ഇന്നത്തെ മിക്ക പവർ മൊഡ്യൂൾ ഡിസൈനുകളും അലൂമിനിയം ഓക്സൈഡ് (Al2O3) അല്ലെങ്കിൽ AlN ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച സെറാമിക്സ് അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്, എന്നാൽ പ്രകടന ആവശ്യകതകൾ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ഡിസൈനർമാർ മറ്റ് അടിവസ്ത്രങ്ങളിലേക്ക് നോക്കുന്നു. ഉദാഹരണത്തിന്, EV ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ, ചിപ്പ് താപനില 150°C-ൽ നിന്ന് 200°C-ലേക്ക് പോകുമ്പോൾ സ്വിച്ചിംഗ് നഷ്ടം 10% കുറയും. കൂടാതെ, സോൾഡർ-ഫ്രീ മൊഡ്യൂളുകളും വയർ-ബോണ്ട്-ഫ്രീ മൊഡ്യൂളുകളും പോലുള്ള പുതിയ പാക്കേജിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യകൾ നിലവിലുള്ള സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളെ ഏറ്റവും ദുർബലമായ ലിങ്കാക്കി മാറ്റുന്നു.
കാറ്റ് ടർബൈനുകളിൽ കാണപ്പെടുന്നത് പോലെ കഠിനമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഉൽപ്പന്നം കൂടുതൽ കാലം നിലനിൽക്കണം എന്നതാണ് മറ്റൊരു പ്രധാന ഘടകം. എല്ലാ പാരിസ്ഥിതിക സാഹചര്യങ്ങളിലും കാറ്റ് ടർബൈനുകളുടെ കണക്കാക്കിയ ആയുസ്സ് പതിനഞ്ച് വർഷമാണ്, ഈ ആപ്ലിക്കേഷന്റെ ഡിസൈനർമാരെ മികച്ച സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് സാങ്കേതികവിദ്യകൾ തേടാൻ പ്രേരിപ്പിക്കുന്നു.
SiC ഘടകങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഉപയോഗം മെച്ചപ്പെടുത്തിയ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഇതരമാർഗങ്ങളെ നയിക്കുന്ന മൂന്നാമത്തെ ഘടകമാണ്. പരമ്പരാഗത മൊഡ്യൂളുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഒപ്റ്റിമൽ പാക്കേജിംഗുള്ള ആദ്യത്തെ SiC മൊഡ്യൂളുകൾ 40 മുതൽ 70 ശതമാനം വരെ നഷ്ടം കുറയ്ക്കുകയും Si3N4 സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ഉൾപ്പെടെയുള്ള നൂതന പാക്കേജിംഗ് ടെക്നിക്കുകളുടെ ആവശ്യകതയും പ്രകടമാക്കി. ഈ പ്രവണതകളെല്ലാം പരമ്പരാഗത Al2O3, AlN സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ ഭാവി പ്രവർത്തനത്തെ പരിമിതപ്പെടുത്തും, അതേസമയം Si3N4 അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾ ഭാവിയിലെ ഉയർന്ന പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള പവർ മൊഡ്യൂളുകൾക്ക് തിരഞ്ഞെടുക്കാനുള്ള മെറ്റീരിയലായിരിക്കും.
സിലിക്കൺ നൈട്രൈഡ് (Si3N4) അതിന്റെ മികച്ച വളയുന്ന ശക്തി, ഉയർന്ന പൊട്ടൽ കാഠിന്യം, ഉയർന്ന താപ ചാലകത എന്നിവ കാരണം പവർ ഇലക്ട്രോണിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്ക് അനുയോജ്യമാണ്. സെറാമിക്കിന്റെ സവിശേഷതകളും ഭാഗിക ഡിസ്ചാർജ് അല്ലെങ്കിൽ വിള്ളൽ രൂപീകരണം പോലുള്ള നിർണായക വേരിയബിളുകളുടെ താരതമ്യവും, താപ ചാലകത, താപ സൈക്ലിംഗ് സ്വഭാവം പോലുള്ള അന്തിമ അടിവസ്ത്ര സ്വഭാവത്തിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു.
പവർ മൊഡ്യൂളുകൾക്കായി ഇൻസുലേറ്റിംഗ് വസ്തുക്കൾ തിരഞ്ഞെടുക്കുമ്പോൾ താപ ചാലകത, വളയുന്ന ശക്തി, ഒടിവ് കാഠിന്യം എന്നിവയാണ് ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ഗുണങ്ങൾ. ഒരു പവർ മൊഡ്യൂളിലെ താപത്തിന്റെ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വിസർജ്ജനത്തിന് ഉയർന്ന താപ ചാലകത അത്യാവശ്യമാണ്. പാക്കേജിംഗ് പ്രക്രിയയിൽ സെറാമിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് എങ്ങനെ കൈകാര്യം ചെയ്യപ്പെടുകയും ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു എന്നതിന് വളയുന്ന ശക്തി പ്രധാനമാണ്, അതേസമയം ഒടിവിന്റെ കാഠിന്യം അത് എത്രത്തോളം വിശ്വസനീയമാണെന്ന് കണ്ടെത്തുന്നതിന് പ്രധാനമാണ്.
കുറഞ്ഞ താപ ചാലകതയും കുറഞ്ഞ മെക്കാനിക്കൽ മൂല്യങ്ങളും Al2O3 (96%) സവിശേഷതയാണ്. എന്നിരുന്നാലും, ഇന്നത്തെ ഭൂരിഭാഗം സാധാരണ വ്യാവസായിക ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കും 24 W/mK യുടെ താപ ചാലകത മതിയാകും. മിതമായ വിശ്വാസ്യത ഉണ്ടായിരുന്നിട്ടും AlN-ന്റെ ഉയർന്ന താപ ചാലകത 180 W/mK ആണ് അതിന്റെ ഏറ്റവും വലിയ നേട്ടം. Al2O3 ന്റെ കുറഞ്ഞ ഒടിവുള്ള കാഠിന്യത്തിന്റെയും താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്ന വളയുന്ന ശക്തിയുടെയും ഫലമാണിത്.
കൂടുതൽ വിശ്വാസ്യതയ്ക്കുള്ള വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ആവശ്യം ZTA (സിർക്കോണിയ ടഫൻഡ് അലുമിന) സെറാമിക്സിലെ സമീപകാല മുന്നേറ്റങ്ങൾക്ക് കാരണമായി. ഈ സെറാമിക്‌സിന് മറ്റ് വസ്തുക്കളേക്കാൾ ഗണ്യമായ വളയുന്ന ശക്തിയും ഒടിവിന്റെ കാഠിന്യവുമുണ്ട്. നിർഭാഗ്യവശാൽ, ZTA സെറാമിക്സിന്റെ താപ ചാലകത സാധാരണ Al2O3 യുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്താവുന്നതാണ്; തൽഫലമായി, ഉയർന്ന പവർ ഡെൻസിറ്റി ഉള്ള ഉയർന്ന പവർ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ അവയുടെ ഉപയോഗം നിയന്ത്രിച്ചിരിക്കുന്നു.
Si3N4 മികച്ച താപ ചാലകതയും മെക്കാനിക്കൽ പ്രകടനവും സംയോജിപ്പിക്കുമ്പോൾ. താപ ചാലകത 90 W/mK-ൽ വ്യക്തമാക്കാം, അതിന്റെ ഒടിവ് കാഠിന്യം താരതമ്യപ്പെടുത്തിയ സെറാമിക്സുകളിൽ ഏറ്റവും ഉയർന്നതാണ്. ഈ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ സൂചിപ്പിക്കുന്നത്, ഒരു മെറ്റലൈസ്ഡ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് എന്ന നിലയിൽ Si3N4 ഏറ്റവും ഉയർന്ന വിശ്വാസ്യത കാണിക്കുമെന്നാണ്.
