功率半导体PCB嵌入式封装:是将功率芯片(SiC  MOSFET、GaN  HEMT等)及无源器件直接嵌入PCB板内部,通过电镀铜孔实现垂直互连,取代传统的"芯片→键合线→基板→引脚→PCB"多级封装结构,实现器件与PCB的一体化集成。

△图由AI生成,仅供参考

PCB嵌入式技术通过消除键合线、缩短互连路径、实现双面散热,从结构上系统性地解决了传统封装的三大瓶颈:寄生参数高、散热困难、可靠性差。从系统角度看,嵌入式PCB封装不仅是器件层面的改进,更是一种系统级的优化方案。它使功率模块体积更小、电路更简洁,能满足电动车对高功率密度、高效率和紧凑化的要求。

PCB嵌入式技术的类型:当前国内功率半导体PCB嵌入式呈现四条主要技术路线,纯PCB嵌板/逆变砖、AMB陶瓷内嵌、S-Cell/SLC/p2Pack类平台化嵌板路线、面板级功率封装。更多关于陶瓷嵌入PCB的技术交流,敬请关注11月19日艾邦在深圳举办的高频高速PCB产业创新论坛。

AMB陶瓷内嵌是目前市场上PCB嵌入式技术主流路径之一,AMB/DBC陶瓷基板功率模块为功率器件的大电流承载、高压绝缘和热扩散路径设计提供了结构参照。经小编调研,不同类型的陶瓷覆铜板在PCB嵌入中有相关的技术研究,本文汇总了目前相关的陶瓷基板嵌入PCB方案。

1、陶瓷基板裸板嵌入,再金属化:通过在PCB基材中埋入陶瓷,陶瓷具有低热涨缩系数,通过埋陶瓷还有助于PCB表面贴装高精密度要求的元器件,不同于直接嵌入已经金属化的AMB陶瓷基板工艺流程,其中有一种嵌陶瓷PCB的制作方法,在埋入陶瓷块后再整板做一次性金属化,相较于预先金属化的陶瓷块,降低成本,同时使嵌陶瓷PCB质量更容易控制。(推荐阅读:先嵌入,再金属化——嵌陶瓷PCB低成本工艺流程简介)

△图源:世运电路科技专利

2、嵌入AMB陶瓷基板方案:

(1)嵌入芯片+AMB陶瓷覆铜板:将烧结芯片后的AMB模块采用压合的方式埋嵌入PCB内部,然后通过激光盲孔工艺及线路层布线工艺实现层间电路导通和芯片换流回路及栅极回路控制。

△图源网络
例如,Fraunhofer IZM曾提出一种基于SiC的500 kW/L高功率密度逆变器——AMB陶瓷基板芯片嵌入技术,该逆变器的 AMB陶瓷基板顶部铜层厚度为 500 μm,用于提高散热能力。
△嵌入式组件的剖面结构,裸SiC芯片采用AMB陶瓷基板作为承载基板
来源:Fraunhofer IZM

与S-cell等其他嵌入式方案相比,Si₃N₄(氮化硅)陶瓷具有更好的电气绝缘性和热导率,芯片顶部通过 Cu RDL(铜再分布层)和导通孔实现电气连接。

SiC功率器件采用银烧结工艺进行芯片贴装,且该工艺在整板级完成,即每个模块的 12 块 AMB 基板一次性同步完成烧结连接。更多关于陶瓷嵌入PCB的技术交流,敬请关注11月19日艾邦在深圳举办的高频高速PCB产业创新论坛。

(2)嵌入芯片+铜块+AMB陶瓷覆铜板:芯片‑铜块‑铜柱‑AMB 基板垂直散热通路的高密度集成封装,在多层电路板中埋入焊接有芯片的铜块,并通过垂直互连结构与下层AMB基板形成高效散热通道的芯片封装方案,用于解决传统芯片封装散热和热机械可靠性差的问题。(推荐阅读:高密度集成封装散热如何破局?芯片‑铜块‑铜柱‑AMB 陶瓷基板垂直散热通路有解法!)
△图源:胜伟策专利

3、嵌入DBC/DAB陶瓷基板方案:

总厚度约100 μm、中央膜区厚度约10 μm 的GaN 模拟芯片为对象,将其嵌入DBC  陶瓷基板,并采用 SnAgCu 焊料在220℃氮气环境下进行回流焊接。

△DBC 陶瓷嵌入式GaN 模拟芯片截面

相比传统PCB嵌入式方案,DAB陶瓷基板采用直接覆铝结构,通过陶瓷绝缘层与高导热铝层的结合,实现了优异的热传输能力和结构可靠性,能够更好适配新能源汽车等高压应用场景。

△嵌入式工艺示意图,图源富乐华

4、嵌入DPC陶瓷基板方案:

内嵌 DPC 陶瓷电路板:内嵌 DPC 陶瓷电路板的复合 PCB 基板可应用在大功率 LED中,兼顾低成本、易布线、超强散热三大优势,完美解决大功率 LED 封装散热难题。

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(a)内嵌基板整体截面图;(b)DPC基板通孔截面图;(c)内嵌基板粘接层截面图。

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推荐活动:【邀请函】高频高速PCB产业创新论坛(11月19日 深圳)

 

一、会议议题

(包括PCB上下游产业以及内嵌式PCB封装等相关议题)

序号
议题
1
高频高速线路板材料技术发展趋势及AI算力需求下的新挑战
2
CPO   光电融合发展趋势下高频高速PCB 材料攻关与工艺突破
3
从M2到M9:高速覆铜板材料体系演进与下一代M10材料前瞻
4
PPO在高频高速覆铜板中的应用与改性技术
5
高频线路板基材用碳氢树脂开发与应用进展
6
PTFE在高速高频PCB线路板中的创新应用
7
超低轮廓铜箔(HVLP)/反转铜箔(RTF)的开发及应用
8
AI   算力浪潮:高端电子纱 / 电子布发展机遇与技术解决方案
9
石英纱/布在超高频基材中的性能优势与量产应用难点
10
适配   M9 级及以上CCL用低损耗、低CTE树脂体系开发
11
高频高速覆铜板专用球形硅微粉的制备技术与产业化应用
12
低温固化导电铜浆的制备及高多层PCB任意互联技术中的应用
13
高端 PCB 加工工序及自动化解决方案
14
PCB 高精度导通孔加工设备
15
AI  PCB 新一代表面处理技术解决方案
16
高端PCB 孔金属化设备及专用材料
17
LDI 高精度曝光与超细线路图形完整成型技术方案
18
AI 服务器 PCB 全制程智能检测方案
19
陶瓷基板PCB嵌入式封装技术研究进展 
20
AMB的功率模块PCB嵌埋研发与关键技术 
21
氮化铝陶瓷基板嵌入铜基PCB工艺介绍
22
AMB 陶瓷内嵌如何解决嵌埋式 SiC 模块的散热绝缘
23
基于DPC陶瓷基板的芯片级嵌入式封装技术方案
24
陶瓷基板嵌入 PCB 在功率半导体、AI 算力的应用
25
AMB陶瓷内嵌方案的散热优势与压合良率技术难点
26
内嵌式PCB功率封装工艺技术研究进展与应用
27
嵌埋式SiC芯片PCB高导热胶膜的性能与功率提升难点
28
……

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二、参会、各类赞助

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作者 ab, 808