PCB嵌入式功率芯片封裝技術的優(yōu)勢與應用
近年來，PCB嵌入式功率芯片封裝技術逐漸成為功率電子領域的熱門話題。這種技術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。
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。2023年，Schweizer與英飛凌展開合作，將英飛凌的1200V CoolSiC芯片嵌入PCB中，并將這一技術應用于電動汽車領域。
P2封裝的特點與優(yōu)勢
根據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。通過P2封裝技術開發(fā)的系統(tǒng)具備以下幾個顯著優(yōu)勢：
高功率與高集成度
P2封裝技術能夠實現高功率輸出，同時具備緊湊的結構設計和更高的集成深度。
簡化制造鏈與系統(tǒng)連接
采用這一封裝技術，可以顯著簡化系統(tǒng)供應鏈以及系統(tǒng)內部的構建與連接技術，從而降低制造復雜度。
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，可以實現整體成本的下降。
此外，P2封裝形式在散熱性能、導通電阻和開關損耗方面表現優(yōu)異。由于取消了傳統(tǒng)封裝中的鍵合線，導通電阻得以降低，系統(tǒng)寄生電感減少，開關效率更高。同時，封裝結構的優(yōu)化也帶來了更高的功率密度和更長的使用壽命。
傳統(tǒng)封裝的局限性與P2的突破
目前，電動汽車主驅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現散熱。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行單層布線，電路連接需采用架空鍵合線方式，導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現更優(yōu)的散熱性能，顯著降低系統(tǒng)熱阻，并改善了產品的堅固性和可靠性。同時，由于消除了鍵合線相關的封裝電阻，整體導通電阻降低，系統(tǒng)開關損耗減少，功率密度進一步提升。
電動汽車中的應用優(yōu)勢
PCB嵌入式封裝技術在性能提升方面的優(yōu)勢，尤其適用于電動汽車主驅逆變器等高壓應用。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、低導通電阻和低開關損耗使得PCB嵌入式封裝技術能夠顯著提高逆變器效率。根據緯湃科技的數據，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封裝技術還支持在直流和交流系統(tǒng)轉換中使用，例如在汽車48V系統(tǒng)中，可嵌入80V的MOSFET芯片。更進一步的應用包括將高精度電流測量傳感器嵌入封裝中，實現精確的相位電流測量。
未來展望
盡管P2封裝技術已在2023年的PCIM歐洲展上展示，但目前其具體的技術細節(jié)和1200V CoolSiC嵌入方案仍未完全公開。PCB嵌入式封裝技術在工業(yè)領域的推廣和驗證，將為其在汽車領域的應用鋪平道路。然而，汽車領域對新型封裝技術的要求更為嚴苛，需要經過更長時間的驗證和測試。
總結
PCB嵌入式封裝技術憑借在散熱、效率和成本優(yōu)化方面的突出表現，展現出廣闊的應用前景。特別是在電動汽車主驅逆變器等領域，這種技術的低熱阻、低導通電阻和高功率密度優(yōu)勢，將為提升系統(tǒng)效率和降低成本帶來顯著價值。然而，要實現大規(guī)模應用，還需要進一步驗證其長期可靠性和穩(wěn)定性。
