電子パッケージングに一般的に使用されるセラミック基板の分類と特性

電子パッケージ基板には多くの種類があり、一般的に使用される基板は主にプラスチックパッケージ基板、金属パッケージ基板、セラミックパッケージ基板に分けられます。プラスチックパッケージ材料は一般的に熱伝導率が低く、信頼性が低いため、高い要求には適していません。金属パッケージ材料は熱伝導率が高いですが、一般的な熱膨張係数と一致せず、価格も高価です。

セラミック基板は、電子パッケージングに広く使用されています。プラスチック基板や金属基板と比較して、セラミック基板には以下の利点があります。

1. 優れた絶縁性能、高い信頼性。
2. 低い誘電率、高周波特性。
3. 低い膨張係数、高い熱伝導率。
4. 優れた気密性、安定した化学的性質、そして電子システムに対する強力な保護効果。

そのため、航空、宇宙、軍事などの高信頼性、高周波、高温耐性、優れた気密性を備えた製品のパッケージに適しています。超小型チップ電子部品は、モバイル通信、コンピューター、家電、車載エレクトロニクスなどの分野で広く使用されており、そのキャリア材料は通常、セラミック基板でパッケージ化されています。

現在、電子パッケージングに一般的に使用されているセラミック基板材料は、アルミナ（Al2O3）、窒化アルミニウム（AlN）、窒化ケイ素（Si3N4）、炭化ケイ素（SiC）、窒化ホウ素（BN）、酸化ベリリウム（BeO）です。

各種材料基板の応用分野は以下のとおりです。

1. アルミナセラミック基板

Al2O3セラミック基板は出力が大きく、幅広い用途に使用できますが、熱伝導率がシリコン単結晶よりも高いため、高周波、高出力、超大規模集積回路への応用は限定的です。

2. 窒化アルミニウムセラミック基板

AlNセラミックスの主要原料であるAlN粉末の製造工程は複雑で、エネルギー消費量が多く、サイクルが長く、価格も高いという問題があります。この高コストがAlNセラミックスの幅広い用途を制限しているため、AlNセラミックス基板は主にハイエンド産業で使用されています。

3. 窒化ケイ素セラミック基板

Si3N4セラミックの誘電特性は低く（誘電率8.3、誘電損失0.001～0.1）、製造コストが高いため、電子パッケージ用セラミック基板としての応用は限られています。

4. シリコンカーバイドセラミック基板

SiCの誘電率はAlNの4倍と高く、圧縮強度も低いため、低密度実装には適していますが、高密度実装には適していません。集積回路部品、アレイ部品、レーザーダイオードなどに加え、導電性構造部品にも使用されています。

5. 酸化ベリリウムセラミック基板

用途は、高出力トランジスタのヒートシンク、高周波高出力半導体デバイスのヒートシンク、放射管、進行波管、レーザー管、クライストロンなどに限定されています。BeOセラミック基板は、高い熱伝導性と理想的な高周波特性を備えているため、航空電子工学や衛星通信にも使用されることがあります。

6. 窒化ホウ素セラミック基板

BNは、高い熱伝導率、温度による熱伝導率の変化がほとんどない、誘電率が小さい、優れた絶縁性能などの利点があり、レーダーウィンドウ、高出力トランジスタのチューブベース、チューブシェル、ヒートシンク、マイクロ波出力ウィンドウなどの分野で広く使用されています。

各種材料のセラミック基板の性能: