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(dòng)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(huì)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(gè)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(yùn)行時(shí)，它們的尺寸可以減小。這對于碳化硅來說是可能的，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)產(chǎn)生尾電流并且可以實(shí)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(shí)間。

快速切換速度在系統(tǒng)中具有多重限制，因?yàn)樗赡埽?/span>

1、影響驅(qū)動(dòng)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(shí)會(huì)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(jī)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(shí)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(gè)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(shí)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(dá)250℃時(shí)實(shí)現(xiàn)的，以避免電流增加時(shí)出現(xiàn)熱失控。可以在更高的溫度下運(yùn)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(jī)械應(yīng)力。活性金屬釬焊 (AMB) 氮化硅陶瓷基板具有出色的熱性能和機(jī)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(huì)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(dòng)風(fēng)扇和泵的功耗，以分別進(jìn)行強(qiáng)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 ($/cm2) ，在冷卻和無源組件方面實(shí)現(xiàn)的節(jié)省可能不足以補(bǔ)償較高的芯片成本，因此必須優(yōu)化芯片面積以降低特定系統(tǒng)的成本（$/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(yùn)行是減小芯片面積的最有效方法，這需要更好的散熱。