PCB嵌入式功率芯片封裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用
近年來，PCB嵌入式功率芯片封裝技術(shù)逐漸成為功率電子領(lǐng)域的熱門話題。這種技術(shù)能夠顯著提升電氣性能，包括高壓絕緣、散熱能力以及過電流處理能力，相較于傳統(tǒng)封裝的功率模塊有明顯優(yōu)勢(shì)。
除了緯湃科技推出的PCB嵌入式功率芯片方案外，Schweizer公司也早在此前推出了名為P2的封裝技術(shù)。2023年，Schweizer與英飛凌展開合作，將英飛凌的1200V CoolSiC芯片嵌入PCB中，并將這一技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車領(lǐng)域。
P2封裝的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)
根據(jù)Schweizer的介紹，P2封裝不僅是一種全新的封裝方式，更是一種能夠基于全新原理開發(fā)電力電子系統(tǒng)的技術(shù)。通過P2封裝技術(shù)開發(fā)的系統(tǒng)具備以下幾個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)：
高功率與高集成度
P2封裝技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高功率輸出，同時(shí)具備緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和更高的集成深度。
簡(jiǎn)化制造鏈與系統(tǒng)連接
采用這一封裝技術(shù)，可以顯著簡(jiǎn)化系統(tǒng)供應(yīng)鏈以及系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)建與連接技術(shù)，從而降低制造復(fù)雜度。
降低系統(tǒng)成本
在系統(tǒng)層面，通過減少無源器件和連接器的使用，并優(yōu)化散熱性能，可以實(shí)現(xiàn)整體成本的下降。
此外，P2封裝形式在散熱性能、導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗方面表現(xiàn)優(yōu)異。由于取消了傳統(tǒng)封裝中的鍵合線，導(dǎo)通電阻得以降低，系統(tǒng)寄生電感減少，開關(guān)效率更高。同時(shí)，封裝結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也帶來了更高的功率密度和更長(zhǎng)的使用壽命。
傳統(tǒng)封裝的局限性與P2的突破
目前，電動(dòng)汽車主驅(qū)逆變器中的功率模塊多采用注塑式或框架式封裝。這類封裝通常使用高導(dǎo)熱且具備電氣絕緣性能的基板（如覆銅陶瓷基板），將功率芯片焊接在基板上以實(shí)現(xiàn)散熱。然而，這種基于陶瓷基板的封裝存在以下限制：
布線受限
芯片只能通過陶瓷表面覆銅進(jìn)行單層布線，電路連接需采用架空鍵合線方式，導(dǎo)致電氣性能和散熱能力受到限制。
電氣與熱性能不足
在降低換流回路和柵極控制回路的雜散電感以及減少芯片間熱耦合方面存在瓶頸。
相比之下，P2封裝通過引線框架實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的散熱性能，顯著降低系統(tǒng)熱阻，并改善了產(chǎn)品的堅(jiān)固性和可靠性。同時(shí)，由于消除了鍵合線相關(guān)的封裝電阻，整體導(dǎo)通電阻降低，系統(tǒng)開關(guān)損耗減少，功率密度進(jìn)一步提升。
電動(dòng)汽車中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
PCB嵌入式封裝技術(shù)在性能提升方面的優(yōu)勢(shì)，尤其適用于電動(dòng)汽車主驅(qū)逆變器等高壓應(yīng)用。例如：
高壓絕緣與通流能力
緯湃科技曾表示，PCB嵌入式封裝的絕緣材料可滿足400V至1000V的高壓絕緣要求。相比傳統(tǒng)封裝功率模塊，單位通流能力提升約40%。這意味著在相同電流輸出下，功率芯片的使用量可減少三分之一，從而降低物料成本。
更高的效率
低熱阻、低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗使得PCB嵌入式封裝技術(shù)能夠顯著提高逆變器效率。根據(jù)緯湃科技的數(shù)據(jù)，在800V逆變器中使用PCB嵌入式封裝的SiC模塊，相較傳統(tǒng)框架式封裝的SiC模塊，逆變器的WLTC循環(huán)損耗可減少60%。
成本優(yōu)化
通過減少無源器件、連接器等組件，優(yōu)化散熱性能，整體系統(tǒng)成本得以降低。
此外，P2封裝技術(shù)還支持在直流和交流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換中使用，例如在汽車48V系統(tǒng)中，可嵌入80V的MOSFET芯片。更進(jìn)一步的應(yīng)用包括將高精度電流測(cè)量傳感器嵌入封裝中，實(shí)現(xiàn)精確的相位電流測(cè)量。
未來展望
盡管P2封裝技術(shù)已在2023年的PCIM歐洲展上展示，但目前其具體的技術(shù)細(xì)節(jié)和1200V CoolSiC嵌入方案仍未完全公開。PCB嵌入式封裝技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的推廣和驗(yàn)證，將為其在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平道路。然而，汽車領(lǐng)域?qū)π滦头庋b技術(shù)的要求更為嚴(yán)苛，需要經(jīng)過更長(zhǎng)時(shí)間的驗(yàn)證和測(cè)試。
總結(jié)
PCB嵌入式封裝技術(shù)憑借在散熱、效率和成本優(yōu)化方面的突出表現(xiàn)，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。特別是在電動(dòng)汽車主驅(qū)逆變器等領(lǐng)域，這種技術(shù)的低熱阻、低導(dǎo)通電阻和高功率密度優(yōu)勢(shì)，將為提升系統(tǒng)效率和降低成本帶來顯著價(jià)值。然而，要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證其長(zhǎng)期可靠性和穩(wěn)定性。
