車規模塊系列（九）：PCB嵌入式功率模塊介紹

話當前

到了新能源汽車行業也快半年了，對于其中的“紛紛擾擾”也有了一點體驗，有市場的地方就會存在競爭，而功率半導體器件作為其中的較為重要的組成部分而言，它的存在形式一直是討論的比較多的（相對于這個行業而言）。到底以什么樣的封裝出現，以什么樣的性能規格出現，以什么樣的價位出現等等，縱觀下來主流的形式好像也就那幾種：

單管、HPD、塑封半橋（如DCM）、TPAK算是見得比較多的；而像雙脈水冷DSC、eMPack、Viper等等就屬于小眾市場了。其中HPD算是用的最廣泛的模塊封裝形式了吧，其他的不是性能不好，而是用不起。在“卷”的當下，成本似乎處于首要的位置。

向上卷還是向下卷，并沒有嚴格的分界線，在相同的情況下我在性能上壓榨得更極限，這也是一種向上卷；而在相同的條件下，我的性能遙遙領先，但價格高了，這好像更不錯。大家都很在意開發周期和試錯成本，所以在原有成熟的基礎上改進成了一個不約而同的做法。

但大環境下，現在的做法也是無可厚非，但還能夠不忘創新的那些依舊是值得敬佩的。不管怎么樣，未來是多變的，我們也會切身體會到它的變化。

PCB嵌入式功率模組

開頭說到的緯湃科技在ATC新能源動力論壇上展示的PCB嵌入式功率模組，算是在傳統模塊封裝的基礎上推陳出新的一種方式。早幾年已有論文討論了相關的封裝形式，包括英飛凌早之前也有展示過。

嵌入技術

PCB嵌入式其實和我們常見的模塊封裝形式構成部分大致是一致的，可以認為是集成度更高，功率密度更大的一種技術。和多層PCB一樣，只是將功率半導體芯片嵌入到了PCB多層中，同時可以在其他層布置驅動和控制電路，得到高度集成的方案。

嵌入式簡要流程：

芯片的連接和常見半導體的連接方式差不多，芯片焊接或者燒結到基板上，這個基板可以是銅箔，或者高電流的PCB，或者像陶瓷基板一樣具有隔離效果的基板。簡單示意圖如下，

嵌入本身是通過FR4預浸料（帶有b級環氧樹脂的玻璃纖維）層的真空層壓來完成的。結構化的預浸料層用于補償模具連接和模具的高度，并且全層為模具上方的電氣層提供了所需的隔離。此外，還應用了金屬化過程中所需的銅箔。嵌入本身是通過在標準的多層層壓機中層疊進行的。

通過激光鉆孔，用于創建與嵌入式模具的觸點，需要小心地控制和參數化，以免損壞芯片。盲通過厚銅襯底或厚銅層通常是通過機械鉆孔。隨后，在鍍銅過程中填充微通道，然后通過光刻和蝕刻銅來形成電層的結構。

嵌入元件的印刷電路板的外觀與傳統電路板相同。因此，在后續的過程中，既可以處理額外的信號層，也可以應用阻焊層和表面光潔度，以便在嵌入式模塊上安裝更多的組件，也可以將額外的散熱器或不同類型的嵌入式模塊添加到模塊上。

集成驅動和控制電路

嵌入式功率模塊可以和控制板通過燒結層壓技術(SLT)進行連接，形成一個更多層的PCB，如下示意圖，

邏輯PCB由6層結構組成，每層都有通孔、微通孔和70μm的厚銅。在底部，在邏輯和電源PCB之間通過燒結層壓技術（SLT）連接的區域進行部分鍍銀。

燒結層壓技術（SLT）的思想是同時產生電（或熱）接觸，并在一個工藝步驟中用預浸料(PCB起始材料)的樹脂填充接觸點之間的空腔。在這個過程中，銀燒結膏應用于各自的連接，通常通過模板或絲網印刷。為了填充空腔，需要制造預浸料層在要燒結銀的位置上有開口。整個加入銀燒結膏和預浸料的堆棧相互放置。連接過程在多層層壓壓機中進行。在第一階段，銀燒結，以及流動，從而填充腔。在第二階段，預浸料的環氧樹脂完全熱交聯。在這個層壓過程之后，各個層的連接就完成了。

小結

可以看到，PCB嵌入式的這種封裝技術不僅體積得到縮小，同時也減小了傳統模塊和控制板等之間較長的線連接，同時回路的寄生參數得到了降低，對于碳化硅的開關速度和開關損耗有著極大的好處。

但任何事物的發展都需要一個過程，以及一個產出的契機，也許過不了多久我們就能夠在車上看到。就像和一個朋友聊天，他問我有什么封裝可以做，比如empack，Viper或者PCB嵌入式的等等，我說做了干嘛，又沒有市場，他說“那些是未來”。