セラミックフィラーは、特に精密な熱的・電気的性能を必要とする用途において、複合材料のガラス補強材と比較して明確な利点を提供します。その高い熱伝導率と調整可能な誘電特性はRFシステムに理想的であり、その等方性の性質は高周波数でガラス強化材料を悩ませる繊維の織り目効果を排除します。これらの利点は、セラミック独自の微細構造と組成に由来するもので、繊維状ガラスのような方向性の制限を受けることなく、特定の用途のニーズを満たすように設計することができます。
要点の説明
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熱伝導率の向上
- セラミックフィラーは通常、ガラス補強材よりも2～10倍高い熱伝導率を示します（例えば、アルミナセラミックは～30W/mKに対し、ガラスは1～1.5W/mK）。
- これにより、電子パッケージング、LED基板、パワーエレクトロニクスにおいて、より優れた熱放散が可能になる。
- 熱経路の形成は、方向性のあるガラス繊維よりも、ランダムに分布したセラミック粒子の方が効率的です。
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調整可能な誘電特性
- 誘電率（Dk）は、異なるセラミック組成（例えば、アルミナと二酸化チタンのブレンド）を選択することにより、4から100以上の範囲で正確に調整することができます。
- RF/マイクロ波回路、特にフィラーサイズに対して波長が大きい30GHz以下の回路におけるインピーダンス整合に不可欠です。
- ガラス強化は一般的に、組成の柔軟性が低く、Dkの範囲が限られている（4～6）。
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繊維織物効果の排除
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ガラス繊維は、その織物構造により周期的な誘電率変化を生じさせ、それが原因となっている：
- 高速デジタル回路（25Gbps以上）の信号スキュー
- ミリ波アンテナ（24-100 GHz）における共振アーチファクト
- セラミックフィラーは、粒子がランダムに分布するため等方性があり、信号の伝搬方向に関係なく一貫した性能を保証します。
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ガラス繊維は、その織物構造により周期的な誘電率変化を生じさせ、それが原因となっている：
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機械的特性の利点
- ガラスよりも高い硬度と耐摩耗性（例えば、SiCフィラーのモース硬度は9であるのに対し、ガラスは5～6）。
- 一般的な基板とのCTE不整合が少ないため、熱サイクル下での寸法安定性が高い。
- パッケージングストレスを低減するため、半導体（SiやGaAsなど）のCTEに合わせた配合が可能。
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加工の利点
- 繊維の織り目の完全性を保つために最小厚みを必要としないため、最終製品の薄型化（50μmまで）が可能。
- ガラス繊維が折れたり整列したりする可能性のある射出成形や3Dプリンティング工程に適合します。
- プリントスルーがないため、メタライゼーション工程での表面仕上がりが良好です。
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特殊な用途
- レーダー吸収材料 (RAM) は、カスタマイズ可能な誘電体/磁性セラミック混合物から利益を得ます。
- 高電圧絶縁システムは、セラミックの優れた絶縁耐力 (>10 kV/mm) を利用します。
- 宇宙用途は、その耐放射線性とアウトガス安定性のためにセラミックを好みます。
総括表
| 特徴 | セラミックフィラー | ガラス補強材 |
|---|---|---|
| 熱伝導率 | 2～10倍高い（アルミナの場合～30W/mK） | 1-1.5 W/mK |
| 誘電チューニング | 調整可能Dk (4-100+) | 範囲限定 (4-6) |
| 等方性 | ランダムな粒子分布（織物効果なし） | 方向性（織り構造） |
| 機械的特性 | 高硬度、耐摩耗性、CTEマッチング | 低硬度、CTEミスマッチ |
| 加工の柔軟性 | 薄膜、3Dプリンティングに対応 | 完全性に必要な最小限の厚み |
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