集積回路の発達に伴い、半導体デバイスの集積度と電力密度は著しく向上しています。その結果、対応する動作で発生する熱は劇的に増加しました。統計によると、ハイパワーデバイスの故障のうち、55% もが熱によるものです。回路の放熱問題に対処するには、まず放熱に影響を与える電子パッケージングシステム内のコンポーネントを特定することが不可欠です。集積回路チップのキャリアである基板は回路と直接接触しているため、回路で発生した熱を基板を通して外部に放散する必要があります。回路の放熱を促進するためには、基板材料が高い熱伝導性を有している必要があります。
さらに、新エネルギー自動車や最新の鉄道輸送などの分野では、高出力デバイスの使用中に段差や振動などの複雑なアプリケーション条件を考慮する必要があります。このため、基板材料の機械的特性と信頼性に高い要件が課されます。
では、誰がそのような重責を担うことができるのでしょうか？
01 放熱基板の "一流 "素材、窒化ケイ素
セラミック基板は、他の材料に比べて優れた性能を発揮するため、基板としてセラミック材料を選択することで、より広い展望が開けます。
基板として使用できるセラミック材料は主に以下の通りです：AlN、Al2O3、SiC、BeO、Si3N4などです。BeOセラミック基板は熱伝導率が高く、誘電率が低いですが、その粉末は毒性があり、健康に害があるため、現在ではほとんど使用されていません。SiCは自然界では安定していますが、誘電損失が高く、耐圧が低いため、高電圧の作業環境には不向きです。Al2O3セラミック基板は、応用の歴史が最も長く、最も成熟していますが、Al2O3の理論上および実際の熱伝導率が低いため、大型回路の放熱要件を満たすことができず、小型回路にしか使用できません。これに比べ、AlNセラミックスは、高い熱伝導性、良好な絶縁性、低誘電率を兼ね備えています。しかし、AlNには、加水分解を受けやすい、強度と靭性が不十分、脆いなど、無視できない大きな欠点もあります。そのため、AlNの限界を補う、より安定したセラミック材料の開発が急務となっています。
複数の基板材料の性能比較
| 基板材料 | Si3N4 | アイン | 二酸化アルミニウム |
| 熱伝導率/W/(m・k) | 80-100 | 170 | 20-30 |
| 破壊靭性/Mpad-m1/2 | 6.0-8.0 | 2.7 | 3.0 |
| 強度/Mpa | 600-800 | 350 | 400 |
| 現在の収容能力/A | ≥300 | 100-300 | ≤100 |
| 信頼性/時間 | ≥5000 | 200 | 300 |
| コスト | 比較的高い | 高い | 低い |
窒化ケイ素セラミックスは、熱伝導率が高く（結晶の熱伝導率は320W-m-1-K-1に達する）、誘電率が低く、毒性がなく、熱膨張係数が単結晶Siに匹敵するため、他の材料と比較して、高熱伝導セラミック基板に適した材料として認められています。
2017年に設立された浙江正天新材料科技有限公司（Zhejiang Zhengtian New Materials Technology Co.(以下「正天新材料」）は、独自のイノベーションにより、高性能窒化ケイ素セラミック基板の分野で大きなブレークスルーを達成しました。鋳造、切断、打ち抜き、焼結、後加工のCNC、研削、研磨、レーザー切断などの加工チェーン全体のコア技術を習得することで、高熱伝導率と高性能の窒化ケイ素セラミック基板製品を開発しました。
02 Si3N4基板の安定性能と大量生産という業界の課題に対応
窒化ケイ素セラミック基板は、総合的な性能において最高の放熱基板として認知されていますが、実際の生産においては、"高い熱伝導率 "と "安定した大量生産の持続 "という2つの難題に取り組む必要があります。
正天新材料 Si3N4
高い熱伝導率」を実現するためには、高品質の窒化ケイ素粉末と科学的で高度な準備工程が不可欠です。正天新材料は、原料の窒化ケイ素粉末を世界的に厳選し、窒化ケイ素基板の「優れた遺伝子」を原産地から確保しています。
窒化シリコン基板において、持続的かつ安定的な大量生産を実現することは業界の課題です。基板の反りやクラックなどの現象を確実に回避する安定したプロセスだけでなく、効率的な連続操業の実現も必要です。
正天新材料鋳造工場
正天新材料は、先進的なプロセスと設備により、すでに高熱伝導性・高性能窒化ケイ素基板への取り組みで先陣を切っています。現在、熱伝導率85W/(m・K)、熱膨張係数2.7×10-6/℃の安定量産を実現。また、機械的強度に優れ、化学的安定性、耐熱性に優れ、大型（138mm*190.5mm）で反りの少ない（≦200μm）窒化ケイ素セラミック基板を製造しています。
窒化ケイ素セラミック基板製品の寸法
| メインプロジェクト | 仕様 | 索引 |
| 基板サイズ (mm) | 100*100, 114.3*114.3, 138*190.5 | ±0.1mm |
| 厚さ | 0.2, 0.25, 0.32, 0.635, 1.0 | ±10% NLT:±0.04mm 10% NLT:±0.04mm |
03 魚は果てしない海に飛び跳ね、鳥は大空を舞う......。
新エネルギー自動車や5G技術におけるSiCをベースとした第3世代半導体チップの急速な普及に伴い、窒化ケイ素セラミック基板の需要も急速な発展段階に入りました。
予測によると、電気自動車の世界年間販売台数は 2025 年までに 2,500 万台を超えます。複数の投資機関が推計したデータからSiCパワーデバイスの割合を37%と仮定し、現在の電気自動車用Si3N4セラミック基板の使用量を1台当たり標準1枚（7.5×5.5インチ）、バスなどの大型車では1台当たり標準2枚と考えると、2025年の高熱伝導性窒化ケイ素基板の世界年間追加需要は約60万平方メートルと推計されます。
これはあくまで新エネルギー自動車分野での市場予測です。また、充電システムやLEDアプリケーションなど、他の分野でも高性能窒化ケイ素セラミック基板の需要が急速に高まっています。
正天新材料は独自のイノベーションにより、高性能、大型窒化ケイ素セラミック基板の大量生産を実現しました。自社の競争力を全面的に強化し、業界を自主的かつコントロール可能な高品質発展の道へと導きました。
