ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਪਾਵਰ ਮੋਡੀਊਲ ਡਿਜ਼ਾਈਨ ਅੱਜ ਐਲੂਮੀਨੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ (Al2O3) ਜਾਂ AlN ਦੇ ਬਣੇ ਵਸਰਾਵਿਕਸ 'ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਹਨ, ਪਰ ਜਿਵੇਂ-ਜਿਵੇਂ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਦੀਆਂ ਲੋੜਾਂ ਵਧਦੀਆਂ ਹਨ, ਡਿਜ਼ਾਈਨਰ ਹੋਰ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੀ ਖੋਜ ਕਰ ਰਹੇ ਹਨ। EV ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ, ਉਦਾਹਰਨ ਲਈ, ਜਦੋਂ ਚਿੱਪ ਦਾ ਤਾਪਮਾਨ 150°C ਤੋਂ 200°C ਤੱਕ ਜਾਂਦਾ ਹੈ ਤਾਂ ਸਵਿਚਿੰਗ ਨੁਕਸਾਨ 10% ਤੱਕ ਘੱਟ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਨਵੀਂ ਪੈਕੇਜਿੰਗ ਤਕਨੀਕਾਂ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸੋਲਡਰ-ਫ੍ਰੀ ਮੋਡੀਊਲ ਅਤੇ ਵਾਇਰ-ਬਾਂਡ-ਫ੍ਰੀ ਮੋਡੀਊਲ ਮੌਜੂਦਾ ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਨੂੰ ਸਭ ਤੋਂ ਕਮਜ਼ੋਰ ਲਿੰਕ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ।
ਇੱਕ ਹੋਰ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਕਾਰਕ ਇਹ ਹੈ ਕਿ ਉਤਪਾਦ ਨੂੰ ਕਠੋਰ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਤੱਕ ਚੱਲਣ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਵਿੰਡ ਟਰਬਾਈਨਾਂ ਵਿੱਚ ਪਾਇਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਸਾਰੀਆਂ ਵਾਤਾਵਰਣਕ ਸਥਿਤੀਆਂ ਵਿੱਚ ਵਿੰਡ ਟਰਬਾਈਨਾਂ ਦਾ ਅਨੁਮਾਨਿਤ ਜੀਵਨ ਕਾਲ ਪੰਦਰਾਂ ਸਾਲ ਹੈ, ਜੋ ਇਸ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨ ਦੇ ਡਿਜ਼ਾਈਨਰਾਂ ਨੂੰ ਉੱਤਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਤਕਨਾਲੋਜੀਆਂ ਦੀ ਭਾਲ ਕਰਨ ਲਈ ਪ੍ਰੇਰਿਤ ਕਰਦਾ ਹੈ।
SiC ਕੰਪੋਨੈਂਟਸ ਦੀ ਵੱਧਦੀ ਵਰਤੋਂ ਇੱਕ ਤੀਸਰਾ ਕਾਰਕ ਹੈ ਜੋ ਵਧੇ ਹੋਏ ਸਬਸਟਰੇਟ ਵਿਕਲਪਾਂ ਨੂੰ ਚਲਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਪਰੰਪਰਾਗਤ ਮੈਡਿਊਲਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ ਵਿੱਚ, ਅਨੁਕੂਲ ਪੈਕੇਜਿੰਗ ਵਾਲੇ ਪਹਿਲੇ SiC ਮੋਡੀਊਲ ਨੇ 40 ਤੋਂ 70 ਪ੍ਰਤੀਸ਼ਤ ਦੀ ਘਾਟਾ ਘਟਾਈ, ਪਰ Si3N4 ਸਬਸਟਰੇਟਸ ਸਮੇਤ ਨਵੀਨਤਾਕਾਰੀ ਪੈਕੇਜਿੰਗ ਤਕਨੀਕਾਂ ਦੀ ਲੋੜ ਨੂੰ ਵੀ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ। ਇਹ ਸਾਰੀਆਂ ਪ੍ਰਵਿਰਤੀਆਂ ਰਵਾਇਤੀ Al2O3 ਅਤੇ AlN ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਦੇ ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਕਾਰਜ ਨੂੰ ਸੀਮਿਤ ਕਰਨਗੀਆਂ, ਜਦੋਂ ਕਿ Si3N4 'ਤੇ ਅਧਾਰਤ ਸਬਸਟਰੇਟ ਭਵਿੱਖ ਦੇ ਉੱਚ-ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਵਾਲੇ ਪਾਵਰ ਮੋਡੀਊਲਾਂ ਲਈ ਚੋਣ ਦੀ ਸਮੱਗਰੀ ਹੋਣਗੇ।
ਸਿਲੀਕਾਨ ਨਾਈਟਰਾਈਡ (Si3N4) ਇਸਦੀ ਉੱਤਮ ਝੁਕਣ ਦੀ ਤਾਕਤ, ਉੱਚ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਕਠੋਰਤਾ, ਅਤੇ ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਦੇ ਕਾਰਨ ਪਾਵਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਿਕ ਸਬਸਟਰੇਟਾਂ ਲਈ ਚੰਗੀ ਤਰ੍ਹਾਂ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ। ਵਸਰਾਵਿਕ ਦੀਆਂ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਅਤੇ ਨਾਜ਼ੁਕ ਵੇਰੀਏਬਲਾਂ ਦੀ ਤੁਲਨਾ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਅੰਸ਼ਕ ਡਿਸਚਾਰਜ ਜਾਂ ਦਰਾੜ ਦਾ ਗਠਨ, ਅੰਤਮ ਸਬਸਟਰੇਟ ਵਿਵਹਾਰ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਤਾਪ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਥਰਮਲ ਸਾਈਕਲਿੰਗ ਵਿਵਹਾਰ 'ਤੇ ਵੱਡਾ ਪ੍ਰਭਾਵ ਪਾਉਂਦਾ ਹੈ।
ਪਾਵਰ ਮੋਡੀਊਲ ਲਈ ਇੰਸੂਲੇਟਿੰਗ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਚੋਣ ਕਰਦੇ ਸਮੇਂ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ, ਝੁਕਣ ਦੀ ਤਾਕਤ, ਅਤੇ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਕਠੋਰਤਾ ਸਭ ਤੋਂ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਹਨ। ਪਾਵਰ ਮੋਡੀਊਲ ਵਿੱਚ ਗਰਮੀ ਦੇ ਤੇਜ਼ੀ ਨਾਲ ਫੈਲਣ ਲਈ ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਜ਼ਰੂਰੀ ਹੈ। ਪੈਕਿੰਗ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਸਿਰੇਮਿਕ ਸਬਸਟਰੇਟ ਨੂੰ ਕਿਵੇਂ ਸੰਭਾਲਿਆ ਅਤੇ ਵਰਤਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਇਸ ਲਈ ਝੁਕਣ ਦੀ ਤਾਕਤ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ, ਜਦੋਂ ਕਿ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਦੀ ਕਠੋਰਤਾ ਇਹ ਪਤਾ ਲਗਾਉਣ ਲਈ ਮਹੱਤਵਪੂਰਨ ਹੈ ਕਿ ਇਹ ਕਿੰਨੀ ਭਰੋਸੇਮੰਦ ਹੋਵੇਗੀ।
ਘੱਟ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਘੱਟ ਮਕੈਨੀਕਲ ਮੁੱਲ Al2O3 (96%) ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, 24 W/mK ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਜੋਕੇ ਸਮੇਂ ਦੇ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਮਿਆਰੀ ਉਦਯੋਗਿਕ ਉਪਯੋਗਾਂ ਲਈ ਕਾਫ਼ੀ ਹੈ। AlN ਦੀ 180 W/mK ਦੀ ਉੱਚ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਇਸਦੀ ਮੱਧਮ ਭਰੋਸੇਯੋਗਤਾ ਦੇ ਬਾਵਜੂਦ ਇਸਦਾ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਡਾ ਫਾਇਦਾ ਹੈ। ਇਹ Al2O3 ਦੀ ਘੱਟ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਕਠੋਰਤਾ ਅਤੇ ਤੁਲਨਾਤਮਕ ਝੁਕਣ ਦੀ ਤਾਕਤ ਦਾ ਨਤੀਜਾ ਹੈ।
ਵਧੇਰੇ ਨਿਰਭਰਤਾ ਦੀ ਵੱਧਦੀ ਮੰਗ ਨੇ ZTA (ਜ਼ਿਰਕੋਨਿਆ ਟਫਨਡ ਐਲੂਮਿਨਾ) ਵਸਰਾਵਿਕਸ ਵਿੱਚ ਹਾਲ ਹੀ ਵਿੱਚ ਤਰੱਕੀ ਕੀਤੀ। ਇਹਨਾਂ ਵਸਰਾਵਿਕਾਂ ਵਿੱਚ ਹੋਰ ਸਮੱਗਰੀਆਂ ਨਾਲੋਂ ਬਹੁਤ ਜ਼ਿਆਦਾ ਝੁਕਣ ਦੀ ਤਾਕਤ ਅਤੇ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਕਠੋਰਤਾ ਹੈ। ਬਦਕਿਸਮਤੀ ਨਾਲ, ZTA ਵਸਰਾਵਿਕਸ ਦੀ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਮਿਆਰੀ Al2O3 ਨਾਲ ਤੁਲਨਾਯੋਗ ਹੈ; ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ, ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪਾਵਰ ਘਣਤਾ ਵਾਲੇ ਉੱਚ-ਪਾਵਰ ਐਪਲੀਕੇਸ਼ਨਾਂ ਵਿੱਚ ਉਹਨਾਂ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਪ੍ਰਤਿਬੰਧਿਤ ਹੈ।
ਜਦੋਂ ਕਿ Si3N4 ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ ਅਤੇ ਮਕੈਨੀਕਲ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਨੂੰ ਜੋੜਦਾ ਹੈ। ਥਰਮਲ ਚਾਲਕਤਾ 90 W/mK 'ਤੇ ਨਿਰਧਾਰਤ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਸਦੀ ਫ੍ਰੈਕਚਰ ਕਠੋਰਤਾ ਤੁਲਨਾਤਮਕ ਵਸਰਾਵਿਕਸ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਹੈ। ਇਹ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ਤਾਵਾਂ ਸੁਝਾਅ ਦਿੰਦੀਆਂ ਹਨ ਕਿ Si3N4 ਇੱਕ ਮੈਟਲਾਈਜ਼ਡ ਸਬਸਟਰੇਟ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਸਭ ਤੋਂ ਵੱਧ ਭਰੋਸੇਯੋਗਤਾ ਦਾ ਪ੍ਰਦਰਸ਼ਨ ਕਰੇਗਾ।
