De siste årene har elektriske kjøretøy, elektriske lokomotiver, halvlederbelysning, romfart, satellittkommunikasjon og andre felt gått inn i en fase med rask utvikling. De elektroniske enhetene som brukes i disse feltene fungerer under høye strømforhold, høye temperaturer og høyfrekvente forhold. For å sikre stabiliteten til enhetens og kretsdriften stilles det høyere krav til brikkebærere. Keramiske underlag tilbyr utmerket termisk ytelse, mikrobølgeegenskaper, mekaniske egenskaper og høy pålitelighet, noe som gjør dem allment anvendelige i disse områdene.
Basert på det keramiske substratmaterialet inkluderer hovedtypene for tiden alumina keramiske substrater, aluminiumnitrid keramiske substrater, silisiumnitrid keramiske substrater, silisiumkarbid keramiske substrater, berylliumoksid keramiske substrater og bornitrid keramiske substrater.
1. Alumina
Alumina-keramikk har høy hardhet, med en Rockwell-hardhet på HRA 80–90, nest etter diamant. Deres slitestyrke er 266 ganger høyere enn for manganstål og 171,5 ganger større enn for høy-kromstøpejern, noe som forlenger utstyrets levetid med minst ti ganger under de samme driftsforholdene. I tillegg tilbyr alumina keramiske substrater høy varmeledningsevne, god resistivitet og termisk stabilitet, og en lav dielektrisk konstant. Som et resultat av dette har de blitt det foretrukne materialet for neste-generasjons mikroelektroniske enheter og systemer, og er mye brukt innen romfart, 5G-kommunikasjon, halvledere med høy-effekt, høy-LED-belysning og andre felt.
2. Aluminiumnitrid
Aluminiumnitridkeramikk har blitt et veldig populært materiale i elektronikkindustrien de siste årene på grunn av deres høye termiske ledningsevne (nær den for silisiumkarbid og berylliumoksid, og 5–10 ganger den for aluminiumoksid), lav dielektrisk konstant og dielektrisk tap, gode elektriske isolasjonsegenskaper og en ekspansjonskoeffisient for silkonium og gallium. Sammenlignet med berylliumoksidkeramikk er aluminiumnitridkeramikk ikke-giftig og har lavere produksjonskostnader. Derfor er aluminiumnitridkeramikk for tiden ideelle keramiske substrater og emballasjematerialer med høy ytelse, med en sterk trend til gradvis å erstatte giftig berylliumoksidkeramikk og aluminiumoksidkeramikk med lav ytelse. Den teoretiske termiske ledningsevnen til aluminiumnitridkeramikk kan nå 320 W/m·K. Høyrent aluminiumnitrid er fargeløst og gjennomsiktig, men egenskapene påvirkes lett av kjemisk renhet og tetthet. Gitterdefekter som urenheter kan forårsake fononspredning og redusere termisk ledningsevne betydelig.
3. Silisiumnitrid
Silisiumnitrid, som et avansert keramisk materiale, viser utmerkede mekaniske egenskaper ved høy temperatur, kjemisk stabilitet, termisk ledningsevne og elektrisk isolasjon, noe som gjør det til et svært lovende elektronisk substratmateriale. Keramiske underlag av silisiumnitrid viser fremragende mekaniske egenskaper ved høy temperatur, inkludert høy krypemotstand, oksidasjonsmotstand og slitestyrke. Dette gjør dem egnet for ekstreme miljøer som romfart, energi og petrokjemisk industri. Innen elektronikk og termisk styring tilbyr keramiske silisiumnitridsubstrater utmerket elektrisk isolasjon og høy varmeledningsevne, og oppfyller kravene til varmespredning og emballasje til høyfrekvente enheter med høy effekt. De er mye brukt i krafthalvledermoduler, høyfrekvente kretssubstrater, høytemperatur elektroniske systemer og andre viktige scenarier.
4. Bornitrid
Bornitridkeramikk har mange utmerkede egenskaper. Bornitrid har ultrahøy termisk ledningsevne, med en teoretisk verdi for sekskantede bornitrid nanoark så høy som 1700–2000 W/(m·K). Den viser også god stabilitet ved høye temperaturer og oksidasjonsmotstand. Bornitrid sublimerer ved 3000 grader, kan brukes opptil 900 grader i en oksiderende atmosfære, opptil 2000 grader i vakuum og opptil 2800 grader i en inert atmosfære. I halvlederemballasje har bornitrid keramiske substrater en termisk ledningsevne som er tre ganger høyere enn tradisjonelle aluminiumoksydsubstrater, noe som effektivt forbedrer sponens varmeavledningseffektivitet.
5. Silisiumkarbid
SiC-materialer er hovedsakelig delt inn i enkeltkrystall- og keramiske typer. Single-crystal SiC er et tredjegenerasjons halvledermateriale med bred båndgap med stort båndgap, høy nedbrytningsfeltstyrke, lav på-motstand, høy mettet elektronmobilitet, høy varmeledningsevne og utmerket strålingsmotstand. Disse egenskapene gjør den ekstremt egnet for elektroniske enheter som opererer i tøffe miljøer som høy temperatur eller høy spenning. Polykrystallinsk SiC (dvs. SiC-keramikk) har god kjemisk stabilitet, høy temperaturbestandighet, slitestyrke og korrosjonsbestandighet, og kan vise forskjellige egenskaper avhengig av formings- og sintringsprosessene som brukes.
6. Berylliumoksid
Berylliumoksid keramiske substrater har høy termisk ledningsevne, høyt smeltepunkt, høy styrke, høy isolasjon, høy kjemisk og termisk stabilitet, lav dielektrisk konstant, lavt dielektrisk tap og god prosess tilpasningsevne. De er spesielt egnet for elektroniske enheter med høy effekt med ekstremt krevende varmespredningskrav. BeO er imidlertid et giftig materiale. Støvet som genereres under produksjon og bruk utgjør en alvorlig risiko for menneskers helse og miljøet.