白家電的變頻器智能功率模塊(IPM)技術及方案

變頻器技術的開發旨在高能效地驅動用于工業及家用電器的電機。此技術要求像絕緣門雙極晶體管(IGBT)、快速恢復二極管(FRD)這類的功率器件，以及控制IC和無源元件。智能功率模塊(IPM)將這些元器件高密度貼裝封裝在一起(見圖1)，高能效地驅動電機，配合白家電對低能耗、小尺寸、輕重量及高可靠性的要求。IPM內置高擊穿電壓的驅動器IC、高擊穿電壓及大電流IGBT、快速恢復二極管、門極電阻、用于驅動上邊IGBT及IGBT門極電阻的啟動二極管、用于檢測發熱的熱敏電阻、用于過流保護的分流電阻等，用于變頻器電路。IPM提供低損耗，包含多種封裝類型，電流范圍寬。

圖1：典型變頻器IPM將多種元器件封裝為模塊。

圖2顯示的是用于空調的典型電源電路模塊。在這個示例中，變頻器IPM用于驅動空調壓縮機及室外風扇。變頻器IPM采用微控制器(MCU)來工作。IPM模塊高速開關電源，提供更精密控制，實現更高能效的空調工作。

圖2：用于空調的變頻器IPM應用示例。

安森美半導體變頻器IPM技術特征及優勢

安森美半導體積極推動高能效創新，推出了用于工業及消費應用包括白家電電機控制及驅動的一系列新的IPM產品，能驅動從10 A至50 A輸出負載電流。這系列IPM產品相配寬廣陣容的分立電機控制元器件(包括電機控制器、IGBT及MOSFET)，為客戶提供更多的選擇。

安森美半導體是全球第一家開發出變頻器IPM使用絕緣金屬基板技術(IMST®)基板技術的公司。此技術在鋁板，也就是在金屬基板上搭建電子電路。IMST技術使多種元件能夠封裝在同一個模塊IC中，包括電阻和電容等分立無源元件、二極管和晶體管等分立有源元件，以及更復雜的IC或專用集成電路(ASIC)，如門極驅動器、數字信號處理器(DSP)、邏輯元件等。IMST也能使功率輸出電路、控制電路及其外圍電路貼裝在相同基板上。

圖3：安森美半導體基于IMST技術的IPM結構示意圖。

圖3中從底到頂的典型橫截面顯示提供極佳熱性能和機械性能的高熱導率鋁基板，覆蓋在鋁基板上面的是絕緣層，再上面是用于電氣布線的銅箔。這橫截面圖也揭示了IMST技術的一項獨特特性，那就是不存在任何用作絕緣體或機械基板的陶瓷層。因此，IMST技術的接地性能優于任何基于陶瓷的混合電路。貼裝在功率模塊上的元器件可能會遇到焊點可靠性的問題：要么是在無源器件到基板的接口，要么是在裸片至基板的接口。為了提高可靠性，安森美半導體使用嵌件(over-molding)技術，加強機械粘合性。這就大幅增強可靠性，減小焊點的機械應力。因此，安森美半導體基于IMST技術的IPM具結構上的優勢。

把安森美半導體的IPM所采用的IMST結構與競爭公司的框架結構比較(見圖4)，可以看出競爭公司使用的框架(frame)結構因為布局和布線問題，難于集成片式電阻及片式電容等無源元件。但安森美半導體的IPM可以在鋁基板上直接貼裝任何元器件，只需極少繞線。此外，還可以在板上貼裝分流電阻，能夠減小模塊尺寸并減少元器件數量。