Obecnie rosnący wrzask o ochronę środowiska i oszczędzanie energii sprawił, że krajowe pojazdy elektryczne o nowej energii znalazły się w centrum uwagi. Urządzenia o dużej mocy odgrywają decydującą rolę w regulacji prędkości pojazdu i przechowywaniu konwersji prądu przemiennego i stałego. Cykle termiczne o wysokiej częstotliwości postawiły surowe wymagania dotyczące rozpraszania ciepła w opakowaniach elektronicznych, podczas gdy złożoność i różnorodność środowiska pracy wymagają, aby materiały opakowaniowe miały dobrą odporność na szok termiczny i wysoką wytrzymałość, aby odgrywały rolę pomocniczą. Ponadto, wraz z szybkim rozwojem nowoczesnej technologii energoelektroniki, która charakteryzuje się wysokim napięciem, wysokim prądem i wysoką częstotliwością, sprawność rozpraszania ciepła modułów mocy zastosowanych w tej technologii stała się bardziej krytyczna. Ceramiczne materiały podłoża w elektronicznych systemach opakowaniowych są kluczem do wydajnego rozpraszania ciepła, mają również wysoką wytrzymałość i niezawodność w odpowiedzi na złożoność środowiska pracy. Główne podłoża ceramiczne, które były masowo produkowane i szeroko stosowane w ostatnich latach to Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN itp.
Ceramika Al2O3 odgrywa ważną rolę w branży podłoży rozpraszających ciepło ze względu na prosty proces przygotowania, dobrą izolację i odporność na wysokie temperatury. Jednak niska przewodność cieplna Al2O3 nie może spełnić wymagań rozwojowych urządzenia o dużej mocy i wysokim napięciu i ma zastosowanie tylko w środowisku pracy o niskich wymaganiach dotyczących rozpraszania ciepła. Ponadto niska wytrzymałość na zginanie ogranicza również zakres zastosowania ceramiki Al2O3 jako podłoży rozpraszających ciepło.
Podłoża ceramiczne BeO mają wysoką przewodność cieplną i niską stałą dielektryczną, aby spełnić wymagania wydajnego rozpraszania ciepła. Nie sprzyja jednak stosowaniu na dużą skalę ze względu na swoją toksyczność, która wpływa na zdrowie pracowników.
Ceramika AlN jest uważana za materiał kandydata na podłoże rozpraszające ciepło ze względu na jego wysoką przewodność cieplną. Ale ceramika AlN ma słabą odporność na szok termiczny, łatwe rozpływanie się, niską wytrzymałość i ciągliwość, co nie sprzyja pracy w złożonym środowisku i trudno jest zapewnić niezawodność aplikacji.
Ceramika SiC ma wysoką przewodność cieplną, ze względu na duże straty dielektryczne i niskie napięcie przebicia, nie nadaje się do zastosowań w środowiskach pracy o wysokiej częstotliwości i napięciu.
Si3N4 jest uznawany za najlepszy ceramiczny materiał podłoża o wysokiej przewodności cieplnej i wysokiej niezawodności w kraju i za granicą. Chociaż przewodność cieplna podłoża ceramicznego Si3N4 jest nieco niższa niż AlN, jego wytrzymałość na zginanie i odporność na pękanie może być ponad dwukrotnie większa niż AlN. Tymczasem przewodność cieplna ceramiki Si3N4 jest znacznie wyższa niż ceramiki Al2O3. Ponadto współczynnik rozszerzalności cieplnej podłoży ceramicznych Si3N4 jest zbliżony do współczynnika kryształów SiC, podłoża półprzewodnikowego trzeciej generacji, co umożliwia bardziej stabilne dopasowanie do materiału kryształu SiC. To sprawia, że Si3N4 jest preferowanym materiałem na podłoża o wysokiej przewodności cieplnej do półprzewodnikowych urządzeń mocy SiC trzeciej generacji.
