近年、電気自動車、電気機関車、半導体照明、航空宇宙、衛星通信等の分野が急速な発展を遂げています。これらの分野で使用される電子デバイスは、大電流、高温、高周波条件下で動作します。デバイスと回路の動作の安定性を確保するために、チップ キャリアにはより高い要求が課されます。セラミック基板は、優れた熱性能、マイクロ波特性、機械的特性、および高い信頼性を備えているため、これらの分野に広く適用できます。
セラミック基板の材質としては、現在アルミナセラミック基板、窒化アルミニウムセラミック基板、窒化珪素セラミック基板、炭化珪素セラミック基板、酸化ベリリウムセラミック基板、窒化ホウ素セラミック基板などが主な種類として挙げられる。
1.アルミナ
アルミナセラミックは硬度が高く、ロックウェル硬度はHRA 80～90でダイヤモンドに次いで2番目です。耐摩耗性はマンガン鋼の 266 倍、高クロム鋳鉄の 171.5 倍であり、同じ動作条件下で機器の耐用年数が少なくとも 10 倍延長されます。さらに、アルミナ セラミック基板は、高い熱伝導率、優れた抵抗率と熱安定性、および低い誘電率を備えています。その結果、これらは次世代のマイクロエレクトロニクス デバイスおよびシステムに推奨される材料となり、航空宇宙、5G 通信、高出力半導体、高出力 LED 照明などの分野で広く使用されています。{{10}{11}}
2. 窒化アルミニウム
窒化アルミニウムセラミックは、高い熱伝導率（炭化シリコンや酸化ベリリウムに近く、アルミナの5～10倍）、低い誘電率と誘電損失、優れた電気絶縁特性、そしてシリコンやガリウムヒ素に匹敵する熱膨張係数を備えているため、近年エレクトロニクス産業で非常に人気のある材料となっています。酸化ベリリウムセラミックと比較して、窒化アルミニウムセラミックは無毒であり、製造コストが低くなります。したがって、窒化アルミニウムセラミックスは現在理想的な高性能セラミック基板およびパッケージング材料であり、有毒な酸化ベリリウムセラミックスや低性能のアルミナセラミックスを徐々に置き換える傾向が強いです。窒化アルミニウムセラミックの理論上の熱伝導率は 320 W/m・K に達することがあります。高純度の窒化アルミニウムは無色透明ですが、その特性は化学純度や密度の影響を受けやすくなります。不純物などの格子欠陥はフォノン散乱を引き起こし、熱伝導率を大幅に低下させる可能性があります。
3. 窒化ケイ素
窒化ケイ素は、先端セラミック材料として優れた高温機械的特性、化学的安定性、熱伝導性、電気絶縁性を示すため、電子基板材料として非常に期待されています。窒化ケイ素セラミック基板は、高い耐クリープ性、耐酸化性、耐摩耗性などの優れた高温機械的特性を示します。そのため、航空宇宙、エネルギー、石油化学産業などの極限環境に適しています。エレクトロニクスおよび熱管理において、窒化ケイ素セラミック基板は優れた電気絶縁性と高い熱伝導性を備え、高出力、高周波デバイスの放熱およびパッケージング要件を満たします。これらは、パワー半導体モジュール、高周波回路基板、高温電子システム、その他の重要なシナリオで広く使用されています。
4. 窒化ホウ素
窒化ホウ素セラミックスは多くの優れた特性を持っています。窒化ホウ素は超高い熱伝導率を持っており、六方晶窒化ホウ素ナノシートの理論値は 1700 ～ 2000 W/(m・K) にもなります。また、優れた高温安定性と耐酸化性を示します。窒化ホウ素は 3000 度で昇華し、酸化雰囲気では 900 度まで、真空では 2000 度まで、不活性雰囲気では 2800 度まで使用できます。半導体パッケージングでは、窒化ホウ素セラミック基板は従来のアルミナ基板の 3 倍の熱伝導率を持ち、チップの放熱効率を効果的に向上させます。
5. 炭化ケイ素
SiC材料は主に単結晶タイプとセラミックタイプに分けられます。単結晶 SiC は、広いバンドギャップ、高い破壊電界強度、低いオン抵抗、高い飽和電子移動度、高い熱伝導率、優れた耐放射線性を備えた第 3 世代のワイドバンドギャップ半導体材料です。これらの特性により、高温や高電圧などの過酷な環境で動作する電子機器に非常に適しています。多結晶 SiC (つまり、SiC セラミックス) は、優れた化学的安定性、高温耐性、耐摩耗性、耐食性を備えており、使用される成形および焼結プロセスに応じて異なる特性を示すことができます。
6. 酸化ベリリウム
酸化ベリリウムセラミック基板は、高熱伝導率、高融点、高強度、高絶縁性、高い化学的および熱的安定性、低誘電率、低誘電損失、および優れたプロセス適応性を特徴としています。これらは、放熱要件が非常に厳しい高出力電子デバイスに特に適しています。ただし、BeO は有毒物質です。製造および使用中に発生する粉塵は、人間の健康と環境に重大なリスクをもたらします。