以下完整內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球-《功率芯片嵌入式封裝：從概念到量產(chǎn)的全鏈路解析》三部曲- 文字原創(chuàng)，素材來源：TMC現(xiàn)場記錄、西安交大、網(wǎng)絡(luò)、半導(dǎo)體廠商
- 本篇為節(jié)選，完整內(nèi)容會在知識星球發(fā)布，歡迎學(xué)習(xí)、交流

- 1400+最新全球汽車動力系統(tǒng)相關(guān)的報告與解析已上傳知識星球

導(dǎo)語：在2025年汽車半導(dǎo)體的舞臺上，芯片內(nèi)嵌式PCB逆變器技術(shù)以顛覆性的姿態(tài)驚艷亮相。采埃孚CIPB方案、麥格納嵌入式功率模塊、保時捷&博世Dauerpower逆變器等創(chuàng)新成果，共同勾勒出電力電子技術(shù)發(fā)展的新圖景。作為電力電子系統(tǒng)的心臟，功率器件的性能直接決定了整個系統(tǒng)的能效與可靠性。傳統(tǒng)封裝方式在面對寬禁帶半導(dǎo)體（如碳化硅、氮化鎵）時，暴露出散熱困難、寄生參數(shù)過大、集成度受限等瓶頸。芯片內(nèi)嵌技術(shù)通過將功率芯片直接嵌入PCB基板內(nèi)部，實現(xiàn)了電氣連接、散熱路徑和機械結(jié)構(gòu)的全面優(yōu)化，為電動汽車、新能源、工業(yè)自動化等領(lǐng)域帶來了顯著的性能提升。

在之前的文章中，我們已對這一技術(shù)方案做過系統(tǒng)性的解讀：芯片內(nèi)嵌式PCB封裝技術(shù)全面解析的"七部曲"。6月初，也有幸參加了第十七屆國際汽車動力系統(tǒng)技術(shù)年會（TMC2025），來自西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的楊旭教授，在功率芯片嵌入式封裝相關(guān)的主題報告中，介紹了CIPB(Chip In PCB)嵌入式封裝技術(shù)，從實驗室研究到量產(chǎn)應(yīng)用的全鏈路創(chuàng)新的研究進展。今天，我們結(jié)合楊教授的報告內(nèi)容，結(jié)合實踐和市場產(chǎn)品技術(shù)方案信息做了一定程度拓展，再次學(xué)習(xí)、深度解析下這一技術(shù)路徑，探討其創(chuàng)新點、挑戰(zhàn)、解決方案、封裝工藝實踐解析、未來前景，以為工程實踐和技術(shù)產(chǎn)品落地提供指導(dǎo)。|SysPro備注：內(nèi)容較多，分上、中、下三部分發(fā)布

圖片來源：SysPro系統(tǒng)工程智庫

目錄

上篇：寬禁帶器件發(fā)展與封裝瓶頸(已發(fā)布)

中篇：芯片內(nèi)嵌PCB封裝的多維度協(xié)同創(chuàng)新-互聯(lián)、散熱、基材、絕緣可靠性(本文)

6. PCB封裝問題的綜合解決思路與維度劃分

6.1 綜合解決思路

6.2 三個維度的解釋

07 空間維度：結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與電路布局布線優(yōu)化(知識星球發(fā)布)

7.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

7.2 電路布局布線優(yōu)化

8. 材料維度：PCB材料改進研究(知識星球發(fā)布)

8.1 材料改進的方向與目標

8.2 具體改進措施

8.3 性能優(yōu)化驗證結(jié)果：5大維度

9. 芯片內(nèi)嵌PCB封裝的絕緣問題解析(知識星球發(fā)布)

9.1 絕緣問題的分析方法和思路

9.2 絕緣失效背后的秘密：電樹枝+銅須

9.3 電樹枝生長的影響因素

9.4 直流電場下銅須生長的秘密

9.5 小結(jié)：芯片內(nèi)嵌PCB封裝絕緣失效的"因果鏈"

下篇：芯片內(nèi)嵌 PCB 封裝-主流工藝實踐的深度解析(未發(fā)布)|SysPro備注：本文為概述，更多記錄與解讀請在知識星球中查閱

上篇

寬禁帶器件發(fā)展與封裝瓶頸

1. 電力電子器件發(fā)展歷程與封裝重要性

1.1 電力電子器件發(fā)展脈絡(luò)

1.2 封裝對器件性能的關(guān)鍵影響

2. 傳統(tǒng)封裝與寬禁帶器件封裝的挑戰(zhàn)

3. 封裝問題的綜合分析與解決方案

3.1 封裝涉及的主要問題

3.2 實現(xiàn)高性能、高密度封裝的解決思路

4. 現(xiàn)有器件封裝的維度劃分與分析(知識星球發(fā)布)

4.1 封裝的三個維度劃分

4.2 PCB封裝概念的出現(xiàn)

5. PCB作為封裝的優(yōu)劣勢分析(知識星球發(fā)布)

5.1 PCB封裝的優(yōu)勢

5.2 PCB封裝存在的"短板"

| SysPro備注：本P篇節(jié)選，完整內(nèi)容及技術(shù)報告在知識星球發(fā)布

在上篇中，我們探討了電力電子器件的發(fā)展歷程中，封裝技術(shù)的重要性日益凸顯：

功率芯片PCB內(nèi)埋式封裝：從概念到量產(chǎn)的全鏈路解析

當(dāng)前，寬禁帶器件因其開關(guān)速度快、功率密度高，對封裝技術(shù)提出了更高要求，尤其在電性能、散熱和可靠性方面。傳統(tǒng)封裝技術(shù)在面對這些挑戰(zhàn)時顯得力不從心，無法充分發(fā)揮寬禁帶器件的優(yōu)勢。

圖片來源：西安交大

那么，如何突破這些瓶頸，實現(xiàn)寬禁帶器件與封裝技術(shù)的協(xié)同發(fā)展呢？這需要我們深入探討封裝技術(shù)的創(chuàng)新路徑，從多個維度進行綜合分析與改進。具體來說，我們需要從物理空間設(shè)計、材料本質(zhì)特性、長期可靠性三個大方向入手，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、材料改進和可靠性評估等手段，解決寬禁帶器件封裝中的電性能、散熱和可靠性問題，以最大程度發(fā)揮其天生優(yōu)勢！

圖片來源：西安交大

在下面的中篇中，我們將一起學(xué)習(xí)了解下芯片內(nèi)嵌PCB封裝的多維度協(xié)同創(chuàng)新策略。針對PCB封裝存在的散熱差、熱應(yīng)力大和絕緣易失效等問題，我們將從空間維度、材料維度和可靠性維度出發(fā)，提出一系列創(chuàng)新解決方案。這些方案能否有效解決當(dāng)前封裝技術(shù)中的難題？它們又將如何推動寬禁帶器件的廣泛應(yīng)用？我們今天一起來看看。

圖片來源：西安交大

中篇

芯片內(nèi)嵌PCB封裝的多維度協(xié)同創(chuàng)新：互聯(lián)、散熱、基材、絕緣可靠性

06

PCB封裝問題的綜合解決思路與維度劃分

6.1綜合解決思路

針對PCB作為封裝存在的問題，需要從互連、散熱、應(yīng)力、絕緣等方面進行綜合解決。進一步分析可歸納為物理空間設(shè)計、材料本質(zhì)特性、長期可靠性三維度個方向。

6.2 三個維度的解釋

1. 空間維度 → 聚焦 “結(jié)構(gòu)設(shè)計”

針對的問題：互連、散熱（前文中的 PCB 封裝 “散熱差”“熱應(yīng)力”，本質(zhì)和空間結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)）。

解決的思路：電熱耦合空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化

|SysPro解釋：寬禁帶器件工作時，電、熱特性相互影響（電熱耦合），需要通過空間結(jié)構(gòu)設(shè)計（比如布線布局、散熱通道、芯片與基板的堆疊方式），讓電性能（低寄生、高傳輸）和熱管理（高效散熱）協(xié)同優(yōu)化，解決 “想密集布線提升性能，但容易熱量堆積” 的矛盾。

圖片來源：西安交大

2. 材料維度 → 聚焦 “基材突破”

針對的問題：應(yīng)力、絕緣（前文中的 “熱應(yīng)力大”“絕緣可靠性差”，和 FR-4 基材的性能缺陷直接相關(guān)）。

解決的思路：電熱力高性能 PCB 材料制備

|SysPro解釋：傳統(tǒng) FR-4 材料在 “電（絕緣、寄生參數(shù)）、熱（導(dǎo)熱、膨脹系數(shù)）、力（機械強度、應(yīng)力匹配）” 方面無法滿足寬禁帶器件需求，必須開發(fā)高性能 PCB 材料—— 比如更高導(dǎo)熱、低膨脹系數(shù)、高絕緣強度的基材，同時兼顧電、熱、力性能，從 “材料根上” 解決問題。

圖片來源：西安交大

3. 可靠性維度 → 聚焦 “長期穩(wěn)定”

針對的問題：應(yīng)力、絕緣（前文中的熱應(yīng)力導(dǎo)致開裂、絕緣老化失效，都是 “可靠性” 范疇）。

解決的思路：應(yīng)力 - 絕緣可靠性評估

|SysPro解釋：寬禁帶器件工作時，應(yīng)力（熱應(yīng)力、機械應(yīng)力）和絕緣性能相互影響（比如應(yīng)力集中會加速絕緣老化），需要建立可靠性評估體系—— 模擬實際工況（溫度循環(huán)、電壓沖擊等），量化分析“應(yīng)力如何影響絕緣壽命”，通過模擬電場施加，觀察電損傷、電樹枝生長、電遷移等現(xiàn)象，提前發(fā)現(xiàn)潛在失效風(fēng)險，保障長期穩(wěn)定運行。

圖片來源：西安交大

| SysPro備注：此處先做概述，在后續(xù)章節(jié)中會展開講講，說明背后的機理和解決方法。

07

空間維度：結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與電路布局布線優(yōu)化

7.1 結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

針對寬禁帶器件（如 SiC、GaN）對"低雜散電感、高性能散熱"的需求，從互連設(shè)計、散熱設(shè)計兩方面，來看看如何通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新解決問題？主要有兩個方面。

|SysPro備注，這里多解釋一下"低雜散、高散熱" ：

寬禁帶器件（SiC、GaN）開關(guān)速度極快（di/dt~100A/ns），對低雜散電感（L???? < 1nH） 要求苛刻；同時功率密度高，需要高性能散熱，保障穩(wěn)定運行。這是 我們做PCB 封裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化的底層邏輯，也是滿足寬禁帶器件需求的核心要素！

1. 低雜散電感、高密度互連的實現(xiàn)（知識星球發(fā)布)...

2. 高性能散熱的實現(xiàn)（知識星球發(fā)布)...

7.2 電路布局布線優(yōu)化

（知識星球發(fā)布)

...

08

材料維度：PCB材料改進研究

8.1 材料改進的方向與目標

（知識星球發(fā)布)

在材料維度下，針對PCB材料熱導(dǎo)率低、膨脹系數(shù)大、形變性能差等問題，開展了材料改進研究。目標是：提高材料的熱導(dǎo)率，使其能夠更有效地傳導(dǎo)熱量；降低膨脹系數(shù)，減少因溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力；改善形變性能，提高材料的機械強度和可靠性。

導(dǎo)熱差：熱導(dǎo)率僅 0.3 W/m?K（對比 DBC、Cu 差 2 個數(shù)量級）→熱量堆積，影響器件壽命

膨脹系數(shù)大：CTE 高達 200×10??/K（遠高于芯片、DBC）→熱應(yīng)力導(dǎo)致基板形變、開裂

強度低：彈性模量僅 20 GPa（遠低于 DBC、Cu）→易翹曲，可靠性差

了解了問題，那么具體要如何改進呢？

圖片來源：西安交大

8.2 具體改進手段

(知識星球發(fā)布)

...

那么，這一解決方案效果如何呢？我們從導(dǎo)熱、膨脹、機械、介電、絕緣五大維度來看下測試結(jié)果。

8.3 性能優(yōu)化驗證結(jié)果：5大維度

(知識星球發(fā)布)

通過導(dǎo)熱、膨脹、機械、介電、絕緣五大維度測試，驗證新型材料的優(yōu)勢：

8.3.1 導(dǎo)熱性能...

8.3.2 膨脹系數(shù)...

8.2.3. 機械強度...

8.2.4 介電性能...

8.2.5 絕緣性能...

09

芯片內(nèi)嵌PCB封裝的絕緣問題解析

9.1 絕緣問題的分析方法和思路

在可靠性維度下，絕緣問題是重點關(guān)注的內(nèi)容，下面我們聚焦 “PCB 封裝的絕緣問題”，研究電熱耦合場下PCB封裝材料絕緣損傷失效機理和影響。

長期以來，人們普遍認為只有電壓高時才會出現(xiàn)絕緣問題，但實際上，在PCB中，即使電壓不是特別高，由于芯片表面邊角等因素導(dǎo)致的電場集中，也會引發(fā)絕緣失效。特別是在電力電子應(yīng)用環(huán)境下，高溫、非正弦波、快速變化的方波等因素會對絕緣材料造成惡劣影響。

所以，想要完整還原 PCB 絕緣失效的 “因 - 果” 過程，采用以下邏輯開展這個工作：模擬真實放電試樣 → 施加多場耦合應(yīng)力 → 觀測絕緣損傷（電樹枝、放電數(shù)據(jù)）。下面我們具體來看看。

圖片來源：西安交大

9.2 絕緣失效背后的秘密：電樹枝+銅須

(知識星球發(fā)布)

...

9.3電樹枝生長的影響因素

(知識星球發(fā)布)

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9.4 直流電場下銅須生長的秘密

(知識星球發(fā)布)

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9.5小結(jié)：芯片內(nèi)嵌PCB封裝絕緣失效的"因果鏈"

(知識星球發(fā)布)

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下篇芯片內(nèi)嵌 PCB 封裝-主流工藝實踐的深度解析

(知識星球發(fā)布)

中篇中，我們深入探討了寬禁帶器件封裝所面臨的電性能、散熱及可靠性等多維度挑戰(zhàn)，并從空間維度（結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化）、材料維度（基材性能突破）及可靠性維度（長期穩(wěn)定性評估）三個方向，系統(tǒng)闡述了PCB封裝技術(shù)的創(chuàng)新路徑與解決方案。

然而，技術(shù)突破不僅需理論支撐，更需實踐驗證。下篇，將聚焦芯片內(nèi)嵌PCB封裝的主流工藝實踐，從內(nèi)埋GaN器件的PCB封裝結(jié)構(gòu)解析，到全流程工藝制程的深度拆解，再到關(guān)鍵工藝步驟（如鍍銅芯片、Cell單元集成、PCB嵌入等）的詳細說明，我們將通過具體工藝案例，揭示如何將理論方案轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)品，并探討該技術(shù)在電力電子系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用與未來拓展方向。

圖片來源：ASK

10 芯片內(nèi)嵌PCB封裝工藝方法指南(知識星球發(fā)布)

10.1 GaN期間的PCB內(nèi)埋封裝

10.2 芯片內(nèi)嵌PCB封裝工藝的全流程解析

10.3 Step2 - 鍍銅芯片 · 工藝制程解析

10.4 Step3 - Cell 單元 · 工藝制程解析

10.5 Step4 - PCB 嵌入 · 工藝制程解析

11內(nèi)埋式PCB封裝工藝的拓展和創(chuàng)新應(yīng)用(知識星球發(fā)布)

12 總結(jié)(知識星球發(fā)布)

|SysPro備注：以上核心思想來自于西安交大電氣學(xué)院楊旭教授，結(jié)合實踐經(jīng)驗、行業(yè)交流、市場的產(chǎn)品技術(shù)方案信息做了文字說明和一定程度拓展。感謝楊老師的受道解惑！感謝你的閱讀，希望有所幫助！

圖片來源：Schaeffler

以上《功率芯片PCB內(nèi)埋式封裝：從概念到量產(chǎn)的全鏈路解析》的中篇（節(jié)選），完整內(nèi)容、相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)方案資料、深度解讀、視頻解析已在在知識星球「SysPro電力電子技術(shù)EE」中發(fā)布，全文18500字+，歡迎進一步查閱、學(xué)習(xí)，希望有所幫助！