La plej multaj potencmoduldezajnoj hodiaŭ estas bazitaj sur ceramikaĵo farita el aluminia rusto (Al2O3) aŭ AlN, sed ĉar rendimentpostuloj pliiĝas, dizajnistoj rigardas en aliajn substratojn. En EV-aplikoj, ekzemple, ŝanĝperdoj malpliiĝas je 10% kiam la blattemperaturo iras de 150 °C ĝis 200 °C. Krome, novaj pakaĵteknologioj kiel ekzemple lut-liberaj moduloj kaj drat-obligacio-liberaj moduloj igas la ekzistantajn substratojn la plej malforta ligo.
Alia grava faktoro estas, ke la produkto devas daŭri pli longe en severaj kondiĉoj, kiel tiuj trovitaj en ventoturbinoj. La laŭtaksa vivdaŭro de ventoturbinoj sub ĉiuj mediaj kondiĉoj estas dek kvin jaroj, instigante la dizajnistojn de ĉi tiu aplikaĵo serĉi superajn substratteknologiojn.
Kreskanta utiligo de SiC-komponentoj estas tria faktoro kondukanta plifortigitajn substratalternativojn. Kompare al konvenciaj moduloj, la unuaj SiC-moduloj kun optimuma pakado montris perdredukton de 40 ĝis 70 procentoj, sed ankaŭ montris la neceson por novigaj pakteknikoj, inkluzive de Si3N4-substratoj. Ĉiuj ĉi tiuj tendencoj limigos la estontan funkcion de tradiciaj Al2O3 kaj AlN-substratoj, dum substratoj bazitaj sur Si3N4 estos la materialo elektita por estontaj alt-efikecaj potencmoduloj.
Silicia nitruro (Si3N4) taŭgas por potencaj elektronikaj substratoj pro sia supera fleksebla forto, alta frakturforto kaj alta varmokondukteco. La trajtoj de la ceramikaĵo kaj komparo de kritikaj variabloj, kiel ekzemple parta senŝargiĝo aŭ fendetformacio, havas gravan efikon al la fina substratkonduto, kiel ekzemple varmokondukteco kaj termika biciklada konduto.
Termika kondukteco, fleksa forto kaj frakturforto estas la plej gravaj trajtoj dum elektado de izolaj materialoj por potencaj moduloj. Alta varmokondukteco estas esenca por la rapida disipado de varmo en potenca modulo. La fleksebla forto estas grava por kiel la ceramika substrato estas pritraktita kaj uzata dum la paka procezo, dum la frakturforto estas grava por eltrovi kiom fidinda ĝi estos.
Malalta varmokondukteco kaj malaltaj mekanikaj valoroj karakterizas Al2O3 (96%). Tamen, la varmokondukteco de 24 W/mK estas adekvata por la plimulto de normaj industriaj aplikoj de la nuntempo. La alta varmokondukteco de AlN de 180 W/mK estas ĝia plej granda avantaĝo, malgraŭ sia modera fidindeco. Ĉi tio estas la rezulto de la malalta frakturforto kaj komparebla fleksebla forto de Al2O3.
La kreskanta postulo je pli granda fidindeco kondukis al lastatempaj progresoj en ZTA (zirkonio hardita alumino) ceramikaĵo. Ĉi tiuj ceramikaĵoj havas signife pli grandan fleksan forton kaj frakturfortecon ol aliaj materialoj. Bedaŭrinde, la varmokondukteco de ZTA-ceramikaĵo estas komparebla al tiu de norma Al2O3; kiel rezulto, ilia uzo en alt-motoraj aplikoj kun la plej altaj potencdensecoj estas limigita.
Dum Si3N4 kombinas bonegan termikan konduktivecon kaj mekanikan rendimenton. La varmokondukteco povas esti precizigita je 90 W/mK, kaj ĝia frakturforto estas la plej alta inter la komparitaj ceramikaĵoj. Ĉi tiuj karakterizaĵoj indikas ke Si3N4 elmontros la plej altan fidindecon kiel metaligita substrato.
