セラミック基板とは？特徴・種類・用途を徹底解説

セラミック基板とは

セラミック基板とは？

セラミック基板は、アルミナ（Al₂O₃）やジルコニア（ZrO₂）、窒化アルミニウム（AlN）窒化ケイ素（Si₃N₄）などのファインセラミックス材料を用いた電子回路用の基板です。「基板」とは、電子部品や配線を載せる土台の役割を果たす部品で、電子回路を安定して動作させるために欠かせません。

一般的な樹脂基板（FR-4など）は、加工のしやすさやコストの低さから、多くの用途で使われています。しかし、高温や高電圧、大電力を扱う回路では、樹脂基板特有の性質が課題になることがあります。

例えば：
・熱膨張の影響：温度変化で寸法が変わりやすく、微細配線が切れやすくなる
・表面凹凸による密着不良：薄膜や微細配線が不均一に接着し、剥離や断線のリスクが増加
・柔軟性による損傷：樹脂の柔らかさが原因で、曲げや張力による応力集中が起こりやすい

これにより、樹脂基板では小型化や高精度化設計に限界が生じることがあります。

一方、アルミナなどのセラミック基板は、樹脂基板の課題を補う特長を持っています：
・熱安定性：温度変化による寸法変化が少なく、微細配線が安定
・表面平滑性：薄膜や微細配線の密着性が高く、剥離や断線リスクを低減
・硬さ・環境耐性：取り扱いや過酷環境でも微細パターンを保護

これらの特長により、セラミック基板は小型化・高精度化が求められるパワー半導体、センサー、医療機器、産業用電子機器など幅広い分野で活用されています。

また、基板表面の平滑性や化学的安定性は、薄膜や微細配線の信頼性に直結するため、設計者にとって重要な選定ポイントとなります。

この記事では、そもそもセラミック基板ってどんなもの？という基本から、特長やメリット・デメリット、種類や用途、さらに製造方法や基板の選び方まで、わかりやすく解説していきます。

セラミック基板・樹脂基板・金属基板の違い

プリント基板にはプラスチック樹脂を用いたFR-4のような「樹脂基板」や、アルミなどの金属を用いた「金属基板」といった基板もあります。「セラミック基板」はこれらと比べ、上で述べた物理的特性で優位な点があります。その違いを比較表で見てみましょう。

	セラミック基板	樹脂基板（FR-4等）	金属基板（アルミ等）
耐熱性	◎高温環境でも安定	△150℃程度が限界	△基材や絶縁層によるが、120～200℃程度
絶縁性	◎高い（高電圧対応可）	○一般的な電子機器には十分	△絶縁層が必須
放熱性	○標準～高	△低い	◎非常に高い
機械的強度	◎高い	△柔らかく破損しやすい	○金属自体は強いが 加工性に注意
耐薬品性	◎優れる	△薬品に弱い場合あり	△表面処理による保護が必要
耐湿性	◎優れる（吸水率ほぼゼロ）	△吸湿で性能劣化する場合も	○金属自体は耐湿性高いが 絶縁層の影響あり
表面平滑性	◎ 焼結で緻密な表面。鏡面仕上げも可能	△ 樹脂の熱変形や吸湿でわずかにうねりが出やすい	○ 金属面は平滑だが、酸化膜やコーティングで変化
薄膜密着性	◎ 無機同士の強固な結合が可能（高温処理にも強い）	△ 樹脂と金属の界面で密着性に限界あり	○ 金属酸化膜の影響を受けるため、処理が必要

セラミック基板は、耐熱性や絶縁性だけではなく、機械的強度や耐薬品性、耐湿性においても、優位性を持っています。このように、セラミック基板は、電子デバイスの”縁の下の力持ち”として機能しています。
また、熱膨張が小さく寸法が安定しているため、微細配線や薄膜パターンが壊れにくく、保持できます。
そのため、樹脂基板では難しかった小型化や高精度化設計が可能になり、電子機器の省スペース化や高機能化に貢献します。また、表面平滑性が高いため、微細配線の密着性が安定し、剥離や断線のリスクを低減できるのも大きな強みです。

セラミック基板の種類

セラミック基板にはいくつかの種類がありますが、大きく分けると「酸化物系」と「窒化物系」に分かれます。
ここでは酸化物系として「アルミナ基板」「ZTA基板（ジルコニア強化アルミナ基板）」、窒化物系として「窒化アルミニウム基板」「窒化ケイ素基板」について説明します。

セラミック基板のメリットとデメリット

セラミック基板の製造工程

セラミック基板の製造工程の概要

セラミックの成型方法には、「射出成形」「押し出し成形」「プレス成形」「ドクターブレード法」などの種類があります。今回はセラミック基板の製造方法の一つである「ドクターブレード法」での製造工程を解説します。
薄く均一な膜を簡単に作れるため、微細な厚み制御が可能です。射出成形や押し出し成形、プレス成形に比べて、少量試作でも効率的に成形でき、材料の無駄も少ないことも特徴です。

1. 調合
   ミルと呼ばれる大型の容器に、原料・溶剤・バインダー・ボールを投入します。ミルを回転させることで、粉砕と混合を繰り返し、スラリー（泥しょう）を作ります。
2. 成形
   スラリー（泥しょう）を成形、乾燥させ、グリーンシートを作ります。グリーンシートはロール状に巻き取られます。
3. 打ち抜き
   設計した製品サイズ、形状に金型でグリーンシートを打ち抜きます。
4. 焼成
   グリーンシートを焼成します。溶剤やバインダー成分が焼失し、セラミックの焼結が進みます。セラミック基板の完成です。

セラミック基板の用途や活用分野

セラミック基板の選び方

用途に応じた材質の選択

基板の選び方は、使う環境や目的によって変わります。
セラミック基板の代表的存在であるアルミナ基板は、表面の平滑性や耐熱性が必要な場面に向いており、コストとのバランスが取りやすい優秀な素材です。
一方、大電流や高電圧を扱う機器など、放熱性を特に重視する用途には「窒化アルミニウム基板」、高い強度や耐久性が求められる用途ではアルミナよりも強度・靭性に優れる「ZTA基板（ジルコニア強化アルミナ基板）」が選ばれる傾向にあります。
それぞれにメリットと制約があるため、用途に合わせて選定することで、性能とコストを最適化できます。

アルミナセラミック基板を活用するときの４つの課題

セラミック基板の中で最も広く使われているのがアルミナ基板です。近年の電子機器の小型化・高性能化に伴い、電子回路はますます微細化・高密度化が進んでいます。そのため、こういった薄膜回路形成用のアルミナ基板に求められる性能も、一段と高いものとなっています。

【配線幅の微細化】

• 数十μmや数μm単位の配線が求められる
• 凹凸のある表面では精度を保てない

【高密度実装】

• 回路パターン間隔が狭くなる
• 表面の粗さがわずかでも短絡（ショート）や断線の原因になる

【信頼性要求の向上】

• 車載・医療・航空など高信頼性用途では、微細な欠陥も許されない
• そのため、基板表面の平滑性がより重要になる

４つの課題の解決を支援するニッコーのアルミナセラミック基板

当社が提供するアルミナセラミック基板は、これらの課題に対して以下のような特長でお応えします。

【特長】
・高い表面平滑性
・要求性能に応じたコスト最適化
・安定した品質管理
・安定供給

これらの特長により、アルミナ基板導入時に直面しやすい課題を解決し、安心して開発から量産までご活用いただけます。

４つの課題の解決を支援できる理由

アルミナセラミック基板の詳細資料や試作品について

アルミナセラミック基板の活用法や解決できる課題が詳しくわかる資料

表面平滑性の高いアルミナ基板についての詳しい内容はダウンロード資料にてご紹介しています。
本資料では、

• アルミナ基板の特長や用途例
• お客様の採用事例

など、選定・評価に役立つ情報をまとめています。詳細は資料をダウンロードください。

【技術者資料】薄膜・微細配線の信頼性を左右する基板表面制御と材料選定 ― 高純度アルミナによる解決策

1. 微細配線の密着性を左右する基板の平滑性
2. 表面平滑性と薄膜・微細配線の信頼性
3. 表面平滑性が薄膜密着性に与える効果
4. 用途と課題解決例
5. 製品紹介／おすすめ用途／メリット
6. 技術相談・試作対応について
7. 会社概要・お問い合わせ

【採用事例】

• 高純度アルミナ基板による微細配線品質改善

技術者に相談・試作品（有料）の申し込み

初めて弊社セラミック基板を活用される企業さまを対象に、御社で実際に使えるかどうかの評価を行っていただく試作品の製作を承っております。試作品の製作費用は内容によってその都度お見積りいたします。
量産される前の評価としてぜひ試作品をご利用ください。