आज बहुतेक पॉवर मॉड्यूल डिझाईन्स अॅल्युमिनियम ऑक्साईड (Al2O3) किंवा AlN पासून बनवलेल्या सिरॅमिक्सवर आधारित आहेत, परंतु कार्यक्षमतेची आवश्यकता वाढत असताना, डिझाइनर इतर सब्सट्रेट शोधत आहेत. ईव्ही ऍप्लिकेशन्समध्ये, उदाहरणार्थ, जेव्हा चिपचे तापमान 150°C ते 200°C पर्यंत जाते तेव्हा स्विचिंग तोटा 10% कमी होतो. याव्यतिरिक्त, नवीन पॅकेजिंग तंत्रज्ञान जसे की सोल्डर-फ्री मॉड्यूल्स आणि वायर-बॉन्ड-फ्री मॉड्यूल्स विद्यमान सबस्ट्रेट्सला सर्वात कमकुवत दुवा बनवतात.

आणखी एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे उत्पादनाला विंड टर्बाइनमध्ये आढळणाऱ्या कठोर परिस्थितीत जास्त काळ टिकणे आवश्यक आहे. सर्व पर्यावरणीय परिस्थितीत पवन टर्बाइनचे अंदाजे आयुष्य पंधरा वर्षे आहे, जे या अनुप्रयोगाच्या डिझाइनरना उत्कृष्ट सब्सट्रेट तंत्रज्ञान शोधण्यास प्रवृत्त करते.

SiC घटकांचा वाढता वापर हा वर्धित सब्सट्रेट पर्याय चालविणारा तिसरा घटक आहे. पारंपारिक मॉड्यूल्सच्या तुलनेत, इष्टतम पॅकेजिंगसह पहिल्या SiC मॉड्युल्सने 40 ते 70 टक्के तोटा कमी केला, परंतु Si3N4 सब्सट्रेट्ससह नाविन्यपूर्ण पॅकेजिंग तंत्रांची आवश्यकता देखील दर्शविली. या सर्व प्रवृत्ती पारंपारिक Al2O3 आणि AlN सबस्ट्रेट्सचे भविष्यातील कार्य मर्यादित करतील, तर Si3N4 वर आधारित सबस्ट्रेट्स भविष्यातील उच्च-कार्यक्षमता पॉवर मॉड्यूल्ससाठी निवडीची सामग्री असतील.

सिलिकॉन नायट्राइड (Si3N4) त्याच्या उत्कृष्ट झुकण्याची ताकद, उच्च फ्रॅक्चर कडकपणा आणि उच्च थर्मल चालकता यामुळे पॉवर इलेक्ट्रॉनिक सब्सट्रेट्ससाठी योग्य आहे. सिरॅमिकची वैशिष्ट्ये आणि गंभीर व्हेरिएबल्सची तुलना, जसे की आंशिक डिस्चार्ज किंवा क्रॅक तयार करणे, अंतिम सब्सट्रेट वर्तनावर मोठा प्रभाव पाडतात, जसे की उष्णता चालकता आणि थर्मल सायकलिंग वर्तन.

पॉवर मॉड्यूल्ससाठी इन्सुलेट सामग्री निवडताना थर्मल चालकता, झुकण्याची ताकद आणि फ्रॅक्चर कडकपणा हे सर्वात महत्वाचे गुणधर्म आहेत. पॉवर मॉड्युलमध्ये उष्णतेच्या जलद विघटनासाठी उच्च थर्मल चालकता आवश्यक आहे. पॅकेजिंग प्रक्रियेदरम्यान सिरेमिक सब्सट्रेट कसे हाताळले जाते आणि वापरले जाते यासाठी झुकण्याची ताकद महत्त्वाची आहे, तर फ्रॅक्चरची कडकपणा किती विश्वासार्ह असेल हे शोधण्यासाठी महत्त्वपूर्ण आहे.

कमी थर्मल चालकता आणि कमी यांत्रिक मूल्ये Al2O3 (96%) दर्शवितात. तथापि, 24 W/mK ची थर्मल चालकता सध्याच्या बहुतेक मानक औद्योगिक अनुप्रयोगांसाठी पुरेशी आहे. मध्यम विश्वासार्हता असूनही, AlN ची 180 W/mK ची उच्च थर्मल चालकता हा त्याचा सर्वात मोठा फायदा आहे. हे Al2O3 च्या कमी फ्रॅक्चर कडकपणा आणि तुलनात्मक वाकण्याच्या ताकदीचा परिणाम आहे.

अधिक विश्वासार्हतेच्या वाढत्या मागणीमुळे ZTA (zirconia toughened alumina) सिरेमिकमध्ये अलीकडील प्रगती झाली. या सिरेमिकमध्ये इतर सामग्रीच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या वाकण्याची ताकद आणि फ्रॅक्चर कडकपणा आहे. दुर्दैवाने, ZTA सिरेमिकची थर्मल चालकता मानक Al2O3 शी तुलना करता येते; परिणामी, उच्च उर्जा घनतेसह उच्च-शक्ती अनुप्रयोगांमध्ये त्यांचा वापर प्रतिबंधित आहे.

Si3N4 उत्कृष्ट थर्मल चालकता आणि यांत्रिक कार्यप्रदर्शन एकत्र करते. थर्मल चालकता 90 W/mK वर निर्दिष्ट केली जाऊ शकते आणि त्याची फ्रॅक्चर कडकपणा तुलना केलेल्या सिरॅमिक्समध्ये सर्वात जास्त आहे. ही वैशिष्ट्ये सूचित करतात की Si3N4 मेटलाइज्ड सब्सट्रेट म्हणून सर्वोच्च विश्वासार्हता प्रदर्शित करेल.