ენერგეტიკული მოდულების დიზაინის უმეტესობა დღეს ეფუძნება ალუმინის ოქსიდის (Al2O3) ან AlN-ისგან დამზადებულ კერამიკას, მაგრამ როგორც შესრულების მოთხოვნები იზრდება, დიზაინერები ეძებენ სხვა სუბსტრატებს. მაგალითად, ელექტრომომარაგების აპლიკაციებში, გადართვის დანაკარგები მცირდება 10%-ით, როდესაც ჩიპის ტემპერატურა 150°C-დან 200°C-მდე მიდის. გარდა ამისა, შეფუთვის ახალი ტექნოლოგიები, როგორიცაა შედუღებამდე მოდული და მავთულის გარეშე მოდული, არსებულ სუბსტრატებს ყველაზე სუსტ რგოლად აქცევს.
კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფაქტორი არის ის, რომ პროდუქტს სჭირდება უფრო დიდხანს გაძლება მძიმე პირობებში, როგორიცაა ქარის ტურბინებში. ქარის ტურბინების სავარაუდო სიცოცხლის ხანგრძლივობა ყველა გარემო პირობებში არის თხუთმეტი წელი, რაც ამ აპლიკაციის დიზაინერებს უბიძგებს, მოიძიონ უმაღლესი სუბსტრატის ტექნოლოგიები.
SiC კომპონენტების მზარდი გამოყენება არის მესამე ფაქტორი, რომელიც განაპირობებს სუბსტრატის გაძლიერებულ ალტერნატივებს. ჩვეულებრივ მოდულებთან შედარებით, პირველმა SiC მოდულებმა ოპტიმალური შეფუთვით აჩვენეს დანაკარგების შემცირება 40-დან 70 პროცენტამდე, მაგრამ ასევე აჩვენეს შეფუთვის ინოვაციური ტექნიკის აუცილებლობა, მათ შორის Si3N4 სუბსტრატები. ყველა ეს ტენდენცია შეზღუდავს ტრადიციული Al2O3 და AlN სუბსტრატების სამომავლო ფუნქციას, ხოლო Si3N4-ზე დაფუძნებული სუბსტრატები იქნება არჩევანის მასალა მომავალი მაღალი ხარისხის ენერგეტიკული მოდულებისთვის.
სილიციუმის ნიტრიდი (Si3N4) კარგად არის მორგებული ელექტრო ელექტრო სუბსტრატებისთვის მისი უმაღლესი ღუნვის სიმტკიცის, გატეხვის მაღალი გამძლეობისა და მაღალი თბოგამტარობის გამო. კერამიკის მახასიათებლები და კრიტიკული ცვლადების შედარება, როგორიცაა ნაწილობრივი გამონადენი ან ბზარის წარმოქმნა, დიდ გავლენას ახდენს სუბსტრატის საბოლოო ქცევაზე, როგორიცაა სითბოს გამტარობა და თერმული ციკლის ქცევა.
თბოგამტარობა, მოღუნვის სიმტკიცე და მოტეხილობის სიმტკიცე არის ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებები ელექტრომოდულების საიზოლაციო მასალების შერჩევისას. მაღალი თბოგამტარობა აუცილებელია ელექტრომოდულის სითბოს სწრაფი გაფრქვევისთვის. მოსახვევის სიმტკიცე მნიშვნელოვანია იმისთვის, თუ როგორ ხდება კერამიკული სუბსტრატის დამუშავება და გამოყენება შეფუთვის პროცესში, ხოლო მოტეხილობის სიმტკიცე მნიშვნელოვანია იმის გასარკვევად, თუ რამდენად სანდო იქნება იგი.
დაბალი თბოგამტარობა და დაბალი მექანიკური მნიშვნელობები ახასიათებს Al2O3 (96%). თუმცა, 24 W/mK თბოგამტარობა ადეკვატურია დღევანდელი სტანდარტული სამრეწველო აპლიკაციების უმრავლესობისთვის. AlN-ის მაღალი თბოგამტარობა 180 W/mK არის მისი უდიდესი უპირატესობა, მიუხედავად მისი ზომიერი საიმედოობისა. ეს არის Al2O3-ის დაბალი მოტეხილობის სიმტკიცე და მოსახვევის შედარებითი სიმტკიცის შედეგი.
მზარდმა მოთხოვნამ უფრო საიმედოობაზე განაპირობა ბოლო წინსვლა ZTA (ცირკონიით გამაგრებული ალუმინის) კერამიკაში. ამ კერამიკულ ნაწარმს აქვს ბევრად უფრო დიდი მოღუნვის ძალა და მოტეხილობის სიმტკიცე, ვიდრე სხვა მასალებს. სამწუხაროდ, ZTA კერამიკის თბოგამტარობა შედარებულია სტანდარტულ Al2O3-თან; შედეგად, მათი გამოყენება მაღალი სიმძლავრის აპლიკაციებში, სიმძლავრის მაღალი სიმკვრივით, შეზღუდულია.
მიუხედავად იმისა, რომ Si3N4 აერთიანებს შესანიშნავ თბოგამტარობას და მექანიკურ შესრულებას. თბოგამტარობა შეიძლება განისაზღვროს 90 ვტ/მკკ-ზე და მისი მოტეხილობის სიმტკიცე ყველაზე მაღალია შედარებულ კერამიკას შორის. ეს მახასიათებლები ვარაუდობს, რომ Si3N4 გამოავლენს ყველაზე მაღალ საიმედოობას, როგორც მეტალიზებული სუბსტრატი.
