Ces dernières années, les substrats en céramique qui ont été produits en masse et largement utilisés sont principalement: Al2O3, BeO, SIC, Si3N4, Aln, etc.
Propriétés de différents types de substrats en céramique (Source: Liao Shengjun. Préparation et propriétés des matériaux céramiques de nitrure de silicium pour le substrat
L'AL2O3 en raison de son processus de préparation simple, de sa bonne isolation et de sa résistance à haute température occupe actuellement une position importante dans l'industrie du substrat de dissipation thermique. Cependant, la faible conductivité thermique de l'AL2O3 ne peut pas répondre aux exigences de développement des dispositifs haute puissance et haute tension, et ne convient que pour les environnements de travail avec des besoins de dissipation de chaleur faibles, et en raison de la faible résistance à la flexion, de la plage d'application de la céramique Al2O3 car un substrat de dissipation de chaleur est également limité.
Bien que le substrat en céramique BEO ait une conductivité thermique élevée et une faible constante diélectrique pour répondre aux exigences d'une dissipation de chaleur efficace, mais en raison de sa toxicité, elle a un impact sur la santé des travailleurs et n'est pas propice à une application à grande échelle.
Les céramiques ALN ont une conductivité thermique élevée et sont considérées comme des matériaux candidats pour les substrats de dissipation thermique. Cependant, les céramiques ALN ont une mauvaise résistance aux chocs thermiques, une délicadescente facile, une faible résistance et une ténacité, ce qui n'est pas propice à travailler dans un environnement complexe et difficile à assurer la fiabilité de son application.
Les céramiques SIC ont une conductivité thermique élevée, mais en raison de leur perte diélectrique élevée et de leur faible tension de panne, elle n'est pas propice à l'application d'un environnement de travail à haute fréquence et haute tension.
Le nitrure de silicium est reconnu comme le meilleur matériau de substrat en céramique avec une conductivité thermique élevée et une grande fiabilité au pays et à l'étranger. Bien que la conductivité thermique du substrat en céramique SI3N4 soit légèrement inférieure à celle de l'ALN, sa résistance à la flexion et sa ténacité à la fracture peuvent atteindre plus de deux fois celle de l'ALN. Dans le même temps, la conductivité thermique de la céramique Si3N4 est beaucoup plus élevée que celle de la céramique Al2O3. De plus, le coefficient de dilatation thermique du substrat en céramique SI3N4 est proche de celui du cristal SIC de substrat semi-conducteur de troisième génération, ce qui rend plus stable pour correspondre au matériau en cristal SIC. Cela fait de Si3N4 le matériau préféré pour les substrats de conductivité thermique élevés pour les dispositifs de puissance semi-conducteurs sic de la 3e génération.