電子發(fā)燒友網(wǎng)綜合報(bào)道 近日，國(guó)內(nèi)功率器件廠商森國(guó)科宣布量產(chǎn)出貨KC027Z07E1M2（SiC S-Cell），該器件采用了PCB嵌入式3D封裝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了跨越性的性能優(yōu)化。

過(guò)去兩年我們看到不少功率器件廠商都在推動(dòng)PCB嵌入式封裝在功率器件上的應(yīng)用，包括緯湃、英飛凌、Schweizer、斯達(dá)半導(dǎo)、瞻芯電子等都已經(jīng)推出了相關(guān)產(chǎn)品，PCB嵌入式封裝已經(jīng)成為了功率器件的一個(gè)重要發(fā)展方向。

為什么PCB嵌入式封裝受到這么多廠商重視？傳統(tǒng)的封裝方案，以功率模塊為例，目前在電動(dòng)汽車主驅(qū)逆變器上的功率模塊，基本上是注塑式或是框架式封裝。由于功率芯片在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，因此大多數(shù)都使用高導(dǎo)熱和電氣絕緣的基板，將功率芯片焊接在基板上，比如覆銅陶瓷基板等，以實(shí)現(xiàn)良好的芯片散熱。

這種基于陶瓷基板的功率模塊，其中的芯片只能通過(guò)陶瓷表面覆銅進(jìn)行單層布線，并采用架空鍵合線等方式實(shí)現(xiàn)電路連接，這種連接方式使得電氣性能和散熱受到了很大的限制，特別是降低換流回路和柵極控制回路的雜感和芯片間的熱耦合方面。

在電氣性能方面，PCB具有天然的優(yōu)勢(shì)，比如可以進(jìn)行多層布線，通過(guò)控制線間距及層間距減少EMC的影響；PCB使用的絕緣材料可以滿足400V至1000V高壓絕緣的要求；埋入PCB的電子器件可以通過(guò)高散熱材料和合理的散熱層設(shè)計(jì)達(dá)到優(yōu)秀的散熱性能。因此PCB嵌入功率芯片的技術(shù)用于功率模塊封裝具有極大的性能潛力。

根據(jù)緯湃的技術(shù)評(píng)估數(shù)據(jù)，首先在通過(guò)電流的能力上，傳統(tǒng)封裝的功率模塊大概是每29平方毫米芯片101A，而PCB嵌入式功率模塊中每29平方毫米芯片是142A，單位通流能力提升約40%，這也意味著相同電流輸出的情況下，功率芯片用量可以減少三分之一。在相同的功率輸出要求下，功率模塊的物料成本可以降低20%。

具體到逆變器的應(yīng)用中，以800V逆變器、采用SiC功率芯片為例，逆變器采用嵌入式封裝SiC模塊后，相比采用框架式封裝的SiC模塊，逆變器的WLTC循環(huán)損耗減少60%，同時(shí)還能降低逆變器尺寸。

而森國(guó)科這次推出的PCB嵌入式3D封裝技術(shù)，通過(guò)芯片與PCB內(nèi)部銅層的直接三維互連，徹底消除了傳統(tǒng)封裝中鍵合線（Bonding Wire）和長(zhǎng)距離引線帶來(lái)的寄生電感和電阻。這使得開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓過(guò)沖和能量損耗（EON, EOFF）大幅降低，允許系統(tǒng)工作在更高的頻率，同時(shí)顯著改善電磁干擾（EMI）性能。

KC027Z07E1M2是一款650V、27mΩ 嵌入式碳化硅功率 MOSFET 模塊，基礎(chǔ)參數(shù)上，Qg=120nC、tr=28ns、tf=22ns，低柵極電荷和快速開(kāi)關(guān)能夠大幅降低開(kāi)關(guān)損耗，讓系統(tǒng)輕松工作在更高頻率，同時(shí)減少電磁干擾；體二極管反向恢復(fù)時(shí)間僅 17ns（trr=17ns），在橋式電路（如半橋 / 全橋拓?fù)洌┲锌娠@著降低反向恢復(fù)損耗，提升續(xù)流階段的效率與穩(wěn)定性；導(dǎo)通電阻 Rds (on)=27mΩ，在大電流工況下發(fā)熱更少，配合 650V 耐壓等級(jí)，適配中高壓功率場(chǎng)景。

散熱能力方面，其結(jié)殼熱阻低至 0.36°C/W，這是雙面散熱結(jié)構(gòu)的直接體現(xiàn)。熱量從芯片結(jié)面到外殼的傳遞效率極高，確保高負(fù)載下穩(wěn)定輸出。

同時(shí)小型化封裝和高頻特性，能夠讓系統(tǒng)體積更小、功率密度更高，更適合于充電樁、新能源汽車、AI數(shù)據(jù)中心、eVTOL等對(duì)空間敏感的場(chǎng)景。

小結(jié)：

隨著需求的驅(qū)動(dòng)，在2024年還是以實(shí)驗(yàn)性技術(shù)的形式展示的PCB嵌入式封裝技術(shù)，如今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并帶來(lái)散熱、性能優(yōu)勢(shì)。作為綁定新能源與算力升級(jí)、系統(tǒng)級(jí)集成等需求的封裝技術(shù)，PCB嵌入式封裝將會(huì)成為未來(lái)高端電子系統(tǒng)的關(guān)鍵封裝方案之一。