Бүгінгі таңда қуат модулінің конструкцияларының көпшілігі алюминий оксидінен (Al2O3) немесе AlN жасалған керамикаға негізделген, бірақ өнімділік талаптары артқан сайын дизайнерлер басқа субстраттарды іздейді. EV қолданбаларында, мысалы, чип температурасы 150°C-тан 200°C-қа дейін көтерілген кезде коммутация жоғалтулары 10%-ға төмендейді. Бұған қоса, дәнекерлеусіз модульдер және сымсыз модульдер сияқты орауыштың жаңа технологиялары бар субстраттарды ең әлсіз буынға айналдырады.
Тағы бір маңызды фактор - жел турбиналарындағы сияқты қатал жағдайларда өнім ұзағырақ қызмет етуі керек. Қоршаған ортаның барлық жағдайында жел турбиналарының есептелген қызмет ету мерзімі он бес жылды құрайды, бұл осы қосымшаның дизайнерлерін субстраттың жоғары технологияларын іздеуге итермелейді.
SiC компоненттерін пайдаланудың артуы субстраттың жақсартылған баламаларын қозғайтын үшінші фактор болып табылады. Кәдімгі модульдермен салыстырғанда, оңтайлы орамасы бар бірінші SiC модульдері жоғалтуды 40-тан 70 пайызға дейін төмендетуді көрсетті, сонымен қатар Si3N4 субстраттарын қоса алғанда, орауыштың инновациялық әдістерінің қажеттілігін көрсетті. Осы тенденциялардың барлығы дәстүрлі Al2O3 және AlN субстраттарының болашақ функциясын шектейді, ал Si3N4 негізіндегі субстраттар болашақ жоғары өнімді қуат модульдері үшін таңдау материалы болады.
Кремний нитриді (Si3N4) жоғары иілу беріктігіне, жоғары сыну беріктігіне және жоғары жылу өткізгіштігіне байланысты қуатты электронды негіздерге өте қолайлы. Керамиканың ерекшеліктері және сыни айнымалыларды салыстыру, мысалы, ішінара разряд немесе жарықшақтардың пайда болуы, жылу өткізгіштік пен жылу циклінің мінез-құлқы сияқты түпкілікті субстрат әрекетіне үлкен әсер етеді.
Қуат модульдері үшін оқшаулағыш материалдарды таңдау кезінде жылу өткізгіштік, иілу күші және сынуға төзімділік ең маңызды қасиеттер болып табылады. Қуат модуліндегі жылудың жылдам таралуы үшін жоғары жылу өткізгіштік маңызды. Иілу беріктігі керамикалық негізді өңдеу және орау процесінде пайдалану үшін маңызды, ал сыну беріктігі оның қаншалықты сенімді болатынын анықтау үшін маңызды.
Төмен жылу өткізгіштік және төмен механикалық мәндер Al2O3 (96%) сипаттайды. Дегенмен, 24 Вт/мК жылу өткізгіштік қазіргі заманғы стандартты өнеркәсіптік қолданбалардың көпшілігіне сәйкес келеді. AlN жоғары жылу өткізгіштігі 180 Вт/мК оның орташа сенімділігіне қарамастан оның ең үлкен артықшылығы болып табылады. Бұл Al2O3-тің төмен сыну беріктігінің және салыстырмалы иілу беріктігінің нәтижесі.
Үлкен сенімділікке деген сұраныстың артуы ZTA (циркониялық қатайтылған алюминий тотығы) керамикасындағы соңғы жетістіктерге әкелді. Бұл керамика басқа материалдарға қарағанда иілу беріктігі мен сыну беріктігіне ие. Өкінішке орай, ZTA керамикасының жылу өткізгіштігі стандартты Al2O3-пен салыстырылады; нәтижесінде оларды қуат тығыздығы ең жоғары қуатты қолданбаларда пайдалану шектеледі.
Si3N4 тамаша жылу өткізгіштік пен механикалық өнімділікті біріктіреді. Жылу өткізгіштік 90 Вт/мК деңгейінде көрсетілуі мүмкін және оның сынуға төзімділігі салыстырылған керамика арасында ең жоғары болып табылады. Бұл сипаттамалар Si3N4 металдандырылған субстрат ретінде ең жоғары сенімділікті көрсетеді.
