PCBニュース - 絶縁基板：電子機器の信頼性を支える核心材料

現代の電子機器は、スマートフォンから電気自動車のパワーモジュールまで、さまざまな場面で高性能を求められる時代を迎えています。その基盤となるのが絶縁基板です。この基板は、導電性の銅回路を支えつつ、電気的な絶縁を確保する役割を果たし、回路の安定性と安全性を直接左右します。特に、高電圧や高熱が発生する環境では、絶縁性能が劣化すると短絡や故障の原因となり、製品全体の信頼性を損なうことになります。

絶縁基板の材料として最も広く使われているのがFR-4と呼ばれるガラスエポキシ樹脂です。ガラス繊維の布にエポキシ樹脂を含浸させ、銅箔を張った構造で、耐熱性と機械的強度に優れています。日常的な家電やコンピュータの多層基板に欠かせない存在ですが、近年はさらに厳しい条件に対応するため、改良版の高Tg（ガラス転移温度）素材やハロゲンフリータイプが登場しています。これらは、鉛フリーはんだの高温プロセスにも耐え、環境負荷を低減する点で注目を集めています。 

図　RF　PCB

一方で、放熱性が求められるアプリケーションではセラミック絶縁基板が活躍します。アルミナや窒化ケイ素を基材に銅回路を接合したタイプは、熱伝導率が高く、パワー半導体やLED照明、電動車両のインバーターに不可欠です。窒化ケイ素基板は特に強度と耐熱サイクル性に優れ、厚い銅回路を形成可能で、高出力化と小型化を同時に実現します。活性金属接合法（AMB）やダイレクトボンドカッパー（DBC）技術により、銅とセラミックスの接合信頼性が向上し、長寿命のモジュールを提供しています。 

金属ベースの絶縁基板も忘れられません。アルミニウム板に薄い絶縁層を形成し、銅箔を配置したIMS（Insulated Metal Substrate）は、優れた放熱性能で高発熱部品に適しており、自動車のヘッドランプや産業機器で活用されています。絶縁層の厚さや材料選定により、耐電圧と熱抵抗をバランスよく調整でき、セラミックの高コストを避けたい場面で有効です。 

絶縁基板の性能は、単なる電気的隔離にとどまりません。耐熱性、耐湿性、耐薬品性、機械的強度も重要で、厳しい温度変化にさらされるパワーデバイスでは、熱膨張係数の一致が信頼性を決める鍵となります。近年、EVや再生可能エネルギーの普及により、絶縁基板の需要は急増しており、厚銅対応や応力緩和層の導入で、さらに高い信頼性が追求されています。

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