当今大多数电源模块设计都基于由氧化铝 (Al2O3) 或 AlN 制成的陶瓷，但随着性能要求的提高，设计人员正在研究其他基板。例如，在 EV 应用中，当芯片温度从 150°C 升至 200°C 时，开关损耗下降 10%。此外，免焊模组、免焊线模组等新型封装技术，使现有基板成为最薄弱的环节。

另一个重要因素是产品需要在恶劣条件下使用更长时间，例如风力涡轮机中的条件。在所有环境条件下，风力涡轮机的估计寿命为 15 年，这促使该应用的设计人员寻求卓越的基板技术。

提高 SiC 组件的利用率是推动增强衬底替代品的第三个因素。与传统模块相比，首批采用最佳封装的 SiC 模块的损耗降低了 40% 至 70%，同时也证明了创新封装技术（包括 Si3N4 衬底）的必要性。所有这些趋势都将限制传统Al2O3和AlN基板未来的功能，而基于Si3N4的基板将成为未来高性能功率模块的首选材料。

氮化硅 (Si3N4) 具有出色的弯曲强度、高断裂韧性和高导热性，因此非常适合用于电力电子基板。陶瓷的特性和关键变量（如局部放电或裂纹形成）的比较对最终基板行为（如热导率和热循环行为）有重大影响。

在为功率模块选择绝缘材料时，导热性、弯曲强度和断裂韧性是最重要的性能。高导热性对于功率模块中的热量快速消散至关重要。弯曲强度对于陶瓷基板在封装过程中的处理和使用方式很重要，而断裂韧性对于确定其可靠性也很重要。

低导热性和低机械值是 Al2O3 (96%) 的特征。然而，24 W/mK 的热导率足以满足当今大多数标准工业应用。 AlN 的 180 W/mK 高导热率是其最大优势，尽管其可靠性一般。这是 Al2O3 的低断裂韧性和相当的弯曲强度的结果。

对更高可靠性的日益增长的需求导致了 ZTA（氧化锆增韧氧化铝）陶瓷的最新进展。这些陶瓷的抗弯强度和断裂韧性明显高于其他材料。遗憾的是，ZTA 陶瓷的热导率与标准 Al2O3 相当；因此，它们在具有最高功率密度的大功率应用中的使用受到限制。

而 Si3N4 结合了优异的导热性和机械性能。热导率可指定为 90 W/mK，其断裂韧性是同类陶瓷中最高的。这些特性表明 Si3N4 作为金属化基板将表现出最高的可靠性。