アドバンストセラミックスの誘電率

について 誘電率としても知られている。 比誘電率(εr)誘電率(ε₀)とは、物質が電界中でどれだけ電気エネルギーを蓄えられるかを示す尺度である。真空の誘電率(ε₀)に対する材料の誘電率の比を表す。誘電率が高いほど電荷を蓄える能力が高いことを意味し、コンデンサ、絶縁体、高周波電子部品において重要である。

アドバンストセラミック材料は、その誘電特性の違いから、高周波、ハイパワー、マイクロ波、レーダー、パッケージング分野で広く使用されています。選定に際しては、動作周波数、熱管理、機械構造、寸法精度などの総合的な要因に基づいて、最適な材料の組み合わせを評価する必要があります。

アドバンストセラミックス-電気的特性-誘電率

セラミックスにおける誘電率の重要性

セラミック材料は、その特性から電子機器や電気絶縁に広く使用されている:

  • 高い絶縁耐力
  • 安定した熱的・電気的性能
  • 低誘電損失
  • 耐腐食性と耐環境劣化性

誘電率は、次のような場面で重要な役割を果たす。 RF部品、基板、コンデンサ、アンテナそして 半導体パッケージ.適切な誘電率を持つ適切なセラミック材料を選択することで、特に高周波と高温環境において最適な性能が保証されます。

セラミックスの誘電率に影響を与える要因

  • 結晶構造:極性構造を持つ材料は一般に高いεrを示す。
  • 温度:誘電率は、材料の種類によって、温度によって増減します。
  • 周波数:高周波では、双極子分極が減少するため、εrはしばしば減少する。
  • 気孔率:空隙率が高いほど、空気の存在によりεrが低くなる(εr≈1)。
  • 粒度と密度:通常、粒が細かく密度が高いほど、εrの一貫性が向上する。

誘電損失と周波数安定性

一方、εrは電荷貯蔵能力を決定する、 誘電損失 はエネルギー散逸を測定する。PTFEやh-BNのような材料は、エネルギー散逸が非常に大きい。 低タンデルタ高周波RF設計に適している。

もうひとつの要因は 周波数依存.ジルコニアのような一部のセラミックは誘電率が高いが、GHz帯では損失が大きく不安定であるのに対し、AlNやSi₃N₄はより安定している。

一般的なセラミック材料の誘電率

セラミック素材 誘電率 (εr) 特徴
アルミナ(Al₂O₃) 9-10 低損失、安定した構造、費用効果が高い
ジルコニア (ZrO₂)  18-25 高強度、高熱膨張
ZTA20(ジルコニア強化アルミナ) 12-15 強度と誘電特性を併せ持つ
窒化ケイ素 (Si₃N₄) 7-8 高強度、低誘電損失
窒化アルミニウム(AlN)  8.5-9 高熱伝導性、低誘電損失
炭化ケイ素(SiC)  9.7-10.2 優れた高周波安定性
酸化ベリリウム (BeO) 6.5-7.5 高い熱伝導率、低いεr
六方晶窒化ホウ素(h-BN) ~4 非常に低いεr、優れた熱安定性
MGC(マシナブル・グラス・セラミック) 5.6 CNC切削加工が可能で、マイクロ波構造に最適

*データは参考値です。

材料選択ガイド:誘電率に基づくセラミックスの選択

アプリケーションの方向性 推奨素材 理由
高周波/低損失 AlN, BeO, h-BN 低εr + 低損失 + 高熱伝導率
電源パッケージング/冷却 AlN、Al₂O₃ 適度なεr + 優れた放熱性
レーダードーム/アンテナカバー MGC、BeO 良好な加工性 + 低εr
高周波コンデンサ ZrO₂, ZTA 高いεrと優れた機械的強度
マイクロ波構造 MGC 加工が容易+安定した誘電性能

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アドバンストセラミックの誘電特性を理解することは、電気および電子用途で使用する適切な材料を選択する上で非常に重要です。RF 部品、パワーエレクトロニクス、または熱管理システムのいずれであっても、当社の材料は業界をリードする性能、耐久性、および精度を提供します。

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誘電率: セラミックスと他の材料

材料選択におけるセラミック誘電率の利点を理解していただくために、以下の表でセラミック材料と一般的な絶縁体材料、電子産業材料、高分子プラスチックを比較しています:

*データは参考値です。

セラミック誘電率に基づく用途

  • 用途RFアンテナ、パワーアンプ基板、フィルター
  • 主な利点AlNは適度な誘電率(~9)と超高熱伝導率(170~200W/m・K)を持ち、信号遅延と熱蓄積を低減します。
  • ケーススタディある5G基地局サプライヤーは、アルミナ基板の代わりにAlNを採用し、アンプの熱管理を30%改善し、信号の安定性を大幅に向上させた。
  • 用途衛星レーダーシステム、マイクロ波共振器、アンテナ窓
  • 主な利点BeOはεrが低く(6.5-7.5)、熱伝導率が非常に高い(330W/m・K)ため、マイクロ波信号の損失を最小限に抑え、伝送を改善します。
  • ケーススタディある衛星メーカーがマイクロ波ウインドウにBeOを使用し、石英に比べて20%の小型化を実現し、同時に信号感度を向上させた。
  • 用途ICパッケージ、パワーモジュール、LED基板
  • 主な利点アルミナは優れた絶縁性(絶縁耐力>15kV/mm)と安定した比誘電率(~9.8)を持ち、高密度実装に適している。
  • ケーススタディあるパワー半導体メーカーは、96%アルミナセラミック基板をMOSFETモジュールに採用し、絶縁性を向上させ、優れた熱伝導性を維持しました。
  • 用途レーダー構造、マイクロ波フォトニックデバイス、シグナルカプラー
  • 主な利点安定したεr(~5.6)、CNCによる加工が容易、複雑なRF/マイクロ波設計に適しています。
  • ケーススタディある防衛通信会社は、マイクロ波供給構造にMGCを使用しました。石英と比較して、加工時間は30%短縮され、寸法安定性も向上しました。
  • 用途高電圧コンデンサー、プラズマ装置、インピーダンス整合器
  • 主な利点高誘電率(18-25)、高エネルギー密度を必要とする用途に最適。
  • ケーススタディプラズマ装置メーカーがプラズマフィールドキャパシタの誘電体層としてZrO₂を使用し、同じエネルギー蓄積でよりコンパクトな設計を可能にした。

人気の先端セラミック材料

よくある質問(FAQ)

その結晶構造、密度、電子構成は多様である。高いεrのために設計されたものもあれば、絶縁性を優先したものもある。

必ずしもそうではない。高周波または高速アプリケーションの場合、 低εr そして 低損失タンジェント の方が望ましいことが多い。

窒化アルミニウム(AlN) そして 酸化ベリリウム (BeO) いずれも優れた熱伝導性と適度なεrを備えている。

一般的な方法には以下のようなものがある:

  • 共振空洞方式

  • インピーダンス解析

  • パラレルプレートセットアップによる静電容量測定

通常、以下の間である。 4-10 は高周波基板に適していると考えられている。 より高い値(>20) コンデンサーに使用される。

ジルコニア そして チタン酸バリウム (表には含まれていない)は、非常に高い誘電率を持つことがある。 1000 後者の場合

セラミックは 温度により安定を持っている。 より優れた耐老化性そして より高い熱伝導性に最適である。 過酷な環境.

アルミナセラミックスの誘電率は、以下の通りである。 9-10そのため汎用性が高く、エレクトロニクス分野で広く使用されている。