一颗性能优异的功率芯片，装进不同的封装，能发挥出的能力可能大不相同。

在新能源汽车、数据中心电源和高频电能转换设备中，SiC、GaN 为提高效率、缩小体积带来了新的可能。可芯片的优势能否真正落到系统上，还取决于它周围的电流路径、散热结构和互连方式。

2025年，奥特斯（AT&S）公开介绍了其功率嵌埋技术，将 SiC、GaN 芯片与微孔互连、烧结层压等工艺结合，支持更紧凑、高效的电能转换设备。此前，英飞凌与 SCHWEIZER 也已宣布合作开发将1200V CoolSiC芯片嵌入PCB的方案。

这些布局指向一个值得关注的变化：功率半导体的性能提升，正在从芯片延伸到封装与系统集成。

嵌埋式封装，正是其中一条受到关注的技术路线。

一、芯片越来越快，封装必须跟上

功率半导体承担着电能转换与控制的任务。器件每一次开关，都影响着转换效率，也产生一定的损耗。

SiC、GaN 的发展，让开关过程可以更快完成。然而，芯片连接到外部电路后，电流仍要经过封装内部的导体、互连结构和端子。这些路径引入的寄生电感、电阻与电容，会影响器件实际运行时的表现。其中，寄生电感尤为关键。

电流变化越快，寄生电感引起的附加电压就越明显，可能带来电压过冲、振荡和额外的器件应力。为了控制这些问题，设计者往往需要调整驱动参数，在开关速度、损耗与安全裕量之间做出权衡。

芯片具备快速开关的能力，系统却未必能够充分使用这种能力。Fraunhofer IZM（德国弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所） 在技术访谈中指出，传统键合线互连的寄生效应，会限制 SiC 器件的快速开关和低损耗运行，要进一步发挥芯片优势，需要同步改进封装与互连。

热与可靠性，同样绕不开封装。芯片产生的热量要通过封装结构传递到冷却系统；反复升温与降温，则会让不同材料及连接界面承受循环应力。电气连接、绝缘和散热结构必须协同设计，才能让模块在实际工况下稳定运行。

因此，芯片决定性能潜力，封装影响这些潜力能够兑现多少。

二、嵌埋式封装，优势具体体现在哪里？

嵌埋式封装的基本思路，是将芯片嵌入基板或封装结构内部，再通过微孔、铜金属化等方式建立电连接。以PCB嵌埋为例，芯片被集成到板内，通过微孔连接到铜导电层，为紧凑互连和多层集成提供条件。它的优势，可以从五个方面理解：

1. 降低寄生电感，让快速开关更容易实现

嵌埋结构为缩短互连路径、拉近去程与回程导体之间的距离提供了条件。通过合理安排导电层，可以缩小换流回路面积，降低寄生电感。

对快速开关的功率器件而言，这有助于控制电压过冲与振荡，为更快的开关过程创造条件。英飞凌与 SCHWEIZER 的合作公告，便将低电感互连视为发挥 CoolSiC 快速开关能力的重要因素。芯片开关得越快，互连路径的设计就越重要。

2. 优化导电路径，为降低损耗创造条件

封装互连同时承担着电流传输的任务。导体的长度、截面积以及连接界面，都会影响电阻与导通损耗。

嵌埋式封装可以通过铜导电层与紧凑互连，优化电流路径；较低的寄生电感，也为减少开关损耗提供条件。SCHWEIZER 在 p² Pack 技术介绍中，将降低开关损耗和导通损耗均列为其方案优势。这使封装能够从导通与开关两个环节参与效率优化。具体改善幅度，则取决于器件、互连结构、驱动方式和运行工况。

3. 提高集成度，让有限空间容纳更多功能

将芯片嵌入基板内部，可以利用多层结构安排电气连接，也为功率器件与其他功能的紧密集成提供空间。例如，AT&S 的功率封装方案提出，将多个芯片集成到较小的封装中，并支持功率开关与控制器件的共同集成。

这种集成方式，让器件之间的距离、连接方式和功能布局有机会被共同优化。对于体积受限的电源与电驱系统，封装集成度的提升，可以为更紧凑的设计创造条件，为整机小型化提供支持。

4. 提供新的散热设计空间，支持更高功率密度

功率密度提高，意味着更小的空间内需要处理更多功率，热管理也随之变得更加重要。

嵌埋结构能够与铜导热结构、烧结连接和专用冷却方案结合，优化热量从芯片到冷却系统的传递路径。Fraunhofer IZM 的大功率逆变器项目，就将PCB嵌埋与银烧结、铜冷却结构及水冷设计结合使用。

这里的关键是协同设计。将芯片嵌入基板，并不会自动获得更好的散热性能；绝缘材料、铜结构、连接界面和冷却条件，都需要围绕实际功率与温升要求进行设计。

5. 改善互连可靠性，为长期运行提供支撑

在采用铜金属化互连替代键合线的嵌埋方案中，可以减少对传统键合线连接的依赖，从而改变模块承受功率循环时的失效路径。相关研究表明，直接铜金属化能够改善SiC功率器件承受有源负载循环的能力。

不过，新结构也带来新的验证要求，包括微孔与铜互连的可靠性、材料界面稳定性、绝缘能力和热机械应力。因此，可靠性的提升，需要由具体结构和测试结果来证明。

低寄生、紧凑互连、功能集成、热管理和可靠性，需要在同一封装结构中协同实现。这也是嵌埋式封装从设计优势走向长期运行的关键。

三、从技术路线，走向具体系统

嵌埋式封装已有多年的技术积累，并逐步延伸到不同功率器件与应用中。

GaN：已有产品应用的技术积累

早在2016年，GaN Systems 就展示了采用 AT&S ECP 技术的650V GaN功率晶体管，其 GaNPX 封装将嵌埋技术用于紧凑的高压功率器件。AT&S 当时介绍，这种方案能够优化电感、电流承载和热性能。

SiC：向高压汽车功率电子拓展

2023年，英飞凌与 SCHWEIZER 宣布合作开发1200V CoolSiC芯片的PCB嵌埋方案，面向主驱逆变器、DC/DC变换器和车载充电器等应用。双方强调，低电感互连能够支持 SiC 芯片的快速开关特性，并为高集成、高效率的电能转换单元提供条件。

大功率系统：用整机指标检验封装价值

Fraunhofer IZM 的 DauerPower 项目给出了更直观的系统案例。其公开的三相 SiC 逆变器指标包括：

持续功率：600kW；峰值效率：98.7%；换流电感：1.1nH；功率密度：200kVA/L。

项目采用PCB嵌埋结构，缩短去程与回程导体之间的距离，降低换流回路电感，支持更快的开关过程和更低的损耗。这些指标由 SiC 器件、封装互连、电容和冷却结构共同实现。它们展示了嵌埋技术在系统中的作用，也说明先进封装的价值，需要放到整机设计中评估。

从 GaN 器件，到高压 SiC，再到大功率逆变器，嵌埋式封装正在拓展自己的应用边界。

四、从嵌埋封装，走向下一代SST

从低寄生互连到热管理与可靠性，嵌埋式封装的价值，最终要在具体应用中体现。对于同时追求高频、高效率和高功率密度的固态变压器（SST），这些封装能力尤为重要。

SST 的高频电能变换，对功率模块的开关特性、互连结构和散热能力提出了更高要求。芯片性能、封装设计与系统工况能否有效匹配，直接影响设备的效率与紧凑程度，也为嵌埋式封装提供了明确的应用方向。

文章内容来源：常曜电子Yaosemi

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20	AMB的功率模块PCB嵌埋研发与关键技术
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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
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