నేడు చాలా పవర్ మాడ్యూల్ డిజైన్‌లు అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ (Al2O3) లేదా AlNతో తయారు చేయబడిన సిరామిక్స్‌పై ఆధారపడి ఉన్నాయి, అయితే పనితీరు అవసరాలు పెరగడంతో, డిజైనర్లు ఇతర సబ్‌స్ట్రేట్‌లను పరిశీలిస్తున్నారు. EV అప్లికేషన్‌లలో, ఉదాహరణకు, చిప్ ఉష్ణోగ్రత 150°C నుండి 200°Cకి వెళ్లినప్పుడు మారే నష్టాలు 10% తగ్గుతాయి. అదనంగా, సోల్డర్-ఫ్రీ మాడ్యూల్స్ మరియు వైర్-బాండ్-ఫ్రీ మాడ్యూల్స్ వంటి కొత్త ప్యాకేజింగ్ టెక్నాలజీలు ఇప్పటికే ఉన్న సబ్‌స్ట్రేట్‌లను బలహీనమైన లింక్‌గా చేస్తాయి.
మరో ముఖ్యమైన అంశం ఏమిటంటే, ఉత్పత్తి విండ్ టర్బైన్‌లలో కనిపించే విధంగా కఠినమైన పరిస్థితులలో ఎక్కువ కాలం ఉండవలసి ఉంటుంది. అన్ని పర్యావరణ పరిస్థితులలో విండ్ టర్బైన్‌ల అంచనా జీవితకాలం పదిహేను సంవత్సరాలు, ఈ అప్లికేషన్ యొక్క రూపకర్తలు అత్యున్నతమైన సబ్‌స్ట్రేట్ టెక్నాలజీలను వెతకమని ప్రాంప్ట్ చేస్తుంది.
SiC భాగాల వినియోగాన్ని పెంచడం అనేది మెరుగైన సబ్‌స్ట్రేట్ ప్రత్యామ్నాయాలను నడిపించే మూడవ అంశం. సాంప్రదాయిక మాడ్యూల్‌లతో పోల్చితే, సరైన ప్యాకేజింగ్‌తో మొదటి SiC మాడ్యూల్స్ 40 నుండి 70 శాతం నష్టాన్ని తగ్గించాయి, అయితే Si3N4 సబ్‌స్ట్రేట్‌లతో సహా వినూత్న ప్యాకేజింగ్ టెక్నిక్‌ల ఆవశ్యకతను కూడా ప్రదర్శించాయి. ఈ ధోరణులన్నీ సాంప్రదాయ Al2O3 మరియు AlN సబ్‌స్ట్రేట్‌ల యొక్క భవిష్యత్తు పనితీరును పరిమితం చేస్తాయి, అయితే Si3N4 ఆధారంగా సబ్‌స్ట్రేట్‌లు భవిష్యత్తులో అధిక-పనితీరు గల పవర్ మాడ్యూల్‌లకు ఎంపిక చేసే పదార్థంగా ఉంటాయి.
సిలికాన్ నైట్రైడ్ (Si3N4) దాని అత్యుత్తమ బెండింగ్ బలం, అధిక ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం మరియు అధిక ఉష్ణ వాహకత కారణంగా పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లకు బాగా సరిపోతుంది. సిరామిక్ యొక్క లక్షణాలు మరియు పాక్షిక ఉత్సర్గ లేదా పగుళ్లు ఏర్పడటం వంటి క్లిష్టమైన వేరియబుల్స్ యొక్క పోలిక, ఉష్ణ వాహకత మరియు థర్మల్ సైక్లింగ్ ప్రవర్తన వంటి తుది ఉపరితల ప్రవర్తనపై ప్రధాన ప్రభావాన్ని చూపుతుంది.
పవర్ మాడ్యూల్స్ కోసం ఇన్సులేటింగ్ పదార్థాలను ఎంచుకునేటప్పుడు ఉష్ణ వాహకత, బెండింగ్ బలం మరియు ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం చాలా ముఖ్యమైన లక్షణాలు. పవర్ మాడ్యూల్‌లో వేడిని వేగంగా వెదజల్లడానికి అధిక ఉష్ణ వాహకత అవసరం. ప్యాకేజింగ్ ప్రక్రియలో సిరామిక్ సబ్‌స్ట్రేట్ ఎలా నిర్వహించబడుతుంది మరియు ఉపయోగించబడుతుంది అనేదానికి బెండింగ్ బలం ముఖ్యం, అయితే ఇది ఎంత విశ్వసనీయంగా ఉంటుందో తెలుసుకోవడానికి ఫ్రాక్చర్ మొండితనం ముఖ్యం.
తక్కువ ఉష్ణ వాహకత మరియు తక్కువ యాంత్రిక విలువలు Al2O3 (96%)ని వర్గీకరిస్తాయి. ఏది ఏమైనప్పటికీ, 24 W/mK యొక్క ఉష్ణ వాహకత ప్రస్తుత కాలంలోని చాలా ప్రామాణిక పారిశ్రామిక అనువర్తనాలకు సరిపోతుంది. AlN యొక్క అధిక ఉష్ణ వాహకత 180 W/mK దాని మితమైన విశ్వసనీయత ఉన్నప్పటికీ, దాని గొప్ప ప్రయోజనం. ఇది Al2O3 యొక్క తక్కువ ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం మరియు పోల్చదగిన బెండింగ్ బలం యొక్క ఫలితం.
ఎక్కువ విశ్వసనీయత కోసం పెరుగుతున్న డిమాండ్ ZTA (జిర్కోనియా టఫ్డ్ అల్యూమినా) సిరామిక్స్‌లో ఇటీవలి పురోగతికి దారితీసింది. ఈ సెరామిక్స్ ఇతర పదార్థాల కంటే గణనీయంగా ఎక్కువ బెండింగ్ బలం మరియు ఫ్రాక్చర్ మొండితనాన్ని కలిగి ఉంటాయి. దురదృష్టవశాత్తు, ZTA సెరామిక్స్ యొక్క ఉష్ణ వాహకత ప్రామాణిక Al2O3తో పోల్చవచ్చు; ఫలితంగా, అత్యధిక శక్తి సాంద్రత కలిగిన అధిక-శక్తి అనువర్తనాల్లో వాటి వినియోగం పరిమితం చేయబడింది.
Si3N4 అద్భుతమైన ఉష్ణ వాహకత మరియు యాంత్రిక పనితీరును మిళితం చేస్తుంది. థర్మల్ కండక్టివిటీని 90 W/mK వద్ద పేర్కొనవచ్చు మరియు దాని ఫ్రాక్చర్ దృఢత్వం పోల్చిన సిరామిక్స్‌లో అత్యధికంగా ఉంటుంది. ఈ లక్షణాలు Si3N4 మెటలైజ్డ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌గా అత్యధిక విశ్వసనీయతను ప్రదర్శిస్తుందని సూచిస్తున్నాయి.
