主流のメタライゼーションプロセスとセラミックヒートシンク基板の応用の概要

電子技術が高出力密度、高周波数、小型化に向けて進歩するにつれて、熱管理がシステムのパフォーマンスと信頼性を制限する中心的な要因となっています。セラミック基板は、優れた熱伝導性、電気絶縁性、高温耐性、熱膨張一致特性を備えており、パワー半導体やハイエンド電子パッケージングにとって重要なキャリアとなっています。-特にアルミニウムのメタライゼーションなどの重要なプロセスのサポートにより、セラミック材料は絶縁媒体から信頼性の高い電気相互接続構造に変化し、現代の電子システムにおいて基本的な役割を果たします。

 

焼結後、セラミック基板はメタライゼーションを受けて導電層を構築し、チップと外部回路間の電気接続を可能にする必要があります。現在の主流の技術は、平面メタライゼーションと三次元同時焼成メタライゼーションという 2 つの主要なカテゴリに分類できます。-中でも、アルミニウム セラミックスのメタライゼーション プロセスは、パワー エレクトロニクス、通信機器、新エネルギー車における成熟した応用基盤を確立しました。

 

 

 

平面セラミック基板は通常、スパッタリング、蒸着、電気メッキ、化学メッキなどの方法を使用して二次元表面に導電層を形成します。{0}このプロセスは成熟しており、コスト効率が高く、大量生産に適しているため、電気用途のメタライズド セラミックの分野で主流のソリューションとなっています。-

 

1. DPC（ダイレクトプレーティングセラミック）プロセス

DPC テクノロジーは半導体微細加工に基づいており、スパッタリング シード層、フォトリソグラフィ パターン転写、電気めっきの厚み付けを通じて高精度の回路製造を実現します。{0}この技術は 20 ～ 30 μm レベルの細線を実現でき、非常に高いパターン解像度と位置合わせ精度を実現します。同時に、低温プロセスを採用し、材料構造に対する熱応力の影響を効果的に回避します。

 

DPC は、LED パッケージ、マイクロ電子デバイス、高密度相互接続モジュールなどの高集積パッケージング アプリケーションに特に適しており、精密金属化セラミックスを実現するための重要な技術的パスの 1 つです。-ただし、その金属層の厚さは限られており、電気めっきの均一性の制御は難しく、プロセスの安定性には高い要件が課されます。

 

2. DBC（ダイレクトカッパーセラミック）プロセス

DBC プロセスは、高温での共晶反応を通じて銅とセラミックの間に冶金的結合を実現し、その結果、非常に高い結合強度と優れた熱伝導率が得られます。その銅層の厚さは広範囲 (120 ～ 700 μm) であり、大電流伝送の要件を満たし、パワー デバイスのパッケージングで最も成熟したソリューションの 1 つとなっています。

 

この技術はIGBTモジュールや電源デバイスなどに幅広く使用されており、電子部品用メタライズドアルミナセラミックスの代表的な用途となっています。ただし、その線幅精度は比較的低く、熱サイクル条件下では界面の微細孔によって信頼性が影響を受ける可能性があるため、高精度パッケージングでの用途は制限されます。-

 

3. AMB（アクティブメタルボンディング）プロセス

AMB テクノロジーでは、Ti などの活性元素を含むはんだを導入し、中高温下でセラミックと金属間の強力な界面結合を実現し、熱膨張の不一致によって引き起こされる応力問題を効果的に軽減します。従来の DBC と比較して、高温サイクル条件下で優れた信頼性を示します。-

 

このプロセスは、新エネルギー車用のパワー モジュールや第 3 世代半導体デバイスのパッケージングなど、高電力密度および高温の動作環境に適しており、高強度メタライズド セラミック部品の開発にとって重要な方向性です。{{2}ただし、プロセス環境 (真空または保護雰囲気) と材料システムに対する高い要件があり、その結果、比較的高いコストがかかります。

 

 

 

パッケージング構造が三次元統合に向けて進化するにつれ、キャビティ構造と多層相互接続機能を備えた三次元セラミック基板が徐々にハイエンド パッケージングにとって重要なキャリアになってきています。{{0}{1}{2}{3}}このタイプの技術はコアとして共焼成セラミックを使用しており、高密度配線と密閉パッケージングが可能であり、信頼性の高い電子システムで広く使用されています。-

 

1. HTCC (高温焼成セラミック--)

HTCC は、高融点金属ペースト (タングステンやモリブデンなど) とセラミック材料を使用し、1500 度以上の温度で同時焼成して一体構造を形成します。{{2}優れた機械的強度と高温耐性を備えているため、極限環境での電子パッケージングに適しています。-

 

この技術は軍事、航空宇宙、高出力モジュールで広く使用されており、パワー半導体用の典型的な金属化セラミック ハウジング ソリューションです。{0}ただし、製造コストが高く、導電率が比較的限られているため、高周波数精度回路には適していません。-

 

2. LTCC (低温焼成セラミック--)

LTCC は低温焼結材料システムを使用しています。{{0}<950℃), allowing it to be co-fired with highly conductive metals such as gold, silver, and copper. It possesses excellent electrical properties and high design flexibility. Its linewidth can be as low as 50μm, making it suitable for high-frequency, high-speed, and miniaturized packaging requirements.

 

5G 通信、レーダー システム、高周波モジュールでは、LTCC が主流のソリューションの 1 つとなり、電子用途のアルミナ金属化セラミックスで広く使用されています。欠点は、機械的強度と熱伝導率が HTCC システムよりわずかに低いことです。

 

 

アプリケーションの観点から見ると、さまざまなメタライゼーション プロセスにはそれぞれ次のような利点があります。

 

DPC：高精度・小型実装→マイクロエレクトロニクス、LED

DBC：高熱伝導、大電流 → パワーモジュール、IGBT

AMB: 高信頼性、高温サイクル → 新エネルギー車、SiC/GaN デバイス{0}}

HTCC: 高強度、高温耐性 → 軍事および極限環境

LTCC: 高周波、高集積 → 通信および高速エレクトロニクス-

 

実際のエンジニアリングでは、最適な性能マッチングを達成するために、熱伝導率要件、電流定格、パッケージ密度、コストを考慮した包括的な選択プロセスを実行する必要があります。これらの技術が電子部品用金属化セラミックスのコア技術体系を構成しています。

 

 

 

セラミックメタライゼーション技術の将来の開発は、次の方向に焦点を当てます。

 

より高い熱伝導率 (SiC/GaN デバイスの場合)

より高い配線精度（ミクロン-レベル、さらにはナノメートル-レベル）

複数の-材料複合材料（AlN や Si₃N₄ などの高級セラミック）-

三次元統合と-システム-イン-パッケージ（SiP）

 

同時に、アルミナメタライズドセラミックスに関連する精密加工および構造最適化能力は、製品の付加価値を高める上で重要な競争上の優位性となります。

 

 

専門メーカーとして、当社はアルミナ セラミック部品の精密機械加工と信頼性の高いメタライゼーション ソリューションを専門とし、材料の選択、構造設計からメタライゼーションの実装に至るまでの統合的なサポートをお客様に提供することに注力しています。{0}当社の製品には、金属化セラミック絶縁管、セラミック部品のメタライズ、-高精度の構造部品、カスタマイズされたパッケージ基板は、新エネルギー、パワー エレクトロニクス、ハイエンド機器の分野で広く使用されています。-

 

当社は、成熟したプロセスシステムと安定した製造能力を活用して、接合用アルミナメタライズドセラミックスや厳しいアプリケーション要件を満たす各種機能性セラミック部品を提供し、お客様の高性能・高信頼性のシステムインテグレーションソリューションの実現を支援します。