又一玩家入局PCB嵌入式封装SiC模块

电子发烧友网综合报道 近日，国内功率器件厂商森国科宣布量产出货KC027Z07E1M2（SiC S-Cell），该器件采用了PCB嵌入式3D封装技术，实现了跨越性的性能优化。
 
过去两年我们看到不少功率器件厂商都在推动PCB嵌入式封装在功率器件上的应用，包括纬湃、英飞凌、Schweizer、斯达半导、瞻芯电子等都已经推出了相关产品，PCB嵌入式封装已经成为了功率器件的一个重要发展方向。
 
为什么PCB嵌入式封装受到这么多厂商重视？传统的封装方案，以功率模块为例，目前在电动汽车主驱逆变器上的功率模块，基本上是注塑式或是框架式封装。由于功率芯片在工作时会产生大量的热量，因此大多数都使用高导热和电气绝缘的基板，将功率芯片焊接在基板上，比如覆铜陶瓷基板等，以实现良好的芯片散热。
 
这种基于陶瓷基板的功率模块，其中的芯片只能通过陶瓷表面覆铜进行单层布线，并采用架空键合线等方式实现电路连接，这种连接方式使得电气性能和散热受到了很大的限制，特别是降低换流回路和栅极控制回路的杂感和芯片间的热耦合方面。
 
在电气性能方面，PCB具有天然的优势，比如可以进行多层布线，通过控制线间距及层间距减少EMC的影响；PCB使用的绝缘材料可以满足400V至1000V高压绝缘的要求；埋入PCB的电子器件可以通过高散热材料和合理的散热层设计达到优秀的散热性能。因此PCB嵌入功率芯片的技术用于功率模块封装具有极大的性能潜力。
 
根据纬湃的技术评估数据，首先在通过电流的能力上，传统封装的功率模块大概是每29平方毫米芯片101A，而PCB嵌入式功率模块中每29平方毫米芯片是142A，单位通流能力提升约40%，这也意味着相同电流输出的情况下，功率芯片用量可以减少三分之一。在相同的功率输出要求下，功率模块的物料成本可以降低20%。
 
具体到逆变器的应用中，以800V逆变器、采用SiC功率芯片为例，逆变器采用嵌入式封装SiC模块后，相比采用框架式封装的SiC模块，逆变器的WLTC循环损耗减少60%，同时还能降低逆变器尺寸。
 
而森国科这次推出的PCB嵌入式3D封装技术，通过芯片与PCB内部铜层的直接三维互连，彻底消除了传统封装中键合线（Bonding Wire）和长距离引线带来的寄生电感和电阻。这使得开关过程中的电压过冲和能量损耗（EON, EOFF）大幅降低，允许系统工作在更高的频率，同时显著改善电磁干扰（EMI）性能。
 
KC027Z07E1M2是一款650V、27mΩ 嵌入式碳化硅功率 MOSFET 模块，基础参数上，Qg=120nC、tr=28ns、tf=22ns，低栅极电荷和快速开关能够大幅降低开关损耗，让系统轻松工作在更高频率，同时减少电磁干扰；体二极管反向恢复时间仅 17ns（trr=17ns），在桥式电路（如半桥 / 全桥拓扑）中可显著降低反向恢复损耗，提升续流阶段的效率与稳定性；导通电阻 Rds (on)=27mΩ，在大电流工况下发热更少，配合 650V 耐压等级，适配中高压功率场景。
 
散热能力方面，其结壳热阻低至 0.36°C/W，这是双面散热结构的直接体现。热量从芯片结面到外壳的传递效率极高，确保高负载下稳定输出。
 
同时小型化封装和高频特性，能够让系统体积更小、功率密度更高，更适合于充电桩、新能源汽车、AI数据中心、eVTOL等对空间敏感的场景。
 
小结：
 
随着需求的驱动，在2024年还是以实验性技术的形式展示的PCB嵌入式封装技术，如今已经实现量产，并带来散热、性能优势。作为绑定新能源与算力升级、系统级集成等需求的封装技术，PCB嵌入式封装将会成为未来高端电子系统的关键封装方案之一。