V posledných rokoch vstúpili elektrické vozidlá, elektrické lokomotívy, polovodičové osvetlenie, letectvo, satelitná komunikácia a ďalšie oblasti do fázy rýchleho rozvoja. Elektronické zariadenia používané v týchto oblastiach fungujú pri vysokom prúde, vysokej teplote a vysokej frekvencii. Pre zabezpečenie stability prevádzky zariadenia a obvodu sú na nosiče čipov kladené vyššie nároky. Keramické substráty ponúkajú vynikajúce tepelné vlastnosti, mikrovlnné vlastnosti, mechanické vlastnosti a vysokú spoľahlivosť, vďaka čomu sú v týchto oblastiach široko použiteľné.
Na základe materiálu keramického substrátu hlavné typy v súčasnosti zahŕňajú keramické substráty z oxidu hlinitého, keramické substráty z nitridu hliníka, keramické substráty z nitridu kremíka, keramické substráty z karbidu kremíka, keramické substráty na báze oxidu berýlia a keramické substráty z nitridu bóru.
1. Alumina
Keramika z oxidu hlinitého má vysokú tvrdosť s tvrdosťou podľa Rockwella HRA 80–90, na druhom mieste za diamantom. Ich odolnosť proti opotrebeniu je 266-krát väčšia ako v prípade mangánovej ocele a 171,5-krát väčšia ako v prípade liatiny s vysokým -chrómom, čím sa životnosť zariadenia predlžuje najmenej desaťkrát za rovnakých prevádzkových podmienok. Okrem toho keramické substráty z oxidu hlinitého ponúkajú vysokú tepelnú vodivosť, dobrý odpor a tepelnú stabilitu a nízku dielektrickú konštantu. V dôsledku toho sa stali preferovaným materiálom pre mikroelektronické zariadenia a systémy ďalšej{8}}generácie a sú široko používané v leteckom priemysle, 5G komunikáciách,-vysokovýkonných polovodičoch, vysokovýkonnom osvetlení LED{11}}a ďalších oblastiach.
2. Nitrid hliníka
Keramika z nitridu hliníka sa v posledných rokoch stala veľmi obľúbeným materiálom v elektronickom priemysle vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti (blízkej vodivosti karbidu kremíka a oxidu berýlia a 5–10-krát vyššej ako má oxid hlinitý), nízkej dielektrickej konštante a dielektrickej strate, dobrým elektrickým izolačným vlastnostiam a koeficientu tepelnej rozťažnosti, ktorý zodpovedá kremíku a gáliu. V porovnaní s keramikou z oxidu berylnatého je keramika z nitridu hliníka netoxická a má nižšie výrobné náklady. Keramika z nitridu hliníka je preto v súčasnosti ideálnym vysokovýkonným keramickým substrátom a obalovým materiálom so silným trendom postupne nahrádzať toxickú keramiku z oxidu berýliového a keramiku z oxidu hlinitého s nízkym výkonom. Teoretická tepelná vodivosť keramiky z nitridu hliníka môže dosiahnuť 320 W/m·K. Vysoko čistý nitrid hliníka je bezfarebný a transparentný, ale jeho vlastnosti sú ľahko ovplyvnené chemickou čistotou a hustotou. Poruchy mriežky, ako sú nečistoty, môžu spôsobiť rozptyl fonónov a výrazne znížiť tepelnú vodivosť.
3. Nitrid kremíka
Nitrid kremíka, ako pokročilý keramický materiál, vykazuje vynikajúce vysokoteplotné mechanické vlastnosti, chemickú stabilitu, tepelnú vodivosť a elektrickú izoláciu, čo z neho robí veľmi sľubný elektronický substrátový materiál. Keramické substráty z nitridu kremíka vykazujú vynikajúce mechanické vlastnosti pri vysokých teplotách, vrátane vysokej odolnosti proti tečeniu, odolnosti voči oxidácii a odolnosti proti opotrebovaniu. Vďaka tomu sú vhodné do extrémnych prostredí, ako je letecký, energetický a petrochemický priemysel. V elektronike a tepelnom manažmente ponúkajú keramické substráty z nitridu kremíka vynikajúcu elektrickú izoláciu a vysokú tepelnú vodivosť, čím spĺňajú požiadavky na rozptyl tepla a balenie vysokovýkonných a vysokofrekvenčných zariadení. Sú široko používané vo výkonových polovodičových moduloch, substrátoch vysokofrekvenčných obvodov, vysokoteplotných elektronických systémoch a iných dôležitých scenároch.
4. Nitrid bóru
Keramika z nitridu bóru má mnoho vynikajúcich vlastností. Nitrid bóru má ultra vysokú tepelnú vodivosť s teoretickou hodnotou pre šesťhranné nanovrstvy z nitridu bóru až 1700–2000 W/(m·K). Vykazuje tiež dobrú stabilitu pri vysokých teplotách a odolnosť proti oxidácii. Nitrid bóru sublimuje pri 3000 stupňoch, možno ho použiť až do 900 stupňov v oxidačnej atmosfére, až do 2000 stupňov vo vákuu a až do 2800 stupňov v inertnej atmosfére. V polovodičovom balení majú keramické substráty z nitridu bóru trojnásobnú tepelnú vodivosť ako tradičné substráty z oxidu hlinitého, čo účinne zlepšuje účinnosť odvádzania tepla čipom.
5. Karbid kremíka
SiC materiály sa delia hlavne na monokryštálové a keramické typy. Monokryštalový SiC je polovodičový materiál tretej generácie so širokým pásmovým odstupom so širokým pásmovým odstupom, vysokou prieraznou silou poľa, nízkym odporom pri zapnutí, vysokou pohyblivosťou nasýtených elektrónov, vysokou tepelnou vodivosťou a vynikajúcou odolnosťou voči žiareniu. Vďaka týmto vlastnostiam je mimoriadne vhodný pre elektronické zariadenia pracujúce v náročných prostrediach, ako sú vysoké teploty alebo vysoké napätie. Polykryštalický SiC (tj SiC keramika) má dobrú chemickú stabilitu, odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť proti opotrebovaniu a korózii a môže vykazovať rôzne charakteristiky v závislosti od použitých procesov tvarovania a spekania.
6. Oxid berýlia
Keramické substráty s oxidom berýlium sa vyznačujú vysokou tepelnou vodivosťou, vysokým bodom topenia, vysokou pevnosťou, vysokou izoláciou, vysokou chemickou a tepelnou stabilitou, nízkou dielektrickou konštantou, nízkymi dielektrickými stratami a dobrou prispôsobivosťou procesu. Sú vhodné najmä pre vysokovýkonné elektronické zariadenia s extrémne náročnými požiadavkami na odvod tepla. BeO je však toxický materiál. Prach vznikajúci pri výrobe a používaní predstavuje vážne riziko pre ľudské zdravie a životné prostredie.