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导语：最近PCB嵌入式功率半导体技术又成为了行业热点话题。就目前了解的信息来看，这一技术确实很有前景，但同样，对控制器行业、乃至整个产业链都会产生不小的影响。随着功率器件嵌入PCB技术的普及，供应链会更加简洁和高效；而控制器公司也要面临转型，挑战与机遇并行。
|SysPro备注：功率器件嵌入PCB的技术，即将功率芯片、被动器件等直接嵌入到PCB板内，通过特殊的制造工艺实现器件与PCB的一体化。
关于这一技术方向，曾经多次对其进行了解读：Magna、Vitesco等技术方案。想借此机会，重新做一下梳理。核心目的是想对这一技术路线的市场现状、优势和挑战、解决方案、实现方式做个整体的了解，看到全局。最后整体回顾，TA是如何在功率、效率和材料利用率之间找到最佳平衡点，以设计出高效的牵引逆变器，从而增加电动汽车的续航里程？暂定三部曲。
第一曲：市场方案揭秘
1.纬湃科技的解决方案
1.1 技术方案介绍
1.2 技术方案优势
1.3 性能表现与系统收益
2. 麦格纳的解决方案
2.1 Magna采用嵌入式功率半导体技术的原因
2.2 嵌入式PCB的工艺制程（知识星球发布）
2.3 嵌入式功率模块的开关损耗表现（知识星球发布）
2.4 嵌入式功率模块的特征总结
纬湃科技（Vitesco）在2024年ATC峰会上展示了他们最新的电机控制器解决方案：PCB嵌入式功率芯片技术。Vitesco在报告中提到了他们的产品路线，如下图所示。可以看到纬湃聚焦于宽禁带半导体方案，拥有多种封装和互联技术。
1.1 技术方案的优势
那么，将功率芯片嵌入到PCB基板中到底有什么好处？这里我先说明收益，再解释下原因。
1. 在相同电流和功率输出下，PCB嵌入式功率模块所需的半导体用量有所减少。这一优势不仅降低了生产成本，还提高了系统的集成度和可靠性。主要来源于以下两点的贡献：
PCB嵌入式功率半导体具有更低的热阻。在高性能要求的场景下，平均每芯片可以输出+30 A的电流能力；
较低的开关损耗较低。在同等工况条件下，嵌入式方案可以带来+11 A的损耗优化。低开关损耗意味着更高的能效，这不仅有助于降低系统工作时能耗，还能减少因开关过程中产生的热量对系统性能的影响。
2. 在快速迭代的xEV中，嵌入式PCB功率半导体技术也展现出了其快速设计迭代的能力。这一特性极大地缩短了产品开发周期，加速了新产品的上市速度。这主要得益于其高度的灵活性：
嵌入式PCB能够容纳更多的器件，为设计提供了更大的空间和可能性。我们可以能够根据实际应用需求，调整和优化电路设计，从而满足各种复杂的应用场景。 更好的拓展性。因为灵活的设计空间，通过探索和应用新的电路拓扑结构，嵌入式PCB能够根据用户应用需求实现多个变种，以完成更高效、更稳定的电力转换和控制。
图片来源：Vitesco
先说栅极驱动，栅极驱动是控制功率半导体器件开关的关键，其电路的优化设计能够确保功率半导体器件在开关过程中快速、准确地响应控制信，影响着开关速度、开关损耗。而PCB嵌入式功率半导体技术，可以让我们通过精细的电路布局和布线，或者采用高性能的材料和工艺，确保栅极驱动信号在传输过程中的完整性和准确性。
初级吸收电容，起着吸收电压尖峰和抑制电磁干扰的作用。同上面一样，PCB嵌入式功率半导体技术，可以让我们对电容的布局和连接方式有更多可能，降低了电容的寄生电感和电阻，从而提高了电容的吸收能力和响应速度。这意味着在开关过程中产生的电压尖峰能够被更有效地吸收和抑制，保护了功率半导体器件免受过电压的损害。同时，还有助于降低电磁干扰，提高模块的电磁兼容性。
1.2 性能表现、系统收益如何?
那么，这一技术的性能表现、系统收益如何？
2. 效率方面。在同一个WLTC循环谱中，PCB嵌入式技术相比框架式封装技术，其逆变器损耗可以降低一半以上。这也就意味着为了满足同样续航里程要求，可以减少电池用量，实现整车的降本。此外，更低的开关损耗使得高开关频率给整个系统效率带来收益，以实现更小的逆变器尺寸、更高的电机最高转速等。
3. 寿命表现。在相同的温度条件下，功率循环测试结果显示，嵌入式功率模块的寿命远大于框架式封装技术。
图片来源：Vitesco报告
麦格纳的解决方案
图片来源：Magna
下图总结了Magna 800V SIC嵌入式功率板的设计指标，有以下几点特征：
采用了MPT 800V SiC芯片
最高峰值电流530Arms
每个半桥使用了250mm2的SiC材料
模块采用单侧冷却设计
图片来源：Magna
以上是对于<PCB嵌入式功率半导体技术方案揭秘四部曲>中第一曲节选内容，原始报告和完整解读内容在知识星球发布(点击文末"阅读原文")。原始素材分别来源于Vitesco和MAGNA公开分享，在保证原主旨内容基础上，对结构进行了梳理、内容进行了扩展，并补充了解释说明。（原始报告星球内点击下面链接跳转）
Magna：麦格纳下一代电驱动系统 Vitesco：PCB嵌入式功率模块
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