Aplicarea substraturilor ceramice de alumină în materiale de interfață termică (TIM) și straturi izolatoare structurale

În electronica de mare putere și în sistemele de iluminat cu LED-uri, gestionarea căldurii asigurând în același timp izolația electrică este crucială pentru fiabilitate. Materialele de interfață termică (TIM) umplu golurile de aer dintre sursele de căldură și radiatoare, stimulând fluxul de căldură, iar straturile izolatoare structurale oferă o izolație electrică robustă și suport mecanic.Substraturi ceramice de aluminăîndeplinesc în mod unic ambele roluri de interfață termică dielectrică - conduc căldura eficient ca un TIM, în timp ce izolează electric ca un izolator dedicat. Această combinație de conductivitate termică ridicată și rezistență dielectrică ridicată este dificil de realizat cu materialele convenționale, ceea ce face ca ceramica de alumină (Al₂O₃) să fie din ce în ce mai importantă în aplicații, de la drivere LED la module de putere de înaltă tensiune. Inginerii din domeniul iluminatului LED, electronicii de putere, surselor de alimentare medicale și ambalajelor semiconductorilor apelează la substraturile ceramice de alumină pentru a îmbunătăți disiparea căldurii și fiabilitatea pe termen lung.

Substraturile ceramice de alumină sunt apreciate pentru echilibrul dintre performanța termică, electrică și mecanică:

Conductivitate termică ridicată

96% aluminăoferă o conductivitate termică de aproximativ ≥24 W/m·K – mult mai mare decât izolatorii polimerici tipici (care sunt adesea <5 W/m·K). Aceasta înseamnă că alumina distribuie eficient căldura de la componentele fierbinți la radiatoare. Poate funcționa la temperaturi ridicate (punctul de topire al aluminei este de ~2050 °C), mult dincolo de limitele materialelor pe bază de polimeri, ceea ce o face potrivită pentru dispozitive care funcționează la temperaturi ridicate sau în medii dure.

Izolație electrică excelentă

Aluminăeste un izolator electric cu o rigiditate dielectrică adesea peste 17 kV/mm. În termeni practici, unsubstrat subțire de aluminăPoate rezista la mii de volți fără a se defecta. Rezistența sa volumică este ≥10^14 Ω·cm, asigurând un curent de scurgere minim. În plus, pierderea dielectrică a aluminei este foarte scăzută, ceea ce este important în circuitele de înaltă frecvență sau RF. Această performanță dielectrică puternică permite substraturilor de alumină să ofere izolație de înaltă tensiune în modulele de alimentare și sursele de alimentare.

Rezistență mecanică și stabilitate ridicate

Ceramica de aluminăsunt dure. Un substrat de alumină 96% are de obicei o rezistență la încovoiere ≥350 MPa, ceea ce înseamnă că poate suporta solicitări mecanice și presiune de montare fără a se fisura (atâta timp cât este susținut corespunzător). Este rezistent la uzură, inert chimic și are practic 0% absorbție de apă, deci nu se va umfla sau degrada în condiții de umiditate. Coeficientul de dilatare termică al aluminei este mai mic decât cel al metalelor, ceea ce ajută la reducerea stresului termic în ambalaje. Spre deosebire de mică sau pelicule de plastic, substraturile de alumină nu îmbătrânesc și nu se strecoară în timp și pot rezista la cicluri termice fără a-și pierde integritatea.

Rezistență la temperaturi ridicate și la mediu

Alumina rămâne stabilă la temperaturi mult peste 300 °C, în timp ce mulți izolatori polimerici (cum ar fi poliimida sau siliconul) încep să se degradeze peste 150–200 °C. Este neinflamabilă și adesea respectă standardul UL 94V-0 fără aditivi. Alumina este, de asemenea, rezistentă la coroziune - nu reacționează cu majoritatea substanțelor chimice sau cu umiditatea. Acest lucru o face potrivită pentru medii dure și aplicații de înaltă fiabilitate (de exemplu, compartimentele motoarelor auto sau electronica industrială de putere) unde materialele standard pentru PCB sau plăcuțele pe bază de silicon s-ar putea defecta.

Eficient din punct de vedere al costurilor pentru o ceramică

Deși alumina este mai scumpă decât plăcile FR-4 sau foile simple de mică, este semnificativ mai accesibilă decât ceramicile exotice, cum ar fi nitrura de aluminiu (AlN). Oferă un raport bun preț-performanță: obțineți performanțe termice și fiabilitate substanțial mai bune decât polimerii, la un cost rezonabil pentru aplicații de înaltă performanță. Acest echilibru face ca alumina să fie o alegere practică atunci când materialele pure de performanță (cum ar fi AlN sau BeO) nu sunt justificate.

 În concluzie, substraturile ceramice de alumină combină o bună conductivitate termică, o izolație electrică excelentă, robustețea mecanică și stabilitatea termică. Aceste proprietăți le susțin rolul atât ca straturi structurale TIM, cât și ca straturi izolatoare în ansamblurile electronice.

CumSubstraturi ceramice de aluminăFuncția în aplicațiile TIM

Un substrat ceramic de alumină poate funcționa ca material de interfață termică, servind totodată și ca strat izolator structural într-un dispozitiv. Iată cum funcționează:

Mecanismul de conducere termică

Când este folosit caTIM (de exemplu, ca un pad sau substrat între un dispozitiv de alimentare și un radiator)Conductivitatea termică ridicată a aluminei permite căldurii să curgă rapid prin ea. Substratul ceramic înlocuiește sau completează TIM-urile mai moi, oferind o cale de încălzire directă cu o rezistență termică mai mică decât plăcuțele groase sau spațiile de aer. O plăcuță subțire de alumină, chiar și cu o grosime de 0,5-1 mm, conduce eficient căldura de la o bază tranzistor sau un modul LED în radiator.

Izolație electrică și izolație dielectrică

Substraturi de aluminăacționează simultan ca izolator dielectric. Într-o utilizare tipică, stratul de alumină se află între o componentă de înaltă tensiune și un radiator sau o carcasă împământată. Acesta izolează în siguranță cele două, rezistând la tensiuni mari (de ordinul kilovolților) fără a se produce o defecțiune. Această funcție dublă - transferul de căldură în timp ce blochează electricitatea - este ceea ce face din alumină o „interfață termică dielectrică”. În modulele de putere, de exemplu, un substrat ceramic poate transporta căldura departe de cipurile IGBT, izolându-le în același timp de o placă de bază metalică. Stratul de alumină servește astfel ca strat izolator structural în stivă, înlocuind materiale precum mica, rășina epoxidică sau peliculele de poliimidă, care erau utilizate în mod tradițional exclusiv pentru izolarea electrică.

Suport structural

Spre deosebire de TIM-urile din pastă sau gel, un substrat ceramic este un material structural rigid. Acesta adaugă stabilitate mecanică: componentele pot fi montate direct pe substratul de alumină (lipite sau atașate cu cleme), iar substratul poate fi înșurubat sau fixat pe un radiator sau o carcasă. Substraturile de alumină acționează adesea ca purtător fizic al unui circuit - de exemplu, într-un circuit hibrid cu peliculă groasă sau un modul de alimentare, substratul de alumină este atât placa de circuit, cât și distribuitorul de căldură. Chiar și ca o placă izolatoare independentă (cum ar fi sub un tranzistor), placa ceramică oferă un suport solid care nu se deformează sub presiune. Acest lucru poate îmbunătăți consistența asamblării (fără a fi nevoie de compresia sau scurgerea plăcuțelor). Cu toate acestea, rigiditatea înseamnă că suprafețele trebuie să fie plane și paralele; aplicarea unei presiuni uniforme este importantă pentru a evita fisurarea unei ceramici sau a unui dispozitiv. Cu o montare corectă (folosind șuruburi cu șaibe cu umăr sau cleme cu arc), plăcuțele izolatoare din alumină sunt destul de durabile și „nu se rup ușor” în condiții normale de utilizare. Își mențin factorul de formă și performanța chiar și sub o forță de strângere și cicluri de temperatură ridicate, spre deosebire de mică, care poate crăpa, sau plăcuțele de silicon, care se pot strecura.

Caracteristicile interfeței

Ceramică de aluminăTIM-urile sunt de obicei disponibile în forme lustruite sau glazurate pentru a minimiza rugozitatea suprafeței. Acest finisaj al suprafeței ajută la obținerea unui contact termic bun. În unele modele, substratul de alumină poate avea urme metalizate sau plăcuțe de lipire (de exemplu, cupru lipit direct pe alumină în modulele de putere), astfel încât servește atât ca circuit, cât și ca TIM. În alte cazuri, este o piesă ceramică goală utilizată exclusiv ca izolator - de exemplu, plăcuțele termice ceramice pentru pachetele standard de tranzistoare (TO-220, TO-247 etc.) sunt tăiate la forma găurilor de montare și introduse pur și simplu între tranzistor și radiator. Plăcuțele izolatoare ceramice de alumină (albe) pentru tranzistoarele de putere oferă o interfață izolatoare electrică cu conductivitate termică ridicată. Aceste plăcuțe termice ceramice rigide înlocuiesc mica și grăsimea, oferind o soluție TIM mai curată și mai durabilă. Astfel de plăcuțe de alumină permit căldurii să curgă în radiator, menținând în același timp izolația, îndeplinind efectiv același rol ca o plăcuță de lipire din silicon sau mică + grăsime, dar cu o singură piesă robustă. Rezultatul este adesea o temperatură de joncțiune mai scăzută și o performanță îmbunătățită la frecvență înaltă a dispozitivului, deoarece ceramica are o impedanță termică mai mică și introduce o cuplare capacitivă mai mică decât izolatorii polimerici flexibili.

 Substraturile ceramice de alumină funcționează ca soluții TIM cu multiple fațete: conduc căldura ca o placă termică dedicată, izolează ca un strat dielectric și adaugă stabilitate mecanică ca o bază solidă de montare. Această combinație unică simplifică gestionarea termică și izolația într-o singură componentă.

Aplicație tipică

Substraturile ceramice de alumină sunt utilizate în multe industrii unde trebuie să coexiste răcirea eficientă și izolația electrică. Mai jos sunt câteva scenarii tipice de aplicare și motivele pentru care este aleasă alumina:

 Module de drivere LED și iluminare

LED-urile de înaltă luminozitate și circuitele lor de driver generează căldură semnificativă în ansambluri compacte. Substraturile de alumină sunt adesea utilizate fie ca plăci de montare a LED-urilor, fie ca izolație pentru electronica driverelor. De exemplu, ansamblurile LED COB (Chip-On-Board) utilizează frecvent alumină sau ceramică similară ca material pentru placă, care distribuie căldura și izolează LED-urile de carcasa metalică. În mod similar, modulele driver de putere LED (convertoare AC/DC pentru iluminat) utilizează plăci izolatoare de alumină pentru a izola secțiunile de înaltă tensiune de radiatoarele de căldură. Conductivitatea termică ridicată a ceramicii îmbunătățește durata de viață a LED-urilor prin menținerea joncțiunilor reci, iar izolația sa permite atașarea în siguranță a modulelor LED la carcasele metalice. Un circuit driver LED construit pe un substrat ceramic rotund de alumină pentru disiparea eficientă a căldurii și izolarea de înaltă tensiune. În iluminatul LED, utilizarea straturilor izolatoare ceramice de alumină poate reduce necesitatea unor radiatoare sau ventilatoare suplimentare, permițând designuri compacte ale lămpilor. Fiabilitatea ceramicii (fără uscare sau îmbătrânire) este deosebit de apreciată în sistemele LED care trebuie să funcționeze zeci de mii de ore.

Module semiconductoare de putere (IGBT/MOSFET și module de putere OEM)

Probabil cea mai răspândită utilizare a substraturilor de alumină este în modulele de putere – de exemplu, modulele invertoare IGBT, modulele punte MOSFET și unitățile de control al puterii pentru automobile. Aceste module utilizează adesea DBC (Direct Bonded Copper) sau construcții similare, în care un strat de ceramică de alumină este intercalat între modelele de cupru și o placă de bază metalică. Alumina servește ca interfață termică dielectrică: transportă căldura de la dispozitivele semiconductoare la placa de bază sau la radiator, rezistând în același timp la tensiuni mari de magistrală de curent continuu (600 V, 1200 V sau mai mult în invertoarele pentru vehicule electrice). În astfel de module, substraturile ceramice de alumină asigură că fiecare matriță de putere este izolată electric de radiator, fără a necesita izolatoare separate de mică sau pad. De asemenea, acestea prezintă o capacitate parazitară scăzută, ceea ce este benefic pentru comutarea de înaltă frecvență (cuplaj EMI redus). Inginerii OEM ai modulelor de putere preferă alumina pentru experiența sa dovedită – 96% alumină este rentabilă și are performanțe termice adecvate pentru multe modele. Pentru o densitate de putere și mai mare, unii ar putea folosi ceramică de AlN, dar alumina rămâne populară pentru multe module industriale și auto datorită fiabilității sale ridicate și rezistenței mecanice la cicluri de încălzire. În plus, faptul că CTE-ul aluminei este mai apropiat de materialele semiconductoare decât metalele întinse reduce stresul termic asupra îmbinărilor de lipit din aceste module.

Surse de alimentare și electronică de înaltă tensiune

Sursele de alimentare AC-DC (inclusiv cele pentru dispozitive medicale și echipamente industriale) necesită adesea izolație între componentele de înaltă tensiune și șasiu sau radiatoare. Plăcile izolatoare ceramice de alumină sunt utilizate pentru a monta tranzistoare de putere, redresoare sau regulatoare de tensiune pe radiatoare în modelele SMPS (sursă de alimentare în comutație). Acestea asigură izolația dielectrică necesară (respectând standardele de siguranță privind conturnarea și distanța de aer) și transferă eficient căldura de la dispozitive precum MOSFET-uri sau diode către carcasa de răcire. În unitățile de alimentare de înaltă tensiune/mare putere, utilizarea unui strat izolator ceramic în loc de mai multe straturi de pad termic + izolator poate simplifica asamblarea și poate îmbunătăți conductivitatea termică. Sursele de alimentare medicale beneficiază în special de TIM-urile ceramice datorită stabilității lor pe termen lung și lipsei de degazare - importantă pentru respectarea standardelor stricte de fiabilitate și contaminare în mediile medicale. Inginerii care dezvoltă module de alimentare pentru echipamente medicale apreciază faptul că substraturile de alumină nu conțin uleiuri siliconice (care pot migra sau degaza) și pot face față temperaturilor de sterilizare sau funcționării riguroase fără a se degrada. Rezultatul este o unitate de alimentare mai rece, mai sigură și cu o durată de viață mai lungă.

 Plăci de bază și dispozitive RF pentru ambalarea semiconductorilor

Substraturile ceramice de alumină sunt utilizate în mod obișnuit ca substraturi de ambalare pentru semiconductori de putere și componente RF/microunde. De exemplu, tranzistoarele RF de mare putere și pachetele de diode laser pot utiliza o bază ceramică de alumină care se montează pe un radiator. Placa de bază de alumină nu numai că răspândește căldura, dar oferă și o platformă stabilă și ermetică care potrivește expansiunea termică cu matrița. În aplicațiile RF, proprietățile dielectrice ale aluminei (constantă dielectrică moderată de 9,5 și pierderi reduse) o fac potrivită pentru construirea de circuite controlate prin impedanță direct pe substrat, dacă este necesar. În aceste scenarii, substratul de alumină este în esență stratul izolator structural al pachetului dispozitivului - izolează circuitele sub tensiune electrică de carcasa metalică, conducând în același timp căldura către aceasta. Comparativ cu PCB-urile tradiționale cu suport metalic sau pachetele din plastic, pachetele pe bază de ceramică permit o disipare mai mare a puterii și funcționează fiabil la temperaturi ridicate. În plus, în cazul senzorilor sau dispozitivelor medicale implantabile care generează căldură, biocompatibilitatea și stabilitatea aluminei pot fi un avantaj (de exemplu, alumina este uneori utilizată în substraturile dispozitivelor implantabile pentru izolația sa și pentru că este bioinertă).

 În toate aceste aplicații – de la modulele LED la invertoarele IGBT – substraturile ceramice de alumină permit proiecte care funcționează la temperaturi mai scăzute și mai sigure. Acestea permit inginerilor să crească densitățile de putere prin eliminarea mai eficientă a căldurii, menținând în același timp izolația în medii de înaltă tensiune. Rezultatul este adesea o performanță și o durabilitate îmbunătățite ale produsului final.

Comparație cu materialele tradiționale 

Cum se compară izolatorii/izolatorii TIM din ceramică de alumină cu materialele de interfață termică și izolatoare mai tradiționale? Mai jos este o comparație a alternativelor cheie:

Unsoare siliconică (pastă termică)

Unsoarea termică este un TIM obișnuit utilizat pentru a umple golurile microscopice dintre un dispozitiv și radiator. Unsorile de înaltă calitate pot avea conductivități termice în jur de 3–10 W/m·K și umezesc bine suprafețele pentru o rezistență de contact redusă. Cu toate acestea, unsoarea nu oferă suport structural sau izolație electrică. De fapt, multe unsori nu sunt izolante electric (cele care sunt, de obicei, au umpluturi de alumină sau oxid de zinc). Unsoarea suferă, de asemenea, din cauza pompei și uscării în timp - poate migra, atrage praful și necesită o reaplicare atentă dacă o componentă este înlocuită. În asamblare, unsoarea este murdară și poate complica fabricația (consumă mult timp pentru aplicare și trebuie ținută departe de orice suprafețe de lipire sau conectori). Plăcuțele ceramice de alumină elimină aceste probleme: sunt izolatori curați, reutilizabili, care, odată instalați, nu necesită întreținere. În timp ce unsoarea poate obține inițial o rezistență la interfață ușor mai mică pe suprafețe ultra-plane, diferența este mică dacă plăcuța ceramică este subțire și utilizată cu o cantitate mică de unsoare. Pentru majoritatea aplicațiilor de mare putere, fiabilitatea și curățenia aluminei depășesc ușorul avantaj pe care l-ar putea avea unsoarea în ceea ce privește performanța termică. Acesta este motivul pentru care producătorii au dezvoltat materiale de tampoane pe bază de silicon ca o „alternativă fără grăsime” în urmă cu zeci de ani - iar ceramica de alumină este o extensie a acestei filozofii, oferind performanțe termice asemănătoare grăsimii, fără mizerie. Foi izolatoare din mică: Mica (un mineral natural) a fost utilizată timp de mulți ani ca șaibă izolatoare electrică, în special în montarea tranzistoarelor. Mica este excelentă din punct de vedere electric (rezistența dielectrică adesea de 5 kV/mm) și se găsește în foi subțiri (~0,05–0,1 mm). Cu toate acestea, conductivitatea termică a micei este slabă (de ordinul a 0,3–0,5 W/m·K), iar un izolator de mică netratată are o impedanță termică ridicată. Din acest motiv, mica trebuie utilizată împreună cu pasta termică pe ambele fețe pentru a obține un transfer bun de căldură. Acest lucru face ca asamblarea să fie greoaie (gresie pe ambele părți), iar dacă mica se fisurează - ceea ce se poate întâmpla ușor, fiind fragilă - performanța termică și izolația pot fi compromise. Prin contrast, un izolator ceramic de alumină are o conductivitate termică mult mai mare (cel puțin 20 W/m·K) și poate fi adesea utilizat la grosimi mai mari (0,5–1 mm), depășind în același timp mica cu unsoare în ceea ce privește performanța termică. Alumina este, de asemenea, mai robustă la manipulare; deși este o ceramică și se poate ciobi, un substrat de alumină bine ars este de obicei mai rezistent decât mica subțire care se exfoliază. Dezavantajul este costul: mica este foarte ieftină, în timp ce ceramica de alumină este mai scumpă per bucată. Dar pentru modelele cu fiabilitate ridicată și densitate energetică ridicată, costul este justificat de creșterea performanței și fiabilitatea (fără întreținere cu unsoare, fără defecțiuni surpriză cauzate de mică). În concluzie, plăcuțele ceramice de alumină reprezintă o îmbunătățire modernă față de izolatorii cu mică, oferind o conductivitate termică și o rezistență mecanică mai bune.

 Filme de poliimidă (de exemplu, Kapton)

Pelicula de poliimidă este un alt material izolant utilizat în unele stive TIM. Are o rezistență dielectrică ridicată și poate fi foarte subțire (25–125 µm), ceea ce ajută la reducerea rezistenței termice dacă este utilizată cu un compus termic. Poliimida în sine are o conductivitate termică extrem de scăzută (în jur de 0,1 W/m·K), așa că este de obicei combinată cu ceară, grăsime sau adeziv pentru a forma o bandă sau un pad izolator. De exemplu, unele produse cu pad izolator utilizează un suport de poliimidă cu un strat conductiv termic. Poliimida este apreciată pentru rezistența și flexibilitatea sa - nu se crăpă ca mica și poate suporta temperaturi ridicate (până la ~200 °C) fără a se topi. Cu toate acestea, în condiții de putere mare, o peliculă subțire poate fi totuși un blocaj pentru fluxul de căldură, iar subțirimea sa poate fi un dezavantaj pentru tensiune înaltă (necesită mai multe straturi pentru tensiune foarte înaltă). Substraturile ceramice de alumină, în schimb, suportă temperaturile ridicate și mai bine și pot oferi o izolație dielectrică ridicată într-un singur strat datorită grosimii materialului cu o conductivitate termică mult superioară. Soluțiile izolatoare din poliimidă sunt comune în electronica de putere medie, dar pentru cerințe termice extreme, straturile izolatoare ceramice le depășesc prin menținerea izolației la o impedanță termică mult mai mică. Se poate utiliza poliimidă în cazuri cu costuri mai mici sau de putere mai mică, dar se poate trece la ceramica de alumină atunci când se confruntă cu densități mari de wați sau când se preferă o structură izolatoare rigidă.

Tampoane din cauciuc siliconic (tampoane pentru spații/tampoane termoconductoare)

Tampoanele elastomerice pe bază de silicon (adesea umplute cu particule ceramice) reprezintă o soluție populară pentru izolarea termică (TIM) deoarece sunt moi și adaptabile. Pot fi pre-tăiate la formă, sunt ușor de instalat (pur și simplu se fixează în poziție intermediară) și oferă atât izolație, cât și o conductivitate termică decentă (de obicei 1–5 W/m·K, cele de înaltă performanță ajungând până la ~10 W/m·K). Aceste tampoane elimină grăsimea și pot umple golurile chiar dacă suprafețele nu sunt perfect plane, datorită compresibilității lor. Compromisurile sunt performanța termică și îmbătrânirea. Chiar și cea mai bună tampoane din silicon are o rezistență termică mai mare decât o ceramică dură pentru o anumită grosime, deoarece matricea polimerică este mai puțin conductivă și acestea sunt de obicei mai groase pentru a asigura o acoperire bună. Tampoanele din silicon pot experimenta, de asemenea, degazarea substanțelor volatile (ceea ce este o problemă pentru aplicațiile sensibile, cum ar fi optica sau spațiul) și se pot degrada pe perioade lungi de timp la temperaturi ridicate (devenind dure sau fragile). Substraturile ceramice de alumină nu suferă de aceste probleme - rămân stabile și nu se comprimă și nu se degradează. Dacă suprafețele sunt relativ plate, o placă de alumină (eventual cu un strat subțire de grăsime) va de obicei avea performanțe mai bune decât o placă de silicon cu o grosime mai mare. Din punct de vedere mecanic, rigiditatea aluminei poate fi un dezavantaj dacă suprafețele sunt rugoase sau nealiniate - în aceste cazuri, o placă moale ar putea oferi un contact mai bun. Dar, presupunând suprafețe de îmbinare bune, lipsa de compresibilitate a ceramicii nu este o problemă, iar conductivitatea sa mai mare este remarcabilă. De fapt, în circuitele de înaltă frecvență sau cu comutație rapidă, utilizarea unui izolator ceramic poate îmbunătăți performanța, deoarece reduce capacitatea parazită și nu introduce amortizarea pe care ar putea-o introduce o placă moale. Producătorii observă o stabilitate îmbunătățită a frecvenței înalte la înlocuirea izolatorilor de silicon cu cei ceramici. Concluzia: plăcile de silicon sunt convenabile și suficiente pentru multe aplicații, dar pentru performanțe termice și dielectrice optime, plăcile ceramice de alumină au avantajul (cu avertismentul unei montări atente).

Alte materiale avansate

Alumina nu este singura ceramică din oraș. Nitrura de aluminiu (AlN) este o ceramică cu conductivitate termică foarte mare (170+ W/m·K) și o izolație bună, ceea ce o face o alternativă atractivă, dar mai scumpă. BeO (oxid de beriliu) oferă o conductivitate termică și mai mare (~200–300 W/m·K), dar este toxic la manipulat (praful de beriliu este periculos) și, prin urmare, a căzut în dizgrație. Unele TIM-uri specializate utilizează nitrură de bor hexagonală sau alte fibre ceramice într-un compozit pentru a crește conductivitatea. Comparativ cu acestea, alumina se află într-o poziție ideală în ceea ce privește accesibilitatea, ușurința de fabricație și performanța adecvată. Poate avea o conductivitate termică mai mică decât AlN, dar substraturile de alumină sunt mult mai comune și costă poate o treime sau mai puțin pentru dimensiuni echivalente. Majoritatea aplicațiilor (LED-uri, module de putere etc.) își pot îndeplini cerințele termice cu alumină prin ajustarea grosimii sau utilizarea de învelișuri metalice, fără a recurge la AlN, care este mai scump. Acestea fiind spuse, dacă o aplicație necesită absolut cea mai mare conductivitate termică și bugetul permite, straturile izolatoare ceramice de AlN pot fi utilizate în mod similar (și, într-adevăr, mulți furnizori oferă atât alumină, cât și plăcuțe de AlN). În practică, majoritatea soluțiilor TIM ceramice utilizează alumina pentru echilibru, apelând la AlN doar pentru nevoi de ultimă generație.

Materialele TIM tradiționale și materialele izolatoare au fiecare nișele lor, dar substraturile ceramice de alumină combină multe dintre cele mai bune calități ale acestora (performanța termică a unsorilor, izolația micei, stabilitatea poliimidei și reutilizabilitatea plăcuțelor), reducând în același timp dezavantajele (fără mizerie, fără degradare semnificativă). Acest lucru face ca ceramica de alumină să fie o alegere convingătoare atunci când se proiectează pentru densitate mare de putere și fiabilitate.