セラミック基板 AlN

パワー電子用窒化アルミニウム

多層アルミニウムナイトライド（AlN）基板・パッケージ — 170–180 W/m·K、最大15層の内部配線
TDKのAlN多層基板・パッケージは、ワイドバンドギャップ電力半導体向けに設計されており、高い熱伝導、SiC/GaN/Siと整合する熱膨張、先進的な多層配線・シールド機能を組み合わせることで、電力密度の向上、熱除去性能の改善、フットプリントの縮小、信頼性の向上を実現します。

AlNセラミックス

• 高効率の熱拡散と優れた絶縁特性
  AlNは他の多くのセラミックや基板材料に比べて非常に高い熱伝導率を持ちます（約170–180 W/m·K）。
• 組み込みシールドによるEMI低減
  多層アーキテクチャにより、放射源近傍に内部シールド層を配置できます。
• コンパクトなパッケージ・基板を可能にする多層設計
  顧客仕様の基板や3Dパッケージングで最大15層の内部配線が可能です。

主な利点（詳細）
高効率の熱拡散と優れた絶縁特性

• 高い熱伝導率（約170–180 W/m·K）により、同等の熱を除去するための基板フットプリントをAl2O3やSi3N4と比べて大幅に小さくできます。
• 熱膨張係数がSiC、GaN、Siに近く、長期にわたる機械的・熱的接合の安定性を確保します。

組み込みシールドによるEMI低減

• シールド層を多層基板内部に配線できるため、EMI発生箇所に局所的に保護を配置できます。
• 外部フィルタの必要性を低減または排除でき、システムの複雑性・コストを抑えられます。

より小型でコンパクトなパッケージと基板

• 多層配線により電力密度が向上し、フットプリントを最小化、ループインダクタンスを低減できます（最大15層の内部配線対応）。
• 短い電気接続により寄生成分が低下し、高いスイッチング周波数が可能となり、小型パッシブ部品の採用やシステムコストの低減に寄与します。

熱拡散とフットプリント
AlNは高い熱伝導性により発熱源から非常に局所的（ほぼ球状）に熱を広げます。特定の発熱源と出力に対して、AlNはSi3N4やAl2O3に比べて非常に小さい基板フットプリントを実現します。典型的なフットプリント削減：Si3N4比で約5倍、Al2O3比で最大約12倍。これによりエンクロージャサイズ、ループインダクタンス、熱管理コストが低減されます。

電力電子を次のレベルに導く機能
ワイドバンドギャップ半導体は高性能スマート基板の恩恵を受けます。主な機能は以下の通りです：

• シールド層 — EMI抑制のため基板内部に配線されたシールド層。
• 寄生インダクタンスの排除 — 逆並列配線や多層配線により寄生インダクタンスを最小化。
• 埋め込みFaradayケージ — 電力・信号ラインのEMI低減のための局所シールド構造。
• バスバーの統合 — 相電流分配と局所デカップリングのための多層バスバー実装。
• 埋め込み温度測定 — ダイ下に配置したタングステン等の構造で高速温度検出。
• 部品埋め込み用キャビティ — ダイや部品の近接配置、平坦な上面、制御基板への距離短縮を可能にするキャビティ。
• 電力用ビア — 上下層間での大電流伝送用銅ラミネートビア。
• マルチサブストレートアプローチ — スタック基板やキャビティ統合により追加の熱経路を提供し、代替接続（例：銀シンタリング）使用時にボンドワイヤを不要にすることが可能。

材料特性
セラミックス：単層または多層のアルミニウムナイトライド（AlN）
25 °Cでの熱伝導率：170–180 W/m⋅K
引張強度限界（曲げ強度）：450–500 MPa
ヤング率：320 GPa
熱膨張係数：4.7 ppm/K
比誘電率：≈8.7
絶縁抵抗 @ 500 V (25 °C)：7.0 × 10^14 Ω
絶縁破壊強度：30 kV/mm
損失係数（tan delta）：2.0 × 10^-14

特性 / 技術仕様

• 熱伝導率：≈170–180 W/m⋅K（25 °C時）
• 引張強度限界（曲げ強度）：450–500 MPa
• ヤング率：≈320 GPa
• 熱膨張係数：≈4.7 ppm/K（SiC/GaN/Siと互換性あり）
• 比誘電率：≈8.7
• 絶縁抵抗 @500 V (25 °C)：≈7.0 × 10^14 Ω
• 絶縁破壊強度：≈30 kV/mm
• 損失係数（tan δ）：≈2.0 × 10^-14
• 多層配線：最大15層の内部配線
• 組み込みEMIシールド層とFaradayケージオプション
• 高電流伝送向け銅ラミネート電力ビア
• 埋め込み温度検出や部品埋め込み用キャビティのオプション
• 典型的なフットプリント削減：Si3N4比で約5×、Al2O3比で最大約12×（同等の熱除去で）