以下內(nèi)容發(fā)表在「SysPro電力電子技術(shù)」知識星球

-《PCIM2025觀察：芯片內(nèi)嵌式PCB功率封裝技術(shù)》系列- 文字原創(chuàng)，素材來源：PCIM現(xiàn)場記錄、網(wǎng)絡(luò)- 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

導(dǎo)語：25年9月，有幸參加了上海浦東舉辦的PCIM Asia Shanghai 國際研討會，作為全球電力電子領(lǐng)域最具影響力的產(chǎn)業(yè)研討盛會之一，本屆大會以"創(chuàng)新驅(qū)動未來能源變革"為核心主題，匯聚了英飛凌、日立能源、Fuji、中國科學(xué)院、浙江大學(xué)、華為數(shù)字能源等全球頂尖企業(yè)與科研機(jī)構(gòu)，圍繞寬禁帶半導(dǎo)體（SiC/GaN）、先進(jìn)封裝與可靠性技術(shù)（嵌埋/混碳等）、智能電網(wǎng)電力電子、電機(jī)驅(qū)動控制等前沿方向展開深度技術(shù)研討與產(chǎn)業(yè)對話。

其中，先進(jìn)封裝與可靠性技術(shù)是大家比較關(guān)心的議題，確實(shí)也不負(fù)期待，來自全球頂尖的專家學(xué)者分享了芯片內(nèi)嵌式 PCB（Embedded PCB / Panel-Level）功率封裝這條技術(shù)路線。一句話概括這條路線就是：把功率芯片直接“埋”進(jìn)板子里，走面板級工藝，把回路做短、把熱路打通、把寄生壓下去。

圖片來源：SysPro

三天時間，一共有5家企業(yè)談到了這一技術(shù)，5家側(cè)重點(diǎn)各不相同但彼此呼應(yīng)：

• ACCESS Semiconductor講“Power-On-Substrate”的面板級腔體與多層互連
• Infineon拿出S-Cell 的半橋熱/電系統(tǒng)模型與數(shù)據(jù)
• Fraunhofer IZM把有機(jī)與嵌入式陶瓷兩條絕緣路線擺在一張桌子上對比
• AOI面向AI和車用場景，采用大面積面板級集成并通過高磁導(dǎo)材料抑制寄生電感
• Kyushu Institue則用PowerChiplet講清楚“用更多更小的芯片把功率做上去”的系統(tǒng)打法

下面，我們聚焦芯片內(nèi)嵌式 PCB（Embedded PCB / Panel-Level）功率封裝這一技術(shù)路線，依次聊聊發(fā)生在PCIM Asia國際研討會上的故事。

圖片來源：SysPro

目錄

01 嵌入式PCB封裝技術(shù)背景

02 ACCESS Semiconductor Power-On-Substrate高級封裝方案

03 Infineon基于S-Cell的嵌入式PCB方案

04 Fraunhofer IZM嵌入式SiC MOSFET設(shè)計(jì)

05 AOI Electronic面向AI和車用的嵌入式封裝

06 Kyushu Institute Of Technology面向下一代電力電子系統(tǒng)Power Chiplet技術(shù)

07 不同方案的性能對比與討論

08 結(jié)論

|SysPro備注：本文為引導(dǎo)文，完整解讀在知識星球中發(fā)布

01

嵌入式PCB封裝技術(shù)背景

關(guān)于芯片嵌埋式PCB封裝技術(shù)（Chip Embedded PCB Packaging）我們曾多次做過介紹，感興趣的朋友可以參考后面的文章。

這里，我們再簡述下這一技術(shù)路線基本邏輯和關(guān)鍵內(nèi)容：芯片內(nèi)嵌式PCB是指在PCB或更大尺寸的面板基板上預(yù)留腔體，將功率芯片嵌入后填充樹脂并進(jìn)行多層疊層工藝，從而形成3D集成的封裝結(jié)構(gòu)。

這種流程使芯片背面直接貼合銅箔/散熱層，省略傳統(tǒng)的線鍵合或厚膜走線環(huán)路。實(shí)質(zhì)上，它將電流路徑極大地短化，擺脫了老式模塊中導(dǎo)線鍵合帶來的長回路束縛。

圖片來源：Fraunhofer

這一技術(shù)路線主要有什么優(yōu)勢呢？關(guān)于這一點(diǎn)，我們在功率芯片PCB嵌埋式封裝"從概念到量產(chǎn)"，如何構(gòu)建？系統(tǒng)性介紹過。

功率芯片的嵌埋式PCB 封裝之所以受推崇，核心原因是TA給寬禁帶器件提供了一個"完美的家"——靠高密度互連解決電性能痛，靠集成化提升功率密度，靠成熟工藝壓低成本。

圖片來源：西安交大

這些優(yōu)勢，在本次PCIM Asia Shanghai 國際研討會上也多次得到確認(rèn)。

從系統(tǒng)角度看，嵌入式PCB封裝不僅是器件層面的改進(jìn)，更是一種系統(tǒng)級的優(yōu)化方案。它使功率模塊體積更小、電路更簡潔，能滿足AI服務(wù)器和電動車等應(yīng)用對高功率密度、高效率和緊湊化的要求。正如Fraunhofer所述，現(xiàn)代汽車中除了牽引逆變器外，還有眾多低壓充電/車載電源子系統(tǒng)，它們都要求高轉(zhuǎn)換效率和高可靠性；嵌入式封裝能夠通過降低寄生和熱阻，在系統(tǒng)層面上提高整機(jī)性能和可靠性。綜上，這些方案體現(xiàn)了從系統(tǒng)需求出發(fā)，協(xié)同設(shè)計(jì)芯片、封裝與系統(tǒng)的工程思路。

了解了芯片嵌埋式PCB封裝技術(shù)，下面我們聚焦于這一技術(shù)路線，依次聊聊發(fā)生在PCIM Asia Shanghai國際研討會上的故事。

【歷史文章】

功率芯片PCB嵌埋式封裝"從概念到量產(chǎn)"，如何構(gòu)建？

功率GaN芯片PCB嵌埋封裝技術(shù)全維解析的"三部曲"

嵌入式PCB半導(dǎo)體技術(shù)全解析| 設(shè)計(jì)理念、基本構(gòu)型、半導(dǎo)體材料與技術(shù)、工藝制程、應(yīng)用實(shí)例及未來展望

芯片內(nèi)嵌式PCB封裝技術(shù)方案解析"七部曲" | 第二曲：市場主流玩家與技術(shù)方案解讀

英飛凌1200V芯片嵌入PCB解決方案 + Schweizer的技術(shù)核心（附報(bào)告）

圖片來源：Fraunhofer

02

ACCESS Semiconductor

Power-On-Substrate高級封裝方案

來自ACCESS Semiconductor的的Frye Fung先生，介紹了一種基于面板級基板的嵌入式封裝架構(gòu)——Power-On-Substrate。該方案核心是將裸芯片直接嵌入約 400×500mm 的大尺寸面板腔體內(nèi)，通過貫通孔與多層金屬實(shí)現(xiàn)三維互連；相較于傳統(tǒng) PCB 表面平行貼裝，可大幅提升功率密度與效率，以短路徑替代長回路。主要應(yīng)用于AI 服務(wù)器、對高功率密度電源模塊需求的用戶。

在核心工藝上，方案采用兩段式流程：

1. 先是腔體流程，在面板中央開腔并設(shè)通孔，器件面朝下臨時固定于腔底

2. 再進(jìn)入半導(dǎo)體疊層流程，自上方灌注 ABF 介質(zhì)完成 “埋入”，后續(xù)通過圖形化與電鍍建立多層互連（當(dāng)前已實(shí)現(xiàn) 4-8 層），互連 / 金屬層厚度可按功率需求做到 15-45μm。

圖片來源：ACCESS Semiconductor

ACCESS自2014年起開展面板級嵌入封裝研究，最初聚焦于單芯片單層PCB的制備。經(jīng)過3年開發(fā)，其一代嵌入式模塊進(jìn)入量產(chǎn)；隨后其工藝不斷迭代，逐步擴(kuò)展到3~6層乃至7層以上的多芯片、多無源元件共同嵌入封裝。ACCESS表示，目前已有七層以上的高集成度封裝產(chǎn)品投入量產(chǎn)，其設(shè)計(jì)尺寸范圍涵蓋從小型（2.0×2.5 mm）到較大（11×11 mm）的芯片，并支持多芯片并行封裝，顯著提升了功率模塊的功能密度。

圖片來源：ACCESS Semiconductor

ACCESS將其嵌入式封裝概括為四個關(guān)鍵特性：低寄生、高效率、高可靠、成本效益。實(shí)驗(yàn)證據(jù)支持了這些特性：熱測試顯示，在相同功率條件下，嵌入式封裝的器件結(jié)溫比傳統(tǒng)表面安裝封裝降低了約17°C；其他熱仿真則表明該方案整體熱阻可降低近20%。此外，由于內(nèi)阻和電感的大幅降低，該方案具備更優(yōu)的高頻開關(guān)性能和更高的功率轉(zhuǎn)換效率。這些特點(diǎn)表明Power-On-Substrate方案在提高功率密度和降低成本方面具有顯著優(yōu)勢。

圖片來源：SysPro

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03 Infineon

基于S-Cell的嵌入式PCB方案

來自英飛凌的Zhang Hao先生，介紹了基于S-Cell的嵌入式PCB方案。

S-Cell方案，旨在將SiC功率晶片和相關(guān)無源元件集成在同一多層PCB內(nèi)，形成高密度的模塊化封裝。通過在PCB內(nèi)部嵌入裸芯片，可實(shí)現(xiàn)寬帶隙器件的緊湊集成和快速功率路徑，從而提高模塊的性能。

圖片來源：Infineon

根據(jù)英飛凌提供的分析結(jié)果，S-Cell嵌入式方案在熱阻上具有明顯優(yōu)勢。在短時功率測試中該方案的熱阻比傳統(tǒng)分立功率模塊低約25%，而傳統(tǒng)模塊的熱耦合可達(dá)37%~40%。電性能方面，嵌入式 PCB 因元件集成于 PCB，回路寄生電感遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)模塊，以 Vds 峰值、dv/dt 為邊界選合適柵極電阻后，S-cell開關(guān)損耗比傳統(tǒng)模塊低超 60%。

圖片來源：Infineon

此外，系統(tǒng)級方面，S-Cell的系統(tǒng)級優(yōu)化效果體現(xiàn)在輸出效率的提升上。英飛凌報(bào)告顯示，得益于寄生參數(shù)的降低和優(yōu)化設(shè)計(jì)，S-cell 方案最大輸出功率比傳統(tǒng)模塊提升 10%-20%，輕載效率提升 0.1%-0.2%。在實(shí)際仿真中，嵌入式方案也體現(xiàn)了更低的電壓尖峰和諧振（現(xiàn)場報(bào)告未找到明示數(shù)據(jù)），表明其高頻開關(guān)行為更優(yōu)。整體來看，與傳統(tǒng)封裝相比，S-Cell嵌入式PCB在熱性能和功率密度上均具有顯著提升優(yōu)勢。

圖片來源：SysPro

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04 Fraunhofer IZM

嵌入式SiC MOSFET設(shè)計(jì)

來自 Fraunhofer IZM 的 Lars Bottcher 先生，介紹了一種面向功率電子的新型集成概念 —— 功率器件嵌入式封裝技術(shù)，核心是將 SiC MOSFET 等寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體器件嵌入封裝結(jié)構(gòu)，通過平面化互連與優(yōu)化絕緣設(shè)計(jì)，解決傳統(tǒng)封裝寄生電感高、散熱不足的問題，以適配 WBG 器件的快速開關(guān)特性，主要應(yīng)用于汽車牽引逆變器、車載充電器（OBC）及高壓電力轉(zhuǎn)換場景。

圖片來源：Fraunhofer

有機(jī)絕緣方案

結(jié)構(gòu)：器件裝配于厚銅基底，通過預(yù)浸料（樹脂填充陶瓷顆粒）實(shí)現(xiàn)嵌入與絕緣，適配傳統(tǒng) PCB 工藝，無需引入新型材料；

局限性：熱導(dǎo)率較低（通常≤8-10W/mK），且高壓場景下的電氣擊穿電壓需重點(diǎn)驗(yàn)證，對可靠性要求更高。

嵌入式陶瓷絕緣方案

結(jié)構(gòu)：將陶瓷基板（如 Si?N? AMB 基板，熱導(dǎo)率達(dá) 90W/mK）嵌入有機(jī) PCB 結(jié)構(gòu)，器件裝配于陶瓷基板表面后再進(jìn)行整體嵌入；

優(yōu)勢：熱性能優(yōu)異，以 5×5mm、100μm 厚 SiC 芯片為例，相同冷卻條件（冷卻水 65℃、結(jié)溫 175℃）下，陶瓷絕緣方案可承載 114A 電流，遠(yuǎn)高于有機(jī)絕緣方案的 85A，且電氣擊穿電壓穩(wěn)定；

不足：陶瓷基板成本較高，加工難度更大。

通過熱仿真對比，陶瓷絕緣方案可減少芯片用量或提升功率承載能力，在高壓大功率場景（如牽引逆變器）中優(yōu)勢顯著。

圖片來源：Fraunhofer

Fraunhofer的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了嵌入式方案的優(yōu)勢。VDS開關(guān)電壓波形對比顯示...

圖片來源：Fraunhofer

總體來看，F(xiàn)raunhofer的研究強(qiáng)調(diào)了嵌入式封裝在高頻開關(guān)和熱管理方面的潛力，同時也指出了材料選擇和工藝控制的關(guān)鍵點(diǎn)。

圖片來源：SysPro

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06

AOI Electronic

面向AI和車用的嵌入式封裝

來自 AOI ELECTRONICS CO.,LTD. 的Yoshiaki Aizawa先生，介紹了一種面向 AI 與汽車場景的芯片嵌入式面板級功率封裝技術(shù)——Chip Embedded Panel Level Power Package。

圖片來源：AOI ELECTRONIC

該方案基于Chip-first（芯片優(yōu)先）的面板級扇出（FOLP）技術(shù)，核心是：將功率芯片（SiC/GaN/IGBT）與被動元件（電感 / 電容）嵌入 300mm 方形面板的無芯（Coreless）結(jié)構(gòu)中，通過直接Cu 電鍍互連、厚 Cu 重布線（RDL）及全流程廠內(nèi)（in-house）制造，解決傳統(tǒng)封裝的高寄生電感、散熱不足與尺寸過大問題（詳細(xì)工藝過程和關(guān)鍵工藝參數(shù)略）

圖片來源：AOI ELECTRONIC

AOI ELECTRONICS在電力電子封裝領(lǐng)域提出創(chuàng)新方案，主要應(yīng)用于AI 數(shù)據(jù)中心高效供電系統(tǒng)（如穩(wěn)壓器 VR）與汽車電動化功率模塊（如 SiC 逆變器）：

AI數(shù)據(jù)中心方面，開發(fā)薄型多芯片電壓調(diào)節(jié)器（VR）與內(nèi)置電感的GaN HEMT穩(wěn)壓器，采用面板級封裝縮短供電路徑...

圖片來源：AOI ELECTRONIC

汽車領(lǐng)域，推出SiC芯片直接Cu電鍍技術(shù)，替代傳統(tǒng)鍵合線，降低互連電阻至0.0011Ω，導(dǎo)通損耗減少30%。功率循環(huán)測試中，100μm與200μm Cu電鍍樣品均通過13000次循環(huán)，芯片溫度與導(dǎo)通電壓無變化，滿足汽車級可靠性標(biāo)準(zhǔn)。

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06

Kyushu Institue Of Technology

面向下一代電力電子系統(tǒng)Power Chiplet技術(shù)

來自日本九州工業(yè)大學(xué)的Ichiro Omura 教授，基于團(tuán)隊(duì)研究，提出了面向未來電力電子的 “PowerChiplet” 技術(shù)概念。

PowerChiplet技術(shù)源于HPC領(lǐng)域Chiplet理念，通過“小芯片+PCB嵌入式”集成解決電力電子傳統(tǒng)方案痛點(diǎn)，目標(biāo)2035年實(shí)現(xiàn)1kW/cm3超高功率密度。其核心動機(jī)：源于大尺寸功率芯片（如Si-IGBT）的缺陷密度高、熱阻大、體積大等問題——例如6mm×6mm單芯片熱阻是9顆2mm×2mm小芯片的2倍，且小芯片良率（95%）顯著優(yōu)于大芯片（80%），晶圓利用率提升2.5倍。將高性能計(jì)算（HPC）領(lǐng)域的 Chiplet（芯粒）理念引入電力電子領(lǐng)域。

圖片來源：Kyushu Institute of Technology

該技術(shù)以PCB 嵌入式技術(shù)為核心，將小功率芯片(SiC/GaN/Ga?O?)、驅(qū)動芯片、被動元件集成，形成子系統(tǒng)級模塊，構(gòu)建超高效能密度平臺，解決傳統(tǒng)功率模塊在成本、尺寸、散熱與集成度上的瓶頸。主要應(yīng)用于AI 服務(wù)器電源、電動車輛（EV）動力總成、車載充電器（OBC）等對功率密度與小型化要求極高的場景。

圖片來源：Kyushu Institute of Technology

PowerChiplet通過“芯片級降本、電路級低寄生、系統(tǒng)級小型化”三重突破，通過“從單芯片到系統(tǒng)級集成”的分級演進(jìn)，PowerChiplet 將推動電力電子從 “分立器件” 向 “集成系統(tǒng)” 轉(zhuǎn)型，成為AI與電動化時代電力系統(tǒng)等超高功率密度場景的核心技術(shù)方案

圖片來源：SysPro

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07

不同方案的性能對比與討論

(知識星球發(fā)布)

我們一張圖總結(jié)下上述5種Embeded方案的關(guān)鍵特征和、性能參數(shù)、應(yīng)用場景：...

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08 總結(jié)

最后，我們總結(jié)下：

整體來看，這五種方案都充分利用了芯片內(nèi)嵌帶來的低寄生優(yōu)勢，通過消除鍵合線、縮短功率回路和集成散熱通道，實(shí)現(xiàn)了功率密度和效率的雙重提升。

但是，不同方案在材料和結(jié)構(gòu)上各有側(cè)重：...

圖片來源：SysPro

可以感知到，隨著電力電子向更高效、緊湊和智能方向發(fā)展，芯片內(nèi)嵌式PCB封裝技術(shù)必將發(fā)揮越來越重要的作用，為AI、汽車、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域帶來新的突破。

感謝上述機(jī)構(gòu)專家、學(xué)者的分享。感謝你的閱讀，希望有所幫助！

圖片來源：SysPro，PCIM現(xiàn)場拍攝

以上《PCIM Aisa 2025技術(shù)觀察》系列（本文為概述），更多現(xiàn)場記錄、技術(shù)方案資料與介紹、完整版深度解讀會在「SysPro 電力電子技術(shù)EE」知識星球中<嵌入式PCB與先進(jìn)封裝專欄>發(fā)布，歡迎進(jìn)一步查閱、學(xué)習(xí)，希望有所幫助！