Өнөөдөр ихэнх цахилгаан модулийн загварууд нь хөнгөн цагаан исэл (Al2O3) эсвэл AlN-ээр хийсэн керамик дээр суурилдаг боловч гүйцэтгэлийн шаардлага нэмэгдэхийн хэрээр дизайнерууд бусад субстратуудыг хайж байна. Жишээлбэл, EV програмуудад чипийн температур 150 ° C-аас 200 ° C хүртэл буурах үед шилжих алдагдал 10% -иар буурдаг. Нэмж дурдахад, гагнуургүй модулиуд, утасгүй модулиуд зэрэг савлагааны шинэ технологи нь одоо байгаа субстратуудыг хамгийн сул холбоос болгодог.
Өөр нэг чухал хүчин зүйл бол бүтээгдэхүүн нь салхин үүсгүүрт байдаг шиг хатуу ширүүн нөхцөлд удаан үргэлжлэх ёстой. Хүрээлэн буй орчны бүх нөхцөлд салхин турбинуудын ашиглалтын хугацаа нь арван таван жил байдаг нь энэхүү програмын зохион бүтээгчдийг субстратын дээд зэргийн технологийг эрэлхийлэхэд хүргэж байна.
SiC бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн ашиглалтыг нэмэгдүүлэх нь сайжруулсан субстратын хувилбаруудыг хөдөлгөх гуравдахь хүчин зүйл юм. Уламжлалт модулиудтай харьцуулахад хамгийн оновчтой савлагаатай анхны SiC модулиуд нь алдагдлыг 40-70 хувиар бууруулсан ч Si3N4 субстратыг багтаасан шинэлэг савлагааны техник шаардлагатайг харуулсан. Эдгээр бүх хандлага нь уламжлалт Al2O3 ба AlN субстратын ирээдүйн үйл ажиллагааг хязгаарлах бөгөөд Si3N4 дээр суурилсан субстрат нь ирээдүйн өндөр хүчин чадалтай тэжээлийн модулиудын сонголт байх болно.
Цахиурын нитрид (Si3N4) нь гулзайлтын өндөр бат бөх чанар, өндөр хугарлын бат бөх чанар, өндөр дулаан дамжуулалттай тул цахилгаан эрчим хүчний электрон субстратуудад тохиромжтой. Шаазан эдлэлийн онцлог, хэсэгчилсэн урсац, хагарал үүсэх зэрэг чухал үзүүлэлтүүдийн харьцуулалт нь дулаан дамжилтын чанар, дулааны эргэлтийн байдал зэрэг эцсийн субстратын төлөв байдалд гол нөлөө үзүүлдэг.
Дулаан дамжилтын илтгэлцүүр, гулзайлтын бат бэх, хугарлын бат бөх чанар нь цахилгаан модулийн тусгаарлагч материалыг сонгоход хамгийн чухал шинж чанар юм. Өндөр дулаан дамжуулалт нь эрчим хүчний модулийн дулааныг хурдан тараахад зайлшгүй шаардлагатай. Гулзайлтын бат бэх нь керамик субстратыг савлах явцад хэрхэн зохицуулж, ашиглахад чухал байдаг бол хугарлын бат бөх чанар нь хэр найдвартай болохыг тодорхойлоход чухал юм.
Дулаан дамжуулалт бага, механик үзүүлэлтүүд нь Al2O3 (96%) -ийг тодорхойлдог. Гэсэн хэдий ч 24 Вт / мК дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь өнөөгийн үйлдвэрлэлийн стандарт хэрэглээний ихэнхэд хангалттай юм. AlN-ийн 180 Вт/мК өндөр дулаан дамжуулалт нь дунд зэргийн найдвартай хэдий ч хамгийн том давуу тал юм. Энэ нь Al2O3-ийн хугарлын бат бөх чанар бага, гулзайлтын бат бөх байдлын үр дүн юм.
Илүү найдвартай байх эрэлт нэмэгдэж байгаа нь ZTA (zirconia toughened alumina) керамик эдлэлийн сүүлийн үеийн дэвшилтэд хүргэсэн. Эдгээр керамик нь бусад материалаас хамаагүй илүү гулзайлтын бат бөх, хугарлын бат бөх чанар юм. Харамсалтай нь ZTA керамикийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь стандарт Al2O3-тай харьцуулах боломжтой; Үүний үр дүнд хамгийн их эрчим хүчний нягтрал бүхий өндөр хүчин чадалтай хэрэглээнд ашиглах нь хязгаарлагдмал.
Si3N4 нь маш сайн дулаан дамжуулалт ба механик үзүүлэлтүүдийг хослуулсан. Дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийг 90 Вт/мК-аар тодорхойлж болох ба хугарлын бат бөх чанар нь харьцуулсан керамик эдлэлүүдийн дунд хамгийн өндөр үзүүлэлт юм. Эдгээр шинж чанарууд нь Si3N4 нь металжуулсан субстратын хувьд хамгийн найдвартай байдлыг харуулах болно.