Saat ini, tuntutan yang berkembang untuk perlindungan lingkungan dan konservasi energi telah membawa kendaraan listrik energi baru domestik menjadi pusat perhatian. Perangkat paket daya tinggi memainkan peran penting dalam mengatur kecepatan kendaraan dan menyimpan konversi AC dan DC. Siklus termal frekuensi tinggi telah menetapkan persyaratan ketat untuk pembuangan panas kemasan elektronik, sedangkan kompleksitas dan keragaman lingkungan kerja mengharuskan bahan kemasan memiliki ketahanan kejut termal yang baik dan kekuatan tinggi untuk memainkan peran pendukung. Selain itu, dengan pesatnya perkembangan teknologi elektronika daya modern, yang ditandai dengan tegangan tinggi, arus tinggi, dan frekuensi tinggi, efisiensi pembuangan panas modul daya yang diterapkan pada teknologi ini menjadi lebih kritis. Bahan substrat keramik dalam sistem pengemasan elektronik adalah kunci untuk pembuangan panas yang efisien, bahan ini juga memiliki kekuatan dan keandalan yang tinggi dalam menanggapi kompleksitas lingkungan kerja. Substrat keramik utama yang telah diproduksi secara massal dan banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir adalah Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN, dll.
Keramik Al2O3 memainkan peran penting dalam industri substrat pembuangan panas berdasarkan proses persiapannya yang sederhana, insulasi yang baik, dan ketahanan suhu tinggi. Namun, konduktivitas termal rendah Al2O3 tidak dapat memenuhi persyaratan pengembangan perangkat berdaya tinggi dan bertegangan tinggi, dan hanya berlaku untuk lingkungan kerja dengan persyaratan pembuangan panas rendah. Selain itu, kekuatan lentur yang rendah juga membatasi ruang lingkup aplikasi keramik Al2O3 sebagai substrat pembuangan panas.
Substrat keramik BeO memiliki konduktivitas termal yang tinggi dan konstanta dielektrik yang rendah untuk memenuhi persyaratan pembuangan panas yang efisien. Tetapi tidak kondusif untuk aplikasi skala besar karena toksisitasnya, yang mempengaruhi kesehatan pekerja.
Keramik AlN dianggap sebagai bahan kandidat untuk substrat pembuangan panas karena konduktivitas termalnya yang tinggi. Namun keramik AlN memiliki ketahanan kejut termal yang buruk, deliquescence yang mudah, kekuatan dan ketangguhan yang rendah, yang tidak kondusif untuk bekerja di lingkungan yang kompleks, dan sulit untuk memastikan keandalan aplikasi.
Keramik SiC memiliki konduktivitas termal yang tinggi, karena kehilangan dielektriknya yang tinggi dan tegangan tembus yang rendah, keramik ini tidak cocok untuk aplikasi di lingkungan operasi berfrekuensi tinggi dan bertegangan.
Si3N4 diakui sebagai bahan substrat keramik terbaik dengan konduktivitas termal tinggi dan keandalan tinggi di dalam dan luar negeri. Meskipun konduktivitas termal substrat keramik Si3N4 sedikit lebih rendah daripada AlN, kekuatan lentur dan ketangguhan patahnya dapat mencapai lebih dari dua kali lipat AlN. Sementara itu, konduktivitas termal keramik Si3N4 jauh lebih tinggi daripada keramik Al2O3. Selain itu, koefisien muai panas substrat keramik Si3N4 mendekati dengan kristal SiC, substrat semikonduktor generasi ke-3, yang memungkinkannya lebih cocok dengan material kristal SiC. Itu membuat Si3N4 menjadi bahan pilihan untuk substrat konduktivitas termal tinggi untuk perangkat daya semikonduktor SiC generasi ke-3.
