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特集:将来の柱となる新製品創出への挑戦

 

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写真:将来の柱となる新製品創出への挑戦

日本ガイシグループが今後も持続的に成長していくためには、将来の事業の柱となる新製品を創出していく継続的な取り組みが不可欠です。

セラミック技術の先進性を活かして、強い事業をさらに強くするとともに、強い事業の周辺領域やコアテクノロジーを活かせる領域で新製品を創出していく方針です。

新製品の創出につながる開発テーマの探索活動を強化するため、新事業企画室を2012年4月に新設したほか、電子デバイス用ウエハーやサブナノセラミック膜などの有望な開発テーマについては、機能横断的な推進体制を組んで早期の事業化を目指しています。

  • 特集(1) 電子デバイス用ウエハー
  • 特集(2) サブナノセラミック膜

通信に、照明に、日本ガイシのウエハーが新分野で課題を解決する

超高輝度LED用窒化ガリウム(GaN)ウエハー/明るさ20倍のLED

SAWフィルター用複合ウエハー/低コストで高品質な通信を可能にする複合ウエハー

日本ガイシの今後の成長を担う新事業分野の一つは、半導体や電子部品の基板となる電子デバイス用ウエハーの分野。

世界初の製法による「GaNウエハー」や異種の素材を組み合わせた「複合ウエハー」などセラミックスで培った独自技術を活かした製品が誕生しています。

日本ガイシのセラミック技術とウエハー

日本ガイシは2012年、セラミックス分野で培った材料技術を活かして高機能・高品質の電子デバイス用ウエハーを生み出すことを目指し、「ウエハープロジェクト」をスタートさせました。同プロジェクトでは、すでにスマートフォンなどに使われる表面弾性波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィルター用の複合ウエハーや、高輝度発光ダイオード(LED)に用いられる窒化ガリウム(GaN)ウエハーを開発しています。

これらのウエハーは「材料を磨く技術」「貼り合わせる技術」「結晶を育てる技術」など、当社の保有するコア技術の応用によって誕生した独自製品であり、2013年5月には「SAWフィルター用複合ウエハーの開発」が、日本ファインセラミックス協会から技術振興賞を受賞しています。

超高輝度LED 用窒化ガリウム(GaN)ウエハー

明るさ20倍のLED

GaN(窒化ガリウム)は、青色発光ダイオード(LED)の材料としてすでに一般的になっています。しかし、従来のサファイア基板を用いた製造方法では、GaN結晶の欠陥(原子の並びの乱れ)が多く、これをLEDにしたときのエネルギー効率や輝度に限界がありました。

日本ガイシが開発した世界初の製造法は、無色透明でかつ欠陥密度(単位面積あたりの欠陥の個数)が従来の100分の1以下という高品質GaNウエハーの製造を可能にします。このGaNウエハーを基板に用いれば、従来に比べ明るさが約20倍という画期的な高性能LEDが実現できます。従来のLEDは、性能面の限界から自動車のヘッドライトや大規模照明などの高輝度が必要な機器への使用が難しかったのですが、新しいウエハーはこうした新分野へのLED適用にも道を開くものです。

さらにGaNは、大電力の制御に使われる半導体「パワー半導体」の新材料としても期待を集めています。当社では今後、電力ロスが少なく、省エネルギーに寄与できるGaNパワー半導体の分野にも適用できるよう、さらに高品質化・大口径化を進めていきます。

市販のLED

図:市販のLED

日本ガイシのGaNウエハーを用いた超高輝度LED

図:日本ガイシのGaNウエハーを用いた超高輝度LED

超高輝度LEDの用途例

写真:自動車のヘッドライト、街路灯、工場照明自動車のヘッドライト

写真:自動車のヘッドライト、街路灯、工場照明街路灯

写真:自動車のヘッドライト、街路灯、工場照明工場照明

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SAWフィルター用複合ウエハー

低コストで高い通信品質を実現

SAWフィルターは、携帯電話などの通信機器の内部において特定周波数の電波をふるい分ける役割を担う電子デバイスです。しかし、従来のSAWフィルターには「熱による伸縮が大きい」という弱点がありました。LTE(高速データ通信規格)に対応したスマートフォンやタブレット端末の普及が進んでいますが、温度変化に弱いこれまでのSAWフィルターでは、こうした新規格の通信機器に対応できないため、現在はSAWフィルターの代わりに特殊なデバイスが使用されています。しかしこのデバイスの製造には大規模な設備が必要で、製造コストとエネルギー消費の増加などが課題となっていました。

日本ガイシが開発した「複合ウエハー」は、従来の基板材質の下面に温度変化による伸縮の少ないシリコンを貼り合わせることで、熱膨張を従来の3分の1以下に抑えた製品です。この複合ウエハーを材料に用いることによりLTEはもちろん、より高速の通信規格である次世代LTEにも対応できる「温度変化に強いSAWフィルター」が実現します。また、フィルターメーカーは既存のSAWフィルター製造設備がそのまま使えるため、現在よりもエネルギー消費やCO2排出量を低減できます。当社ではすでにこの複合ウエハーの量産体制を整備しており、2013年度中の市場投入を目指しています。

従来のSAWフィルター

図:従来のSAWフィルター

複合ウエハーを用いたSAWフィルター

図:複合ウエハーを用いたSAWフィルター

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開発者の声

写真:坂井 正宏日本ガイシ 研究開発本部 坂井 正宏

これからも市場ニーズを起点に、社会に役立つ製品の創出を目指します。

別の材料(サファイア)でできた基板の上にGaNの薄い層を形成する従来のGaNウエハー製造法は、GaN層に欠陥が生じやすく、LEDの性能に限界がありました。基板の材料も同じGaNにすれば良いことは以前から分かっており、世界中の企業や研究機関がこれに挑戦してきたのですが、なかなかうまくいかない状況でした。そうした中で、当社はコア技術である「セラミックス結晶を宝石のように大きく成長させる技術」の応用により技術ブレークスルーを達成、欠陥の非常に少ない高品質GaNの製造を可能にしました。

これからも市場のニーズに、自社の技術シーズを最適にマッチングさせることで、社会に役立つ新技術・新製品を生み出していこうと思います。


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