根據(jù)具體應(yīng)用需求，IPM可采用各種不同的晶圓技術(shù)如平面MOSFET、超結(jié)、場(chǎng)截止IGBT、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)等，以及封裝技術(shù)如扁平無(wú)引腳(QFN)、全塑(Full pack)、陶瓷基板、AI2O3、氮化鋁(AIN)、絕緣金屬基板技術(shù)(IMST)、直接鍵合銅(DBC)、單列直插(SIP)、二合一(PFC + 變頻器INVERTER)等，以盡量減小熱阻，降低導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)確保高集成度、高開(kāi)關(guān)速度、高能效、高可靠性和出色的EMI性能。

　　汽車(chē)IPM實(shí)現(xiàn)高功率密度和加速應(yīng)用上市

　　隨著新的燃油經(jīng)濟(jì)性標(biāo)準(zhǔn)和日趨嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)的推出，電動(dòng)汽車(chē)(EV)/混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)迎來(lái)高速發(fā)展，汽車(chē)功能電子化趨勢(shì)日益增強(qiáng)，汽車(chē)電子市場(chǎng)未來(lái)3年CAGR預(yù)計(jì)將達(dá)19%，增長(zhǎng)潛力巨大。

　　更精密、更高性能和能效是汽車(chē)電子的發(fā)展趨勢(shì)，汽車(chē)半導(dǎo)體廠商需要提供更加緊湊的IPM模塊產(chǎn)品，用于混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)中控制空調(diào)(A/C)壓縮機(jī)和其它高壓輔助電機(jī)，可以高度集成IGBT、續(xù)流二極管和門(mén)極驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)較小汽車(chē)級(jí)占位封裝中，比由多種分立元件組裝的方案小達(dá)40%，同時(shí)提高應(yīng)用的性能和能效，降低成本。這樣的器件可以大大簡(jiǎn)化和縮短用于A/C壓縮機(jī)和油泵的高壓汽車(chē)輔助變頻器的電源段的設(shè)計(jì)流程，使設(shè)計(jì)人員可以專(zhuān)注于創(chuàng)新，加速面市。

　　圖1： 行業(yè)最緊湊的汽車(chē)IPM模塊

　　600 V及1200 V高功率的工業(yè)IPM方案

　　工業(yè)IPM主要應(yīng)用于工業(yè)壓縮機(jī)、泵、可變頻驅(qū)動(dòng)、電動(dòng)工具等。預(yù)計(jì)此類(lèi)市場(chǎng)未來(lái)3年的復(fù)合年增率(CAGR)為5.1%，增長(zhǎng)較快，這主要?dú)w結(jié)于人工成本的不斷上漲導(dǎo)致企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的需求日趨強(qiáng)烈，而各項(xiàng)能源法規(guī)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)如ErP、IEC、GB3等對(duì)能效的要求日趨嚴(yán)格。

　　目前安森美半導(dǎo)體工業(yè)IPM方案主要系列有SPM45、SPM3、SPM2、SIP系列。除了現(xiàn)有的第三、四代場(chǎng)截止IGBT技術(shù)，還即將推出采用SiC、GaN的模塊。

　　工業(yè)IPM模塊產(chǎn)品主要應(yīng)用于高功率空調(diào)、工業(yè)變頻器、工業(yè)泵和工業(yè)風(fēng)扇等，這些模塊集成了內(nèi)置 IGBT 已優(yōu)化的門(mén)極驅(qū)動(dòng)，使用 Al2O3陶瓷基板實(shí)現(xiàn)極低熱阻，從而優(yōu)化EMI性能和最小化損耗，同時(shí)提供欠壓鎖定、過(guò)流關(guān)斷和故障報(bào)告等多種保護(hù)特性。內(nèi)置高速 HVIC 僅需要單電源電壓并將收到的邏輯電平門(mén)極輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為高電壓、高電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而有效驅(qū)動(dòng)模塊的內(nèi)部 IGBT。其中1200 V產(chǎn)品主要針對(duì)要求小型化的3相變頻器應(yīng)用，而600 V產(chǎn)品則涵蓋更寬廣的功率范圍，目前可從15 A至30 A，如目前市場(chǎng)上一些同樣封裝的IPM已經(jīng)擴(kuò)展達(dá)到50 A。

　　工業(yè)IPM模塊封裝占位更大，熱阻更小，功率范圍更廣。其中1200 V產(chǎn)品可以滿(mǎn)足小型化要求和高壓趨勢(shì)。而600 V產(chǎn)品則更適合對(duì)可靠性要求較高、對(duì)體積不那么敏感的應(yīng)用。而緊湊的單列直插式封裝產(chǎn)品則將控制、驅(qū)動(dòng)和輸出放到單邊，有利于節(jié)省空間和提升散熱性。

　　消費(fèi)IPM方案具備同類(lèi)最佳硅系列和封裝技術(shù)

　　IPM由于其小尺寸、高能效和高可靠性等優(yōu)勢(shì)，在白家電如空調(diào)、洗衣機(jī)、冰箱、風(fēng)扇電機(jī)、烘干機(jī)、洗碗機(jī)等應(yīng)用中已相當(dāng)受歡迎。

　　1. 用于400 W以下消費(fèi)應(yīng)用的IPM

　　對(duì)于功率在400 W以下的應(yīng)用，由于量大，屬于成本敏感的市場(chǎng)，要求緊湊、高能效，因此，半導(dǎo)體供應(yīng)商必須采用最佳的硅系列及封裝技的IPM產(chǎn)品，滿(mǎn)足市場(chǎng)趨勢(shì)和不同應(yīng)用需求。

　　目前市場(chǎng)上消費(fèi)IPM產(chǎn)品有采用第三代溝槽場(chǎng)截止技術(shù)，內(nèi)置豐富的保護(hù)特性，且可實(shí)現(xiàn)緊湊的尺寸，主要適用于冰箱及空調(diào)風(fēng)扇。

　　緊湊型IPM采用絕緣金屬基板(IMS)或DBC，實(shí)現(xiàn)低熱阻和高功率密度，尤其適合洗衣機(jī)應(yīng)用。

　　SPM 5 系列從50 W至200 W不等的IPM，主要針對(duì)空調(diào)風(fēng)扇、洗碗機(jī)等應(yīng)用。其中SF型號(hào)具備極低導(dǎo)通電阻，B型號(hào)優(yōu)化用于載波頻率超過(guò)15 kHz的應(yīng)用，而A型號(hào)則為常規(guī)版本。

　　表1：SPM 5 系列IPM

　　2.用于400 W至4 KW消費(fèi)應(yīng)用的IPM

　　對(duì)于功率等級(jí)更高的應(yīng)用， EMI性能及熱性能極為關(guān)鍵，同時(shí)又需要兼顧高集成度。安森美半導(dǎo)體提供單個(gè)占位封裝SPM45、SPM3系列和高集成度封裝二合一PFC系列的IPM，具有穩(wěn)固的EMI性能及優(yōu)化的導(dǎo)通特性，出色的Rth(j-c)及通過(guò)DBC、陶瓷基板實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的絕緣性能，并采用第三代、第四代場(chǎng)截止技術(shù)用于快速PFC方案。

　　SPM45系列將低損耗短路額定 IGBT 與優(yōu)化后的門(mén)極驅(qū)動(dòng)器集成到單個(gè)完全隔離的封裝中，內(nèi)置熱敏電阻可實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)，高低端集成欠壓閉鎖功能、及過(guò)流保護(hù)輸入進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，尤其適用于1HP至3HP空調(diào)。其中FNA、FNB系列分別針對(duì)低頻和高頻應(yīng)用，F(xiàn)NC則為經(jīng)濟(jì)型系列，客戶(hù)可根據(jù)應(yīng)用的具體需求選擇適合的型號(hào)。

　　表2：SPM45系列IPM

　　二合一PFC IPM STK57FU394AG-E (15 A) 和STK5MFU3C1A-E (30 A)在單個(gè)、緊湊的封裝內(nèi)集成一個(gè)PFC轉(zhuǎn)換器、3相逆變輸出段、預(yù)驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)，用于1HP至3HP空調(diào)。內(nèi)置防跨導(dǎo)電路，減小由噪聲引起系統(tǒng)故障的可能，以及為逆變器及PFC段提供過(guò)流保護(hù)。欠壓鎖定確保在異常情況下IGBT門(mén)極關(guān)斷，外部可訪問(wèn)的嵌入式熱敏電阻用于絕緣金屬基板的高精度溫度監(jiān)測(cè)。高度集成的封裝有助于減少元件、節(jié)省空間和成本，簡(jiǎn)化和加速設(shè)計(jì)。

　　此外，針對(duì)白家電廠家，安森美半導(dǎo)體提供的PFCM系列IPM，其高度集成橋二極管、功率器件到單個(gè)封裝中，可節(jié)省更多的空間，便于安裝。內(nèi)置 NTC 熱敏電阻實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)控，熱阻極低，采用無(wú)橋式PFC、單相升壓PFC和兩相交錯(cuò)式PFC三種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　表3：PFCM系列IPM

　　總結(jié)

　　針對(duì)空調(diào)(HVAC)、汽車(chē)、工業(yè)級(jí)等高功率領(lǐng)域，汽車(chē)電子廠商必須采用先進(jìn)的硅技術(shù)和優(yōu)化的封裝，針對(duì)每一應(yīng)用提供適當(dāng)?shù)腎PM方案，確保高集成度、高功率密度、出色的熱性能、優(yōu)化的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗、優(yōu)異的耐用性，尤其是封裝具有更大爬電距離/間隙，適用于高電壓應(yīng)用。此外，針對(duì)消費(fèi)領(lǐng)域，器件和方案如果能夠超越家電應(yīng)用的低成本和高能效要求是最重要的，可以幫助客戶(hù)提高產(chǎn)品長(zhǎng)期可靠性、品質(zhì)和效率。