V zadnjih letih so električna vozila, električne lokomotive, polprevodniška razsvetljava, letalstvo, satelitske komunikacije in druga področja vstopili v fazo hitrega razvoja. Elektronske naprave, ki se uporabljajo na teh področjih, delujejo v pogojih visokega toka, visoke temperature in visoke frekvence. Za zagotovitev stabilnosti delovanja naprave in vezja so nosilci čipov postavljeni višje zahteve. Keramične podlage ponujajo odlično toplotno zmogljivost, mikrovalovne lastnosti, mehanske lastnosti in visoko zanesljivost, zaradi česar so široko uporabne na teh področjih.
Glede na material keramičnega substrata glavne vrste trenutno vključujejo keramične substrate iz aluminijevega oksida, keramične substrate iz aluminijevega nitrida, keramične substrate iz silicijevega nitrida, keramične substrate iz silicijevega karbida, keramične substrate iz berilijevega oksida in keramične substrate iz borovega nitrida.
1. Aluminijev oksid
Keramika iz aluminijevega oksida ima visoko trdoto, s trdoto po Rockwellu HRA 80–90, takoj za diamantom. Njihova odpornost proti obrabi je 266-krat večja od odpornosti na manganovo jeklo in 171,5-krat večja od odpornosti na visoko-kromovo lito železo, kar podaljša življenjsko dobo opreme vsaj desetkrat pod enakimi pogoji delovanja. Poleg tega imajo keramične podlage iz aluminijevega oksida visoko toplotno prevodnost, dobro upornost in toplotno stabilnost ter nizko dielektrično konstanto. Posledično so postali prednostni material za naslednjo-generacijo mikroelektronskih naprav in sistemov ter se pogosto uporabljajo v vesolju, komunikacijah 5G, visoko{10}}zmogljivih polprevodnikih, visoko{11}}zmogljivi LED osvetlitvi in na drugih področjih.
2. Aluminijev nitrid
Keramika iz aluminijevega nitrida je v zadnjih letih postala zelo priljubljen material v elektronski industriji, zaradi svoje visoke toplotne prevodnosti (blizu toplotne prevodnosti silicijevega karbida in berilijevega oksida in 5–10-krat večje od glinice), nizke dielektrične konstante in dielektričnih izgub, dobrih električnih izolacijskih lastnosti in koeficienta toplotnega raztezanja, ki ustreza silicijevemu in galijevemu arzenidu. V primerjavi s keramiko iz berilijevega oksida je keramika iz aluminijevega nitrida nestrupena in ima nižje proizvodne stroške. Keramika iz aluminijevega nitrida je zato trenutno idealna visoko zmogljiva keramična podlaga in embalažni material, z močnim trendom postopne zamenjave strupene keramike iz berilijevega oksida in nizko zmogljive keramike iz aluminijevega oksida. Teoretična toplotna prevodnost keramike iz aluminijevega nitrida lahko doseže 320 W/m·K. Aluminijev nitrid visoke čistosti je brezbarven in prozoren, vendar na njegove lastnosti zlahka vplivata kemična čistost in gostota. Okvare mreže, kot so nečistoče, lahko povzročijo sipanje fononov in znatno zmanjšajo toplotno prevodnost.
3. Silicijev nitrid
Silicijev nitrid kot napreden keramični material ima odlične visokotemperaturne mehanske lastnosti, kemično stabilnost, toplotno prevodnost in električno izolacijo, zaradi česar je zelo obetaven elektronski substratni material. Keramični substrati iz silicijevega nitrida izkazujejo izjemne mehanske lastnosti pri visokih temperaturah, vključno z visoko odpornostjo proti lezenju, odpornostjo proti oksidaciji in odpornostjo proti obrabi. Zaradi tega so primerni za ekstremna okolja, kot so vesoljska, energetska in petrokemična industrija. Keramični substrati iz silicijevega nitrida v elektroniki in upravljanju toplote ponujajo odlično električno izolacijo in visoko toplotno prevodnost, izpolnjujejo zahteve glede odvajanja toplote in pakiranja visokozmogljivih in visokofrekvenčnih naprav. Široko se uporabljajo v močnostnih polprevodniških modulih, podlagah za visokofrekvenčna vezja, visokotemperaturnih elektronskih sistemih in drugih pomembnih scenarijih.
4. Borov nitrid
Keramika iz borovega nitrida ima številne odlične lastnosti. Borov nitrid ima izjemno visoko toplotno prevodnost, s teoretično vrednostjo za heksagonalne nanoplošče borovega nitrida do 1700–2000 W/(m·K). Izkazuje tudi dobro stabilnost pri visokih temperaturah in odpornost proti oksidaciji. Borov nitrid sublimira pri 3000 stopinjah, lahko se uporablja do 900 stopinj v oksidacijski atmosferi, do 2000 stopinj v vakuumu in do 2800 stopinj v inertni atmosferi. V polprevodniški embalaži imajo keramični substrati iz borovega nitrida trikrat večjo toplotno prevodnost kot tradicionalni substrati iz aluminijevega oksida, kar učinkovito izboljša učinkovitost odvajanja toplote čipov.
5. Silicijev karbid
SiC materiale v glavnem delimo na monokristalne in keramične. Enokristalni SiC je širokopasovni polprevodniški material tretje generacije s širokim pasovnim razmakom, visoko prebojno poljsko jakostjo, nizko odpornostjo proti vklopu, visoko mobilnostjo nasičenih elektronov, visoko toplotno prevodnostjo in odlično odpornostjo proti sevanju. Zaradi teh lastnosti je izjemno primeren za elektronske naprave, ki delujejo v težkih okoljih, kot sta visoka temperatura ali napetost. Polikristalni SiC (tj. SiC keramika) ima dobro kemično stabilnost, odpornost na visoke temperature, odpornost proti obrabi in odpornost proti koroziji ter lahko kaže različne lastnosti, odvisno od uporabljenih postopkov oblikovanja in sintranja.
6. Berilijev oksid
Keramični substrati iz berilijevega oksida imajo visoko toplotno prevodnost, visoko tališče, visoko trdnost, visoko izolacijo, visoko kemično in toplotno stabilnost, nizko dielektrično konstanto, nizko dielektrično izgubo in dobro prilagodljivost postopka. Posebej primerni so za visokozmogljive elektronske naprave z izjemno zahtevnimi zahtevami glede odvajanja toplote. Vendar je BeO strupen material. Prah, ki nastaja med proizvodnjo in uporabo, predstavlja resno nevarnost za zdravje ljudi in okolje.