आज धेरै पावर मोड्युल डिजाइनहरू एल्युमिनियम अक्साइड (Al2O3) वा AlN बाट बनेको सिरेमिकमा आधारित छन्, तर प्रदर्शन आवश्यकताहरू बढ्दै जाँदा, डिजाइनरहरूले अन्य सब्सट्रेटहरू खोजिरहेका छन्। EV अनुप्रयोगहरूमा, उदाहरणका लागि, चिपको तापक्रम 150°C बाट 200°C सम्म जाँदा स्विचिङ घाटा 10% ले कम हुन्छ। थप रूपमा, नयाँ प्याकेजिङ प्रविधिहरू जस्तै सोल्डर-मुक्त मोड्युलहरू र तार-बन्ड-मुक्त मोड्युलहरूले अवस्थित सब्सट्रेटहरूलाई सबैभन्दा कमजोर लिङ्क बनाउँदछ।

अर्को महत्त्वपूर्ण कारक भनेको विन्ड टर्बाइनहरूमा पाइने जस्ता कठोर परिस्थितिहरूमा उत्पादन लामो समयसम्म टिक्न आवश्यक छ। सबै वातावरणीय अवस्थाहरूमा पवन टर्बाइनहरूको अनुमानित जीवनकाल पन्ध्र वर्ष हो, यस अनुप्रयोगका डिजाइनरहरूलाई उत्कृष्ट सब्सट्रेट प्रविधिहरू खोज्न प्रेरित गर्दछ।

SiC कम्पोनेन्टहरूको बढ्दो उपयोग विस्तारित सब्सट्रेट विकल्पहरू चलाउने तेस्रो कारक हो। परम्परागत मोड्युलहरूको तुलनामा, इष्टतम प्याकेजिङका साथ पहिलो SiC मोड्युलहरूले 40 देखि 70 प्रतिशतको हानि घटाउने प्रदर्शन गरे, तर Si3N4 सब्सट्रेटहरू सहित नवीन प्याकेजिङ प्रविधिहरूको आवश्यकता पनि प्रदर्शन गरे। यी सबै प्रवृत्तिहरूले परम्परागत Al2O3 र AlN सब्सट्रेटहरूको भविष्यको कार्यलाई सीमित गर्नेछ, जबकि Si3N4 मा आधारित सब्सट्रेटहरू भविष्यको उच्च-प्रदर्शन पावर मोड्युलहरूको लागि छनौटको सामग्री हुनेछन्।

सिलिकन नाइट्राइड (Si3N4) यसको उच्च झुकाउने शक्ति, उच्च फ्र्याक्चर कठोरता, र उच्च थर्मल चालकताको कारणले पावर इलेक्ट्रोनिक सब्सट्रेटहरूको लागि राम्रोसँग उपयुक्त छ। सिरेमिकका विशेषताहरू र महत्वपूर्ण चरहरूको तुलना, जस्तै आंशिक डिस्चार्ज वा क्र्याक गठनले अन्तिम सब्सट्रेट व्यवहारमा ठूलो प्रभाव पार्छ, जस्तै गर्मी चालकता र थर्मल साइकल चलाउने व्यवहार।

शक्ति मोड्युलहरूको लागि इन्सुलेट सामग्री चयन गर्दा थर्मल चालकता, झुकाउने बल, र फ्र्याक्चर कठोरता सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण गुणहरू हुन्। पावर मोड्युलमा गर्मीको द्रुत अपव्ययको लागि उच्च थर्मल चालकता आवश्यक छ। सिरेमिक सब्सट्रेट कसरी ह्यान्डल गरिन्छ र प्याकेजिङ्ग प्रक्रियाको क्रममा प्रयोग गरिन्छ भनेर झुकाउने शक्ति महत्त्वपूर्ण छ, जबकि फ्र्याक्चर कठोरता यो कत्तिको भरपर्दो हुनेछ भनेर पत्ता लगाउन महत्त्वपूर्ण छ।

कम थर्मल चालकता र कम मेकानिकल मान Al2O3 (96%) को विशेषता हो। यद्यपि, 24 W/mK को थर्मल चालकता वर्तमान दिनको मानक औद्योगिक अनुप्रयोगहरूको बहुमतको लागि पर्याप्त छ। AlN को 180 W/mK को उच्च थर्मल चालकता यसको सबैभन्दा ठूलो फाइदा हो, यसको मध्यम विश्वसनीयताको बावजुद। यो Al2O3 को कम फ्र्याक्चर कठोरता र तुलनात्मक झुकाउने शक्ति को परिणाम हो।

अधिक निर्भरताको लागि बढ्दो मागले ZTA (zirconia toughened alumina) सिरेमिकमा हालैका प्रगतिहरू निम्त्यायो। यी सिरेमिकहरूमा अन्य सामग्रीहरूको तुलनामा उल्लेखनीय रूपमा बढी झुकाउने शक्ति र फ्र्याक्चर कठोरता छ। दुर्भाग्यवश, ZTA सिरेमिकको थर्मल चालकता मानक Al2O3 को तुलनात्मक छ; नतिजाको रूपमा, उच्चतम शक्ति घनत्व भएका उच्च-शक्ति अनुप्रयोगहरूमा तिनीहरूको प्रयोग प्रतिबन्धित छ।

जबकि Si3N4 उत्कृष्ट थर्मल चालकता र मेकानिकल प्रदर्शन संयोजन गर्दछ। थर्मल चालकता 90 W/mK मा निर्दिष्ट गर्न सकिन्छ, र यसको फ्र्याक्चर कठोरता तुलना सिरेमिकहरू बीच उच्चतम छ। यी विशेषताहरूले सुझाव दिन्छ कि Si3N4 ले धातुकृत सब्सट्रेटको रूपमा उच्चतम विश्वसनीयता प्रदर्शन गर्नेछ।