V súčasnosti rastúci dopyt po ochrane životného prostredia a úsporách energie priviedol do centra pozornosti nové domáce elektromobily. Zariadenia s vysokým výkonom zohrávajú rozhodujúcu úlohu pri regulácii rýchlosti vozidla a ukladaní striedavého a jednosmerného prúdu. Vysokofrekvenčné tepelné cyklovanie kladie prísne požiadavky na odvod tepla elektronických obalov, zatiaľ čo zložitosť a rozmanitosť pracovného prostredia vyžaduje, aby obalové materiály mali dobrú odolnosť proti tepelným šokom a vysokú pevnosť, aby mohli hrať podpornú úlohu. Okrem toho s rýchlym vývojom modernej technológie výkonovej elektroniky, ktorá sa vyznačuje vysokým napätím, vysokým prúdom a vysokou frekvenciou, sa účinnosť odvádzania tepla výkonových modulov aplikovaných na túto technológiu stala kritickejšou. Keramické substrátové materiály v elektronických obalových systémoch sú kľúčom k efektívnemu odvodu tepla, majú tiež vysokú pevnosť a spoľahlivosť v reakcii na zložitosť pracovného prostredia. Hlavnými keramickými substrátmi, ktoré sa v posledných rokoch sériovo vyrábajú a sú široko používané, sú Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN atď.
Keramika Al2O3 hrá dôležitú úlohu v priemysle substrátov na odvádzanie tepla na základe jednoduchého procesu prípravy, dobrej izolácie a odolnosti voči vysokým teplotám. Nízka tepelná vodivosť Al2O3 však nemôže spĺňať požiadavky na vývoj vysokovýkonných a vysokonapäťových zariadení a je použiteľná len pre pracovné prostredie s nízkymi požiadavkami na odvod tepla. Okrem toho nízka pevnosť v ohybe tiež obmedzuje rozsah použitia keramiky Al2O3 ako substrátov na rozptyl tepla.
Keramické substráty BeO majú vysokú tepelnú vodivosť a nízku dielektrickú konštantu, aby splnili požiadavky na účinný odvod tepla. Nie je však vhodný na použitie vo veľkom meradle kvôli jeho toxicite, ktorá ovplyvňuje zdravie pracovníkov.
Keramika AlN sa považuje za kandidátsky materiál pre substrát na odvádzanie tepla vďaka svojej vysokej tepelnej vodivosti. Keramika AlN má však slabú odolnosť proti tepelným šokom, ľahkú vlažnosť, nízku pevnosť a húževnatosť, čo neprispieva k práci v zložitom prostredí a je ťažké zabezpečiť spoľahlivosť aplikácií.
SiC keramika má vysokú tepelnú vodivosť v dôsledku vysokej dielektrickej straty a nízkeho prierazného napätia nie je vhodná na aplikácie vo vysokofrekvenčných a napäťových prevádzkových prostrediach.
Si3N4 je uznávaný ako najlepší keramický substrátový materiál s vysokou tepelnou vodivosťou a vysokou spoľahlivosťou doma aj v zahraničí. Hoci tepelná vodivosť keramického substrátu Si3N4 je o niečo nižšia ako tepelná vodivosť AlN, jeho pevnosť v ohybe a lomová húževnatosť môžu dosiahnuť viac ako dvojnásobok AlN. Medzitým je tepelná vodivosť keramiky Si3N4 oveľa vyššia ako tepelná vodivosť keramiky Al2O3. Koeficient tepelnej rozťažnosti keramických substrátov Si3N4 je navyše blízky koeficientu kryštálov SiC, polovodičového substrátu 3. generácie, čo mu umožňuje stabilnejšie sa zhodovať s materiálom kryštálov SiC. Vďaka tomu je Si3N4 preferovaným materiálom pre vysoko tepelne vodivé substráty pre SiC polovodičové výkonové zariadenia 3. generácie.
