、デバイスキャビティ内のチップ表面への光反射を防止します。これにより、レーザー出力光の純度と光電検出の信号対雑音比が向上します。
まさにこの点が、レーザーモジュールパッケージ、カメラモジュール、光感度センサーにおける重要な価値です。
(2) 優れた放熱性能：急速な熱放出
(3）黒色アルミナは、焼結工程において高熱伝導率の炭素系または金属酸化物粒子を添加することで、赤外線吸収能と放熱能を強化します。この特性は、材料全体の熱伝導率を向上させるだけでなく、高出力パッケージにおける放熱・放熱を高速化し、デバイス内の熱応力の蓄積を大幅に低減し、デバイス温度を安定に保つことで、耐用年数を延ばし、システムの信頼性を向上させます。
(4) 高い電磁シールド効率：チップの「目に見えない保護層」
特殊なドーピングシステムや微細構造設計を用いることで、黒色酸化アルミニウムは電気絶縁性を維持しながら電磁波を吸収・反射し、効果的な電磁干渉（EMI）シールドを実現します。内部信号の漏洩を防ぐだけでなく、外部からの干渉波からも遮断し、機器の動作安定性と信頼性を確保します。
注：すべての黒色酸化アルミニウム材料が優れたEMIシールド性能を備えているわけではありません。機能的なパッケージングには、導電相の追加や炭素ドーピングなどの最適化された設計が必要です。
(5) 基本特性の継承：パッケージの信頼できる基盤
ブラックアルミナは、ホワイトアルミナセラミックスの基本的な利点を継承し、マイクロエレクトロニクスのパッケージ設計に強固な基盤を提供します。
・高い電気絶縁性：パワーデバイスやマイクロエレクトロニクス基板に適しています。
・高い機械的強度と硬度：マイクロパッド、基板、ベース、筐体の長期安定性を確保します。
・チップに適合した熱膨張係数：温度サイクルによるひび割れや剥離を低減します。
・化学的安定性：洗浄、リフローはんだ付け、そして様々な化学環境に耐えることができます。
(6) メタライゼーション処理能力：多機能パッケージング能力
ブラックアルミナセラミックは、ワイヤボンディング、ガラス封止、はんだ付け、その他の複雑なパッケージング技術など、様々なメタライゼーションプロセスに対応できます。セラミック表面にNi、Mo/Mn、Agなどの金属層を堆積させることで、電子チップやその他のパッケージング部品との信頼性の高い接続を実現し、気密性と機械的安定性を確保します。
応用例：
レーザーダイオードパッケージおよび光検出モジュール: 基板またはスペーサーとして使用すると、黒色酸化アルミニウムセラミックは内部の迷光を効果的に吸収し、レーザー出力ビームの純度を向上させるとともに、パッケージの高い絶縁性と機械的安定性を確保し、デバイスの長期信頼性を高めます。
カメラモジュール用黒色サポートピース/遮光パッド:マイクロカメラや投影モジュールなどの光学部品に使用され、遮光パッドおよび構造サポート材料として機能し、光の反射と交差光干渉を効果的に低減し、画像のグレアやゴーストを防ぎ、画像の鮮明さと色の正確さを確保します。
小型センサーパッケージシェル、チップベース：MEMSセンサー、光学センサー、高精度マイクロエレクトロニクスモジュールなどにおいて、黒色アルミナセラミックスはパッケージシェルやチップベースとして使用できます。その材料特性は、チップの熱膨張係数に適合し、信頼性の高い気密性を備えているだけでなく、熱衝撃や機械的ストレスにも耐え、外部光干渉を遮断し、センサー性能の安定性を確保します。
真空パッケージおよび MEMS デバイスの黒色基板: 真空パッケージや MEMS システムでは、黒色アルミナ セラミック基板は、強固で耐高温の構造サポートを提供するだけでなく、光学的遮蔽や電磁干渉シールドの機能も備えており、精密部品を総合的に保護します。
当社は、黒色アルミナセラミック包装製品のカスタマイズサービスを提供しています。製品に関する詳細については、sales@innovacera.comまでお問い合わせください。
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