آج کل پاور ماڈیول کے زیادہ تر ڈیزائن ایلومینیم آکسائیڈ (Al2O3) یا AlN سے بنے سیرامکس پر مبنی ہیں، لیکن جیسے جیسے کارکردگی کے تقاضے بڑھتے ہیں، ڈیزائنرز دوسرے ذیلی ذخیروں کی تلاش کر رہے ہیں۔ EV ایپلی کیشنز میں، مثال کے طور پر، جب چپ کا درجہ حرارت 150 ° C سے 200 ° C تک چلا جاتا ہے تو سوئچنگ کے نقصانات 10% کم ہو جاتے ہیں۔ اس کے علاوہ، نئی پیکیجنگ ٹیکنالوجیز جیسے سولڈر فری ماڈیولز اور وائر بانڈ فری ماڈیولز موجودہ سبسٹریٹس کو کمزور ترین لنک بناتے ہیں۔
ایک اور اہم عنصر یہ ہے کہ مصنوعات کو سخت حالات میں زیادہ دیر تک چلنے کی ضرورت ہے، جیسے ونڈ ٹربائنز میں پائی جاتی ہیں۔ تمام ماحولیاتی حالات کے تحت ونڈ ٹربائنز کی متوقع زندگی پندرہ سال ہے، جو اس ایپلی کیشن کے ڈیزائنرز کو اعلیٰ سبسٹریٹ ٹیکنالوجیز تلاش کرنے کی ترغیب دیتی ہے۔
SiC اجزاء کا بڑھتا ہوا استعمال ایک تیسرا عنصر ہے جو سبسٹریٹ کے بہتر متبادل کو چلاتا ہے۔ روایتی ماڈیولز کے مقابلے میں، بہترین پیکیجنگ والے پہلے SiC ماڈیولز نے 40 سے 70 فیصد تک نقصان میں کمی کا مظاہرہ کیا، لیکن Si3N4 سبسٹریٹس سمیت جدید پیکیجنگ تکنیکوں کی ضرورت کو بھی ظاہر کیا۔ یہ تمام رجحانات روایتی Al2O3 اور AlN سبسٹریٹس کے مستقبل کے کام کو محدود کر دیں گے، جبکہ Si3N4 پر مبنی سبسٹریٹس مستقبل کے اعلیٰ کارکردگی والے پاور ماڈیولز کے لیے انتخاب کا مواد ہوں گے۔
سلکان نائٹرائڈ (Si3N4) اپنی اعلی موڑنے کی طاقت، اعلی فریکچر سختی، اور اعلی تھرمل چالکتا کی وجہ سے پاور الیکٹرانک سبسٹریٹس کے لیے موزوں ہے۔ سیرامک کی خصوصیات اور اہم متغیرات کا موازنہ، جیسے کہ جزوی خارج ہونے والے مادہ یا شگاف کی تشکیل، سبسٹریٹ کے حتمی رویے پر بڑا اثر ڈالتی ہے، جیسے کہ حرارت کی چالکتا اور تھرمل سائیکلنگ کا رویہ۔
پاور ماڈیولز کے لیے موصل مواد کا انتخاب کرتے وقت تھرمل چالکتا، موڑنے کی طاقت، اور فریکچر کی سختی سب سے اہم خصوصیات ہیں۔ پاور ماڈیول میں گرمی کی تیزی سے کھپت کے لیے ہائی تھرمل چالکتا ضروری ہے۔ موڑنے کی طاقت اس کے لیے اہم ہے کہ پیکنگ کے عمل کے دوران سیرامک سبسٹریٹ کو کس طرح سنبھالا اور استعمال کیا جاتا ہے، جبکہ فریکچر کی سختی یہ جاننے کے لیے اہم ہے کہ یہ کتنا قابل اعتماد ہوگا۔
کم تھرمل چالکتا اور کم مکینیکل قدریں Al2O3 (96%) کی خصوصیت رکھتی ہیں۔ تاہم، 24 W/mK کی تھرمل چالکتا موجودہ دور کے معیاری صنعتی ایپلی کیشنز کی اکثریت کے لیے کافی ہے۔ AlN کی 180 W/mK کی اعلی تھرمل چالکتا اس کا سب سے بڑا فائدہ ہے، اس کے معتدل اعتبار کے باوجود۔ یہ Al2O3 کی کم فریکچر سختی اور موازنہ موڑنے کی طاقت کا نتیجہ ہے۔
زیادہ انحصار کی بڑھتی ہوئی مانگ نے ZTA (زرکونیا ٹوفنڈ ایلومینا) سیرامکس میں حالیہ پیشرفت کی۔ ان سیرامکس میں دیگر مواد کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ موڑنے کی طاقت اور فریکچر کی سختی ہے۔ بدقسمتی سے، ZTA سیرامکس کی تھرمل چالکتا معیاری Al2O3 کے مقابلے کے قابل ہے۔ نتیجے کے طور پر، اعلی طاقت کی کثافت کے ساتھ اعلی طاقت والے ایپلی کیشنز میں ان کا استعمال محدود ہے۔
جبکہ Si3N4 بہترین تھرمل چالکتا اور مکینیکل کارکردگی کو یکجا کرتا ہے۔ تھرمل چالکتا کو 90 W/mK پر بیان کیا جا سکتا ہے، اور اس کی فریکچر سختی موازنہ سیرامکس میں سب سے زیادہ ہے۔ یہ خصوصیات بتاتی ہیں کہ Si3N4 میٹلائزڈ سبسٹریٹ کے طور پر سب سے زیادہ وشوسنییتا کا مظاہرہ کرے گا۔
