芯片内嵌式PCB封装技术方案解析"七部曲" | 第二曲：市场主流玩家与技术方案解读-电子发烧友网

以下完整内容发表在「SysPro电力电子技术」知识星球- 《芯片内嵌式PCB封装技术方案全面解析的七部曲》系列文章- SysPro原创文章，仅用于SysPro内部使用- 本篇为节选，完整内容会在知识星球发布，欢迎学习、交流- 非授权不得转载，或用于任何形式的培训、传播等盈利性活动

导语：芯片内嵌式PCB封装技术，即将功率芯片直接嵌入到PCB板内，通过特殊的制程工艺实现器件与PCB的一体化。实现了更高的集成度和功率密度，不仅减少了封装体占用的空间、降低了封装成本，还一定程度提升了电气性能和散热效果。

本文为「SysPro 电力电子技术EE」知识星球系列文章《芯片内嵌式PCB封装技术方案全面解析的"七部曲" 》系列文章，旨在深入探讨这一前沿技术，解答关于其诞生背景、市场情况、基本构想、设计理念、主流工艺过程与特征、隔离形式、热-电耦合设计、材料选择、实际应用与前景等核心问题。

为了全面而清晰地看到全局，我计划从下面几个方面对这一技术和系统集成方案进行张开：

第一曲：基础概念和设计理念

第二曲：市场调研与技术方案特征解读

第三曲：内嵌式PCB功率半导体的设计与关键技术

第四曲：半导体材料与封装

第五曲：工艺技术与制造过程

第六曲：前瞻性系统解决方案应用的探索

第七曲：总结与展望

图片来源：Schweizer

目录开篇词 · 引导文(知识星球发布)1.芯片内嵌式PCB技术方案全面解析 · 导语

1.1 基本理念
1.2 核心优势
1.3 全球市场的主要玩家
1.4 芯片内嵌式PCB技术与系统集成方案的深度探索
1.5 探索之旅

第一曲：基础概念和设计理念

2.是什么推动了芯片内嵌式PCB封装的诞生？

3. 芯片内嵌式PCB封装技术的基础概念

3.1 芯片内嵌式PCB封装技术 ·基本构型是什么？

3.2 芯片内嵌式PCB封装技术 · 带来了哪些优势？

第二曲：市场调研与技术方案特征解读(知识星球发布)

4. 芯片内嵌PCB封装技术 · 主流玩家方案解读

4.1 德国Scxxxx：p²Pack工艺的先锋

4.2 德国Frxxxx：工艺与材料体系的创

4.3 奥地利Axxxx：ECP技术与模块化设计的倡导者新者

4.4 舍弗勒：高压嵌入式功率模块的领航者

4.5 采埃孚：芯片内嵌式PCB+混碳技术的创新者

4.6 麦格纳：高效能嵌入式功率模块的推动者

4.7 保时捷& 博世：Dauerpower逆变器的性能标杆

4.8 威睿：新一代内埋式封装电驱控制器CEPU探索

第三曲：内嵌式PCB功率半导体设计与关键技术
第四曲：半导体材料与封装
第五曲：工艺技术与制造过程第六曲：前瞻性系统解决方案应用的探索
第七曲：总结与展望
|SysPro备注：以上所有内容完整版在知识星球中发布

第一曲：芯片内嵌PCB的基础概念与设计理念

02

是什么推动了芯片内嵌式PCB封装的诞生？

(传统封装在电动汽车应用中的局限性)

功率封装，是电力电子中的关键技术，旨在将功率芯片有效地连接到散热基板上，从而保证芯片的正常运行和长使用寿命。然而，尽管现有的功率封装技术已经相对成熟，但它依然存在一些显著的问题和挑战，特别是在电动汽车的应用上，对于现代高效能功率器件提出了更多的需求。下面，我们针对在电动汽车的多场景、多工况应用中，聊一聊传统封装工艺所面临着显著的局限性，主要有下面几点：

1. 小型化与轻量化需求难以满足

小型化和轻量化是电动汽车设计的重要目标，这不仅有助于提高车辆的能效，还能延长续航里程。然而，传统封装工艺由于采用多层结构（如DCB基板和键合线），难以实现进一步的小型化。特别是在功率模块的设计中，由于需要确保足够的散热性能和电气连接可靠性，传统封装工艺的体积和重量往往难以降低，从而限制了电动汽车的整体性能。

2. 高功率密度需求下的散热挑战

电动汽车的动力系统，需要承受高功率密度和高频率的开关操作，这对功率模块的散热性能提出了极高的要求。传统封装工艺中，功率芯片通过键合线连接到DCB基板上，这种连接方式虽然简单，但散热效率较低。在高功率密度下，功率芯片产生的热量难以迅速散发，导致芯片温度升高，进而影响其性能和可靠性。长期高温运行还会加速芯片的老化，缩短使用寿命。

3. 高频开关操作下的电感问题

电动汽车的驱动系统，通常采用碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料，这些材料具有快速开关特性，有助于提高系统的效率和性能。然而，传统封装工艺中的键合线具有较高的电感，这在高频开关操作中会产生不必要的电压降和功率损耗，限制了系统的效率提升。此外，高电感还会增加电磁干扰（EMI），影响车辆电子系统的稳定性和安全性。

图片来源：Onsemi

| SysPro备注：这里补充说明下，为什么传统封装的键合线会带来更多的电感？这个电感主要来自于以下几个方面（知识星球发布）...

4. 多工况下的可靠性问题

电动汽车的应用场景广泛，包括城市通勤、高速公路行驶、山路爬坡等多种工况。在这些不同工况下，功率模块需要承受不同的负载和温度变化。传统封装工艺中的键合线在热应力、电迁移等因素的作用下容易失效，导致功率模块的可靠性降低。特别是在高温、高湿等恶劣环境下，寿命会进一步缩短，从而增加车辆的维修成本和停机时间。

5. 定制化与灵活性不足

此外，不同车型、不同应用场景，对功率模块的性能、尺寸和接口等都有不同的要求。然而，传统封装工艺由于采用标准化的设计和制造流程，难以实现高度定制化和灵活性。这限制了功率模块在电动汽车中的应用范围，也增加了设计和制造的成本。

图片来源：Infineon

因此，为了克服上面这些挑战，同时为了更好的满足电动汽车对于轻量化、高效、高可靠的要求，需要探索新的封装技术和材料，功率半导体芯片内埋式PCB技术应运而生。
那么，芯片内嵌式PCB封装技术到底是什么样子？TA的基本概念是什么？又带来了哪些优势呢？

芯片内嵌式PCB封装技术的基础概念

了解了传统封装在电动汽车应用中的局限性，下面我们来探讨下：芯片内嵌式PCB技术是如何打破这些局限性的？主要分成两部分：

芯片内嵌式PCB技术的基本构型长什么样子？
芯片内嵌式PCB技术究竟有哪些优势？

3.1 芯片内嵌式PCB封装技术 ·基本构型是什么？

我们先看看芯片内嵌式PCB的基本构型。

下图所示为芯片内嵌式PCB技术的概念图 (Power Chip Embedding)。整体结构分为顶部连接（top connections）、隔离层（isolation）和底部连接（bottom connections），通过特殊的制程工艺，将功率芯片直接嵌入到PCB板间，实现器件与PCB的一体化。