Posljednjih su godina električna vozila, električne lokomotive, poluvodička rasvjeta, zrakoplovstvo, satelitske komunikacije i druga područja ušla u fazu brzog razvoja. Elektronički uređaji koji se koriste u ovim područjima rade pod uvjetima visoke struje, visoke temperature i visoke frekvencije. Kako bi se osigurala stabilnost rada uređaja i sklopa, na nosače čipova postavljaju se veći zahtjevi. Keramičke podloge nude izvrsnu toplinsku izvedbu, mikrovalna svojstva, mehanička svojstva i visoku pouzdanost, što ih čini široko primjenjivima u ovim područjima.
Na temelju materijala keramičke podloge, glavne vrste trenutno uključuju keramičke podloge od aluminijevog oksida, keramičke podloge od aluminijevog nitrida, keramičke podloge od silicij nitrida, keramičke podloge od silicij karbida, keramičke podloge od berilij oksida i keramičke podloge od bor nitrida.
1. Glinica
Aluminijeva keramika ima visoku tvrdoću, s tvrdoćom po Rockwellu od HRA 80–90, odmah iza dijamanta. Njihova otpornost na habanje je 266 puta veća od manganskog čelika i 171,5 puta veća od-kromnog lijevanog željeza, produžujući vijek trajanja opreme najmanje deset puta pod istim radnim uvjetima. Osim toga, keramičke podloge od aluminijevog oksida nude visoku toplinsku vodljivost, dobru otpornost i toplinsku stabilnost te nisku dielektričnu konstantu. Kao rezultat toga, postali su preferirani materijal za mikroelektroničke uređaje i sustave sljedeće-generacije i naširoko se koriste u zrakoplovstvu, 5G komunikacijama, poluvodičima velike{10}}snage, LED rasvjeti velike{11}}snage i drugim poljima.
2. Aluminijev nitrid
Keramika aluminij nitrida postala je vrlo popularan materijal u elektroničkoj industriji posljednjih godina, zahvaljujući svojoj visokoj toplinskoj vodljivosti (bliskoj onoj silicij karbida i berilijevog oksida, a 5-10 puta većoj od aluminijevog oksida), niskoj dielektričnoj konstanti i dielektričnim gubicima, dobrim električnim izolacijskim svojstvima i koeficijentu toplinske ekspanzije koji odgovara silicijskom i galijevom arsenidu. U usporedbi s keramikom od berilij oksida, keramika od aluminij nitrida je netoksična i ima niže troškove proizvodnje. Stoga je keramika od aluminij nitrida trenutno idealna keramička podloga i materijal za pakiranje visokih performansi, sa snažnim trendom postupne zamjene toksične keramike od berilij oksida i keramike od aluminijevog oksida niske učinkovitosti. Teoretska toplinska vodljivost keramike od aluminijeva nitrida može doseći 320 W/m·K. Aluminijev nitrid visoke čistoće je bezbojan i proziran, ali na njegova svojstva lako utječu kemijska čistoća i gustoća. Defekti rešetke kao što su nečistoće mogu uzrokovati raspršenje fonona i značajno smanjiti toplinsku vodljivost.
3. Silicijev nitrid
Silicijev nitrid, kao napredni keramički materijal, pokazuje izvrsna visokotemperaturna mehanička svojstva, kemijsku stabilnost, toplinsku vodljivost i električnu izolaciju, što ga čini vrlo obećavajućim elektroničkim supstratnim materijalom. Keramičke podloge od silicijevog nitrida pokazuju izvanredna mehanička svojstva pri visokim temperaturama, uključujući visoku otpornost na puzanje, otpornost na oksidaciju i otpornost na trošenje. To ih čini prikladnima za ekstremna okruženja kao što su zrakoplovna, energetska i petrokemijska industrija. U elektronici i upravljanju toplinom, keramičke podloge od silicijevog nitrida nude izvrsnu električnu izolaciju i visoku toplinsku vodljivost, ispunjavajući zahtjeve za rasipanjem topline i pakiranjem uređaja velike snage i visoke frekvencije. Naširoko se koriste u energetskim poluvodičkim modulima, podlogama visokofrekventnih krugova, elektroničkim sustavima visokih temperatura i drugim važnim scenarijima.
4. Borov nitrid
Keramika bor nitrida ima mnoga izvrsna svojstva. Bor nitrid ima ultra-visoku toplinsku vodljivost, s teoretskom vrijednošću za heksagonalne nanoploče bor nitrida od čak 1700-2000 W/(m·K). Također pokazuje dobru stabilnost na visokim temperaturama i otpornost na oksidaciju. Borov nitrid sublimira na 3000 stupnjeva, može se koristiti do 900 stupnjeva u oksidirajućoj atmosferi, do 2000 stupnjeva u vakuumu i do 2800 stupnjeva u inertnoj atmosferi. U pakiranju poluvodiča, keramički supstrati bor nitrida imaju toplinsku vodljivost tri puta veću od tradicionalnih supstrata aluminijevog oksida, čime se učinkovito poboljšava učinkovitost rasipanja topline čipa.
5. Silicijev karbid
SiC materijali se uglavnom dijele na monokristalne i keramičke vrste. Monokristalni SiC je širokopojasni poluvodički materijal treće generacije sa širokim pojasnim razmakom, visokom jakošću probojnog polja, niskim otporom pri uključivanju, velikom pokretljivošću zasićenih elektrona, visokom toplinskom vodljivošću i izvrsnom otpornošću na zračenje. Ova svojstva ga čine izuzetno prikladnim za elektroničke uređaje koji rade u teškim okruženjima poput visoke temperature ili visokog napona. Polikristalni SiC (tj. SiC keramika) ima dobru kemijsku stabilnost, otpornost na visoke temperature, otpornost na habanje i otpornost na koroziju te može pokazivati različite karakteristike ovisno o korištenim postupcima oblikovanja i sinteriranja.
6. Berilijev oksid
Keramičke podloge od berilij oksida imaju visoku toplinsku vodljivost, visoko talište, visoku čvrstoću, visoku izolaciju, visoku kemijsku i toplinsku stabilnost, nisku dielektričnu konstantu, male dielektrične gubitke i dobru prilagodljivost procesa. Posebno su prikladni za elektroničke uređaje velike snage s iznimno zahtjevnim zahtjevima za rasipanje topline. Međutim, BeO je otrovan materijal. Prašina koja nastaje tijekom proizvodnje i uporabe predstavlja ozbiljne rizike za ljudsko zdravlje i okoliš.