车规模块系列（九）：PCB嵌入式功率模块

到了新能源汽车行业也快半年了，对于其中的“纷纷扰扰”也有了一点体验，有市场的地方就会存在竞争，而功率半导体器件作为其中的较为重要的组成部分而言，它的存在形式一直是讨论的比较多的（相对于这个行业而言）。到底以什么样的封装出现，以什么样的性能规格出现，以什么样的价位出现等等，纵观下来主流的形式好像也就那几种：

单管、HPD、塑封半桥（如DCM）、TPAK算是见得比较多的；而像双脉水冷DSC、eMPack、Viper等等就属于小众市场了。其中HPD算是用的最广泛的模块封装形式了吧，其他的不是性能不好，而是用不起。在“卷”的当下，成本似乎处于首要的位置。

向上卷还是向下卷，并没有严格的分界线，在相同的情况下我在性能上压榨得更极限，这也是一种向上卷；而在相同的条件下，我的性能遥遥领先，但价格高了，这好像更不错。大家都很在意开发周期和试错成本，所以在原有成熟的基础上改进成了一个不约而同的做法。

但大环境下，现在的做法也是无可厚非，但还能够不忘创新的那些依旧是值得敬佩的。不管怎么样，未来是多变的，我们也会切身体会到它的变化。

开头说到的纬湃科技在ATC新能源动力论坛上展示的PCB嵌入式功率模组，算是在传统模块封装的基础上推陈出新的一种方式。早几年已有论文讨论了相关的封装形式，包括英飞凌早之前也有展示过。

朋友发了几张论坛现场照片，大家可以参考看看（虽然有些公众号也有相关清楚的图片，我就不借鉴了）

找了篇文章，下面就一起来了解一下PCB嵌入式技术。

PCB嵌入式其实和我们常见的模块封装形式构成部分大致是一致的，可以认为是集成度更高，功率密度更大的一种技术。和多层PCB一样，只是将功率半导体芯片嵌入到了PCB多层中，同时可以在其他层布置驱动和控制电路，得到高度集成的方案。

嵌入式简要流程：

芯片的连接和常见半导体的连接方式差不多，芯片焊接或者烧结到基板上，这个基板可以是铜箔，或者高电流的PCB，或者像陶瓷基板一样具有隔离效果的基板。简单示意图如下，

嵌入本身是通过FR4预浸料（带有b级环氧树脂的玻璃纤维）层的真空层压来完成的。结构化的预浸料层用于补偿模具连接和模具的高度，并且全层为模具上方的电气层提供了所需的隔离。此外，还应用了金属化过程中所需的铜箔。嵌入本身是通过在标准的多层层压机中层叠进行的。

通过激光钻孔，用于创建与嵌入式模具的触点，需要小心地控制和参数化，以免损坏芯片。盲通过厚铜衬底或厚铜层通常是通过机械钻孔。随后，在镀铜过程中填充微通道，然后通过光刻和蚀刻铜来形成电层的结构。

嵌入元件的印刷电路板的外观与传统电路板相同。因此，在后续的过程中，既可以处理额外的信号层，也可以应用阻焊层和表面光洁度，以便在嵌入式模块上安装更多的组件，也可以将额外的散热器或不同类型的嵌入式模块添加到模块上。

嵌入式功率模块可以和控制板通过烧结层压技术(SLT)进行连接，形成一个更多层的PCB，如下示意图，

逻辑PCB由6层结构组成，每层都有通孔、微通孔和70µm的厚铜。在底部，在逻辑和电源PCB之间通过烧结层压技术（SLT）连接的区域进行部分镀银。

烧结层压技术（SLT）的思想是同时产生电（或热）接触，并在一个工艺步骤中用预浸料(PCB起始材料)的树脂填充接触点之间的空腔。在这个过程中，银烧结膏应用于各自的连接，通常通过模板或丝网印刷。为了填充空腔，需要制造预浸料层在要烧结银的位置上有开口。整个加入银烧结膏和预浸料的堆栈相互放置。连接过程在多层层压压机中进行。在第一阶段，银烧结，以及流动，从而填充腔。在第二阶段，预浸料的环氧树脂完全热交联。在这个层压过程之后，各个层的连接就完成了。

可以看到，PCB嵌入式的这种封装技术不仅体积得到缩小，同时也减小了传统模块和控制板等之间较长的线连接，同时回路的寄生参数得到了降低，对于碳化硅的开关速度和开关损耗有着极大的好处。

但任何事物的发展都需要一个过程，以及一个产出的契机，也许过不了多久我们就能够在车上看到。就像和一个朋友聊天，他问我有什么封装可以做，比如empack，Viper或者PCB嵌入式的等等，我说做了干嘛，又没有市场，他说“那些是未来”。

未来真的会来吗，相信时间会给一个答案。

今天的内容希望你们能够喜欢！

参考文献：

Lars Böttcher, "Concepts for realizing High-Voltage Power Modules by Embedding of SiC Semiconductors"；