功率器件嵌入PCB技术文章分享

　　中文相关的文章很少，英文稍多，基本都是会议文章，下了好多篇，慢慢看。

　　1200V/50A B6 ECP模块与DBC模块对比

　　ECP ：Embedded component packaging

　　结论：与传统基于DBC的功率模块相比，功率Die嵌入PCB模块导通损耗降低21%，热阻降低29%，关断损耗降低25%，开通损耗基本相同。

　　文章内容摘要

　　1、 功率器件嵌入PCB优势：

　　可以使用厚铜基板增加热性能；

　　平面结构减少环流回路，从而减少寄生参数；

　　降低热阻，减小开关损耗，提高系统功率密度；

　　可以使用现有PCB生产工艺，降低制造成本。

　　2、文章介绍了一种新的工艺，减少PCB厂处理Die要求。由Hochschule Kempten开发。

第一步 通过银烧结将Die安装到DBC基板上；
  第二步  制作带有腔体的PCB；
  第三步 两部分粘合；
  第四步 同步盲孔连接。
  具体产品生产流程：
 

C步骤中芯片上端金属（Interposer）的作用：
 

金属的热容大约是芯片的3倍，短脉冲热阻显著降低；

建立对称的层堆叠（symmetric layer Stack ），减少了芯片与基板由于CTE不匹配导致的分层；

为钻孔提供buffer，是盲孔的电触点，作为后续电镀工艺起始平面

文章中有具体模块制作的工艺参数等数据，关心的可以自己看文章。
 

3、模块参数介绍

 

4、测试结果

静态电压电流曲线

在环境温度25℃条件下，+15V栅极电压下测量两种模块的电压电流曲线。通过线性范围斜率确定导通电阻。参考模块为22毫欧，切入PCB工艺为17.7毫欧，Die为17毫欧。由于封装导致的电阻参考模块为5毫欧，PCB模块为0.7毫欧。

50A电流导通损耗减低21%

双脉冲测试

测试条件：25℃环温            驱动电阻18欧姆；            栅极电压-7V/+15V;             600V母线电压  测量的参考模块寄生电感89nH，最大电压为678V；PCB模块56nH，最大电压为650V，减小28V。Dc-link电容寄生电感35nH。

开关损耗

栅极电阻为28欧姆（内10+外18欧姆），开关损耗基本相同。关断损耗，PCB模块降低28%。主要是降低了尖峰电压。

热阻

测量结到Case的热阻，使用正向压降测量。这种方法之前总结过。

测量电流为50mA。测量底板温度，通过电压降和电流测量功率损耗，通过下式计算热阻

大约1S后达到热平衡。PCB模块热阻为0.206k/w，参考模块为0.291k/w，降低29%。短脉冲PCB热阻降低更显著，在10ms时，降低70%。主要原因是芯片顶层的金属层（Interposer）。