碳化硅基板具有出色的性能，使其成为在多种应用中非常有用的功率半导体器件材料，例如可再生能源系统和电动汽车的逆变器。然而，碳化硅陶瓷基板器件的具体成本 ($/cm²) ，仍然高于硅器件，尽管未来成本比率可能会发生变化。因此，不仅有必要考虑小型化和更高功率密度（kW/kg、kW/l）方面的可能节省，而且还要尽量减少半导体的支出，多芯片封装和陶瓷基板技术在这个方程式中发挥着重要作用。

一、功率密度取决于开关频率

电容器、电感器和变压器等无源元件在功率转换器单元（PCU）的总重量、体积和成本中占很大比例。当功率半导体器件以更高的开关频率运行时，它们的尺寸可以减小。这对于碳化硅来说是可能的，因为它们不会产生尾电流并且可以实现非常低的开关能量水平。因此，开关损耗主要取决于开关时间。

快速切换速度在系统中具有多重限制，因为它可能：

1、影响驱动电路，由于寄生电容耦合；

2、由于换向路径中的寄生电感，在关断时会产生过电压；

3、由于栅极电压的寄生漂移导致意外开启；

4、缩短电机和变压器等组件中隔离材料的使用寿命；

5、对系统的电磁兼容性产生负面影响；

虽然碳化硅陶瓷基板器件可以实现更高的开关速度，但芯片布局、芯片组装、互连技术以及带有铜图案的陶瓷基板都对系统中的寄生电感和耦合电容有潜在影响。因此，芯片封装的优化对于充分利用这些器件的特性非常重要。

二、功率密度取决于散热

冷却回路占系统总重量、体积和成本的另一个份额，尺寸减小可以通过增加消除从芯片到冷却剂的损失所需的热阻来实现。

第一种方法是提高芯片结温，硅功率器件的额定温度通常为150℃至175℃，由于临界反向漏电流，不能承受更高的芯片结温。相比之下碳化硅陶瓷基板等宽带隙器件可以在更高的芯片结温下工作，最佳器件利用率是在芯片结温高达250℃时实现的，以避免电流增加时出现热失控。可以在更高的温度下运行，但应降低电流密度，这种较低的芯片利用率仅在环境温度极高的应用中才有意义。此外，在如此高的芯片结温下工作需要芯片贴装材料，互连和封装具有合适的耐温性以及它们各自的热膨胀系数 (CTE) 之间的更好匹配，以减少热机械应力。活性金属钎焊 (AMB) 氮化硅陶瓷基板具有出色的热性能和机械性能，可用于此类情况。

减少损失是另一种甚至更有希望的方法，碳化硅材料的高击穿场使得具有薄漂移层结构能够降低芯片电阻。因此，可以减少传导损耗。即使损耗的轻微减少也会导致热阻显着增加。对于具有现有高效率水平和高额定功率的系统来说尤其如此。最终，可以显着节省散热器和驱动风扇和泵的功耗，以分别进行强制空气冷却和液体冷却。

三、芯片面积必须优化

在考虑到系统中不同组件之间的成本分配可能因应用而异，由于碳化硅陶瓷基板器件的特定成本 ($/cm²) ，在冷却和无源组件方面实现的节省可能不足以补偿较高的芯片成本，因此必须优化芯片面积以降低特定系统的成本（$/kW）。这可以是在相同额定功率下减小系统尺寸或在相同系统尺寸下增加额定功率。由于碳化硅陶瓷基板器件具有较低的芯片比电阻和较低的开关能量，因此以高损耗密度和快速开关速度运行是减小芯片面积的最有效方法，这需要更好的散热。