การออกแบบโมดูลพลังงานส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้เซรามิกที่ทำจากอะลูมิเนียมออกไซด์ (Al2O3) หรือ AlN แต่เมื่อความต้องการด้านประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น นักออกแบบจึงมองหาวัสดุพิมพ์อื่นๆ ตัวอย่างเช่น ในแอปพลิเคชัน EV การสูญเสียของสวิตช์จะลดลง 10% เมื่ออุณหภูมิชิปเปลี่ยนจาก 150°C เป็น 200°C นอกจากนี้ เทคโนโลยีการบรรจุใหม่ เช่น โมดูลที่ปราศจากการบัดกรีและโมดูลที่ปราศจากการผูกมัดลวดทำให้วัสดุพิมพ์ที่มีอยู่เป็นจุดเชื่อมโยงที่อ่อนแอที่สุด

ปัจจัยสำคัญอีกประการหนึ่งคือผลิตภัณฑ์ต้องใช้งานได้นานขึ้นในสภาวะสมบุกสมบัน เช่นเดียวกับที่พบในกังหันลม อายุการใช้งานโดยประมาณของกังหันลมภายใต้สภาพแวดล้อมทั้งหมดคือ 15 ปี กระตุ้นให้ผู้ออกแบบแอพพลิเคชั่นนี้ค้นหาเทคโนโลยีพื้นผิวที่เหนือกว่า

การใช้ส่วนประกอบ SiC ที่เพิ่มขึ้นเป็นปัจจัยที่สามที่ขับเคลื่อนทางเลือกของวัสดุพิมพ์ที่ได้รับการปรับปรุง เมื่อเปรียบเทียบกับโมดูลทั่วไป โมดูล SiC แรกที่มีบรรจุภัณฑ์ที่เหมาะสมที่สุดแสดงให้เห็นถึงการลดการสูญเสีย 40 ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ แต่ยังแสดงให้เห็นถึงความจำเป็นสำหรับเทคนิคการบรรจุภัณฑ์ที่เป็นนวัตกรรม รวมถึงวัสดุพิมพ์ Si3N4 แนวโน้มทั้งหมดนี้จะจำกัดฟังก์ชันในอนาคตของวัสดุพิมพ์ Al2O3 และ AlN แบบดั้งเดิม ในขณะที่วัสดุพิมพ์ที่ใช้ Si3N4 จะเป็นวัสดุทางเลือกสำหรับโมดูลพลังงานประสิทธิภาพสูงในอนาคต

ซิลิคอนไนไตรด์ (Si3N4) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เนื่องจากความแข็งแรงในการดัดที่เหนือกว่า ความเหนียวแตกหักสูง และการนำความร้อนสูง คุณสมบัติของเซรามิกและการเปรียบเทียบตัวแปรที่สำคัญ เช่น การคายประจุบางส่วนหรือการก่อตัวของรอยแตก มีผลอย่างมากต่อพฤติกรรมของพื้นผิวขั้นสุดท้าย เช่น การนำความร้อนและพฤติกรรมการหมุนเวียนของความร้อน

การนำความร้อน ความแข็งแรงดัด และความเหนียวแตกหักเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดในการเลือกวัสดุฉนวนสำหรับโมดูลไฟฟ้า การนำความร้อนสูงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการกระจายความร้อนอย่างรวดเร็วในโมดูลไฟฟ้า ความแข็งแรงในการดัดมีความสำคัญต่อการจัดการและใช้พื้นผิวเซรามิกในระหว่างกระบวนการบรรจุภัณฑ์ ในขณะที่ความเหนียวในการแตกหักมีความสำคัญต่อการพิจารณาว่าพื้นผิวเซรามิกมีความน่าเชื่อถือเพียงใด

การนำความร้อนต่ำและค่าเชิงกลต่ำแสดงลักษณะของ Al2O3 (96%) อย่างไรก็ตาม ค่าการนำความร้อนที่ 24 W/mK นั้นเพียงพอสำหรับการใช้งานมาตรฐานทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ในปัจจุบัน ค่าการนำความร้อนสูงของ AlN ที่ 180 W/mK เป็นข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่ที่สุด แม้ว่าจะมีความน่าเชื่อถือในระดับปานกลางก็ตาม นี่เป็นผลมาจากความเหนียวแตกหักต่ำของ Al2O3 และความแข็งแรงในการดัดที่เทียบเคียงได้

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับความน่าเชื่อถือที่มากขึ้นนำไปสู่ความก้าวหน้าล่าสุดในเซรามิก ZTA (เซอร์โคเนียแกร่งอลูมินา) เซรามิกเหล่านี้มีแรงดัดงอและความเหนียวแตกหักสูงกว่าวัสดุอื่นๆ อย่างเห็นได้ชัด น่าเสียดายที่ค่าการนำความร้อนของเซรามิก ZTA เทียบได้กับค่าการนำความร้อนของเซรามิก Al2O3 มาตรฐาน เป็นผลให้การใช้งานในแอพพลิเคชั่นพลังงานสูงที่มีความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดถูกจำกัด

ในขณะที่ Si3N4 รวมคุณสมบัติการนำความร้อนและประสิทธิภาพเชิงกลที่ยอดเยี่ยม ค่าการนำความร้อนสามารถระบุได้ที่ 90 W/mK และค่าความเหนียวในการแตกหักนั้นสูงที่สุดในบรรดาเซรามิกที่เปรียบเทียบกัน คุณลักษณะเหล่านี้บ่งชี้ว่า Si3N4 จะแสดงความน่าเชื่อถือสูงสุดในฐานะพื้นผิวที่เป็นโลหะ