功率芯片PCB内埋式封装：从概念到量产的全链路解析(中篇)-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-《功率芯片嵌入式封装：从实验室到量产的全链路解析》三部曲- 文字原创，素材来源：TMC现场记录、西安交大、网络、半导体厂商
- 本篇为节选，完整内容会在知识星球发布，欢迎学习、交流

- 1400+最新全球汽车动力系统相关的报告与解析已上传知识星球

导语：在2025年汽车半导体的舞台上，芯片内嵌式PCB 逆变器技术以颠覆性的姿态惊艳亮相。采埃孚CIPB方案、麦格纳嵌入式功率模块、保时捷&博世Dauerpower逆变器等创新成果，共同勾勒出电力电子技术发展的新图景。作为电力电子系统的心脏，功率器件的性能直接决定了整个系统的能效与可靠性。传统封装方式在面对宽禁带半导体（如碳化硅、氮化镓）时，暴露出散热困难、寄生参数过大、集成度受限等瓶颈。芯片内嵌技术通过将功率芯片直接嵌入PCB基板内部，实现了电气连接、散热路径和机械结构的全面优化，为电动汽车、新能源、工业自动化等领域带来了显著的性能提升。

在之前的文章中，我们已对这一技术方案做过系统性的解读：芯片内嵌式PCB封装技术全面解析的"七部曲"。6月初，也有幸参加了第十七届国际汽车动力系统技术年会（TMC2025），来自西安交通大学电气工程学院的杨旭教授，在功率芯片嵌入式封装相关的主题报告中，介绍了CIPB(Chip In PCB)嵌入式封装技术，从实验室研究到量产应用的全链路创新的研究进展。今天，我们结合杨教授的报告内容，结合实践和市场产品技术方案信息做了一定程度拓展，再次学习、深度解析下这一技术路径，探讨其创新点、挑战、解决方案、封装工艺实践解析、未来前景，以为工程实践和技术产品落地提供指导。|SysPro备注：内容较多，分上、中、下三部分发布

图片来源：SysPro系统工程智库

上篇：宽禁带器件发展与封装瓶颈(已发布)

中篇：芯片内嵌PCB封装的多维度协同创新-互联、散热、基材、绝缘可靠性(本文)

6. PCB封装问题的综合解决思路与维度划分

6.1 综合解决思路

6.2 三个维度的解释

07 空间维度：结构创新与电路布局布线优化(知识星球发布)

7.1 结构创新

7.2 电路布局布线优化

8. 材料维度：PCB材料改进研究(知识星球发布)

8.1 材料改进的方向与目标

8.2 具体改进措施

8.3 性能优化验证结果：5大维度

9. 芯片内嵌PCB封装的绝缘问题解析(知识星球发布)

9.1 绝缘问题的分析方法和思路

9.2 绝缘失效背后的秘密：电树枝+铜须

9.3 电树枝生长的影响因素

9.4 直流电场下铜须生长的秘密

9.5 小结：芯片内嵌PCB封装绝缘失效的"因果链"

下篇：芯片内嵌 PCB 封装-主流工艺实践的深度解析(未发布)|SysPro备注：本文为概述，更多记录与解读请在知识星球中查阅

上篇

宽禁带器件发展与封装瓶颈

1. 电力电子器件发展历程与封装重要性

1.1 电力电子器件发展脉络

1.2 封装对器件性能的关键影响

2. 传统封装与宽禁带器件封装的挑战

3. 封装问题的综合分析与解决方案

3.1 封装涉及的主要问题

3.2 实现高性能、高密度封装的解决思路

4. 现有器件封装的维度划分与分析(知识星球发布)

4.1 封装的三个维度划分

4.2 PCB封装概念的出现

5. PCB作为封装的优劣势分析(知识星球发布)

5.1 PCB封装的优势

5.2 PCB封装存在的"短板"

| SysPro备注：本P篇节选，完整内容及技术报告在知识星球发布

在上篇中，我们探讨了电力电子器件的发展历程中，封装技术的重要性日益凸显：

功率芯片PCB内埋式封装：从概念到量产的全链路解析

当前，宽禁带器件因其开关速度快、功率密度高，对封装技术提出了更高要求，尤其在电性能、散热和可靠性方面。传统封装技术在面对这些挑战时显得力不从心，无法充分发挥宽禁带器件的优势。

图片来源：西安交大

那么，如何突破这些瓶颈，实现宽禁带器件与封装技术的协同发展呢？这需要我们深入探讨封装技术的创新路径，从多个维度进行综合分析与改进。具体来说，我们需要从物理空间设计、材料本质特性、长期可靠性三个大方向入手，通过结构创新、材料改进和可靠性评估等手段，解决宽禁带器件封装中的电性能、散热和可靠性问题，以最大程度发挥其天生优势！

图片来源：西安交大

在下面的中篇中，我们将一起学习了解下芯片内嵌PCB封装的多维度协同创新策略。针对PCB封装存在的散热差、热应力大和绝缘易失效等问题，我们将从空间维度、材料维度和可靠性维度出发，提出一系列创新解决方案。这些方案能否有效解决当前封装技术中的难题？它们又将如何推动宽禁带器件的广泛应用？我们今天一起来看看。

图片来源：西安交大

中篇

芯片内嵌PCB封装的多维度协同创新：互联、散热、基材、绝缘可靠性

PCB封装问题的综合解决思路与维度划分

6.1综合解决思路

针对PCB作为封装存在的问题，需要从互连、散热、应力、绝缘等方面进行综合解决。进一步分析可归纳为物理空间设计、材料本质特性、长期可靠性三维度个方向。

6.2 三个维度的解释

1. 空间维度 → 聚焦 “结构设计”

针对的问题：互连、散热（前文中的 PCB 封装 “散热差”“热应力”，本质和空间结构设计有关）。

解决的思路：电热耦合空间结构优化

|SysPro解释：宽禁带器件工作时，电、热特性相互影响（电热耦合），需要通过空间结构设计（比如布线布局、散热通道、芯片与基板的堆叠方式），让电性能（低寄生、高传输）和热管理（高效散热）协同优化，解决 “想密集布线提升性能，但容易热量堆积” 的矛盾。

图片来源：西安交大

2. 材料维度 → 聚焦 “基材突破”

针对的问题：应力、绝缘（前文中的 “热应力大”“绝缘可靠性差”，和 FR-4 基材的性能缺陷直接相关）。

解决的思路：电热力高性能 PCB 材料制备

|SysPro解释：传统 FR-4 材料在 “电（绝缘、寄生参数）、热（导热、膨胀系数）、力（机械强度、应力匹配）” 方面无法满足宽禁带器件需求，必须开发高性能 PCB 材料—— 比如更高导热、低膨胀系数、高绝缘强度的基材，同时兼顾电、热、力性能，从 “材料根上” 解决问题。

图片来源：西安交大

3. 可靠性维度 → 聚焦 “长期稳定”

针对的问题：应力、绝缘（前文中的热应力导致开裂、绝缘老化失效，都是 “可靠性” 范畴）。

解决的思路：应力 - 绝缘可靠性评估

|SysPro解释：宽禁带器件工作时，应力（热应力、机械应力）和绝缘性能相互影响（比如应力集中会加速绝缘老化），需要建立可靠性评估体系—— 模拟实际工况（温度循环、电压冲击等），量化分析“应力如何影响绝缘寿命”，通过模拟电场施加，观察电损伤、电树枝生长、电迁移等现象，提前发现潜在失效风险，保障长期稳定运行。

图片来源：西安交大

| SysPro备注：此处先做概述，在后续章节中会展开讲讲，说明背后的机理和解决方法。

空间维度：结构创新与电路布局布线优化

7.1 结构创新

针对宽禁带器件（如 SiC、GaN）对"低杂散电感、高性能散热"的需求，从互连设计、散热设计两方面，来看看如何通过结构创新解决问题？主要有两个方面。

|SysPro备注，这里多解释一下"低杂散、高散热" ：

宽禁带器件（SiC、GaN）开关速度极快（di/dt~100A/ns），对低杂散电感（Lₚₐᵣₐ < 1nH）要求苛刻；同时功率密度高，需要高性能散热，保障稳定运行。这是我们做PCB 封装结构优化的底层逻辑，也是满足宽禁带器件需求的核心要素！

1. 低杂散电感、高密度互连的实现（知识星球发布)...

2. 高性能散热的实现（知识星球发布)...

7.2 电路布局布线优化

（知识星球发布)

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材料维度：PCB材料改进研究

8.1 材料改进的方向与目标

（知识星球发布)

在材料维度下，针对PCB材料热导率低、膨胀系数大、形变性能差等问题，开展了材料改进研究。目标是：提高材料的热导率，使其能够更有效地传导热量；降低膨胀系数，减少因温度变化产生的应力；改善形变性能，提高材料的机械强度和可靠性。

导热差：热导率仅 0.3 W/m・K（对比 DBC、Cu 差 2 个数量级）→热量堆积，影响器件寿命

膨胀系数大：CTE 高达 200×10⁻⁶/K（远高于芯片、DBC）→热应力导致基板形变、开裂

强度低：弹性模量仅 20 GPa（远低于 DBC、Cu）→易翘曲，可靠性差

了解了问题，那么具体要如何改进呢？

图片来源：西安交大

8.2 具体改进手段

(知识星球发布)

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那么，这一解决方案效果如何呢？我们从导热、膨胀、机械、介电、绝缘五大维度来看下测试结果。

8.3 性能优化验证结果：5大维度

(知识星球发布)

通过导热、膨胀、机械、介电、绝缘五大维度测试，验证新型材料的优势：

8.3.1 导热性能...

8.3.2 膨胀系数...

8.2.3. 机械强度...

8.2.4 介电性能...

8.2.5 绝缘性能...

芯片内嵌PCB封装的绝缘问题解析

9.1 绝缘问题的分析方法和思路

在可靠性维度下，绝缘问题是重点关注的内容，下面我们聚焦 “PCB 封装的绝缘问题”，研究电热耦合场下PCB封装材料绝缘损伤失效机理和影响。

长期以来，人们普遍认为只有电压高时才会出现绝缘问题，但实际上，在PCB中，即使电压不是特别高，由于芯片表面边角等因素导致的电场集中，也会引发绝缘失效。特别是在电力电子应用环境下，高温、非正弦波、快速变化的方波等因素会对绝缘材料造成恶劣影响。

所以，想要完整还原 PCB 绝缘失效的 “因 - 果” 过程，采用以下逻辑开展这个工作：模拟真实放电试样 → 施加多场耦合应力 → 观测绝缘损伤（电树枝、放电数据）。下面我们具体来看看。

图片来源：西安交大

9.2 绝缘失效背后的秘密：电树枝+铜须

(知识星球发布)

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9.3电树枝生长的影响因素

(知识星球发布)

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9.4 直流电场下铜须生长的秘密

(知识星球发布)

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9.5小结：芯片内嵌PCB封装绝缘失效的"因果链"

(知识星球发布)

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下篇芯片内嵌 PCB 封装-主流工艺实践的深度解析

(知识星球发布)

中篇中，我们深入探讨了宽禁带器件封装所面临的电性能、散热及可靠性等多维度挑战，并从空间维度（结构设计优化）、材料维度（基材性能突破）及可靠性维度（长期稳定性评估）三个方向，系统阐述了PCB封装技术的创新路径与解决方案。

然而，技术突破不仅需理论支撑，更需实践验证。下篇，将聚焦芯片内嵌PCB封装的主流工艺实践，从内埋GaN器件的PCB封装结构解析，到全流程工艺制程的深度拆解，再到关键工艺步骤（如镀铜芯片、Cell单元集成、PCB嵌入等）的详细说明，我们将通过具体工艺案例，揭示如何将理论方案转化为实际产品，并探讨该技术在电力电子系统中的创新应用与未来拓展方向。