امروزه اکثر طرح‌های ماژول قدرت بر پایه سرامیک‌های ساخته شده از اکسید آلومینیوم (Al2O3) یا AlN هستند، اما با افزایش الزامات عملکرد، طراحان به دنبال لایه‌های دیگر هستند. برای مثال، در کاربردهای EV، وقتی دمای تراشه از 150 درجه سانتی گراد به 200 درجه سانتی گراد می رسد، تلفات سوئیچینگ 10 درصد کاهش می یابد. علاوه بر این، فناوری‌های جدید بسته‌بندی مانند ماژول‌های بدون لحیم کاری و ماژول‌های بدون اتصال سیم، بسترهای موجود را ضعیف‌ترین پیوند می‌کنند.

عامل مهم دیگر این است که محصول باید در شرایط سخت، مانند توربین‌های بادی، دوام بیشتری داشته باشد. طول عمر تخمینی توربین‌های بادی در تمام شرایط محیطی پانزده سال است، که طراحان این برنامه را بر آن داشت تا به دنبال فناوری‌های زیرلایه برتر باشند.

افزایش استفاده از اجزای SiC عامل سومی است که جایگزین های بستر را افزایش می دهد. در مقایسه با ماژول‌های معمولی، اولین ماژول‌های SiC با بسته‌بندی بهینه کاهش تلفات 40 تا 70 درصدی را نشان دادند، اما نیاز به تکنیک‌های بسته‌بندی نوآورانه از جمله بسترهای Si3N4 را نیز نشان دادند. همه این تمایلات عملکرد آینده زیرلایه‌های Al2O3 و AlN سنتی را محدود می‌کنند، در حالی که بسترهای مبتنی بر Si3N4 ماده انتخابی برای ماژول‌های قدرت با کارایی بالا آینده خواهند بود.

نیترید سیلیکون (Si3N4) به دلیل استحکام خمشی عالی، چقرمگی شکست بالا و هدایت حرارتی بالا برای زیرلایه های الکترونیکی قدرت مناسب است. ویژگی‌های سرامیک و مقایسه متغیرهای حیاتی، مانند تخلیه جزئی یا تشکیل ترک، تأثیر عمده‌ای بر رفتار بستر نهایی، مانند هدایت حرارتی و رفتار چرخه حرارتی دارد.

رسانایی حرارتی، استحکام خمشی و چقرمگی شکست مهمترین خصوصیات هنگام انتخاب مواد عایق برای ماژول های قدرت هستند. هدایت حرارتی بالا برای اتلاف سریع گرما در یک ماژول قدرت ضروری است. استحکام خمشی برای نحوه استفاده و استفاده از بستر سرامیکی در طی فرآیند بسته بندی مهم است، در حالی که چقرمگی شکست برای تعیین میزان قابل اعتماد بودن آن مهم است.

هدایت حرارتی پایین و مقادیر مکانیکی پایین Al2O3 (96٪) را مشخص می کند. با این حال، هدایت حرارتی 24 W/mK برای اکثر کاربردهای صنعتی استاندارد امروزی کافی است. رسانایی حرارتی بالای AlN 180 W/mK بزرگترین مزیت آن علیرغم قابلیت اطمینان متوسط ​​آن است. این نتیجه چقرمگی شکست پایین Al2O3 و مقاومت خمشی قابل مقایسه است.

افزایش تقاضا برای قابلیت اطمینان بیشتر منجر به پیشرفت های اخیر در سرامیک های ZTA (آلومینای سخت شده زیرکونیا) شد. این سرامیک ها به طور قابل توجهی استحکام خمشی و چقرمگی شکست بیشتری نسبت به سایر مواد دارند. متأسفانه، رسانایی حرارتی سرامیک های ZTA با رسانایی حرارتی استاندارد Al2O3 قابل مقایسه است. در نتیجه، استفاده از آنها در کاربردهای پرقدرت با بالاترین چگالی توان محدود شده است.

در حالی که Si3N4 هدایت حرارتی عالی و عملکرد مکانیکی را ترکیب می کند. هدایت حرارتی را می توان در 90 W/mK مشخص کرد و چقرمگی شکست آن در بین سرامیک های مقایسه شده بالاترین است. این ویژگی ها نشان می دهد که Si3N4 بالاترین قابلیت اطمینان را به عنوان یک بستر فلزی از خود نشان می دهد.