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安森美半導體供稿 與分立方案相比，智能功率模塊（IPM）在減少占板空間、提升系統可靠性、簡(jiǎn)化設計和加速產(chǎn)品上市等方面都具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。在不同的應用中，IPM需要采用不同的晶圓技術(shù)和封裝技術(shù)以盡量減小熱阻，降低導通損耗和開(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。這就對半導體廠(chǎng)商的硅和封裝技術(shù)能力提出了更高的要求。 致力于推動(dòng)高能效電子創(chuàng )新的安森美半導體在硅和封裝技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)導地位，能夠提供同類(lèi)最佳的 IPM，產(chǎn)品陣容覆蓋20 W到10 KW不同功率等級，在能效、尺寸、成本、可靠性等方面都具有顯著(zhù)優(yōu)勢，因而能夠滿(mǎn)足工業(yè)、汽車(chē)、消費等不同應用的需求。 600 V及1200 V高功率的工業(yè)IPM方案 工業(yè)IPM主要應用于工業(yè)壓縮機、泵、可變頻驅動(dòng)、電動(dòng)工具等。預計此類(lèi)市場(chǎng)未來(lái)3年的復合年增率(CAGR)為5.1%，增長(cháng)較快，這主要歸結于人工成本的不斷上漲導致企業(yè)實(shí)現自動(dòng)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(chǎng)上能同時(shí)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(chǎng)截止IGBT技術(shù)，還即將推出采用SiC、GaN的模塊。 SPM3系列主要應用于高功率空調、工業(yè)變頻器、工業(yè)泵和工業(yè)風(fēng)扇等，這些模塊集成了內置 IGBT 已優(yōu)化的門(mén)極驅動(dòng)，使用 Al2O3陶瓷基板實(shí)現極低熱阻，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)斷和故障報告等多種保護特性。內置高速 HVIC 僅需要單電源電壓并將收到的邏輯電平門(mén)極輸入信號轉換為高電壓、高電流驅動(dòng)信號，從而有效驅動(dòng)模塊的內部 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(chǎn)的如FSBB10CH120D，額定輸出為10 A，后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范圍，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(jīng)擴展達到50 A。 相對于SPM3系列，SPM2 系列封裝占位更大，熱阻更小，功率范圍更廣。其中1200 V系列包括FNA21012A(10 A)、FNA22512A(25 A)、FNA23512A(35 A)，滿(mǎn)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、對體積不那么敏感的應用。 而緊湊的單列直插式封裝(SIP) IPM系列則將控制、驅動(dòng)和輸出放到單邊，有利于節省空間和提升散熱性。 汽車(chē)IPM實(shí)現高功率密度和加速應用上市 隨著(zhù)新的燃油經(jīng)濟性標準和日趨嚴格的環(huán)境法規的推出，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)功能電子化趨勢日益增強，汽車(chē)電子市場(chǎng)未來(lái)3年CAGR預計將達19%，增長(cháng)潛力巨大。 安森美半導體針對汽車(chē)市場(chǎng)提供的中壓IPM(電池電壓400VV供電)包括：(1)集成門(mén)極驅動(dòng)器、微控制器(MCU)、功率硅和外圍元件的無(wú)傳感器驅動(dòng)方案；(2)實(shí)現高性能、低噪聲及高可靠性的無(wú)PCB方案；(3)標準產(chǎn)品和定制的IPM，用于電動(dòng)水泵、電動(dòng)油泵、電動(dòng)燃油泵和電動(dòng)冷卻風(fēng)扇等等。 為了應對汽車(chē)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(chē)半導體供應商，提供行業(yè)最緊湊的IPM模塊APM 27系列，用于 混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車(chē)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(chǎn)的650 V、50 A FAM65V05DF1獨特地集成IGBT、續流二極管和門(mén)極驅動(dòng)器在一個(gè)12 cm2的汽車(chē)級占位封裝中，比由多種分立元件組裝的方案小達40%，同時(shí)提高應用的性能和能效，降低成本。該器件大大簡(jiǎn)化和縮短用于A(yíng)/C壓縮機和油泵的高壓汽車(chē)輔助變頻器的電源段的設計流程，使設計人員可以專(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FAM65V05DF1 消費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，在白家電如空調、洗衣機、冰箱、風(fēng)扇電機、烘干機、洗碗機等應用中已相當受歡迎。 1. 用于400 W以下消費應用的IPM 對于功率在400 W以下的應用，由于量大，屬于成本敏感的市場(chǎng)，要求緊湊、高能效，安森美半導體利用同類(lèi)最佳的硅系列及封裝技術(shù)，提供SPM8、SPM55、SPM5等IPM系列，滿(mǎn)足市場(chǎng)趨勢和不同應用需求。 SPM8 系列采用第三代溝槽場(chǎng)截止技術(shù)，內置豐富的保護特性，且可實(shí)現緊湊的尺寸，主要適用于冰箱及空調風(fēng)扇。目前量產(chǎn)的有600 V、5 A的FNB80560T和600 V、10 A的FNB81060T。 緊湊型IPM STK5C4U332J-E、STK5Q4U352J-E、STK5Q4U362J-E采用絕緣金屬基板(IMS)或DBC，實(shí)現低熱阻和高功率密度，尤其適合洗衣機應用。 SPM5 系列如下表所示，從50 W至200 W不等，主要針對空調風(fēng)扇、洗碗機等應用。其中SF型號具備極低導通電阻，B型號優(yōu)化用于載波頻率超過(guò)15 kHz的應用，而A型號則為常規版本。 表1：SPM 5 系列IPM
2．用于400 W至4 KW消費應用的IPM 對于功率等級更高的應用， 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，具有穩固的EMI性能及優(yōu)化的導通特性，出色的Rth(j-c)及通過(guò)DBC、陶瓷基板實(shí)現優(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)極驅動(dòng)器集成到單個(gè)完全隔離的封裝中，內置熱敏電阻可實(shí)現溫度監測，高低端集成欠壓閉鎖功能、及過(guò)流保護輸入進(jìn)一步增強了系統的可靠性，尤其適用于1HP至3HP空調。其中FNA、FNB系列分別針對低頻和高頻應用，FNC則為經(jīng)濟型系列，客戶(hù)可根據應用的具體需求選擇適合的型號。 表2：SPM45系列IPM
二合一PFC IPM STK57FU394AG-E (15 A) 和STK5MFU3C1A-E (30 A)在單個(gè)、緊湊的封裝內集成一個(gè)PFC轉換器、3相逆變輸出段、預驅動(dòng)電路和保護，用于1HP至3HP空調。內置防跨導電路，減小由噪聲引起系統故障的可能，以及為逆變器及PFC段提供過(guò)流保護。欠壓鎖定確保在異常情況下IGBT門(mén)極關(guān)斷，外部可訪(fǎng)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測。高度集成的封裝有助于減少元件、節省空間和成本，簡(jiǎn)化和加速設計。 此外，針對白家電廠(chǎng)家，安森美半導體還提供PFCM系列IPM。該系列IPM高度集成橋二極管、功率器件到單個(gè)封裝中，可節省更多的空間，便于安裝。內置 NTC 熱敏電阻實(shí)現溫度監控，熱阻極低，采用無(wú)橋式PFC、單相升壓PFC和兩相交錯式PFC三種不同的拓撲結構。 表3：PFCM系列IPM
總結 安森美半導體專(zhuān)注于高功率領(lǐng)域如空調(HVAC)、汽車(chē)、工業(yè)級等，通過(guò)領(lǐng)先的硅技術(shù)和優(yōu)化的封裝，針對每一應用提供適當的IPM方案，確保高集成度、高功率密度、出色的熱性能、優(yōu)化的導通損耗和開(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，適用于高電壓應用。此外，針對消費領(lǐng)域，安森美半導體提供的器件和方案超越家電應用的低成本和高能效要求，幫助客戶(hù)提高產(chǎn)品長(cháng)期可靠性、品質(zhì)和效率。 |
