碳化硅基板具有出色的性能，使其成為在多種應(yīng)用中非常有用的功率半導(dǎo)體器件材料，例如可再生能源系統(tǒng)和電動汽車的逆變器。然而，碳化硅陶瓷基板器件的具體成本 ($/cm2) ，仍然高于硅器件，盡管未來成本比率可能會發(fā)生變化。因此，不僅有必要考慮小型化和更高功率密度（kW/kg、kW/l）方面的可能節(jié)省，而且還要盡量減少半導(dǎo)體的支出，多芯片封裝和陶瓷基板技術(shù)在這個方程式中發(fā)揮著重要作用。

一、功率密度取決于開關(guān)頻率

電容器、電感器和變壓器等無源元件在功率轉(zhuǎn)換器單元（PCU）的總重量、體積和成本中占很大比例。當(dāng)功率半導(dǎo)體器件以更高的開關(guān)頻率運行時，它們的尺寸可以減小。這對于碳化硅來說是可能的，因為它們不會產(chǎn)生尾電流并且可以實現(xiàn)非常低的開關(guān)能量水平。因此，開關(guān)損耗主要取決于開關(guān)時間。

快速切換速度在系統(tǒng)中具有多重限制，因為它可能：

1、影響驅(qū)動電路，由于寄生電容耦合；

2、由于換向路徑中的寄生電感，在關(guān)斷時會產(chǎn)生過電壓；

3、由于柵極電壓的寄生漂移導(dǎo)致意外開啟；

4、縮短電機和變壓器等組件中隔離材料的使用壽命；

5、對系統(tǒng)的電磁兼容性產(chǎn)生負(fù)面影響；

雖然碳化硅陶瓷基板器件可以實現(xiàn)更高的開關(guān)速度，但芯片布局、芯片組裝、互連技術(shù)以及帶有銅圖案的陶瓷基板都對系統(tǒng)中的寄生電感和耦合電容有潛在影響。因此，芯片封裝的優(yōu)化對于充分利用這些器件的特性非常重要。

二、功率密度取決于散熱

冷卻回路占系統(tǒng)總重量、體積和成本的另一個份額，尺寸減小可以通過增加消除從芯片到冷卻劑的損失所需的熱阻來實現(xiàn)。

第一種方法是提高芯片結(jié)溫，硅功率器件的額定溫度通常為150℃至175℃，由于臨界反向漏電流，不能承受更高的芯片結(jié)溫。相比之下碳化硅陶瓷基板等寬帶隙器件可以在更高的芯片結(jié)溫下工作，最佳器件利用率是在芯片結(jié)溫高達250℃時實現(xiàn)的，以避免電流增加時出現(xiàn)熱失控?？梢栽诟叩臏囟认逻\行，但應(yīng)降低電流密度，這種較低的芯片利用率僅在環(huán)境溫度極高的應(yīng)用中才有意義。此外，在如此高的芯片結(jié)溫下工作需要芯片貼裝材料，互連和封裝具有合適的耐溫性以及它們各自的熱膨脹系數(shù) (CTE) 之間的更好匹配，以減少熱機械應(yīng)力?；钚越饘兮F焊 (AMB) 氮化硅陶瓷基板具有出色的熱性能和機械性能，可用于此類情況。

減少損失是另一種甚至更有希望的方法，碳化硅材料的高擊穿場使得具有薄漂移層結(jié)構(gòu)能夠降低芯片電阻。因此，可以減少傳導(dǎo)損耗。即使損耗的輕微減少也會導(dǎo)致熱阻顯著增加。對于具有現(xiàn)有高效率水平和高額定功率的系統(tǒng)來說尤其如此。最終，可以顯著節(jié)省散熱器和驅(qū)動風(fēng)扇和泵的功耗，以分別進行強制空氣冷卻和液體冷卻。

三、芯片面積必須優(yōu)化

在考慮到系統(tǒng)中不同組件之間的成本分配可能因應(yīng)用而異，由于碳化硅陶瓷基板器件的特定成本 ($/cm2) ，在冷卻和無源組件方面實現(xiàn)的節(jié)省可能不足以補償較高的芯片成本，因此必須優(yōu)化芯片面積以降低特定系統(tǒng)的成本（$/kW）。這可以是在相同額定功率下減小系統(tǒng)尺寸或在相同系統(tǒng)尺寸下增加額定功率。由于碳化硅陶瓷基板器件具有較低的芯片比電阻和較低的開關(guān)能量，因此以高損耗密度和快速開關(guān)速度運行是減小芯片面積的最有效方法，這需要更好的散熱。