近年の電子機器の高性能化と小型化に伴い、基板材料の選択はますます重要になってきています。

私は30年以上にわたりセラミック基板の開発と製造に携わってきました。

その経験から、基板材料の選択が製品の性能と信頼性を大きく左右することを実感してきました。

この記事では、セラミック基板と他の材料の特徴を比較しながら、最適な選択のためのポイントをお伝えしていきます。

セラミック基板の特徴と利点

優れた熱伝導性と電気絶縁性

セラミック基板の代表格であるアルミナ基板をはじめ、窒化アルミニウム基板などの最大の特徴は、優れた熱伝導性と電気絶縁性を両立している点です。

例えば、窒化アルミニウム基板の熱伝導率は170 W/m・K以上に達し、一般的な樹脂基板の約1000倍の放熱性能を持っています。

この特性は、高出力LEDや電力変換装置など、発熱量の多い電子機器に特に重要です。

私が京セラで開発に関わった車載用電源モジュールでは、セラミック基板の採用により、従来比で30%の放熱性能向上を実現しました。

耐久性と環境適応性

セラミック基板のもう一つの大きな利点は、その優れた耐久性です。

耐熱温度は1000℃以上であり、極端な温度変化や腐食性の環境下でも安定して機能し続けます。

自動車のエンジンルームや産業用ロボットなど、過酷な環境で使用される機器には、このような耐久性が不可欠です。

他材料との比較：選択の基準

樹脂基板の利点と限界

樹脂基板は、以下のような特徴を持っています：

【樹脂基板の特性】
┌─────────┐
│  メリット  │ → 軽量性・低コスト・加工性の良さ
└─────┬───┘
      │
      ↓
┌─────────┐
│ デメリット │ → 熱伝導性・耐熱性に限界
└─────────┘

特に、量産品や軽量化が求められる携帯機器では、樹脂基板が有利な選択肢となります。

金属基板の特性

金属基板は熱伝導性と強度で優れた性能を示します：

特性	金属基板	セラミック基板
熱伝導率	◎	○
電気絶縁性	△	◎
コスト	○	△

ただし、電気絶縁性を確保するための追加工程が必要となり、トータルコストは上昇する傾向にあります。

材料選定の実践的ポイント

アプリケーションに応じた判断

材料選定では、以下の要素を総合的に検討する必要があります：

1. 動作環境の温度範囲
2. 要求される放熱性能
3. 製品のライフサイクル
4. コスト制約

💡 選定のコツ： まずは要求仕様を明確にし、それに基づいて各材料の特性を比較検討することをお勧めします。

ケーススタディ：用途別の材料選択

私の経験から、以下のような選択基準が有効です：

⭐ 高信頼性が求められる用途： セラミック基板

• 医療機器
• 産業用ロボット
• 車載電装品

✅ コスト重視の用途： 樹脂基板

• 民生用電子機器
• 携帯端末
• 一般照明機器

まとめ

セラミック基板は、高い信頼性と優れた性能が求められる用途において、最適な選択肢となります。

一方で、コストや軽量性が重視される場合は、樹脂基板や金属基板も有効な選択肢となります。

最適な材料選定には、製品の要求仕様と使用環境を十分に考慮することが重要です。

ご不明な点がございましたら、コメント欄でご質問をお待ちしております。

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✒️ 著者より：
30年以上のセラミック基板開発の経験から、一つアドバイスをさせていただくとすれば、「短期的なコストだけでなく、製品の信頼性と長期的な価値を考慮して材料を選択する」ということです。

最終更新日 2025年7月7日 by goncat