Momenteel heeft de groeiende roep om milieubescherming en energiebesparing binnenlandse elektrische voertuigen met nieuwe energie in de schijnwerpers gezet. Apparaten met een hoog vermogen spelen een beslissende rol bij het regelen van de snelheid van het voertuig en het opslaan van wisselstroom en gelijkstroom. De hoogfrequente thermische cycli stellen strenge eisen aan de warmteafvoer van elektronische verpakkingen, terwijl de complexiteit en diversiteit van de werkomgeving vereisen dat verpakkingsmaterialen een goede thermische schokbestendigheid en hoge sterkte hebben om een ondersteunende rol te spelen. Bovendien is met de snelle ontwikkeling van moderne vermogenselektronica-technologie, die wordt gekenmerkt door hoge spanning, hoge stroom en hoge frequentie, de warmteafvoer-efficiëntie van vermogensmodules die op deze technologie worden toegepast, kritischer geworden. De keramische substraatmaterialen in elektronische verpakkingssystemen zijn de sleutel tot efficiënte warmteafvoer, ze hebben ook een hoge sterkte en betrouwbaarheid als reactie op de complexiteit van de werkomgeving. De belangrijkste keramische substraten die de afgelopen jaren massaal zijn geproduceerd en op grote schaal zijn gebruikt, zijn Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN, enz.
Al2O3-keramiek speelt een belangrijke rol in de warmtedissipatiesubstraatindustrie vanwege het eenvoudige voorbereidingsproces, de goede isolatie en de hoge temperatuurbestendigheid. De lage thermische geleidbaarheid van Al2O3 kan echter niet voldoen aan de ontwikkelingsvereisten van apparaten met hoog vermogen en hoogspanning en is alleen van toepassing op de werkomgeving met lage warmteafvoervereisten. Bovendien beperkt de lage buigsterkte ook het toepassingsgebied van Al2O3-keramiek als warmteafvoersubstraten.
BeO keramische substraten hebben een hoge thermische geleidbaarheid en een lage diëlektrische constante om te voldoen aan de vereisten van efficiënte warmteafvoer. Maar het is niet bevorderlijk voor grootschalige toepassing vanwege de toxiciteit, die de gezondheid van werknemers aantast.
AlN-keramiek wordt vanwege zijn hoge thermische geleidbaarheid beschouwd als een kandidaat-materiaal voor warmtedissipatiesubstraat. Maar AlN-keramiek heeft een slechte thermische schokbestendigheid, gemakkelijke vervloeiing, lage sterkte en taaiheid, wat niet bevorderlijk is voor het werken in een complexe omgeving, en het is moeilijk om de betrouwbaarheid van toepassingen te garanderen.
SiC-keramiek heeft een hoge thermische geleidbaarheid, vanwege het hoge diëlektrische verlies en de lage doorslagspanning, is het niet geschikt voor toepassingen in omgevingen met hoge frequentie en spanning.
Si3N4 wordt erkend als het beste keramische substraatmateriaal met een hoge thermische geleidbaarheid en hoge betrouwbaarheid in binnen- en buitenland. Hoewel de thermische geleidbaarheid van Si3N4-keramisch substraat iets lager is dan die van AlN, kunnen de buigsterkte en breuktaaiheid meer dan twee keer zo hoog zijn als die van AlN. Ondertussen is de thermische geleidbaarheid van Si3N4-keramiek veel hoger dan die van Al2O3-keramiek. Bovendien ligt de thermische uitzettingscoëfficiënt van Si3N4-keramische substraten dicht bij die van SiC-kristallen, het halfgeleidersubstraat van de derde generatie, waardoor het stabieler past bij SiC-kristalmateriaal. Het maakt Si3N4 het voorkeursmateriaal voor substraten met een hoge thermische geleidbaarheid voor 3e generatie SiC-halfgeleidervermogensapparaten.
