- 采埃孚最新功率芯片內嵌式(CIPB)逆變磚方案解讀 - 在保證原文核心主旨基礎上，內容進行了裁剪、擴展，做了結構化梳理、補充了解釋說明- 1000+先進電動汽車動力系統解決方案報告與解析已上傳知識星球，歡迎學習交流
導語： 在今年7月的TMC動力系統峰會上，采埃孚 “下一代亞太市場電驅平臺” 下一代電驅動系統的市場需求 模塊化理念和架構思維 零部件的迭代與創新 “甜甜圈”和“字典”兩大核心平臺 更小、更輕、更強、更高效 。這其中，讓我印象最為深刻的是亞太區研發團隊的一項自主創新——芯片內嵌式逆變器（Chip Inlay Power Board, CIPB） 功率半導體芯片嵌入PCB 緊湊+輕量化 高功率密度、高的靈活性、優秀的可擴展性 更低的成本 實物風采 采埃孚CIPB的真實面貌和TA的故事
1. 芯片內嵌技術的歷史沿革與技術特點
2. 芯片內嵌技術的挑戰 & 采埃孚CIPB方案優勢
3. 采埃孚CIPB開發及工業化進程
4. 總結
01
芯片內嵌技術的歷史沿革與技術特點
在電驅動行業內， 功率模塊封裝 的技術路線仍在不斷發展演進。各公司對功率模塊的關鍵指標的期望持續提升，如功率密度，成本，可靠性、綜合性能等。 將電子元器件內嵌至PCB 層間 的技術構想已提出數十年，并在消費電子，工業和汽車領域取得了長足的發展。從最初內嵌電阻電容等被動元器件到復雜的集成電路芯片，甚至中低壓小功率半導體，均已有基于PCB的內嵌技術的成熟應用。 PCB的多層結構及其材料的特性為 功率半導體保護 和電氣互聯 功率半導體 嵌入到PCB層間 出色的可擴展能力 靈活多變的應用場景 以PCB為主體的芯片內嵌技術，在全方位提升功率模塊綜合性能 的同時，賦予了PCB行業新的使命；在 盤活現有產能 的基礎上，顯著 降低生產功率模塊的投資和產品導入的時間 。
圖片來源：Fraunhofer IZM
芯片內嵌技術的挑戰 & 采埃孚CIPB方案優勢
對于高壓功率半導體，將其可靠穩定地內嵌到PCB中，并且滿足汽車行業苛刻的應用條件，需要克服諸多挑戰 打通了設計、測試、供應鏈、生產等全鏈條關鍵壁壘 采埃孚CIPB(Chip Inlay Power Board)技術 性能、功率密度、效率、可靠性及平臺化 2.1 CIPB的強性能：突破芯片內嵌在高壓大功率應用 采埃孚CIPB(Chip Inlay Power Board)結合高壓大功率半導體應用場景特殊性，針對內嵌芯片至PCB層間的芯片布局、熱管理、動態特性、端口設計 在等效“功率模塊”(功率板和散熱底板)面積、體積、SiC芯片電流密度和損耗等方面、采埃孚CIPB方案均實現了大幅度升，真正實現了 內嵌技術在高壓大功率場景下的應用 。 圖片來源：ZF 2.2 CIPB的高兼容性
新能源汽車整車市場的高強度競爭導致了產品的快速迭代與動態且多樣化的電驅動產品需求。對此，采埃孚CIPB方案在功率單元層面，對于不同的芯片類型(SiC/Si) 電壓平臺(400V/800V) 芯片面積 供應商選擇 芯片并聯數量 統一 的裸片處理與貼裝解決方案
|SysPro備注：這里關鍵是"統一"二字，這里面意味著多重含義
1. 可以采用標準化的生產流程和設備，從而減少了生產過程中的轉換和調整時間，提高了 整體的生產效率
2. 規模采購、化生產也會帶來 成本優勢
3. 對于產品而言，即使不同的供應商和芯片并聯數量，也能保持 較高的兼容性 ，降低了因更換供應商或調整并聯數量而產生的 技術風險 。
結合CIPB功率板，可以在功率半導體芯片級別實現高自由度低顆粒度局 PCB形狀接口可自定義屬性 輕松適配多樣的整機外形及固定點需求 |SysPro備注：上面這段話可能不太好理解，寫的有點模糊。
通俗點說，在設計CIPB功率板時，工程師可以根據具體的應用需求和性能要求，自由地選擇芯片的類型、數量、布局和排列方式等，以 實現最優的電路設計和性能表現 。
此外，由于CIPB接口可以根據實際的應用需求自由定義，對于由于整車邊界或接口分解而來的限制約束，可以更好地處理。這一點非常好，用過框架式功率模塊的朋友應該對pin-to-pin帶來的痛苦深有體會...
另外，上面沒有提到，其實這種低顆粒度的布局最大的好處是： 減少不必要的寄生電感和電阻，能提高電氣性能。
圖片來源：ZF 最后還有一點，ZF官方沒有提到，但是上圖中已經說明了，其長、寬、高分別為139mm、136mm、51mm ≥600Arms的電流 這是什么概念呢？ 下圖是Iphone最新發布的 Iphone16 6.1寸 的大小，這個 CIPB逆變模組的長寬尺寸=兩個Iphone16并排在一起的大小... 圖片來源：Iphone
效率是電力電子產品關鍵指標，尤其在車載電驅動應用中，高效率意= 更長的續航里程 or 更低的電池容量 降低了功率半導體損耗提升運行效率 。 |SysPro 備注： 具體都有哪些呢？例如，通過合理的功率回路設計 芯片均流性 回路雜散參數 在回路雜散參數和均流性方面均達到遠優于傳統功率模塊的設計指標， 從而實現更佳的動靜態性能 減小 開關和導通損耗 圖片來源：ZF 基于傳統功率模塊的逆變器其機電一體化布局很大程度上受制于功率模塊的既有設計 設計的不同思路 高度靈活性 更為緊湊且靈活多變的整體方案 相較于采埃孚一代同類型產品，采埃孚1200V SiC逆變器系統在功率密度指標形成了類指數增長曲線，展示了采用芯片內嵌技術的CIPB方案在車載電力電子產品領域的巨大潛力。 |SysPro備注：這一點特別有意思，很多公司都在提 "高度靈活、緊湊多變" 等，但都沒有從本質上解決這個問題。 功率模塊是控制器實現這點的關鍵 。我在TMC會上關注到ZF這款產品的設計理念是： 模塊化理念+架構思維：實現基礎部分
零部件的迭代和創新：實現擴展性、多樣化
這個概念老生常談，但是真正讓我深刻感受到的正是這款產品。具體而言就是： ZF亞太區正在打造一款 基于平臺概念廣泛衍射的產品 ，除了要覆蓋不同的應用場景之外，要做到 更小、更輕、更強、更高效 。 這是因為 "整車空間 = 成本" ，緊湊、高效且強大的產品構型可以為整車客戶帶來成本上的幫助。 所以，ZF這個平臺方案的 核心要素 在于其 高扭矩密度 和 緊湊設計 。從 TMC上了解，關于功率密度，ZF的 CIPB逆變器通過的優化 芯片布局、熱管理、動態特性、端口設計等手段 ，逆變器層級實現了超過 120 kW/l 的功率密度。 圖片來源：ZF |SysPro備注：下面講的是這一技術方案做成熟度如何?
3.1 CIPB技術下逆變器功能、性能、耐久性驗證 從2023開始，該技術方案率先在采埃孚1200V SiC逆變器平臺 功能、性能驗證及關鍵可靠性關鍵驗證項 基于AQG324的耐久性測試
采埃孚耐久測試點重點關注了芯片內嵌功率單元的新型失效模式在分鐘&秒級下的功率循環 熱沖擊高溫高濕環境下的壽命表現 CIPB熱阻變化遠低于某傳統功率模塊 簡言之，采埃孚CIPB模組的耐久壽命顯著優于傳統封裝形式的模塊。 3.2 CIPB基礎上實現的SiC&Si混合應用
在此基礎上，采埃孚研發團隊在不斷 挖掘CIPB技術的技術縱深、擴充產品矩陣 。
在2024年度，已先后完成1200V SiC 750V&1200V Si CIPB逆變器 /功率核心模組(逆變磚) 的A/B樣 SiC&Si基功率半導體芯片混合應用
值得一提的是，在CIPB基礎上實現的SiC&Si混合應用 孚 CIPB DualSemi 方案，相較于純SiC應用，可以在系統平均效率相當的前提下實現高性能輸出，進一步體現了CIPB在性能，效率，成本及產品適用性方面的巨大潛力。
|SysPro備注：畫橫線重點關注 ， 芯片嵌入技術+SiC&Si混合功率半導體技術 ：CIPB DualSemi。
采埃孚最新逆變磚采用給了卓爾不同的芯片內嵌技術， 充分利用現有功率模塊封裝產線 中的裸片貼裝設備和 相關的測試設備 。對于PCB生產而言，亦可以 利用現有PCB經典工藝和生產設備 。采埃孚與行業內出色的供應商互補整合 ，可以大幅縮短將芯片內嵌技術投入量產的時間，為新能源行業的跨代演進提供強勁的推力。 以上就是 采埃孚CIPB的真實面貌和TA的故事。 確實很驚艷， 能充分感受到采埃孚亞太區研發在背后做的深度思考和努力， 這一創新舉措，無疑將推動亞太區電動汽車市場的進一步發展。感謝采埃孚提供的設計理念和技術方案，受益匪淺！
以上對采埃孚芯片內嵌式(CIPB)逆變磚的深度解析 ，感謝你的閱讀，希望有所幫助（原始素材來源于ZF官媒，受邀全部內容公開發表）。更多關于 芯片嵌入式逆變器技術 或 采埃孚下一代電驅平臺的深度解析 ，可在知識星球「SysPro系統工程智庫」 專欄中查閱（星球會員點擊鏈接跳轉）：
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感謝你的閱讀，共同成長！
2024年12月30日
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圖片來源：ZF
圖片來源：ZF
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