Attualmente, il crescente clamore per la protezione dell'ambiente e il risparmio energetico ha portato alla ribalta i veicoli elettrici domestici di nuova energia. I dispositivi ad alta potenza svolgono un ruolo decisivo nella regolazione della velocità del veicolo e nell'immagazzinamento della conversione AC e DC. Il ciclo termico ad alta frequenza ha imposto requisiti rigorosi per la dissipazione del calore degli imballaggi elettronici, mentre la complessità e la diversità dell'ambiente di lavoro richiedono che i materiali di imballaggio abbiano una buona resistenza agli shock termici e un'elevata resistenza per svolgere un ruolo di supporto. Inoltre, con il rapido sviluppo della moderna tecnologia dell'elettronica di potenza, caratterizzata da alta tensione, alta corrente e alta frequenza, l'efficienza di dissipazione del calore dei moduli di potenza applicati a questa tecnologia è diventata più critica. I materiali del substrato ceramico nei sistemi di imballaggio elettronico sono la chiave per un'efficiente dissipazione del calore, hanno anche un'elevata resistenza e affidabilità in risposta alla complessità dell'ambiente di lavoro. I principali substrati ceramici che sono stati prodotti in serie e ampiamente utilizzati negli ultimi anni sono Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN, ecc.
La ceramica Al2O3 svolge un ruolo importante nel settore dei substrati di dissipazione del calore in base al suo semplice processo di preparazione, al buon isolamento e alla resistenza alle alte temperature. Tuttavia, la bassa conduttività termica di Al2O3 non può soddisfare i requisiti di sviluppo di dispositivi ad alta potenza e alta tensione ed è applicabile solo all'ambiente di lavoro con requisiti di bassa dissipazione del calore. Inoltre, la bassa resistenza alla flessione limita anche l'ambito di applicazione delle ceramiche Al2O3 come substrati di dissipazione del calore.
I substrati ceramici BeO hanno un'elevata conduttività termica e una bassa costante dielettrica per soddisfare i requisiti di un'efficiente dissipazione del calore. Ma non è favorevole all'applicazione su larga scala a causa della sua tossicità, che colpisce la salute dei lavoratori.
La ceramica AlN è considerata un materiale candidato per il substrato di dissipazione del calore grazie alla sua elevata conduttività termica. Ma la ceramica AlN ha scarsa resistenza agli shock termici, facile deliquescenza, bassa resistenza e tenacità, il che non è favorevole al lavoro in un ambiente complesso ed è difficile garantire l'affidabilità delle applicazioni.
La ceramica SiC ha un'elevata conduttività termica, a causa della sua elevata perdita dielettrica e della bassa tensione di rottura, non è adatta per applicazioni in ambienti operativi ad alta frequenza e tensione.
Si3N4 è riconosciuto come il miglior materiale di substrato ceramico con elevata conduttività termica e alta affidabilità in patria e all'estero. Sebbene la conduttività termica del substrato ceramico Si3N4 sia leggermente inferiore a quella dell'AlN, la sua resistenza alla flessione e tenacità alla frattura possono raggiungere più del doppio di quella dell'AlN. Nel frattempo, la conduttività termica della ceramica Si3N4 è molto superiore a quella della ceramica Al2O3. Inoltre, il coefficiente di espansione termica dei substrati ceramici Si3N4 è vicino a quello dei cristalli SiC, il substrato semiconduttore di terza generazione, che gli consente di adattarsi in modo più stabile al materiale cristallino SiC. Rende Si3N4 il materiale preferito per substrati ad alta conduttività termica per dispositivi di potenza a semiconduttore SiC di terza generazione.
