V současné době se kvůli rostoucímu požadavku na ochranu životního prostředí a úspory energie dostaly do centra pozornosti nové domácí elektromobily. Zařízení s vysokým výkonem hrají rozhodující roli při regulaci rychlosti vozidla a ukládání konverzí AC a DC. Vysokofrekvenční tepelné cyklování klade přísné požadavky na odvod tepla elektronických obalů, zatímco složitost a rozmanitost pracovního prostředí vyžaduje, aby obalové materiály měly dobrou odolnost proti tepelným šokům a vysokou pevnost, aby mohly hrát podpůrnou roli. Kromě toho s rychlým rozvojem moderní technologie výkonové elektroniky, která se vyznačuje vysokým napětím, vysokým proudem a vysokou frekvencí, se účinnost rozptylu tepla výkonových modulů použitých u této technologie stala kritičtější. Keramické substrátové materiály v elektronických obalových systémech jsou klíčem k účinnému odvodu tepla, mají také vysokou pevnost a spolehlivost v reakci na složitost pracovního prostředí. Hlavní keramické substráty, které jsou v posledních letech sériově vyráběny a široce používány, jsou Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN atd.
Keramika Al2O3 hraje důležitou roli v průmyslu substrátů pro rozptyl tepla na základě jednoduchého procesu přípravy, dobré izolace a odolnosti vůči vysokým teplotám. Nízká tepelná vodivost Al2O3 však nemůže splnit požadavky na vývoj vysokovýkonných a vysokonapěťových zařízení a je použitelná pouze pro pracovní prostředí s nízkými požadavky na odvod tepla. Kromě toho nízká pevnost v ohybu také omezuje rozsah použití keramiky Al2O3 jako substrátů pro rozptyl tepla.
Keramické substráty BeO mají vysokou tepelnou vodivost a nízkou dielektrickou konstantu, aby splnily požadavky na účinný odvod tepla. Nepřispívá však k použití ve velkém měřítku kvůli své toxicitě, která ovlivňuje zdraví pracovníků.
Keramika AlN je díky své vysoké tepelné vodivosti považována za kandidátský materiál pro substrát pro rozptyl tepla. Keramika AlN má ale špatnou odolnost proti tepelným šokům, snadnou rozplývavost, nízkou pevnost a houževnatost, což neprospívá práci ve složitém prostředí a je obtížné zajistit spolehlivost aplikací.
Keramika SiC má vysokou tepelnou vodivost, kvůli vysokým dielektrickým ztrátám a nízkému průraznému napětí není vhodná pro aplikace ve vysokofrekvenčních a napěťových provozních prostředích.
Si3N4 je uznáván jako nejlepší keramický substrát s vysokou tepelnou vodivostí a vysokou spolehlivostí doma i v zahraničí. Ačkoli tepelná vodivost keramického substrátu Si3N4 je o něco nižší než u AlN, jeho pevnost v ohybu a lomová houževnatost mohou dosáhnout více než dvojnásobku než AlN. Mezitím je tepelná vodivost keramiky Si3N4 mnohem vyšší než u keramiky Al2O3. Koeficient tepelné roztažnosti keramických substrátů Si3N4 se navíc blíží koeficientu teplotní roztažnosti krystalů SiC, polovodičového substrátu 3. generace, což umožňuje stabilnější shodu s krystalovým materiálem SiC. Díky tomu je Si3N4 preferovaným materiálem pro vysoce tepelně vodivé substráty pro 3. generaci SiC polovodičových energetických zařízení.
