Application des substrats en céramique d'alumine dans les matériaux d'interface thermique (TIM) et les couches isolantes structurelles
Dans les systèmes électroniques de puissance et d'éclairage LED, la gestion thermique, associée à une isolation électrique optimale, est essentielle à la fiabilité. Les matériaux d'interface thermique (TIM) comblent les espaces d'air entre les sources et les dissipateurs de chaleur, améliorant ainsi le flux thermique, tandis que les couches isolantes structurelles assurent une isolation électrique robuste et un support mécanique efficace.substrats en céramique d'alumineCes matériaux remplissent de manière unique les deux rôles d'interface thermique diélectrique : ils conduisent efficacement la chaleur comme un matériau d'interface thermique (TIM) tout en assurant une isolation électrique comparable à celle d'un isolant dédié. Cette combinaison de conductivité thermique élevée et de rigidité diélectrique élevée est difficile à obtenir avec les matériaux conventionnels, ce qui confère aux céramiques d'alumine (Al₂O₃) une importance croissante dans des applications allant des drivers LED aux modules de puissance haute tension. Les ingénieurs spécialisés dans l'éclairage LED, l'électronique de puissance, les alimentations médicales et le conditionnement de semi-conducteurs se tournent vers les substrats en céramique d'alumine pour améliorer la dissipation thermique et la fiabilité à long terme.
Les substrats en céramique d'alumine sont appréciés pour leur équilibre en termes de performances thermiques, électriques et mécaniques :
Conductivité thermique élevée
96 % d'alumineL'alumine présente une conductivité thermique d'environ 24 W/m·K, bien supérieure à celle des isolants polymères classiques (souvent inférieure à 5 W/m·K). Elle dissipe ainsi efficacement la chaleur des composants chauds vers les dissipateurs thermiques. Son point de fusion, d'environ 2 050 °C, lui permet de fonctionner à des températures élevées, bien au-delà des limites des matériaux polymères, ce qui la rend idéale pour les appareils fonctionnant à haute température ou dans des environnements difficiles.
Excellente isolation électrique
Alumineest un isolant électrique dont la rigidité diélectrique est souvent supérieure à 17 kV/mm. En pratique, unsubstrat mince en alumineL'alumine peut supporter des tensions de plusieurs milliers de volts sans se rompre. Sa résistivité volumique est supérieure ou égale à 10^14 Ω·cm, garantissant un courant de fuite minimal. De plus, ses pertes diélectriques sont très faibles, un atout majeur pour les circuits haute fréquence ou RF. Ces excellentes performances diélectriques permettent aux substrats en alumine d'assurer une isolation haute tension dans les modules et alimentations de puissance.
Haute résistance et stabilité mécaniques
céramiques d'alumineLes substrats en alumine sont très résistants. Un substrat à 96 % d'alumine présente généralement une résistance à la flexion supérieure ou égale à 350 MPa, ce qui signifie qu'il supporte les contraintes mécaniques et la pression de montage sans se fissurer (à condition d'être correctement supporté). Résistant à l'usure et chimiquement inerte, il n'absorbe pratiquement pas l'eau et ne gonfle donc pas et ne se dégrade pas en milieu humide. Son coefficient de dilatation thermique est inférieur à celui des métaux, ce qui contribue à réduire les contraintes thermiques dans les boîtiers. Contrairement au mica ou aux films plastiques, les substrats en alumine ne vieillissent pas et ne se déforment pas avec le temps ; ils résistent aux cycles thermiques sans perdre leur intégrité.
Résistance aux hautes températures et aux environnements
L'alumine reste stable à des températures bien supérieures à 300 °C, tandis que de nombreux isolants polymères (comme le polyimide ou le silicone) commencent à se dégrader au-delà de 150 à 200 °C. Ininflammable, elle répond souvent à la norme UL 94V-0 sans additifs. Résistante à la corrosion, l'alumine ne réagit ni avec la plupart des produits chimiques ni avec l'humidité. Elle est ainsi parfaitement adaptée aux environnements difficiles et aux applications exigeant une grande fiabilité (par exemple, les compartiments moteurs automobiles ou l'électronique de puissance industrielle) où les matériaux de circuits imprimés standard ou les pastilles à base de silicone pourraient présenter des défaillances.
Un matériau céramique économique
Bien que l'alumine soit plus chère que les plaques FR-4 ou les simples feuilles de mica, elle reste nettement plus abordable que des céramiques exotiques comme le nitrure d'aluminium (AlN). Son rapport qualité-prix est excellent : elle offre des performances thermiques et une fiabilité nettement supérieures aux polymères, à un coût raisonnable pour les applications hautes performances. Cet équilibre fait de l'alumine un choix judicieux lorsque l'utilisation de matériaux purement performants (comme l'AlN ou le BeO) n'est pas justifiée.
En résumé, les substrats en céramique d'alumine combinent une bonne conductivité thermique, une isolation électrique exceptionnelle, une robustesse mécanique et une stabilité thermique. Ces propriétés justifient leur utilisation comme couches d'interface thermique et comme couches structurelles isolantes dans les assemblages électroniques.
CommentSubstrats céramiques en alumineFonction dans les applications TIM
Un substrat en céramique d'alumine peut servir à la fois de matériau d'interface thermique et de couche isolante structurelle dans un dispositif. Voici comment cela fonctionne :
Mécanisme de conduction thermique
Lorsqu'il est utilisé comme unTIM (par exemple, en tant que pastille ou substrat entre un composant de puissance et un dissipateur thermique)La conductivité thermique élevée de l'alumine permet une dissipation rapide de la chaleur. Le substrat céramique remplace ou complète les matériaux d'interface thermique (TIM) plus souples en offrant un chemin de chauffe direct avec une résistance thermique inférieure à celle des pastilles épaisses ou des espaces d'air. Une pastille d'alumine mince, même de 0,5 à 1 mm d'épaisseur, conduit efficacement la chaleur de la base d'un transistor ou d'un module LED vers le dissipateur thermique.
Isolation électrique et isolation diélectrique
substrats d'alumineL'alumine agit simultanément comme isolant diélectrique. Dans une application typique, la couche d'alumine se place entre un composant haute tension et un dissipateur thermique ou un châssis mis à la terre. Elle les isole efficacement, supportant des tensions élevées (de l'ordre du kilovolt) sans claquage. Cette double fonction – transfert de chaleur et blocage du courant électrique – confère à l'alumine le statut d'« interface thermique diélectrique ». Dans les modules de puissance, par exemple, un substrat céramique peut dissiper la chaleur des puces IGBT tout en les isolant d'une plaque de base métallique. La couche d'alumine sert ainsi de couche isolante structurelle dans l'empilement, remplaçant des matériaux comme le mica, l'époxy ou les films de polyimide, traditionnellement utilisés uniquement pour l'isolation électrique.
Soutien structurel
Contrairement aux pâtes ou gels d'interface thermique (TIM), un substrat céramique est un matériau structurel rigide. Il confère une stabilité mécanique accrue : les composants peuvent être montés directement sur le substrat en alumine (soudés ou fixés par clips) et ce dernier peut être vissé ou serré sur un dissipateur thermique ou un boîtier. Les substrats en alumine servent souvent de support physique à un circuit ; par exemple, dans un circuit hybride à couches épaisses ou un module de puissance, le substrat en alumine fait office à la fois de circuit imprimé et de dissipateur thermique. Même utilisé comme simple plot isolant (sous un transistor, par exemple), le plot céramique offre un support solide et indéformable sous pression. Ceci améliore la régularité d'assemblage (fini les problèmes de compression ou de suintement des plots). Cependant, sa rigidité implique que les surfaces doivent être planes et parallèles ; une pression uniforme est essentielle pour éviter toute fissure du substrat ou du composant. Correctement fixés (à l'aide de vis avec rondelles d'épaulement ou de clips à ressort), les plots isolants en alumine sont très résistants et peu susceptibles de se casser en utilisation normale. Ils conservent leur forme et leurs performances même sous une force de serrage élevée et des cycles de température, contrairement au mica qui peut se fissurer ou aux coussinets en silicone qui peuvent se déformer.
Caractéristiques de l'interface
Céramique d'alumineLes matériaux d'interface thermique (TIM) se présentent généralement sous forme polie ou émaillée afin de minimiser la rugosité de surface. Cette finition favorise un bon contact thermique. Dans certaines conceptions, le substrat en alumine peut comporter des pistes métallisées ou des pastilles de soudure (par exemple, du cuivre collé directement sur l'alumine dans les modules de puissance), servant ainsi à la fois de circuit et de TIM. Dans d'autres cas, il s'agit d'une pièce en céramique vierge utilisée uniquement comme isolant ; par exemple, les pastilles thermiques en céramique pour boîtiers de transistors standard (TO-220, TO-247, etc.) sont découpées aux dimensions des trous de montage et simplement insérées entre le transistor et le dissipateur thermique. Les pastilles isolantes en céramique d'alumine (blanches) pour transistors de puissance offrent une interface à haute conductivité thermique et à isolation électrique. Ces pastilles thermiques rigides en céramique remplacent le mica et la graisse, offrant une solution TIM plus propre et plus durable. Ces pastilles en alumine permettent à la chaleur de se dissiper vers le dissipateur thermique tout en maintenant l'isolation, remplissant ainsi la même fonction qu'une pastille d'espacement en silicone ou qu'un mélange mica + graisse, mais avec une seule pièce robuste. Il en résulte souvent une température de jonction plus basse et des performances à haute fréquence améliorées du dispositif, car la céramique présente une impédance thermique plus faible et introduit moins de couplage capacitif que les isolants polymères flexibles.
Les substrats en céramique d'alumine constituent des solutions d'interface thermique (TIM) multifonctionnelles : ils conduisent la chaleur comme un pad thermique dédié, isolent comme une couche diélectrique et assurent une stabilité mécanique grâce à une base de montage robuste. Cette combinaison unique simplifie la gestion thermique et l'isolation au sein d'un seul composant.
Application typique
Les substrats en céramique d'alumine sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels où refroidissement efficace et isolation électrique doivent coexister. Voici quelques exemples d'applications typiques et les raisons du choix de l'alumine :
Modules de commande de LED et éclairage
Les LED haute luminosité et leurs circuits de commande génèrent une chaleur importante dans les dispositifs compacts. Les substrats en alumine sont souvent utilisés comme supports de LED ou comme isolant pour l'électronique de commande. Par exemple, les modules LED COB (Chip-On-Board) utilisent fréquemment l'alumine ou une céramique similaire comme matériau de support, ce qui permet à la fois de dissiper la chaleur et d'isoler les LED du boîtier métallique. De même, les modules de commande de puissance pour LED (convertisseurs AC/DC pour l'éclairage) utilisent des plaques isolantes en alumine pour isoler les sections haute tension des dissipateurs thermiques. La conductivité thermique élevée de la céramique améliore la durée de vie des LED en maintenant les jonctions à une température basse, et son isolation permet de fixer les modules LED en toute sécurité sur des boîtiers métalliques. Un circuit de commande de LED construit sur un substrat rond en céramique d'alumine assure une dissipation thermique efficace et une isolation haute tension. Dans l'éclairage LED, l'utilisation de couches isolantes en céramique d'alumine peut réduire le besoin de dissipateurs thermiques ou de ventilateurs supplémentaires, permettant ainsi la conception de lampes compactes. La fiabilité de la céramique (absence de dessèchement et de vieillissement) est particulièrement appréciée dans les systèmes LED qui doivent fonctionner pendant des dizaines de milliers d'heures.
Modules de semi-conducteurs de puissance (IGBT/MOSFET et modules de puissance OEM)
L'utilisation la plus répandue des substrats en alumine se trouve sans doute dans les modules de puissance, tels que les modules d'onduleurs IGBT, les modules de ponts MOSFET et les unités de contrôle de puissance automobile. Ces modules utilisent souvent la technologie DBC (Direct Bonded Copper) ou des constructions similaires où une couche de céramique d'alumine est prise en sandwich entre des pistes de cuivre et une plaque de base métallique. L'alumine sert d'interface thermique diélectrique : elle transporte la chaleur des semi-conducteurs vers la plaque de base ou le dissipateur thermique, tout en supportant des tensions de bus CC élevées (600 V, 1 200 V ou plus dans les onduleurs de véhicules électriques). Dans ces modules, les substrats en céramique d'alumine garantissent l'isolation électrique de chaque puce de puissance par rapport au dissipateur thermique, sans nécessiter d'isolants en mica ou de plots isolants. Ils présentent également une faible capacité parasite, ce qui est avantageux pour la commutation à haute fréquence (réduction du couplage EMI). Les ingénieurs des équipementiers de modules de puissance privilégient l'alumine pour sa fiabilité éprouvée : l'alumine à 96 % est économique et offre des performances thermiques adéquates pour de nombreuses conceptions. Pour des densités de puissance encore plus élevées, certains pourraient utiliser des céramiques AlN, mais l'alumine reste un matériau de choix pour de nombreux modules industriels et automobiles en raison de sa grande fiabilité et de sa résistance mécanique élevée sous cyclage. De plus, son coefficient de dilatation thermique, plus proche de celui des semi-conducteurs que celui des métaux, réduit les contraintes thermiques sur les joints de soudure de ces modules.
Alimentations électriques et électronique haute tension
Les alimentations AC-DC (notamment celles destinées aux dispositifs médicaux et aux équipements industriels) nécessitent souvent une isolation entre les composants haute tension et le châssis ou les dissipateurs thermiques. Dans les alimentations à découpage (SMPS), les plaques isolantes en céramique d'alumine servent à monter les transistors de puissance, les redresseurs ou les régulateurs de tension sur les dissipateurs thermiques. Elles assurent l'isolation diélectrique nécessaire (conforme aux normes de sécurité relatives aux lignes de fuite et aux distances d'isolement) et transfèrent efficacement la chaleur des composants tels que les MOSFET ou les diodes vers l'enceinte de refroidissement. Dans les alimentations haute tension/haute puissance, l'utilisation d'une couche isolante en céramique, au lieu de plusieurs couches de pads thermiques et d'isolant, simplifie l'assemblage et améliore la conductivité thermique. Les alimentations médicales bénéficient particulièrement des matériaux d'interface thermique (TIM) en céramique grâce à leur stabilité à long terme et à l'absence de dégazage, des atouts essentiels pour répondre aux normes strictes de fiabilité et de contamination en milieu médical. Les ingénieurs concevant des modules d'alimentation pour équipements médicaux apprécient le fait que les substrats en alumine ne contiennent pas d'huiles de silicone (susceptibles de migrer ou de dégager des gaz) et résistent aux températures de stérilisation et aux conditions de fonctionnement difficiles sans se dégrader. Il en résulte une alimentation plus froide, plus sûre et plus durable.
Plaques de base pour l'encapsulation de semi-conducteurs et dispositifs RF
Les substrats en céramique d'alumine sont couramment utilisés comme supports d'encapsulation pour les semi-conducteurs de puissance et les composants RF/micro-ondes. Par exemple, les transistors RF haute puissance et les diodes laser peuvent utiliser une base en céramique d'alumine montée sur un dissipateur thermique. Cette base en alumine assure non seulement une bonne dissipation thermique, mais offre également une plateforme stable et hermétique qui compense la dilatation thermique de la puce. Dans les applications RF, les propriétés diélectriques de l'alumine (constante diélectrique modérée de 9,5 et faibles pertes) permettent, si nécessaire, de réaliser directement sur le substrat des circuits à impédance contrôlée. Dans ce cas, le substrat en alumine constitue la couche isolante structurelle du boîtier : il isole les circuits sous tension du boîtier métallique tout en conduisant la chaleur vers ce dernier. Comparés aux circuits imprimés traditionnels à support métallique ou aux boîtiers plastiques, les boîtiers à base de céramique permettent une dissipation de puissance plus élevée et fonctionnent de manière fiable à haute température. De plus, dans les capteurs ou les dispositifs médicaux implantables qui génèrent de la chaleur, la biocompatibilité et la stabilité de l'alumine peuvent être un atout (par exemple, l'alumine est parfois utilisée dans les substrats de dispositifs implantables pour son isolation et parce qu'elle est bio-inerte).
Dans toutes ces applications – des modules LED aux onduleurs IGBT – les substrats en céramique d'alumine permettent de concevoir des systèmes plus performants, plus sûrs et fonctionnant à une température plus basse. Ils permettent aux ingénieurs d'augmenter la densité de puissance grâce à une meilleure dissipation de la chaleur, tout en maintenant l'isolation dans les environnements haute tension. Il en résulte souvent des performances et une durabilité accrues du produit final.
Comparaison avec les matériaux traditionnels
Comment les matériaux d'interface thermique/isolants en céramique d'alumine se comparent-ils aux matériaux d'interface thermique et d'isolation plus traditionnels ? Voici une comparaison des principales alternatives :
Graisse silicone (pâte thermique)
La graisse thermique est un matériau d'interface thermique (TIM) couramment utilisé pour combler les interstices microscopiques entre un composant et un dissipateur thermique. Les graisses de haute qualité présentent une conductivité thermique de l'ordre de 3 à 10 W/m·K et mouillent bien les surfaces, assurant ainsi une faible résistance de contact. Cependant, la graisse n'offre aucun support structurel ni isolation électrique. De fait, de nombreuses graisses ne sont pas isolantes (celles qui le sont contiennent généralement des charges d'alumine ou d'oxyde de zinc). La graisse est également sujette au pompage et au dessèchement au fil du temps : elle peut migrer, attirer la poussière et nécessite une réapplication minutieuse lors du remplacement d'un composant. Lors de l'assemblage, la graisse est salissante et peut compliquer la fabrication (son application est longue et elle doit être évitée au contact des soudures et des connecteurs). Les pastilles en céramique d'alumine éliminent ces problèmes : ce sont des isolants propres et réutilisables qui, une fois installés, ne nécessitent aucun entretien. Bien que la graisse puisse initialement offrir une résistance d'interface légèrement inférieure sur les surfaces ultra-planes, la différence est minime si la pastille en céramique est fine et utilisée avec une infime quantité de graisse. Pour la plupart des applications haute puissance, la fiabilité et la propreté de l'alumine surpassent le léger avantage que la graisse pourrait présenter en termes de performances thermiques. C'est pourquoi les fabricants ont développé, il y a plusieurs décennies, des matériaux à base de silicone pour les coussinets, comme alternative sans graisse. La céramique d'alumine s'inscrit dans cette même optique, offrant des performances thermiques similaires à celles de la graisse, sans les inconvénients. Feuilles isolantes en mica : le mica (un minéral naturel) est utilisé depuis de nombreuses années comme rondelle isolante électrique, notamment pour le montage des transistors. Le mica est un excellent conducteur électrique (rigidité diélectrique souvent inférieure à 5 kV/mm) et se présente sous forme de feuilles minces (environ 0,05 à 0,1 mm). Cependant, sa conductivité thermique est faible (de l'ordre de 0,3 à 0,5 W/m·K) et un isolant en mica nu présente une impédance thermique élevée. C'est pourquoi le mica doit être utilisé avec de la graisse thermique sur ses deux faces pour obtenir un bon transfert de chaleur. L'assemblage s'avère ainsi complexe (graissage sur les deux faces), et si le mica se fissure – ce qui est facile, étant donné sa fragilité – les performances thermiques et l'isolation peuvent être compromises. À l'inverse, un isolateur en céramique d'alumine présente une conductivité thermique bien supérieure (au moins 20 W/m·K) et peut souvent être utilisé avec une épaisseur plus importante (0,5 à 1 mm) tout en offrant des performances thermiques supérieures à celles du mica et de la graisse. L'alumine est également plus robuste ; bien qu'étant une céramique, elle peut s'ébrécher, mais un substrat en alumine bien cuit est généralement plus résistant qu'une fine couche de mica qui s'effrite. Son principal inconvénient réside dans son coût : le mica est très bon marché, tandis que la céramique d'alumine est plus onéreuse à l'unité. Cependant, pour les conceptions à haute fiabilité et à forte densité de puissance, le surcoût est justifié par le gain de performance et de fiabilité (absence d'entretien de la graisse et de défaillances inattendues du mica). En résumé, les coussinets en céramique d'alumine constituent une amélioration moderne par rapport aux isolateurs en mica, offrant une meilleure conduction thermique et une résistance mécanique accrue.
Films de polyimide (par exemple Kapton)
Le film de polyimide est un autre matériau isolant utilisé dans certaines couches d'interface thermique (TIM). Il possède une rigidité diélectrique élevée et peut être très mince (25 à 125 µm), ce qui contribue à réduire la résistance thermique lorsqu'il est utilisé avec un composé thermique. Le polyimide seul présente une conductivité thermique extrêmement faible (environ 0,1 W/m·K) ; il est donc généralement combiné à de la cire, de la graisse ou un adhésif pour former un ruban ou un coussinet isolant. Par exemple, certains coussinets isolants utilisent un support en polyimide avec un revêtement thermoconducteur. Le polyimide est apprécié pour sa robustesse et sa flexibilité : contrairement au mica, il ne se fissure pas et supporte des températures élevées (jusqu'à environ 200 °C) sans fondre. Cependant, sous forte puissance, un film mince peut constituer un goulot d'étranglement pour la dissipation thermique, et sa faible épaisseur peut être un inconvénient pour la haute tension (plusieurs couches sont nécessaires pour la très haute tension). Les substrats en céramique d'alumine, en revanche, supportent encore mieux les hautes températures et peuvent fournir une isolation diélectrique élevée en une seule couche grâce à leur faible épaisseur et à leur conductivité thermique bien supérieure. Les isolants en polyimide sont courants en électronique de moyenne puissance, mais pour les applications exigeant une dissipation thermique extrême, les couches isolantes en céramique offrent de meilleures performances en maintenant l'isolation à une impédance thermique bien plus faible. On peut utiliser le polyimide pour des applications économiques ou de faible puissance, mais opter pour la céramique d'alumine pour des densités de puissance élevées ou lorsqu'une structure isolante rigide est requise.
Coussinets en caoutchouc silicone (coussins d'espacement/coussins thermoconducteurs)
Les pads en élastomère de silicone (souvent chargés de particules céramiques) sont une solution TIM populaire grâce à leur souplesse et leur conformabilité. Prédécoupables, ils s'installent facilement (par simple assemblage) et offrent à la fois une isolation et une conductivité thermique satisfaisante (généralement de 1 à 5 W/m·K, voire jusqu'à 10 W/m·K pour les modèles hautes performances). Ces pads éliminent les désagréments liés à la graisse et comblent les imperfections, même sur des surfaces non parfaitement planes, grâce à leur compressibilité. Leurs principaux inconvénients résident dans leurs performances thermiques et leur vieillissement. À épaisseur égale, même les meilleurs pads en silicone présentent une résistance thermique supérieure à celle d'une céramique dure, car la matrice polymère est moins conductrice et leur épaisseur est généralement plus importante pour garantir une bonne couverture. Les pads en silicone peuvent également dégager des composés volatils (problématique pour les applications sensibles comme l'optique ou le spatial) et se dégrader à long terme à haute température (devenant durs ou cassants). Les substrats en céramique d'alumine, quant à eux, ne présentent pas ces inconvénients : ils restent stables, ne se compriment pas et ne se dégradent pas. Si les surfaces sont relativement planes, un coussinet en alumine (éventuellement recouvert d'une fine couche de graisse) sera généralement plus performant qu'un coussinet en silicone plus épais. Mécaniquement, la rigidité de l'alumine peut constituer un inconvénient si les surfaces sont rugueuses ou mal alignées ; dans ce cas, un coussinet souple pourrait offrir un meilleur contact. Cependant, en supposant des surfaces de contact optimales, l'incompressibilité de la céramique n'est pas un problème et sa conductivité supérieure est un atout. De fait, dans les circuits haute fréquence ou à commutation rapide, l'utilisation d'un isolateur en céramique peut améliorer les performances car il réduit la capacité parasite et n'induit pas l'amortissement qu'un coussinet souple pourrait engendrer. Les fabricants constatent une meilleure stabilité à haute fréquence lors du remplacement des isolateurs en silicone par des isolateurs en céramique. En résumé : les coussinets en silicone sont pratiques et suffisants pour de nombreuses applications, mais pour des performances thermiques et diélectriques optimales, les coussinets en céramique d'alumine sont supérieurs (à condition d'un montage soigné).
Autres matériaux avancés
L'alumine n'est pas la seule céramique disponible. Le nitrure d'aluminium (AlN) est une céramique à très haute conductivité thermique (plus de 170 W/m·K) et à bonne isolation, ce qui en fait une alternative intéressante, bien que plus onéreuse. L'oxyde de béryllium (BeO) offre une conductivité thermique encore plus élevée (environ 200 à 300 W/m·K), mais sa manipulation est toxique (la poussière de béryllium est dangereuse), ce qui explique son abandon progressif. Certains matériaux d'interface thermique (TIM) spécialisés utilisent du nitrure de bore hexagonal ou d'autres fibres céramiques dans un composite pour améliorer la conductivité. Comparée à ces matériaux, l'alumine présente un excellent rapport qualité-prix, alliant accessibilité, facilité de fabrication et performances adéquates. Bien que sa conductivité thermique soit inférieure à celle de l'AlN, les substrats en alumine sont beaucoup plus courants et coûtent environ un tiers, voire moins, pour une taille équivalente. La plupart des applications (LED, modules de puissance, etc.) peuvent satisfaire leurs exigences thermiques avec de l'alumine en ajustant l'épaisseur ou en utilisant des revêtements métalliques, sans avoir recours à l'AlN, plus coûteux. Cela dit, si une application exige une conductivité thermique maximale et que le budget le permet, des couches isolantes en céramique AlN peuvent être utilisées de la même manière (et de nombreux fournisseurs proposent d'ailleurs des pastilles en alumine et en AlN). En pratique, la plupart des solutions d'interface thermique céramiques utilisent l'alumine pour leur équilibre, et recourent à l'AlN uniquement pour des besoins de pointe.
Les matériaux d'interface thermique (TIM) et les isolants traditionnels ont chacun leurs avantages spécifiques, mais les substrats en céramique d'alumine combinent nombre de leurs meilleures qualités (performances thermiques des graisses, isolation du mica, stabilité du polyimide et réutilisabilité des plots) tout en minimisant leurs inconvénients (absence de salissures et de dégradation significative). De ce fait, la céramique d'alumine constitue un choix judicieux pour la conception de systèmes à haute densité de puissance et haute fiabilité.
