2025-10-17
権力の時代には5Gベースステーションから電動車 (EV) のパワートレインや航空宇宙レーダーシステムまで極端な温度で熱消耗と信号の整合性に苦労する伝統的なFR4PCBとは異なり,MLCPCBはセラミック基板 (例えばアルミナ,アルミナイトリド) が優れた熱伝導性を提供するこの需要を反映している世界MLCPCB市場は,2031年まで9.91%のCAGRで成長すると予測されており,自動車,航空宇宙,電気通信部門.
このガイドでは,材料の選択と段階的な生産から品質管理および実用的なアプリケーションまで,MLC PCB製造の包括的な分解を提供します.,この高性能技術を理解し活用する技術者,バイヤー,デザイナーを 訓練します
主要 な 教訓
a.材料の優位性により性能が向上する:アルミニウム (20 ワット/mK) とアルミナイトリド (170 ワット/mK) のセラミック基板は熱伝導性において FR4 (0.2 ワット/mK) を上回る.MLC PCB が 350°C+ と対応できるようにするFR4の温度制限は130°C
製造精度は交渉不可です.MLC PCBには7つの重要なステップが必要です. 基板の準備,層の積み重ね,掘削,金属化,シンタリング,仕上げ,そして,それぞれに厳しい許容量 (層の調整のために±5μm) を要求する試験.
c.品質管理は高価な故障を防ぐ:早期の材料検査 (SEM検査) とプロセス中の試験 (AOI,電気連続性) は,欠陥率を<0に削減します.高い信頼性のアプリケーション (e)航空宇宙など)
d.MLCPCBは自動車レーダー (77 GHz),高性能LED (100,000時間以上使用寿命),軍事通信 (厳しい天候耐性) に不可欠です.
e.将来の成長はイノベーションに依存します: ミニチュアライゼーション (密度層) とグリーン製造 (低エネルギーシンター) は,IoTとEVのMLC PCBの使用を拡大します.
多層セラミック PCB (MLC PCB) を理解する
MLCPCBは,複数のセラミック層を積み重ねて結合することによって構築された高度な回路ボードで,それぞれが導電回路 (例えば銅,銀) で刻まれています.独特な構造は,高性能電子機器における従来のPCBが残すギャップを埋め,多層設計の密度と陶器の熱効率を組み合わせます.
MLC PCB を ユニーク に する の は 何 です か
FR4 PCB (ガラスの繊維+エポキシ) や単層セラミック PCBとは異なり,MLC PCBは以下を提示する.
a.より高い熱伝導性: FR4よりも熱を100~600倍速く移動し,部品の過熱を防止する.
b.より広い温度範囲: -200°C (航空宇宙) から350°C (産業用炉) までの信頼性のある動作.
c.低電解損失:最大100GHzの周波数で信号の整合性を維持する (5G mmWaveには極めて重要です).
d. コンパクトな密度: 狭いスペースにより多くの回路を収納するために,マイクロビア (50100μm直径) を付いた420のセラミック層を積み重ねる.
主要 な 利点
MLC PCB は,従来の PCB が解決できない業界特有の難点を解決します.以下の通り,主要な部門で価値を提供します.
| 産業への応用 | MLC PCB の 主要 な 利点 | 現実 の 世界 に 対する 影響 |
|---|---|---|
| 自動車レーダー (77 GHz) | - FR4より 50% 少ない信号損失
|
レーダー検出範囲を20% (100mから120m) 拡張し,より安全なADASを可能にします. |
| 高功率LED照明 | - 200W/mKまでの熱伝導性
|
LEDの保証請求をFR4ベースの設計と比較して 70%削減します |
| 軍事通信 | - -50°Cから200°Cまで
|
砂漠や北極や戦闘環境で 信頼性の高い通信を保証します |
| 航空宇宙航空技術 | - 放射線耐性 (衛星用)
|
衛星の重量を15%削減し 打ち上げコストを削減する |
MLC PCB の材料選択:アルミナ対アルミナ酸塩
MLC PCB の性能は基板材料の選択から始まります. 2つの陶器が市場を支配しています.アルミナ (Al2O3) とアルミナイトリド (AlN).それぞれが特定の用途に合わせて 独自の特性を持っています.
材料 の 比較
| 資産 | アルミナ (Al2O3) | アルミナイトリド (AlN) | FR4 (伝統的なPCB) |
|---|---|---|---|
| 熱伝導性 | 20~30 W/mK | 170~200 W/mK | 0.2.0.3 W/mK |
| 最大動作温度 | 1600°C (短期) | 2200°C (短期) | 130°C (連続) |
| ダイレクトリック常数 (1MHz) | 9.8105 | 80.08. 銃を撃った5 | 4.2448 |
| ダイレクトリック損失 (1MHz) | 0.0005 〇001 | 0.0008 〇0012 | 0.015・0025 |
| メカニカル 強さ | 300~400 MPa (折りたたみ) | 350~450 MPa (折りたたみ) | 150~200 MPa (折りたたみ) |
| コスト (相対) | 1.0 | 3.5 五 五0 | 0.1 ¥0.2 |
正しい 陶器 材料 を 選ぶ こと
a.アルミナを選択する場合は: 中程度の熱量 (LEDドライバ,低電力自動車センサーなど) に適した高熱伝導性 20~30 W/mK のコスト効率の良いソリューションが必要です.
b. アルミナイトライドを選択する場合は: 設計は高電力シナリオ (EVパワー列車,航空宇宙レーダーなど) に使用され,最大熱散 (170~200W/mK) と温度耐性が必要である.
c. FR4 を避ける場合: あなたのアプリケーションは130°Cを超えたり,10 GHz以上の信号完整性を要求している.
材料 の 準備: 粉末 から プリ フォーム まで
陶器材料は,製造前に,均一性と品質を確保するために厳格な準備を受けます.
1粉末加工:アルミナ/AlN粉末は,後には密集したシントリングを確保するために,細粒子の大きさ (1μ5μm) にまで磨かれる.不浄物 (例えば鉄,シリックス) は,欠陥を避けるために<0.1%まで除去される.
2結合剤の添加: 粉末は有機結合剤 (例えばポリビニルブチラル) と溶媒と混合して,テープ鋳造のための粘着性のある"スラムリ"を作成する.
3テープ鋳造:スローリーは,医用刃を使用して,キャリアフィルム (例えば,PET) に広がり,薄くて均質なセラミックシート (50~200μm厚) を作ります.シートは溶剤を除去するために乾燥します.
4パンチング/切断:乾燥したシートは,望ましいPCBサイズ (例えば100x150mm) に切断され,正確なスタッキングのためにアライナメントホールでパンチされます.
重要なステップ:粉末の純度がX線熒光 (XRF) で検査され,汚染物質がないことを確認します.0.5%の鉄でさえ,熱伝導性を10%低下させることができます.
ステップバイステップ MLC PCB 製造プロセス
MLC PCBの生産は精密に駆動された7段階の順序で,それぞれに専門機器と厳格なプロセス制御が必要です.完全でないシントリング) は,ボードを無用にする可能性があります..
1基板の準備: 統一されたセラミックシートの作成
MLC PCB の基礎は高品質のセラミックシートである.テープ鋳造後 (上記に詳しく説明されている) は,シートは:
a.厚さ検査:レーザーマイクロメーターでシートの厚さ (±2μmの許容度) をチェックし,一貫した層積みを保証する.
b.密度試験: 結合物質を除去するためにランダムなサンプルを焼いて,粉末濃度を確認するために重量化します.
c. 表面清掃: 後のステップで空気の隙間を引き起こす可能性がある塵を除去するために,シートは同プロパイルアルコールで拭く.
2層積みとラミネーション: 粘着陶器層
積み重ねは,多層構造を形成するために,導電パターンとセラミックシートを並べます.ここでは精度が重要です. 10μmの誤差でも接続によって破裂することができます.
積み立て の 重要な ステップ:
a.スクリーンプリント:導電性ペスト (銅,銀,金) は,回路の痕跡,パッド,およびパッド経由でセラミックシートにスクリーンプリントされます.ペストの粘度が制御されます (50,000 ‰100,鋭い音色を保ちますユニフォームライン
b.アライナメント:シートは,前に穴を掘ったアライナメントホールに一致する光学的なアライナメントシステム (± 5μm精度) を使用して積み重ねられます.層は,セラミックと導電パターンの間に交替するように命令されます.
c.ラミネーション: 積み重ねた組成物は70~100°Cで10~20MPaの圧力で真空ラミネーターで圧縮されます.真空は空気の隙間を除去し,熱は結合層への結合剤を軟化します.
密度 密度 密度
| 要因 | 仕様 | 目的 |
|---|---|---|
| バキュームレベル | ≤-0.095 MPa | 空気泡を消す (シンタリング中にデラミネーションを引き起こす). |
| 圧力 | 10~20 MPa (シート厚さによって調整) | 層間の密接な接触を保証します (断線を防止します) |
| 温度 | 70°Cから100°C | 粘着剤を柔らかくする |
| 休憩 時間 | 5〜10分 | 圧力がスタック全体に均等に分布できるようにします |
3掘削と穴の金属化:層を繋ぐ
バイアス (Vias) は,各層の回路を接続する小さな穴である.MLC PCBでは,2つの方法が一般的です.
a.レーザードリリング:UVレーザー (355nm波長) は,微小孔 (50~100μm直径) を ±5μmの精度でドリルする.この方法は高密度設計 (例えば5Gモジュール) に最適である.
b.パンチング:機械パンチングは低コストのアプリケーション (LEDドライバなど) により大きなバイアス (200~500μm) を生成する.パンチングはレーザードリリングよりも速く,しかし精度が低い.
掘削後:
c. 汚れを消す: プラズマ処理により,金属粘着を保証するために,壁から残留結合剤を除去する.
d. 金属化:ビアは導電性ペスト (銀または銅) で満たされ,または電解のない銅 (厚さ0.5μm) で塗装され,層間の電気経路を作成する.
4メタライゼーションと回路パターニング:導電路の作成
伝導層が加えられ,機能回路を形成する.主に2つの方法が用いられる:
a.スクリーンプリント:MLC PCBの最も一般的なPCBの伝導性ペストは,痕跡 (50~100μm幅) とパッドを形成するためにセラミックシートに印刷されます.ペストは溶剤を除去するために120°Cで乾燥します.
b.スプートリング:高周波アプリケーション (例えばレーダー) の場合,真空システムを使用して,銅の薄い層 (1μ5μm) をセラミックシートにスプートリングする.スプッタリングは,スクリーンプリントよりもよりよい粘着性と信号の整合性を提供しますが,より高価です.
品質チェック:自動光学検査 (AOI) システムにより,痕跡幅,パッドの並び方,ペーストの覆蓋を検証し,シンタリング前に欠落した痕跡などの欠陥が標識されます.
5シンテリング: 陶器構造を密度化
シンテリングは,堆積された有機物で満たされた組成物を密集したセラミックPCBに変換する"作るか断るか"ステップである.このプロセスは,堆積物を高温に加熱して:
a. 有機結合物質を除去する (燃焼期: 200~400°C).
b.陶器粒子を固体で密集した構造に融合させる (シンター化段階:アルミニウム1600~1800°C,ALN1700~1900°C).
c. 導電層を陶器基板に結合する.
シンタリングの主要成果:
| アスペクト | シンター 処理 の 中 で 起こっ た 事柄 | 業績への影響 |
|---|---|---|
| 陶器の密度化 | 粉末粒子は融合し,孔隙を40%から<5%まで減少させる. | 熱伝導性を50% 機械強度を300%高めます |
| 結合剤の燃焼 | 有機結合物質は酸化され,除去される (残留は残らない). | 熱熱点を引き起こす穴を防ぎます |
| 縮小制御 | スタックが15~20%縮小する (適切に処理された場合均等に). | 最終サイズを予測するには 試料クーポンを前もってシントロールする必要があります. |
| マイクロ構造の均一性 | 均質なセラミック粒構造 (粒の大きさ510μm) が形成される. | 恒常的な熱と電気性能を PCB全体に保証します |
臨界制御: シンタリングオーブンは,クラッキングを避けるためにプログラムされた温度ランプ (5°C/min) を使用します.
6表面仕上げ:信頼性と溶接性を向上させる
MLCPCBは,シンテリング後,部品組み立てのために表面処理を受けます.
a.平面化:上部/下部の表面は,表面搭載部品 (SMC) の配置に不可欠な ±5μmの平面性を達成するために,ダイヤモンド磨材で磨く.
b.表面塗装:薄い層のニッケル (510μm) と金 (0.10.5μm) またはENIG (電解ニッケル浸水金) がパッドに塗装されます.これは溶接性を向上させ酸化を防止します.
c.レーザーマーク:ファイバーレーザーでPCBに部品番号とバッチコードを刻印し,追跡を図る.
MLC PCB の表面塗装の比較:
| 仕上げタイプ | 溶接可能性 | 耐腐食性 | コスト (相対) | 最良の為 |
|---|---|---|---|---|
| ENIG | 良質 (12ヶ月間保存可能) | 上級 (500時間塩噴霧) | 3.0 | 航空宇宙,医療機器 |
| 浸水銀 | 良い (6ヶ月間保存可能) | 中程度 (200h塩噴霧) | 2.0 | 自動車,消費電子機器 |
| シナ・リード (HASL) | 保存期間が12ヶ月 | 低気圧 (100時間塩噴霧) | 1.0 | 低コスト産業用 |
7最終組立と試験: 性能の検証
最後のステップは,部品を設置し,PCBの機能を確認することです.
1部品配置:SMC (例えばレジスタ,コンデンサ,IC) は,ピック・アンド・プレイスマシン (±10μm精度) を使用して配置される.
2再流溶接:PCBは再流溶接炉で加熱され (無鉛溶接のピーク温度:260°C) 溶接パスタと結合部品を溶解する.
3洗浄:水による洗浄は,腐食を引き起こす可能性のある流体残留物を除去します.
4機能試験:PCBは電気連続性,インピーデンス (50Ω設計では±1Ω),信号完全性 (高周波ボードではVNAを使用) を試験する.
5環境試験:高信頼性のアプリケーションでは,PCBは耐久性を確保するために熱サイクル (-40°Cから+150°C,1000サイクル) と振動試験 (10~2000 Hz,10G加速) を受けます.
品質管理: MLC PCB の欠陥を予防する
MLC PCBは,安全性の重要なアプリケーション (EV BMS,航空宇宙レーダーなど) で使用されるため,品質管理 (QC) は製造のあらゆるステップに組み込まれています.下記は欠陥がどのように検出され,予防されるかです.
1原材料QC: 問題を早期に認識する
a.粉末の純度:XRF分析では,不純物が<0.1%であることを確認します.少量の鉄でさえ,熱伝導性を低下させることができます.
b.結合剤の一貫性:フーリア変換赤外線 (FTIR) スペクトロコピーは結合剤の組成を検証し,シンテリング収縮問題を防ぐ.
c.シートの均一性:レーザープロファイラーは,ラミネーションの隙間を避けるため,セラミックシートの厚さ (± 2μm) と表面粗さ (Ra < 0.5μm) をチェックする.
2プロセス中のQC: 中途半端の製造の欠陥を阻止する
a.レイヤアライナメント:光学アライナメントシステム (±5μm精度) は,積み重ねられたレイヤをチェックします.
b.経路品質:X線検査 (20μm解像度) で,充填空隙>10%の経路容量が拒絶されることを確認する.
c.シントリング密度:アーキメデスの原理により,セラミック密度=密度 <理論値の95%は,シントリングが不完全であることを示す.
3最終QC:エンドツーエンドのパフォーマンスの検証
a.電気試験: 飛行探査機による試験は,開き/短縮 (100%カバー) とインピーダンスの安定性 (±1Ω) をチェックする.
b.熱試験:レーザーフラッシュ分析機で熱伝導性を測定する. 仕様の値<90%が欠陥を示す.
c.機械試験:折りたたみ強度試験 (ASTM C1161 による) は,PCBが処理に耐えることを保証する.アルミ素の強度 < 300 MPa は拒絶される.
d.信頼性試験:加速寿命試験 (ALT) は,10年間の使用 (例えば1000回の熱サイクル) をシミュレートし,長期的な性能を予測する.
データポイント:厳格なQCにより,航空宇宙アプリケーションではMLC PCBの欠陥率が<0.1%に減少します.これは,コストのかかるフィールドでの故障を回避するために重要です.
MLC PCB の 応用 と 将来の 傾向
MLC PCB は,性能,信頼性,温度耐性が交渉不可である産業において不可欠である.下記はそれらの主要な使用事例と新興傾向である.
産業による主要用途
| 産業 | 特定の使用事例 | MLC PCB は 従来の PCB に 対し て の 利点 |
|---|---|---|
| 自動車 | EV BMS,ADASレーダー (77 GHz),パワートレイン制御装置 | 150°Cの熱に耐える レーダー信号損失が50%減る |
| 航空宇宙・防衛 | 衛星トランシーバー,レーダーシステム,航空機器 | 放射線耐性; -200°C~+200°Cでの動作; 金属コアより30%軽い. |
| 電気通信 | 5G mmWave ベースステーション,小型セル | 28/39 GHzで信号の整合性を維持する.低ダイレクトリック損失 (<0.001). |
| 医療機器 | MRIスキャナー,レーザーダイオード,ウェアラブルモニター | 生物相容性 (ISO 10993); 滅菌耐性 (オートクラブ) |
| 産業用 | 高功率LED,工業用インバーター,センサー | 100300°Cの工業炉環境に対応する |
MLC PCB を 形作る 将来の 傾向
1ミニチュア化と高密度:小さいIoTデバイスと5Gモジュールの需要は,高度なレーザードリリングと薄いセラミックシート (50μm) によって可能になった20層以上とマイクロビアのMLC PCBを推進しています..
2緑の製造:低エネルギーシンテリング (従来のオーブンの代わりにマイクロ波オーブンを使用) はエネルギー消費量を40%削減する.リサイクル可能な結合剤 (例えば植物性ポリマー) は廃棄物を削減する.
3.新しい陶器材料:シリコンカーバイド (SiC) とボロンナイトライド (BN) の陶器が登場している.
4組み込み部品: 空間を節約するために,被動部品 (レジスタ,コンデンサ) がセラミック層内側に組み込まれています.
FAQ: MLC PCB に 関する よくある 質問
1なぜMLCPCBは FR4PCBよりも高価なのか?
MLCPCBは,以下の原因により,FR4より5×10倍高い.
a.特殊材料 (アルミナ/AlNはFR4より10倍高い)
b.精密製造 (レーザー掘削,真空シンタリング)
c.厳格なQC (X線,熱検査)
しかし,長寿命 (10倍対FR4) と保守コストの低さにより,高い信頼性のアプリケーションでは費用対効果が高くなります.
2MLC PCB は特定の用途に合わせられるか?
はい パーソナライゼーションオプションは以下の通りです
a.材料の選択 (コストのアルミナ,高熱のAlN).
b.層数 (4~20層)
c. 経路長さ (50~500μm)
d.表面仕上げ (航空宇宙用 ENIG,自動車用 浸水銀)
e.部品の組み込み (小型化のために).
3MLC PCB の 典型的な 製造 期間 は どれくらい です か
処理時間が複雑さによって異なります
a.プロトタイプ (10個): 2~4週間 (シンタリングと試験を含む).
b.小批量 (100~500個): 4~6週間
c.大批量 (1000個以上): 6〜8週間
FR4よりリードタイムが長い (1~2週間) は,シンタリングプロセスで2~3日かかる.
結論: MLC PCB は 次世代の電子機器の骨組みです
多層セラミックPCBは 伝統的なPCBに対する"高性能"の代替品であるだけでなく 最も要求の高い電子アプリケーションの必要性でもあります熱伝導性のユニークな組み合わせ電気自動車,5G 航空宇宙 医療機器の革新を可能にします かつては不可能でした
MLC PCBの製造過程は,材料の準備と層の積み重ねからシントリングとQCまで,精度,専門機器,品質に重点を置く必要があります.粉末の純度検査から熱循環試験まで安全性が重要な環境での信頼性を確保するように設計されています.
電子機器産業がより高い電力,より高い周波数,より小さな形状の要素に向かって進化するにつれて MLC PCBはさらに大きな役割を果たします新しい陶器材料がIoTへの利用を拡大します超高性能な電気自動車です
エンジニアやバイヤーにとって MLC PCB 製造を理解することは プロジェクトに適した技術を選択するための鍵です 材料の選択,プロセス制御,品質試験を優先することでより安全な電子機器を製造できます高性能電子機器の未来はセラミックで,MLCPCBが先導しています.
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