Şu anda, çevre koruma ve enerji tasarrufuna yönelik artan talep, yerli yeni enerji elektrikli araçları ilgi odağı haline getirdi. Yüksek güçlü paket cihazlar, aracın hızının düzenlenmesinde ve AC ile DC'nin dönüştürülmesinde önemli bir rol oynar. Çalışma ortamının karmaşıklığı ve çeşitliliği, ambalaj malzemelerinin destekleyici bir rol oynaması için iyi bir termal şok direncine ve yüksek mukavemete sahip olmasını gerektirirken, yüksek frekanslı termal döngü, elektronik ambalajların ısı dağılımı için katı gereksinimler ortaya koyar. Ayrıca yüksek gerilim, yüksek akım ve yüksek frekans ile karakterize edilen modern güç elektroniği teknolojisinin hızlı gelişimi ile bu teknolojiye uygulanan güç modüllerinin ısı yayma verimliliği daha kritik hale gelmiştir. Elektronik paketleme sistemlerindeki seramik alt tabaka malzemeleri verimli ısı dağılımının anahtarıdır, ayrıca çalışma ortamının karmaşıklığına yanıt olarak yüksek mukavemet ve güvenilirliğe sahiptir. Son yıllarda seri üretilen ve yaygın olarak kullanılan ana seramik substratlar Al2O3, BeO, SiC, Si3N4, AlN vb.'dir.
Al2O3 seramik, basit hazırlama süreci, iyi yalıtımı ve yüksek sıcaklık direnci nedeniyle ısı yayma alt tabaka endüstrisinde önemli bir rol oynar. Ancak Al2O3'ün düşük termal iletkenliği, yüksek güç ve yüksek voltajlı cihazların geliştirme gereksinimlerini karşılayamaz ve yalnızca düşük ısı yayma gereksinimleri olan çalışma ortamı için geçerlidir. Ayrıca, düşük eğilme mukavemeti, Al2O3 seramiklerinin ısı yayma substratları olarak uygulama kapsamını da sınırlar.
BeO seramik substratlar, verimli ısı dağılımı gereksinimlerini karşılamak için yüksek termal iletkenliğe ve düşük dielektrik sabitine sahiptir. Ancak, işçilerin sağlığını etkileyen toksisitesi nedeniyle büyük ölçekli uygulamalara elverişli değildir.
AlN seramik, yüksek termal iletkenliği nedeniyle ısı yayma substratı için aday bir malzeme olarak kabul edilir. Ancak AlN seramik, düşük termal şok direncine, kolay sıvılaşma, düşük mukavemet ve tokluğa sahiptir, bu da karmaşık bir ortamda çalışmaya elverişli değildir ve uygulamaların güvenilirliğini sağlamak zordur.
SiC seramik yüksek ısı iletkenliğine sahiptir, yüksek dielektrik kaybı ve düşük arıza voltajı nedeniyle yüksek frekans ve voltaj çalışma ortamlarındaki uygulamalar için uygun değildir.
Si3N4, yurtiçinde ve yurtdışında yüksek termal iletkenliğe ve yüksek güvenilirliğe sahip en iyi seramik substrat malzemesi olarak kabul edilmektedir. Si3N4 seramik substratın termal iletkenliği AlN'den biraz daha düşük olmasına rağmen, eğilme mukavemeti ve kırılma tokluğu AlN'nin iki katından fazlasına ulaşabilir. Bu arada Si3N4 seramiğin ısıl iletkenliği Al2O3 seramiğinkinden çok daha yüksektir. Ek olarak, Si3N4 seramik alt tabakaların termal genleşme katsayısı, SiC kristal malzeme ile daha kararlı bir şekilde eşleşmesini sağlayan 3. nesil yarı iletken alt tabaka olan SiC kristallerininkine yakındır. Si3N4'ü 3. nesil SiC yarı iletken güç cihazları için yüksek termal iletkenlik alt tabakaları için tercih edilen malzeme yapar.
