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(fā)旨在高能效地驅動用于工業(yè)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(fā)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(xiàn)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(yōu)勢

安森美半導體積極推動高能效創(chuàng)新，推出了用于工業(yè)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(chǎn)品，能驅動從10 A至50 A輸出負載電流。這系列IPM產(chǎn)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(fā)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(shù)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?shù)牡湫蜋M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(yōu)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(yōu)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(shù)量。