В останні роки електричні транспортні засоби, електровози, напівпровідникове освітлення, аерокосмічна техніка, супутниковий зв’язок та інші сфери увійшли у фазу швидкого розвитку. Електронні пристрої, які використовуються в цих областях, працюють в умовах сильного струму, високої температури та високої частоти. Для забезпечення стабільності роботи пристроїв і схем до носіїв мікросхем пред'являються підвищені вимоги. Керамічні підкладки пропонують відмінні теплові властивості, мікрохвильові властивості, механічні властивості та високу надійність, що робить їх широко застосовними в цих областях.
Виходячи з матеріалу керамічної підкладки, основні типи в даний час включають керамічні підкладки з оксиду алюмінію, керамічні підкладки з нітриду алюмінію, керамічні підкладки з нітриду кремнію, керамічні підкладки з карбіду кремнію, керамічні підкладки з оксиду берилію та керамічні підкладки з нітриду бору.
1. Глинозем
Глиноземна кераміка має високу твердість, твердість за Роквеллом HRA 80–90, поступаючись лише алмазу. Їхня зносостійкість у 266 разів вища, ніж у марганцевої сталі, і в 171,5 разів вища, ніж у чавуну з високим вмістом -хрому, що подовжує термін служби обладнання принаймні в десять разів за однакових умов експлуатації. Крім того, керамічні підкладки з оксиду алюмінію мають високу теплопровідність, хороший питомий опір і термостабільність, а також низьку діелектричну проникність. У результаті вони стали кращим матеріалом для мікроелектронних пристроїв і систем наступного-покоління та широко використовуються в аерокосмічній галузі, зв’язку 5G, потужних-напівпровідниках,-потужному світлодіодному освітленні та інших галузях.
2. Нітрид алюмінію
Кераміка з нітриду алюмінію в останні роки стала дуже популярним матеріалом в електронній промисловості завдяки своїй високій теплопровідності (близькій до карбіду кремнію та оксиду берилію та в 5–10 разів більшій, ніж у глинозему), низькій діелектричній проникності та діелектричним втратам, хорошим електроізоляційним властивостям і коефіцієнту теплового розширення, що відповідає кремнію та арсеніду галію. Порівняно з керамікою з оксиду берилію, кераміка з нітриду алюмінію нетоксична та має менші витрати на виробництво. Таким чином, кераміка з нітриду алюмінію в даний час є ідеальною високоефективною керамічною підкладкою та пакувальними матеріалами з сильною тенденцією до поступової заміни токсичної кераміки з оксиду берилію та низькоефективної кераміки з оксиду алюмінію. Теоретична теплопровідність кераміки з нітриду алюмінію може досягати 320 Вт/м·К. Нітрид алюмінію високої чистоти безбарвний і прозорий, але на його властивості легко впливають хімічна чистота та щільність. Дефекти решітки, такі як домішки, можуть викликати розсіювання фононів і значно знизити теплопровідність.
3. Нітрид кремнію
Нітрид кремнію, як вдосконалений керамічний матеріал, демонструє чудові високотемпературні механічні властивості, хімічну стабільність, теплопровідність та електроізоляцію, що робить його дуже перспективним матеріалом електронної підкладки. Керамічні підкладки з нітриду кремнію демонструють чудові високотемпературні механічні властивості, включаючи високу стійкість до повзучості, стійкість до окислення та зносостійкість. Це робить їх придатними для екстремальних умов, таких як аерокосмічна, енергетична та нафтохімічна промисловість. Керамічні підкладки з нітриду кремнію в електроніці та управлінні теплом забезпечують чудову електроізоляцію та високу теплопровідність, задовольняючи вимоги до розсіювання тепла та упаковки потужних високочастотних пристроїв. Вони широко використовуються в силових напівпровідникових модулях, підкладках високочастотних схем, високотемпературних електронних системах та інших важливих сценаріях.
4. Нітрид бору
Кераміка з нітриду бору має багато чудових властивостей. Нітрид бору має надвисоку теплопровідність із теоретичним значенням для гексагональних нанолистів нітриду бору 1700–2000 Вт/(м·К). Він також демонструє хорошу високотемпературну стабільність і стійкість до окислення. Нітрид бору сублімується при 3000 градусах, може використовуватися до 900 градусів в окислювальній атмосфері, до 2000 градусів у вакуумі та до 2800 градусів в інертній атмосфері. У напівпровідникових упаковках керамічні підкладки з нітриду бору мають теплопровідність, що втричі перевищує теплопровідність традиційних підкладок з оксиду алюмінію, що ефективно покращує ефективність розсіювання тепла мікросхем.
5. Карбід кремнію
SiC матеріали в основному поділяються на монокристалічні та керамічні. Монокристал SiC — це широкозонний напівпровідниковий матеріал третього покоління з широкою забороненою зоною, високою напруженістю поля пробою, низьким опором увімкнення, високою рухливістю насичених електронів, високою теплопровідністю та чудовою радіаційною стійкістю. Ці властивості роблять його надзвичайно придатним для електронних пристроїв, що працюють у жорстких середовищах, таких як висока температура або висока напруга. Полікристалічний SiC (тобто SiC кераміка) має гарну хімічну стабільність, стійкість до високих температур, зносостійкість і корозійну стійкість і може демонструвати різні характеристики залежно від використовуваних процесів формування та спікання.
6. Оксид берилію
Керамічні підкладки з оксиду берилію мають високу теплопровідність, високу температуру плавлення, високу міцність, високу ізоляцію, високу хімічну та термічну стабільність, низьку діелектричну проникність, низькі діелектричні втрати та хорошу адаптивність процесу. Вони особливо підходять для потужних електронних пристроїв з надзвичайно високими вимогами до розсіювання тепла. Однак BeO є токсичним матеріалом. Пил, що утворюється під час виробництва та використання, становить серйозну небезпеку для здоров’я людини та навколишнього середовища.