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安森美半導體全面的IPM方案滿足工業、汽車應用的不同需求

 2018-07-11

智能功率模組(IPM),是指集成驅動和保護電路到單個封裝的模組化方案,較分立方案減少占板空間,提升系統可靠性,簡化設計和加速產品上市時間。安森美半導體憑藉領先的矽和封裝技術,提供同類最佳的 IPM,產品陣容覆蓋20 W到10 KW不同功率等級,應用於工業、汽車和消費等應用,具有顯著的能效、尺寸、成本、可靠性等優勢。


IPM技術趨勢
     根據具體應用需求,IPM可採用各種不同的晶圓技術如平面MOSFET、超結、場截止IGBT、碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等,以及封裝技術如扁平無引腳(QFN)、全塑(Full pack)、陶瓷基板、AI2O3、氮化鋁(AIN)、絕緣金屬基板技術(IMST)、直接鍵合銅(DBC)、單列直插(SIP)、二合一(PFC + 變頻器INVERTER)等,以儘量減小熱阻,降低導通損耗和開關損耗,同時確保高集成度、高開關速度、高能效、高可靠性和出色的EMI性能。


600 V1200 V高功率的工業IPM方案
     工業IPM主要應用於工業壓縮機、泵、可變頻驅動、電動工具等。預計此類市場未來3年的複合年增率(CAGR)為5.1%,增長較快,這主要歸結於人工成本的不斷上漲導致企業實現自動化的需求日趨強烈,而各項能源法規及測試標準如ErP、IEC、GB3等對能效的要求日趨嚴格。
     安森美半導體是市場上能同時提供600 V及1200 V高功率IPM方案的數一數二的供應商,主要系列有SPM45、SPM3、SPM2、SIP系列。除了現有的第三、四代場截止IGBT技術,還即將推出採用SiC、GaN的模組。
     SPM3系列主要應用於高功率空調、工業變頻器、工業泵和工業風扇等,這些模組集成了內置 IGBT 已優化的門極驅動,使用 Al2O3陶瓷基板實現極低熱阻,從而優化EMI性能和最小化損耗,同時提供欠壓鎖定、過流關斷和故障報告等多種保護特性。內置高速 HVIC 僅需要單電源電壓並將收到的邏輯電平門極輸入信號轉換為高電壓、高電流驅動信號,從而有效驅動模組的內部 IGBT。其中1200 V系列主要針對要求小型化的3相變頻器應用,目前已量產的如FSBB10CH120D,額定輸出為10 A,後續將推出額定輸出為15 A、20 A的型號。而600 V系列則涵蓋更寬廣的功率範圍,目前可從15 A至30 A,如FSBB15CH60D(15 A)、FSBB20CH60D(20 A)、FNB33060T(30 A),同樣封裝的IPM已經擴展達到50 A。
     相對於SPM3系列,SPM2 系列封裝占位元更大,熱阻更小,功率範圍更廣。其中1200 V系列包括FNA21012A(10 A)、FNA22512A(25 A)、FNA23512A(35 A),滿足小型化要求和高壓趨勢。而600 V系列如FNA23060(30 A)、FNA25060(50 A)、FNA27560(75 A)則更適合對可靠性要求較高、對體積不那麼敏感的應用。
     而緊湊的單列直插式封裝(SIP) IPM系列則將控制、驅動和輸出放到單邊,有利於節省空間和提升散熱性。


汽車IPM實現高功率密度和加速應用上市
     隨著新的燃油經濟性標準和日趨嚴格的環境法規的推出,電動汽車(EV)/混合動力汽車(HEV)迎來高速發展,汽車功能電子化趨勢日益增強,汽車電子市場未來3年CAGR預計將達19%,增長潛力巨大。
     安森美半導體針對汽車市場提供的中壓IPM(電池電壓400VV供電)包括:(1)集成門極驅動器、微控制器(MCU)、功率矽和週邊元件的無感測器驅動方案;(2)實現高性能、低雜訊及高可靠性的無PCB方案;(3)標準產品和定制的IPM,用於電動水泵、電動油泵、電動燃油泵和電動冷卻風扇等等。
     為了應對汽車電子更精密、更高性能和能效的趨勢,安森美半導體作為全球前10大汽車半導體供應商,提供行業最緊湊的IPM模組APM 27系列,用於 混合動力和電動汽車中控制空調(A/C)壓縮機和其它高壓輔助電機。如該系列目前已量產的650 V、50 A FAM65V05DF1獨特地集成IGBT、續流二極體和門極驅動器在一個12 cm2的汽車級占位封裝中,比由多種分立元件組裝的方案小達40%,同時提高應用的性能和能效,降低成本。該器件大大簡化和縮短用於A/C壓縮機和油泵的高壓汽車輔助變頻器的電源段的設計流程,使設計人員可以專注於創新,加速上市。