从48V到1200V，PCB内嵌功率芯片封装

2025-01-08

电子爱好者网报道(文章 / 去年我们报道了梁浩斌的纬度技术。 PCB 嵌入功率芯片方案可以提供优异的电气性能，包括高压绝缘性能、散热性能、过流性能等。，这将优于传统封装的功率模块。

而且最近我们也发现了 Schweizer 事实上，早些时候就已经推出了名字。 P ² 封装方案，这个方案也是将功率半导体嵌入 PCB 中。他们在 2023 2008年开始与英飞凌合作开发，将英飞凌 1200V CoolSiC 芯片嵌入到 PCB 内部技术，并应用于电动汽车。

P ² 包装的优点和应用

根据 Schweizer 的介绍，P ² 不只是一种新的封装方法，它的作用就是能够根据完全不同的原理开发电力电子系统。使用智能 p ² 包装技术研发的应用可以实现高功率、紧凑型结构和高集成深度。系统供应商的生产链和系统中的建设和连接技术明显简化。此外，降低系统成本的潜力也开始增加。

p ² 包装框架图，来源：Schweizer

传统的封装方案，以功率模块为例，目前电动汽车主驱逆变器上的功率模块基本都是注塑或框架封装。由于功率芯片在工作时会产生大量的热量，大部分使用导热性高、电绝缘性好的基板，如覆铜陶瓷基板等，将功率芯片焊接在基板上，从而实现良好的芯片散热。

这种基于陶瓷基板的功率模块，其中芯片只能通过瓷器表面覆盖铜进行单层布线，通过架空键合线实现电路连接。这种连接方式极大地限制了电气性能和散热，尤其是减少了换流电路和栅极控制电路的杂感和芯片之间的热莲藕。

而 p ² 封装的优点，包括其引线框架，可以实现优异的散热，显著降低系统的热阻，同时提高产品的坚固性和使用寿命。此外，整体导通电阻会减少，因为功率芯片嵌入后没有与键合线相关的封装电阻；系统中的寄生电感较小，开关损耗较低；包装类型提供更高的功率密度。

对于整个系统，选择嵌入式 PCB 包装，减少了一些无源器件、连接器等，能大大简化供应链和制造工艺，随着散热性能的提高，能有效地降低系统成本。

p ² 包括汽车在内的封装主要用于DC和交流系统之间的转换， 48V 在系统中，由于支持低电感开关的特性， p ² 封装中应用 80V 的 MOSFET。除功率芯片外，p ² 包装还可嵌入高性能电流测量等传感器，可实现精确的相位电流测量。

但目前官网还没有显示出来 1200V CoolSiC 嵌入式技术方案及细节，这项技术正在进行。 2023 年 PCIM 在欧洲展览会上已经展出。

PCB 嵌入式封装在电动汽车主驱上的应用优势

PCB 嵌入式功率装置封装，在性能上的优势可以延续到电动汽车主驱逆变器等高压应用。此前纬湃科技表示，PCB 使用的绝缘材料能满足要求 400V 至 1000V 需要高压绝缘，并且在通过电流的能力上， PCB 与传统封装的功率模块相比，嵌入式功率模块的单位通流能力应提高约 40%。也就是说，在同一电流输出的前提下，功率芯片的使用量可以减少三分之一；在同等功率输出需求的应用中，可以降低功率模块材料的成本 20%。

就电动汽车的关键能耗而言，PCB 嵌入式封装带来的低热阻、低通电阻、低开关损耗也能给主驱逆变器带来更高的效率。根据纬度的数据， 800V 用于逆变器 PCB 嵌入封装 SiC 与传统的框架式封装模块相比， SiC 逆变器模块 WLTC 可以减少循环消耗 60%。

总结

显然，PCB 嵌入式封装可以给各种应用带来各种好处，包括排热、效率、成本等。但是对于汽车应用来说，新的封装需要更长的时间来验证，比如在工业领域大规模应用，然后逐步推广到汽车领域。

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