Je to práve preto, že substráty vyrobené z pokročilých keramických materiálov majú výkon nedosiahnuteľný tradičnými doskami plošných spojov (PCB) a vďaka pokrokom vo výrobnej technológii, vďaka ktorým sú cenovo dostupné, môžu spĺňať požiadavky na dlhodobú-spoľahlivosť a vysokú flexibilitu dizajnu v čoraz väčšom počte aplikácií vrátane leteckých, obranných, medicínskych, automobilových a satelitných systémov.
Konkrétne, na rozdiel od tradičných dosiek plošných spojov-na živici sa HIC spoliehajú na keramické substráty, ktoré integrujú vzájomne prepojené funkčné komponenty a poskytujú obaly. Dedia výhody keramických materiálov-odolnosť voči teplu, korózii, vynikajúcu hermetickosť a-dlhodobú stabilitu. Okrem ich počiatočného použitia vo vojenskom a leteckom priemysle sú tieto vlastnosti obzvlášť dôležité pre rozvíjajúce sa trhy. Napríklad:
Vesmírne satelity: Po vypustení nie je možné opraviť alebo vymeniť časti. Dosky plošných spojov, ktoré čelia extrémnym výkyvom teplôt v priestore, nielenže trpia zlyhaním spájkovaného spoja v dôsledku nesúladu CTE (koeficient tepelnej rozťažnosti) s čipmi, ale tiež dochádza k úniku plynu, starnutiu a kontaminácii alebo poškodeniu citlivých komponentov.
Kardiostimulátory: Po implantácii nesmú zlyhať a nemožno ich otvoriť na opravu. Komplex v-prostredí tela spolu s vonkajšími kolíziami a vibráciami predstavuje riziko. Dosky plošných spojov pomaly unikajú, vodiče ľahko korodujú a spájkované spoje riskujú prasknutie v dôsledku vibrácií alebo vonkajšej sily-, vďaka čomu nebudú schopné vydržať roky spoľahlivej prevádzky.
Invertory elektrických vozidiel (EV): Výkonové moduly generujú značné teplo a musia odolávať mechanickému namáhaniu a vibráciám z vnútorných aj vonkajších zdrojov. PCB majú tepelnú vodivosť len asi 0,2–0,4 W/m·K a nedostatočnú mechanickú pevnosť. Akákoľvek porucha môže viesť k vážnym dopravným nehodám.
Z pohľadu podkladových materiálov:
Alumina (Al₂O₃) ponúka vynikajúcu nákladovú-efektívnosť a odolnosť proti korózii.
Zirkónom-tvrdený oxid hlinitý (ZTA) možno považovať za vylepšený oxid hlinitý so zlepšenou odolnosťou proti nárazu.
Nitrid hliníka (AlN) má oveľa vyššiu tepelnú vodivosť ako PCB a nízky CTE, vďaka čomu je obzvlášť vhodný do prostredia s výraznými teplotnými výkyvmi.
Nitrid kremíka (Si₃N₄) vyvažuje mechanické a tepelné vlastnosti a vyznačuje sa tiež dobrou odolnosťou proti tepelným šokom, nízkymi dielektrickými stratami a nízkym koeficientom rozťažnosti-často považovaným- za všestranný výkon.
Medzi ďalšie špecializované keramické substrátové materiály patrí oxid berýlium (BeO), mullit (3Al203·2SiO2) a karbid kremíka (SiC). Každý z nich má významné nevýhody, ale aj jedinečné vlastnosti: BeO má vysokú tepelnú vodivosť, ale je toxický; mullit má extrémne nízku dielektrickú konštantu, ale zlú tepelnú vodivosť; SiC ponúka vynikajúci celkový výkon, ale jeho polovodičová povaha môže spôsobiť rušenie signálu v integrovaných obvodoch. Kvôli týmto obmedzeniam sú takéto keramické substráty takmer viazané na veľmi malé, vlastné aplikácie.
Ako základná platforma pre hybridné integrované obvody prechádzajú keramické substráty následnými procesmi, ako je opracovanie laserom na vytvorenie priechodov, drážok a výrezov, vrátane výroby 3D štruktúr-otvárajúcich možnosti pre nové elektronické zariadenia. Nasleduje metalizácia (hrubý film, tenký film) a potom technológie spoločného{3}}vypaľovania (HTCC, LTCC), ktoré spekajú elektródové materiály, substráty a elektronické súčiastky v jedinom kroku, aby sa dosiahla vysoká integrácia.
HIC držia krok s rastúcim dopytom po polovodičových čipoch poháňaných spotrebnou elektronikou, telekomunikáciami, dátovými centrami AI, automobilovým priemyslom (elektrické vozidlá a elektrifikácia vozidiel) a trendmi dekarbonizácie v energetickom sektore (veterná, solárna). To znamená, že trh výroby keramických substrátov a presného obrábania sa tiež neustále rozširuje.