বেশিরভাগ পাওয়ার মডিউল ডিজাইন আজ অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড (Al2O3) বা AlN দিয়ে তৈরি সিরামিকের উপর ভিত্তি করে তৈরি, কিন্তু কর্মক্ষমতা প্রয়োজনীয়তা বৃদ্ধির সাথে সাথে ডিজাইনাররা অন্যান্য সাবস্ট্রেটের দিকে নজর দিচ্ছেন। উদাহরণস্বরূপ, ইভি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, চিপের তাপমাত্রা 150 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে 200 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডে গেলে স্যুইচিং ক্ষতি 10% কমে যায়। এছাড়াও, নতুন প্যাকেজিং প্রযুক্তি যেমন সোল্ডার-ফ্রি মডিউল এবং ওয়্যার-বন্ড-মুক্ত মডিউল বিদ্যমান সাবস্ট্রেটগুলিকে দুর্বলতম লিঙ্ক করে তোলে।
আরেকটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হল যে পণ্যটিকে কঠোর পরিস্থিতিতে দীর্ঘস্থায়ী করতে হবে, যেমন বায়ু টারবাইনে পাওয়া যায়। সমস্ত পরিবেশগত অবস্থার অধীনে বায়ু টারবাইনের আনুমানিক জীবনকাল হল পনের বছর, এই অ্যাপ্লিকেশনটির ডিজাইনারদের উচ্চতর সাবস্ট্রেট প্রযুক্তি খোঁজার জন্য প্ররোচিত করে।
SiC উপাদানগুলির ক্রমবর্ধমান ব্যবহার একটি তৃতীয় ফ্যাক্টর যা উন্নত সাবস্ট্রেট বিকল্পগুলিকে চালিত করে৷ প্রচলিত মডিউলের তুলনায়, সর্বোত্তম প্যাকেজিং সহ প্রথম SiC মডিউলগুলি 40 থেকে 70 শতাংশের ক্ষতি হ্রাস প্রদর্শন করেছে, তবে Si3N4 সাবস্ট্রেট সহ উদ্ভাবনী প্যাকেজিং কৌশলগুলির প্রয়োজনীয়তাও প্রদর্শন করেছে। এই সমস্ত প্রবণতা ঐতিহ্যগত Al2O3 এবং AlN সাবস্ট্রেটগুলির ভবিষ্যত কার্যকারিতাকে সীমিত করবে, যেখানে Si3N4-এর উপর ভিত্তি করে সাবস্ট্রেটগুলি ভবিষ্যতের উচ্চ-পারফরম্যান্স পাওয়ার মডিউলগুলির জন্য পছন্দের উপাদান হবে।
সিলিকন নাইট্রাইড (Si3N4) এর উচ্চতর নমন শক্তি, উচ্চ ফ্র্যাকচার দৃঢ়তা এবং উচ্চ তাপ পরিবাহিতা কারণে পাওয়ার ইলেকট্রনিক সাবস্ট্রেটের জন্য উপযুক্ত। সিরামিকের বৈশিষ্ট্য এবং আংশিক স্রাব বা ফাটল গঠনের মতো সমালোচনামূলক ভেরিয়েবলের তুলনা চূড়ান্ত স্তরের আচরণের উপর একটি বড় প্রভাব ফেলে, যেমন তাপ পরিবাহিতা এবং তাপীয় সাইক্লিং আচরণ।
তাপ পরিবাহিতা, নমন শক্তি, এবং ফ্র্যাকচার শক্ততা পাওয়ার মডিউলগুলির জন্য অন্তরক উপকরণ নির্বাচন করার সময় সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য। একটি পাওয়ার মডিউলে তাপের দ্রুত অপচয়ের জন্য উচ্চ তাপ পরিবাহিতা অপরিহার্য। প্যাকেজিং প্রক্রিয়া চলাকালীন সিরামিক সাবস্ট্রেট কীভাবে পরিচালনা করা হয় এবং ব্যবহার করা হয় তার জন্য নমন শক্তি গুরুত্বপূর্ণ, যখন ফ্র্যাকচার শক্ততা এটি কতটা নির্ভরযোগ্য হবে তা নির্ধারণের জন্য গুরুত্বপূর্ণ।
নিম্ন তাপ পরিবাহিতা এবং কম যান্ত্রিক মান Al2O3 (96%) চিহ্নিত করে। যাইহোক, 24 W/mK এর তাপ পরিবাহিতা বর্তমান দিনের বেশিরভাগ মানক শিল্প অ্যাপ্লিকেশনের জন্য পর্যাপ্ত। মাঝারি নির্ভরযোগ্যতা সত্ত্বেও, AlN-এর উচ্চ তাপ পরিবাহিতা 180 W/mK এর সবচেয়ে বড় সুবিধা। এটি Al2O3 এর কম ফ্র্যাকচার শক্ততা এবং তুলনামূলক নমন শক্তির ফলাফল।
বৃহত্তর নির্ভরযোগ্যতার ক্রমবর্ধমান চাহিদা ZTA (জিরকোনিয়া শক্ত অ্যালুমিনা) সিরামিকের সাম্প্রতিক অগ্রগতির দিকে পরিচালিত করে। এই সিরামিকগুলির অন্যান্য উপকরণের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি নমন শক্তি এবং ফ্র্যাকচার শক্ততা রয়েছে। দুর্ভাগ্যবশত, ZTA সিরামিকের তাপ পরিবাহিতা স্ট্যান্ডার্ড Al2O3 এর সাথে তুলনীয়; ফলস্বরূপ, সর্বোচ্চ শক্তি ঘনত্ব সহ উচ্চ-পাওয়ার অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে তাদের ব্যবহার সীমাবদ্ধ।
যখন Si3N4 চমৎকার তাপ পরিবাহিতা এবং যান্ত্রিক কর্মক্ষমতা একত্রিত করে। তাপ পরিবাহিতা 90 W/mK-তে নির্দিষ্ট করা যেতে পারে এবং তুলনামূলক সিরামিকের মধ্যে এর ফ্র্যাকচার শক্ততা সর্বোচ্চ। এই বৈশিষ্ট্যগুলি পরামর্শ দেয় যে Si3N4 একটি ধাতব স্তর হিসাবে সর্বোচ্চ নির্ভরযোগ্যতা প্রদর্শন করবে।
