PCB嵌埋式封装之S-Cell

新能源汽车、数据中心及光伏产业的飞速发展，对功率电子器件的功率密度、效率与可靠性提出了前所未有的严苛要求。传统封装形式（如TO、SMD、QFN、LGA），其在寄生参数、热管理和结构可靠性方面的瓶颈日益凸显，已成为制约系统性能进一步提升的关键障碍。

为突破这些限制，业界将目光投向嵌埋式封装这一前沿技术。其中，S-Cell封装方案以其卓越的设计理念成为代表性解决方案。它通过将芯片直接嵌埋于PCB介质层内，实现了：

显著降低寄生参数，提升开关性能与效率。

优化双面散热路径，解决高热流密度难题。

增强结构保护与互连可靠性，延长器件寿命。

S-Cell技术不仅是封装形式的革新，更是为下一代高功率密度应用铺平了道路。

什么是S-Cell？

随着嵌埋式封装技术因其卓越的性能优势而日益成为行业热点，一种名为S-Cell（Standard Cell，标准单元） 的创新解决方案正备受关注。

图2

图3

如图2所示，S-Cell是专为PCB嵌埋式封装而设计的标准化预制单元。该技术由英飞凌（Infineon）开发，并借助施韦策电子（Schweizer）的Smart p² Pack 工艺（图3）实现量产与集成。这种强强联合使S-Cell不再是实验室概念，而是已在行业中崭露头角的成熟解决方案。

相较于传统封装，S-Cell的核心优势在于：

标准化： 作为“即插即用”的预制单元，简化了设计、采购和组装流程，加速了嵌埋式技术的推广应用。

高性能： 通过Smart p² Pack工艺将芯片直接嵌埋于PCB内，实现了极低的寄生参数、优异的热管理能力和更高的互连可靠性。

高集成度： 为功率半导体、控制器等器件提供了超紧凑的封装方式，是实现系统高功率密度化的关键。

加工工艺：

Layout及关键尺寸：

S-Cell的工艺流程

S-Cell的工艺始于一个精密的带腔体引线框架。功率半导体芯片被置于其中，并通过扩散焊接或瞬态液相键合（TLPB）——这些尖端工艺保障了芯片连接的终极可靠性与性能。银烧结技术也可应用于此。

此流程的关键成果是形成了一个完全平坦的单元结构：芯片表面与引线框架表面齐平。这一卓越的平面性至关重要，它使得S-Cell能像普通元器件一样被流畅地层压嵌埋进PCB内部，无需担心应力集中或连接失效问题。

PCB嵌埋的工艺流程

S-Cell 核心应用领域

1. 新能源汽车 (xEV)

这是S-Cell最具潜力的应用市场。电动汽车的电驱系统正在向更高电压、更高效率、更小体积发展。

主逆变器: 作为电动汽车的“心脏”，其核心是IGBT或SiC功率模块。使用S-Cell可以显著降低模块的寄生电感，提升开关速度，从而降低开关损耗，增加续航里程。其优异的双面散热能力直接满足了高功率密度电驱对散热的需求。

车载充电机 (OBC) 和 DC-DC 转换器: 在这些系统中，S-Cell有助于实现更紧凑、更高效的设计，节省宝贵的车内空间。

2. 可再生能源发电 (光伏、风电)

光伏逆变器: 特别是组串式和微型逆变器，需要极高的转换效率和可靠性。S-Cell能有效降低功率器件的导通和开关损耗，提升整机效率，同时其高可靠性确保了逆变器在户外恶劣环境下的长久寿命。

风电变流器: 同样追求高可靠性和高效率，S-Cell的封装结构能更好地应对震动、温度变化等挑战。

3. 工业电机驱动与伺服系统

工业电机驱动市场需要高性能、高可靠性和紧凑型的变频器。S-Cell技术可以用于制造超紧凑的智能功率模块 (IPM)，直接集成到电机中，实现“电机驱动一体化”，节省控制柜空间。

4. 数据中心与通信电源

随着AI和云计算发展，数据中心的功耗激增，对电源效率（PSU）的要求极为苛刻，力求达到钛金级能效。S-Cell技术可用于服务器电源中的高效功率因数校正 (PFC) 和直流转换 (DC-DC) 模块，通过降低损耗来减少巨大的运营电费和冷却成本。

5. 轨道交通与智能电网

这些领域对功率器件的可靠性和寿命要求是最高级别的。S-Cell采用的扩散焊、银烧结等坚固连接技术，以及其优化的热管理能力，非常适合用于牵引变流器、柔性直流输电（HVDC）中的功率模块。