PCB嵌入式功率芯片封装技术的优势与应用
近年来，PCB嵌入式功率芯片封装技术逐渐成为功率电子领域的热门话题。这种技术能够显著提升电气性能，包括高压绝缘、散热能力以及过电流处理能力，相较于传统封装的功率模块有明显优势。
除了纬湃科技推出的PCB嵌入式功率芯片方案外，Schweizer公司也早在此前推出了名为P²的封装技术。2023年，Schweizer与英飞凌展开合作，将英飞凌的1200V CoolSiC芯片嵌入PCB中，并将这一技术应用于电动汽车领域。
P²封装的特点与优势
根据Schweizer的介绍，P²封装不仅是一种全新的封装方式，更是一种能够基于全新原理开发电力电子系统的技术。通过P²封装技术开发的系统具备以下几个显著优势：
高功率与高集成度
P²封装技术能够实现高功率输出，同时具备紧凑的结构设计和更高的集成深度。
简化制造链与系统连接
采用这一封装技术，可以显著简化系统供应链以及系统内部的构建与连接技术，从而降低制造复杂度。
降低系统成本
在系统层面，通过减少无源器件和连接器的使用，并优化散热性能，可以实现整体成本的下降。
此外，P²封装形式在散热性能、导通电阻和开关损耗方面表现优异。由于取消了传统封装中的键合线，导通电阻得以降低，系统寄生电感减少，开关效率更高。同时，封装结构的优化也带来了更高的功率密度和更长的使用寿命。
传统封装的局限性与P²的突破
目前，电动汽车主驱逆变器中的功率模块多采用注塑式或框架式封装。这类封装通常使用高导热且具备电气绝缘性能的基板（如覆铜陶瓷基板），将功率芯片焊接在基板上以实现散热。然而，这种基于陶瓷基板的封装存在以下限制：
布线受限
芯片只能通过陶瓷表面覆铜进行单层布线，电路连接需采用架空键合线方式，导致电气性能和散热能力受到限制。
电气与热性能不足
在降低换流回路和栅极控制回路的杂散电感以及减少芯片间热耦合方面存在瓶颈。
相比之下，P²封装通过引线框架实现更优的散热性能，显著降低系统热阻，并改善了产品的坚固性和可靠性。同时，由于消除了键合线相关的封装电阻，整体导通电阻降低，系统开关损耗减少，功率密度进一步提升。
电动汽车中的应用优势
PCB嵌入式封装技术在性能提升方面的优势，尤其适用于电动汽车主驱逆变器等高压应用。例如：
高压绝缘与通流能力
纬湃科技曾表示，PCB嵌入式封装的绝缘材料可满足400V至1000V的高压绝缘要求。相比传统封装功率模块，单位通流能力提升约40%。这意味着在相同电流输出下，功率芯片的使用量可减少三分之一，从而降低物料成本。
更高的效率
低热阻、低导通电阻和低开关损耗使得PCB嵌入式封装技术能够显著提高逆变器效率。根据纬湃科技的数据，在800V逆变器中使用PCB嵌入式封装的SiC模块，相较传统框架式封装的SiC模块，逆变器的WLTC循环损耗可减少60%。
成本优化
通过减少无源器件、连接器等组件，优化散热性能，整体系统成本得以降低。
此外，P²封装技术还支持在直流和交流系统转换中使用，例如在汽车48V系统中，可嵌入80V的MOSFET芯片。更进一步的应用包括将高精度电流测量传感器嵌入封装中，实现精确的相位电流测量。
未来展望
尽管P²封装技术已在2023年的PCIM欧洲展上展示，但目前其具体的技术细节和1200V CoolSiC嵌入方案仍未完全公开。PCB嵌入式封装技术在工业领域的推广和验证，将为其在汽车领域的应用铺平道路。然而，汽车领域对新型封装技术的要求更为严苛，需要经过更长时间的验证和测试。
总结
PCB嵌入式封装技术凭借在散热、效率和成本优化方面的突出表现，展现出广阔的应用前景。特别是在电动汽车主驱逆变器等领域，这种技术的低热阻、低导通电阻和高功率密度优势，将为提升系统效率和降低成本带来显著价值。然而，要实现大规模应用，还需要进一步验证其长期可靠性和稳定性。
