高熱伝導性セラミック基板の製造プロセス

高出力デバイスに使用されるセラミック基板は、ほとんどが平面状です。平面セラミック基板の製造プロセスは、成形と焼結の2つのステップに分けられます。一般的な成形プロセスとその特性は、表2に示されています。その中でも、乾式プレスとテープキャスティングは、セラミック基板の工業生産で広く使用されています。乾式プレスのプロセスフローを図2aに示します。乾式プレスプロセスでは、加圧と保持時間が最も重要なパラメータです。テープキャスティングは、大型平面セラミック基板の製造において、経済的で連続的かつ自動化されたプロセスと考えられており、そのプロセスを図2bに示します。テープキャスティングは、多層材料やデバイスの製造において低コストかつ高効率という特徴を持ち、低温同時焼成セラミック基板、コンデンサ、マイクロ波誘電体セラミックデバイスなどの製造に広く使用されています。

セラミックスの焼結は、高温でセラミック粉末から高密度のセラミックブロックを形成するプロセスです。SiC、AlN、Si3N4などの高熱伝導性材料は、共有結合が非常に強いため、純粋なセラミック粉末を使用して高密度のセラミックブロックに焼結することは困難です。通常、低融点添加剤を添加して混合し、成形してから一緒に焼結することで、焼結体の密度を高めることができます。焼結は、焼結プロセス中に液相が形成されるかどうかに基づいて、固相焼結と液相焼結に分類されます。どちらのプロセスも、全表面エネルギーの減少によって促進されます。固相焼結は、液相の関与を必要としないセラミックの緻密化方法です。このプロセスは主に、蒸気輸送、表面原子格子粒界拡散、転位移動による塑性変形の3つのメカニズムによって実現されます。これらのメカニズムが連携して、セラミック内部のセラミック粒子間の効果的な高密度結合を促進します。液相焼結は、添加剤が高温で液相に変化し、固体粒子と液相が化学平衡状態にある系を形成する焼結プロセスです。焼結が進むにつれて、セラミック粒子の成長と緻密化が同時に起こります。プロセスによって分類すると、焼結プロセスは無加圧焼結（PLS）、ガス加圧焼結（GPS）、ホットプレス焼結（HPS）、ホット等方圧焼結（HIPS）、スパークプラズマ焼結（SPS）に分けられます。これらのうち、SPS、HPS、HIPSは、条件に対する要求が高かったり、プロセスが複雑であったりするため、セラミック基板の大規模生産には適していません。

結論

セラミック基板の製造工程は比較的単純ですが、工程管理と製品安定性には高い要求が課せられます。メーカーによって管理基準が異なるため、お客様のニーズに基づいて選択する必要があります。詳細については、sales@innovacera.comまでお問い合わせください。