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用行动突破思想困境,罗姆探索IPM的技术创新

《名企发布会动态》
2021-04-28 13:15 来源:电源网原创 编辑:邢

提到罗姆,闪入你脑海中的关键词可能是“R电阻”,是“模拟电路”,是“SiC功率器件”,是“日本,乃至世界最知名的半导体厂商之一”,或是其“质量第一”的承诺。但你却不一定知道它为了在你心中贴上一个标签需要付出多少努力。

那是从1958年一间京都的小电子零部件生产商到1971年第一家进入美国硅谷的日本企业,仅花费了两年多的时间的商业奇迹。那是被称为“超常思维”的罗姆创新理念,从特立独行到业内惯例。那是为了保证产品质量,敢将从原材料到封装的每道工序全部安排在本公司进行的勇气。这其中每一项在业内都并不多见。

近年来罗姆不断拓展边界,将创新贯彻。不仅将应用拓展至PC及通信,工业设备及车载,在全球疫情的环境下,还瞄准消费电子设备领域,推出适用于洗衣机、空调、冰箱等白色家电和小型工业设备(如工业用机器人用的小容量电机等)的IPM。

所谓的IPM,就是Intelligent Power Module,中文名是智能功率模块,它是一种先进的功率开关器件。它跟普通的功率模块有什么区别呢?普通功率模块是通过一些应用把需要的功率器件集合在一个封装里面,对于设计来说,还需要外围匹配更合适的驱动,和大量的外围电路才能驱动功率模块。而对于IPM来说,它不仅把功率器件,还把相应的驱动电路以及周边的保护电路全部集成到模块里,对于IPM应用来说,可能就像控制逻辑器件控制功率模块。这对于工程师的开发来说,是一个非常有优势的产品。IPM大大增强了系统的可靠性,适应了当今功率器件的发展方向——模块化、复合化和功率集成电路(PIC),将会在电力电子领域得到了越来越广泛的应用。

用行动突破思想困境,罗姆探索IPM的技术创新

创新,让罗姆走得更远

正因为IPM有诸多的优势,罗姆开始探索在IPM领域的技术创新。本月新推出的兼具出色的降噪和低损耗特性的四款IGBT IPM“BM6437x系列”耐压600伏,是通用的IPM产品,可内置于白色家电和小型工业设备中,非常适用于各种变频器的功率转换。罗姆还为通过这个新一代的IGBT IPM为行业带来三大创新。

第一,兼具低噪声和节能。虽然这两个指标本身互相冲突,但罗姆通过技术创新让它能同时降低噪音以及降低功耗。很多公司通过改善部分功率器件的工艺解决了一小部分的降噪问题,但罗姆却瞄准降噪难度大,但却是降噪最主要的问题之一的EMI降噪进行解决。通过各个功率器件之间的完美匹配,通过驱动电路的阻抗匹配,通过各个器件之间的噪音的等级,包括IGBT管,包括快恢复管,包括其他的HVIC里边的逻辑电路的影响。把这些因素全部综合考虑之后,罗姆终于找到一个平衡点,让降噪问题得到大幅改善。

用行动突破思想困境,罗姆探索IPM的技术创新

第二,高精度温度控制。新一代IGBT IPM温度监控功能的精度显著提高,可以实现与热敏电阻同等的±2%(相当于2℃)精度保证(原来采用的IPM温度输出精度一般在5%上下),使削减外置热敏电阻成为可能,同时有助于减少元器件数量和设计工时。

第三,产品识别功能。因为普通产品的名称印在模塑背面,当IPM安装在电路板之后无法通过光学的手段能够辨别出采用型号是否正确。罗姆开创先河,通过阻抗测试仪识别已安装到电路板上的IPM,让其具备安装于电路板之后的产品识别功能。防止封装相同的其他公司产品和电流值不同的产品误装,并且支持在线检测料号,大大保障了生产的可靠性。

为什么新一代IGBT IPM能承担起大功率的输出?因为它有完善的放热机制,能够将热量很快地处理掉。罗姆半导体(上海)有限公司技术中心高级经理顾伟俊指出,芯片背面有一个很大的散热片。在主功率器件的背面,它完全贴在氧化铝的散热片上面,当然中间有一个绝缘的材质,在我们实际应用当中,是直接把IPM通过螺钉直接控制在铝的外壳或者铝的散热基板上面,所以散热是通过这样一个完善的放热机制能够很快地处理掉,这样产品才能承担起大功率的输出。

新一代IGBT IPM系列产品,目前上市的包括15安培到35安培的四个系列,这四个系列完全兼容,采用完全相同的封装。这在实际应用当中,方便客户把设计平台共有化,通过改变不同的IPM型号,实现不同的功率、机种之间的切换。这也将大大地改善客户开发产品的周期。

在IPM支持开发方面,罗姆提供相当完善的一些工具和产品,比如在线仿真,通过简单地输入应用条件,可以得到相应的损耗,能够在开发之初就知道产品基本的效率,作为参考。另外,罗姆还提供相应的应用原理方框图以及相应的物料清单供工程师参考,并且有完善的应用指南帮助工程师理解,也可以根据客户的需求制作不同的评估板,使客户能够更快的上手进行测试和研究,以及提供更深入一步的仿真以及热仿真等支持。

在谈到罗姆IPM的生产地点时,顾伟俊说:“IPM作为一个功率模块,它里边有很多的功率器件,从晶圆到裸片的开发,都是在罗姆日本的各个工厂中完成的,完成以后,会把相应的产品运送到泰国工厂做后续的封装以及测试的工作。完成了封装、测试以后,然后再做全球的出货、统配工作。所以不同的工厂担当的任务不一样,所有产品保障都是由罗姆公司内部完成的。”

用行动突破思想困境,罗姆探索IPM的技术创新

IPM将来会有怎样的变化?

罗姆一直致力于IPM不断的改善和新产品的开发,尤其是对空调领域。研究发现,变频空调在实际应用中80%的时间都处在低功耗维持温度的工作状态,对于实际应用的功率并不是很大,因为在小电流应用的工作环境中,与IGBT相比,硅基MOS管有更高的效率。因此罗姆针对空调市场,推出使用自产硅基MOS——PrestoMOS™的高效率IPM产品。在使用该产品以后,普通的变频空调在常年应用工作中,可以降低50%左右的功率损耗。类似这样的新产品也在不断的研究和开发中。

用行动突破思想困境,罗姆探索IPM的技术创新

现在新能源汽车已经慢慢被大众接受,产量和销量都有很大幅度的提升。IPM车规化现在最大的瓶颈之一是市场方面,目前很少有能满足车企需要的IPM的产品应用,生产厂家方面,最大的问题之一就是原来面向工控的产品如何能够满足车规级的要求。因为车厂对功率器件的要求非常严格,包括性能的保障,可靠性方面的进一步保障,如何保证产品不坏,异常的时候如何维持正常的工作等。这些问题都是工业级不需要讨论的问题,但对于车规市场来说,是必须要解决的问题,所以IPM的开发也是针对客户的要求不断地改善电路的一个过程,尤其是在保护和应用上面,如何达到车规级的要求,也是不断地增加电路复杂程度的过程。罗姆正在做IPM车规级别的认证,这需要花很长时间,但未来不仅可以保证产品品质的提高,对于生产、制造、设计都会产生各种各样的影响。相信不久的将来,罗姆针对于车规级别的IPM就会走向市场,改变新能源汽车产业。

罗姆不会终止挑战。作为综合型半导体厂商,罗姆在提高质量的同时,也将不断在其他各领域进行研究。正如2020年新上任的罗姆董事长松本功表示,针对实现自动驾驶的技术革新、AI发展,新冠疫情等,社会正经历重大变革。面向进一步的发展,罗姆的经营策略保持不变,将继续加强汽车和工业设备市场、海外市场、强化以模拟电源为核心的开发能力以及相应的生产体制。

作为全球为数不多的将研发、生产、销售合于一体的半导体企业,精通模拟电源的罗姆在后疫情时代一定会用行动突破思想困境,用创新技术开拓一片新天地。

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