Enamik toitemoodulite konstruktsioone põhineb tänapäeval alumiiniumoksiidist (Al2O3) või AlN-st valmistatud keraamikal, kuid jõudlusnõuete tõustes otsivad disainerid muid aluseid. Näiteks elektrisõidukite rakendustes vähenevad lülituskaod 10%, kui kiibi temperatuur langeb 150 °C-lt 200 °C-le. Lisaks muudavad uued pakendamistehnoloogiad, nagu jootevabad moodulid ja traadiühenduseta moodulid, olemasolevad aluspinnad nõrgimaks lüliks.
Teine oluline tegur on see, et toode peab karmides tingimustes, näiteks tuuleturbiinides, kestma kauem. Tuuleturbiinide hinnanguline eluiga kõigis keskkonnatingimustes on viisteist aastat, mis sunnib selle rakenduse disainereid otsima paremaid substraaditehnoloogiaid.
SiC komponentide suurem kasutamine on kolmas tegur, mis juhib täiustatud substraadi alternatiive. Võrreldes tavaliste moodulitega näitasid esimesed optimaalse pakendiga SiC moodulid kadude vähenemist 40–70 protsenti, kuid näitasid ka vajadust uuenduslike pakkimistehnikate, sealhulgas Si3N4 substraatide järele. Kõik need suundumused piiravad traditsiooniliste Al2O3 ja AlN substraatide tulevast funktsiooni, samas kui Si3N4-põhised substraadid on tulevaste suure jõudlusega toitemoodulite materjal.
Räninitriid (Si3N4) sobib hästi elektrielektroonikatele aluspindadele tänu oma suurepärasele paindetugevusele, suurele purunemiskindlusele ja kõrgele soojusjuhtivusele. Keraamika omadused ja kriitiliste muutujate, nagu osaline tühjenemine või pragude teke, võrdlusel on suur mõju substraadi lõplikule käitumisele, nagu soojusjuhtivus ja soojustsükli käitumine.
Toitemoodulite isolatsioonimaterjalide valimisel on kõige olulisemad omadused soojusjuhtivus, paindetugevus ja purunemiskindlus. Kõrge soojusjuhtivus on oluline soojuse kiireks hajumiseks toitemoodulis. Paindetugevus on oluline selle jaoks, kuidas keraamilist aluspinda pakendamisprotsessis käsitsetakse ja kasutatakse, samas kui purunemistugevus on oluline selle töökindluse väljaselgitamiseks.
Madal soojusjuhtivus ja madalad mehaanilised väärtused iseloomustavad Al2O3 (96%). Siiski on soojusjuhtivus 24 W/mK piisav enamiku tänapäevaste tööstuslike rakenduste jaoks. AlN-i kõrge soojusjuhtivus 180 W/mK on selle suurim eelis, hoolimata selle mõõdukast töökindlusest. See on Al2O3 madala purunemiskindluse ja võrreldava paindetugevuse tulemus.
Kasvav nõudlus suurema töökindluse järele tõi kaasa hiljutised edusammud ZTA (tsirkooniumoksiidiga karastatud alumiiniumoksiid) keraamikas. Nendel keraamikatel on oluliselt suurem paindetugevus ja purunemiskindlus kui teistel materjalidel. Kahjuks on ZTA keraamika soojusjuhtivus võrreldav standardse Al2O3 omaga; selle tulemusena on nende kasutamine suurima võimsustihedusega suure võimsusega rakendustes piiratud.
Kuigi Si3N4 ühendab suurepärase soojusjuhtivuse ja mehaanilise jõudluse. Soojusjuhtivuseks saab määrata 90 W/mK ja selle purunemiskindlus on võrreldavate keraamikate seas kõrgeim. Need omadused viitavad sellele, et Si3N4 on metalliseeritud substraadina kõrgeim töökindlus.
