Pastaraisiais metais elektromobiliai, elektriniai lokomotyvai, puslaidininkinis apšvietimas, aviacija, palydovinis ryšys ir kitos sritys įžengė į spartaus vystymosi etapą. Šiose srityse naudojami elektroniniai prietaisai veikia didelės srovės, aukštos temperatūros ir aukšto dažnio sąlygomis. Siekiant užtikrinti įrenginio ir grandinės veikimo stabilumą, lustų laikmenoms keliami didesni reikalavimai. Keraminiai pagrindai pasižymi puikiomis šiluminėmis savybėmis, mikrobangų savybėmis, mechaninėmis savybėmis ir dideliu patikimumu, todėl jie plačiai naudojami šiose srityse.
Remiantis keraminio pagrindo medžiaga, pagrindiniai tipai šiuo metu yra aliuminio oksido keramikos substratai, aliuminio nitrido keramikos substratai, silicio nitrido keraminiai substratai, silicio karbido keraminiai substratai, berilio oksido keraminiai substratai ir boro nitrido keramikos substratai.
1. Aliuminio oksidas
Aliuminio oksido keramikos kietumas yra didelis, o Rokvelo kietumas yra HRA 80–90 ir yra antras po deimantų. Jų atsparumas dilimui yra 266 kartus didesnis nei mangano plieno ir 171,5 karto didesnis nei didelio-chromo ketaus, todėl tomis pačiomis eksploatavimo sąlygomis įrangos tarnavimo laikas pailgėja mažiausiai dešimt kartų. Be to, aliuminio oksido keramikos pagrindai pasižymi dideliu šilumos laidumu, gera savitumu ir terminiu stabilumu bei maža dielektrine konstanta. Todėl jie tapo pageidaujama medžiaga naujos-kartos mikroelektroniniams įrenginiams ir sistemoms ir yra plačiai naudojami kosmoso, 5G ryšių, didelės-galios puslaidininkių,{11}}galios LED apšvietimo ir kitose srityse.
2. Aliuminio nitridas
Aliuminio nitrido keramika pastaraisiais metais tapo labai populiari medžiaga elektronikos pramonėje dėl didelio šilumos laidumo (panašaus į silicio karbido ir berilio oksido ir 5–10 kartų didesnį nei aliuminio oksido), mažos dielektrinės konstantos ir dielektrinių nuostolių, gerų elektros izoliacijos savybių ir arsenikonido bei galio šiluminio plėtimosi koeficiento. Palyginti su berilio oksido keramika, aliuminio nitrido keramika yra netoksiška ir turi mažesnes gamybos sąnaudas. Todėl aliuminio nitrido keramika šiuo metu yra idealus didelio našumo keraminis substratas ir pakavimo medžiagos, turinčios stiprią tendenciją palaipsniui pakeisti toksišką berilio oksido keramiką ir mažo našumo aliuminio oksido keramiką. Aliuminio nitrido keramikos teorinis šilumos laidumas gali siekti 320 W/m·K. Didelio grynumo aliuminio nitridas yra bespalvis ir skaidrus, tačiau jo savybes lengvai paveikia cheminis grynumas ir tankis. Grotelių defektai, tokie kaip priemaišos, gali sukelti fonono sklaidą ir žymiai sumažinti šilumos laidumą.
3. Silicio nitridas
Silicio nitridas, kaip pažangi keraminė medžiaga, pasižymi puikiomis mechaninėmis savybėmis aukštoje temperatūroje, cheminiu stabilumu, šilumos laidumu ir elektros izoliacija, todėl yra labai perspektyvi elektroninio pagrindo medžiaga. Silicio nitrido keraminiai pagrindai pasižymi išskirtinėmis mechaninėmis savybėmis aukštoje temperatūroje, įskaitant didelį atsparumą valkšnumui, atsparumą oksidacijai ir atsparumą dilimui. Dėl to jie tinka ekstremalioms aplinkoms, tokioms kaip aviacijos, energetikos ir naftos chemijos pramonė. Elektronikos ir šilumos valdymo srityse silicio nitrido keraminiai substratai pasižymi puikia elektros izoliacija ir dideliu šilumos laidumu, atitinkančiais didelės galios, aukšto dažnio prietaisų šilumos išsklaidymo ir pakavimo reikalavimus. Jie plačiai naudojami galios puslaidininkių moduliuose, aukšto dažnio grandinių substratuose, aukštos temperatūros elektroninėse sistemose ir kituose svarbiuose scenarijuose.
4. Boro nitridas
Boro nitrido keramika turi daug puikių savybių. Boro nitrido šilumos laidumas yra itin aukštas, o šešiakampių boro nitrido nanosluoksnių teorinė vertė siekia 1700–2000 W/(m·K). Jis taip pat pasižymi geru stabilumu aukštoje temperatūroje ir atsparumu oksidacijai. Boro nitridas sublimuojasi 3000 laipsnių temperatūroje, gali būti naudojamas iki 900 laipsnių oksiduojančioje atmosferoje, iki 2000 laipsnių vakuume ir iki 2800 laipsnių inertinėje atmosferoje. Puslaidininkinėse pakuotėse boro nitrido keraminių substratų šilumos laidumas yra tris kartus didesnis nei tradicinių aliuminio oksido substratų, todėl efektyviai pagerinamas lustų šilumos išsklaidymo efektyvumas.
5. Silicio karbidas
SiC medžiagos daugiausia skirstomos į vieno kristalo ir keramikos tipus. Single-crystal SiC yra trečios kartos plataus dažnio juostos puslaidininkinė medžiaga, pasižyminti dideliu pralaidumu, dideliu skilimo lauko stiprumu, maža varža, dideliu sočiųjų elektronų judrumu, dideliu šilumos laidumu ir puikiu atsparumu spinduliuotei. Dėl šių savybių jis ypač tinka elektroniniams įrenginiams, veikiantiems atšiaurioje aplinkoje, pavyzdžiui, aukštoje temperatūroje ar aukštoje įtampoje. Polikristalinis SiC (ty SiC keramika) pasižymi geru cheminiu stabilumu, atsparumu aukštai temperatūrai, atsparumu dilimui ir korozijai bei gali turėti skirtingas charakteristikas, priklausomai nuo naudojamų formavimo ir sukepinimo procesų.
6. Berilio oksidas
Berilio oksido keraminiai substratai pasižymi dideliu šilumos laidumu, aukšta lydymosi temperatūra, dideliu stiprumu, aukšta izoliacija, dideliu cheminiu ir terminiu stabilumu, maža dielektrine konstanta, mažais dielektriniais nuostoliais ir geru pritaikomumu procesui. Jie ypač tinka didelės galios elektroniniams įrenginiams, kuriems keliami itin dideli šilumos išsklaidymo reikalavimai. Tačiau BeO yra toksiška medžiaga. Gamybos ir naudojimo metu susidarančios dulkės kelia rimtą pavojų žmonių sveikatai ir aplinkai.