Atualmente, o crescente clamor por proteção ambiental e conservação de energia trouxe os veículos elétricos domésticos de nova energia para o centro das atenções. Os dispositivos do pacote de alta potência desempenham um papel decisivo na regulação da velocidade do veículo e no armazenamento da conversão de CA e CC. O ciclo térmico de alta frequência impôs requisitos rígidos para a dissipação de calor de embalagens eletrônicas, enquanto a complexidade e a diversidade do ambiente de trabalho exigem que os materiais de embalagem tenham boa resistência ao choque térmico e alta resistência para desempenhar um papel de apoio. Além disso, com o rápido desenvolvimento da moderna tecnologia de eletrônica de potência, caracterizada por alta tensão, alta corrente e alta frequência, a eficiência de dissipação de calor dos módulos de potência aplicados a essa tecnologia tornou-se mais crítica. Os materiais de substrato cerâmico em sistemas de embalagens eletrônicas são a chave para a dissipação de calor eficiente, eles também têm alta resistência e confiabilidade em resposta à complexidade do ambiente de trabalho. Os principais substratos cerâmicos produzidos em massa e amplamente utilizados nos últimos anos são Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN, etc.
A cerâmica Al2O3 desempenha um papel importante na indústria de substratos de dissipação de calor com base em seu processo de preparação simples, bom isolamento e resistência a altas temperaturas. No entanto, a baixa condutividade térmica do Al2O3 não pode atender aos requisitos de desenvolvimento do dispositivo de alta potência e alta tensão e é aplicável apenas ao ambiente de trabalho com baixos requisitos de dissipação de calor. Além disso, a baixa resistência à flexão também limita o escopo de aplicação das cerâmicas Al2O3 como substratos de dissipação de calor.
Os substratos cerâmicos BeO têm alta condutividade térmica e baixa constante dielétrica para atender aos requisitos de dissipação de calor eficiente. Mas não é propício para aplicação em larga escala por causa de sua toxicidade, que afeta a saúde dos trabalhadores.
A cerâmica AlN é considerada um material candidato para substrato de dissipação de calor devido à sua alta condutividade térmica. Mas a cerâmica AlN tem baixa resistência ao choque térmico, fácil deliquescência, baixa resistência e tenacidade, o que não é propício para trabalhar em um ambiente complexo e é difícil garantir a confiabilidade das aplicações.
A cerâmica SiC tem alta condutividade térmica, devido à sua alta perda dielétrica e baixa tensão de ruptura, não é adequada para aplicações em ambientes operacionais de alta frequência e tensão.
Si3N4 é reconhecido como o melhor material de substrato cerâmico com alta condutividade térmica e alta confiabilidade em casa e no exterior. Embora a condutividade térmica do substrato cerâmico Si3N4 seja um pouco menor que a do AlN, sua resistência à flexão e tenacidade à fratura podem atingir mais que o dobro do AlN. Enquanto isso, a condutividade térmica da cerâmica Si3N4 é muito maior que a da cerâmica Al2O3. Além disso, o coeficiente de expansão térmica dos substratos cerâmicos Si3N4 é próximo ao dos cristais SiC, o substrato semicondutor de 3ª geração, o que permite uma correspondência mais estável com o material de cristal SiC. Isso torna o Si3N4 o material preferido para substratos de alta condutividade térmica para dispositivos de energia semicondutores SiC de 3ª geração.
