1. セラミック基板研究の重要性

セラミック基板は、その優れた物理的および化学的特性により、さまざまなハイテク分野で非常に重要な役割を果たしています。その特性は以下の通りです：

• 高い熱伝導率
• 低い誘電率と誘電損失
• 優れた電気絶縁性
• シリコン材料と適合する熱膨張係数

これらの特性により、セラミック基板は高密度・高出力・高速集積回路の基板やパッケージとして最適です。これにより、性能向上や信頼性の向上が実現し、以下の分野で技術革新が促進されています：

電子分野

セラミック基板は、電子部品の基材やパッケージ材料として広く利用されています。

• 高い熱伝導率が放熱を助け、高温環境下での安定動作を可能にします。
• 低い誘電率は信号伝送速度を向上させ、エネルギー損失を削減します。

航空宇宙・軍需産業

高温、高圧、強い腐食環境に耐える優れた材料として、これらの分野で不可欠な役割を果たしています。

セラミック基板の製造方法には、主にテープキャスティング法とドライプレス法の2つがあります。それぞれに利点と欠点があり、用途に応じた適切な選択が求められます。

2. テープキャスティング法

2.1 テープキャスティング法の利点

1. 均一性と精度

   • 大面積で薄く均一なセラミック基板を製造可能。特に高い平坦性や一貫性が求められる電子部品に適しています。

2. 高い生産効率

   • スラリーを基材に連続的に塗布することで、自動化された大量生産が可能です。

3. 高い材料利用効率

   • スラリーが均一に塗布されるため、材料の無駄が最小限に抑えられます。

4. 特性のカスタマイズが可能

   • スラリー配合やプロセスパラメータの調整により、熱伝導率が高く、誘電損失が低い基板を製造できます。

2.2 テープキャスティング法の欠点

1. 脆性が高い

   • 高い硬度と強度を持ちながら、衝撃や曲げに弱い。

2. プロセスパラメータへの敏感性

   • 刃先と基材の隙間、スラリーの粘度、乾燥プロセスなど、微細な制御が必要。

3. 環境への影響

   • 有機溶剤やバインダーを大量に使用するため、焼成時の排出物が環境負荷を引き起こす可能性があります。

4. 高い生産コスト

   • 精密な機器や高品質の材料が必要で、さらに製造プロセスでの不良品がコスト増加を招く場合があります。

5. 形状の制限

   • 薄く平らな基板には適していますが、複雑な形状や厚い製品には不向きです。

3. ドライプレス法

3.1 ドライプレス法の利点

1. 高密度のグリーンボディ

   • 圧力を加えることで粒子が緻密に配置され、焼結後の強度が向上します。

2. シンプルなプロセス

   • 工程が簡単で、大量生産に適しています。

3. 低コスト

   • バインダーの使用量が少なく、工程が単純なため、コスト削減につながります。

4. 安定した性能

   • 均一な微細構造により、製品の一貫した性能を保証します。

3.2 ドライプレス法の欠点

1. 高圧力の課題

   • 高圧力が装置や型の摩耗を引き起こし、メンテナンスコストを増加させます。

2. サイズ制限

   • 型のサイズや加圧機の能力により、大型基板の製造が難しい。

3. 不均一な圧力分布

   • 上下方向の一方向加圧のみのため、内部に不均一な密度が生じやすい。

4. 低い生産効率

   • 一つずつ製品を成形する必要があるため、効率が低下します。

5. 形状制限

   • シンプルな形状には適していますが、複雑なデザインには追加のコストと技術が必要です。

6. 欠陥と型の摩耗

   • 粉体の不均一性や応力により、製品にひび割れや層間剥離が発生する場合があります。