Većina dizajna energetskih modula danas se zasniva na keramici napravljenoj od aluminijum oksida (Al2O3) ili AlN, ali kako zahtevi za performanse rastu, dizajneri traže druge podloge. U EV aplikacijama, na primjer, gubici pri prebacivanju se smanjuju za 10% kada temperatura čipa pređe sa 150°C na 200°C. Osim toga, nove tehnologije pakiranja kao što su moduli bez lemljenja i moduli bez žica čine postojeće podloge najslabijom karikom.
Još jedan važan faktor je da proizvod mora trajati duže u teškim uvjetima, poput onih u vjetroturbinama. Procijenjeni vijek trajanja vjetroturbina u svim uvjetima okoline je petnaest godina, što je navelo dizajnere ove aplikacije da traže superiorne tehnologije supstrata.
Povećana upotreba SiC komponenti je treći faktor koji pokreće poboljšane alternative supstrata. U poređenju sa konvencionalnim modulima, prvi SiC moduli sa optimalnim pakovanjem pokazali su smanjenje gubitaka od 40 do 70 procenata, ali su takođe pokazali potrebu za inovativnim tehnikama pakovanja, uključujući i Si3N4 supstrate. Sve ove tendencije će ograničiti buduću funkciju tradicionalnih Al2O3 i AlN supstrata, dok će supstrati na bazi Si3N4 biti materijal izbora za buduće energetske module visokih performansi.
Silicijum nitrid (Si3N4) je veoma pogodan za podloge elektronike za napajanje zbog svoje superiorne čvrstoće na savijanje, velike žilavosti loma i visoke toplotne provodljivosti. Karakteristike keramike i poređenje kritičnih varijabli, kao što su djelomično pražnjenje ili formiranje pukotina, imaju veliki utjecaj na konačno ponašanje podloge, kao što je provodljivost topline i ponašanje termičkog ciklusa.
Toplotna provodljivost, čvrstoća na savijanje i žilavost loma su najvažnija svojstva pri odabiru izolacijskih materijala za energetske module. Visoka toplotna provodljivost je neophodna za brzo odvođenje toplote u energetskom modulu. Čvrstoća na savijanje je važna za način na koji se keramičkom podlogom rukuje i koristi tokom procesa pakovanja, dok je žilavost loma važna da bi se utvrdilo koliko će biti pouzdana.
Niska toplotna provodljivost i niske mehaničke vrednosti karakterišu Al2O3 (96%). Međutim, toplotna provodljivost od 24 W/mK je adekvatna za većinu standardnih industrijskih primjena današnjice. Visoka toplotna provodljivost AlN-a od 180 W/mK je njegova najveća prednost, uprkos njegovoj umerenoj pouzdanosti. Ovo je rezultat niske otpornosti na lom Al2O3 i uporedive čvrstoće na savijanje.
Povećana potražnja za većom pouzdanošću dovela je do nedavnih napretka u ZTA (cirkonijum ojačanoj glinici) keramici. Ova keramika ima znatno veću čvrstoću na savijanje i otpornost na lom od drugih materijala. Nažalost, toplotna provodljivost ZTA keramike je uporediva sa onom standardnog Al2O3; kao rezultat toga, njihova upotreba u aplikacijama velike snage s najvećom gustoćom snage je ograničena.
Dok Si3N4 kombinuje odličnu toplotnu provodljivost i mehaničke performanse. Toplotna provodljivost se može odrediti na 90 W/mK, a njena otpornost na lom je najveća među upoređenim keramikama. Ove karakteristike sugeriraju da će Si3N4 pokazati najveću pouzdanost kao metalizirana podloga.
