電動(dòng)機(jī)被用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種各樣的負(fù)載--空調(diào)系統(tǒng)中使用的風(fēng)扇，提供淡水的水泵，以及工廠(chǎng)中用于驅(qū)動(dòng)制造設(shè)備的馬達(dá)只是幾個(gè)例子。傳統(tǒng)上，這些電動(dòng)機(jī)直接連接到電網(wǎng)的電源上。由于電網(wǎng)的工作頻率是固定的，電機(jī)以恒定的速度運(yùn)行，沒(méi)有直接控制轉(zhuǎn)矩。當(dāng)今的電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用變頻調(diào)速，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。

使用變頻器的第一個(gè)好處是在全速運(yùn)行時(shí)提高效率，因?yàn)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/tags/逆變器/" target="_blank">逆變器可以通過(guò)給定的勵(lì)磁電流最大化扭矩。變頻的第二個(gè)好處是進(jìn)一步節(jié)省能源。在傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方式下，馬達(dá)要么關(guān)了，要么完全開(kāi)著（想象一下，當(dāng)你只允許油門(mén)踏板完全放下，或者把你的腳完全脫離下來(lái)的時(shí)候，你就可以駕駛一輛汽車(chē)）。允許電機(jī)以不同的速度運(yùn)行，就可以節(jié)省能源，并允許更平滑的開(kāi)啟和關(guān)閉。

智能功率模塊（IPM）是變速驅(qū)動(dòng)的一種使能技術(shù)，它將逆變器和內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器包含在一個(gè)模塊中。它們是單相交流輸入應(yīng)用的首選模塊。用于這些模塊的轉(zhuǎn)移模塑制造方法具有極好的魯棒性以及功率循環(huán)和溫度循環(huán)能力。這些模塊可能包含功率因數(shù)校正（PFC）級(jí)，但它們通常不包含輸入整流級(jí)。單相交流橋式整流器組件的現(xiàn)成可用性意味著這不是一個(gè)問(wèn)題。使用IPMs的主要好處是集成了驅(qū)動(dòng)程序—為驅(qū)動(dòng)程序添加了額外的引腳。

對(duì)于三相交流輸入應(yīng)用，IPMS變得非常大，這是由于漏電和間隙的要求，以確定最小間距之間的傳導(dǎo)部件，以停止電弧或跟蹤。由于IPMS為驅(qū)動(dòng)程序提供了額外的引腳，因此最小間距要求使IPM大于沒(méi)有驅(qū)動(dòng)程序的模塊。每個(gè)應(yīng)用程序都必須仔細(xì)計(jì)算漏電和間隙間隔，這些因素包括驅(qū)動(dòng)器的最大工作高度、系統(tǒng)中的有效電壓、系統(tǒng)中使用的隔離度、模塊和印刷電路板的污染程度和比較跟蹤指數(shù)（CTI）。

圖1顯示了一個(gè)不帶集成門(mén)驅(qū)動(dòng)的三相交流輸入模塊的原理圖，我們將根據(jù)涵蓋大多數(shù)三相交流輸入電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的通用計(jì)算來(lái)審查所需的間距。

圖1：三相交流輸入變換器逆變制動(dòng)器（CIB）模塊原理圖

NTC終端與任何其他終端之間的距離必須至少為5.5毫米。這個(gè)距離包括引腳外部邊緣之間的距離。但是，如果引腳是焊接的，或插入焊盤(pán)中，相關(guān)距離是在每個(gè)焊盤(pán)的外部距離之間?？壮叽绲膶捁詈?a target="_blank">環(huán)形墊的寬度有助于提高可制造性，但會(huì)減少漏電和間隙距離。

在R，S，T，DBMINUS和DBPLUS引腳和任何其他引腳之間需要5mm的間隙距離。U，V，W之間的所需距離更多地取決于應(yīng)用，這里的最小值通常為2.5mm到3mm。

加上所有這些間隙距離，過(guò)孔公差和環(huán)形環(huán)（焊盤(pán)）的大小，結(jié)果是一個(gè)相當(dāng)大的模塊-最小大約70毫米。如果在IPM上增加高側(cè)控制所需的附加信號(hào)，則模塊的最小大小將變得更大，使得它太大，太昂貴，不適合于低功率三相輸入應(yīng)用。

對(duì)于低功耗的工業(yè)三相交流輸入應(yīng)用，IPM模塊和凝膠填充模塊都得到了廣泛的應(yīng)用：IPM模塊沒(méi)有整流器，凝膠填充模塊沒(méi)有驅(qū)動(dòng)器。凝膠填充模塊有一個(gè)引腳矩陣，而IPMS通常位于雙在線(xiàn)封裝中。凝膠填充模塊具有較低的熱循環(huán)能力，但新的制造方法大大提高了它們的功率循環(huán)能力。當(dāng)使用凝膠填充模塊時(shí)，PCB布局的靈活性要小于采用DIP安裝的IPMS，因?yàn)閬?lái)自凝膠填充模塊引腳矩陣的引腳往往會(huì)阻礙PCB的布線(xiàn)。

由于機(jī)器人焊接設(shè)備的廣泛應(yīng)用，新設(shè)計(jì)的趨勢(shì)是在凝膠填充和IPM模塊中使用焊接引腳。某些類(lèi)型的壓接引腳易受腐蝕性環(huán)境的影響，但在焊接引腳應(yīng)用中未發(fā)現(xiàn)此問(wèn)題。。

圖2顯示了ON半導(dǎo)體新的TMPIM（傳輸模制PIM）模塊的橫截面。制造過(guò)程的第一部分類(lèi)似于凝膠填充模塊。模具和熱敏電阻被焊接在DBC上，然后進(jìn)行線(xiàn)連接。在IPM模塊中，DBC和一些部件在leadframe上進(jìn)行焊接。這會(huì)降低工具的靈活性，并且需要額外的工具。相比之下，只要引腳不改變，TMPIM在DBC的模具布局和結(jié)構(gòu)是完全靈活。

下一個(gè)階段是將leadframe焊接到DBC上。最后一個(gè)階段是模組封裝在環(huán)氧樹(shù)脂中的傳遞成型過(guò)程。引線(xiàn)Bond wire被切割，然后彎曲成形狀，在一個(gè)被稱(chēng)為修剪和成型的過(guò)程中。

這種方法比將芯片焊接到引線(xiàn)框架leadframe上的模塊的優(yōu)點(diǎn)是，很容易更改模塊中的配置或芯片。不同的引腳需要一個(gè)新的leadframe和修剪成型工具。由于該工具的成本高達(dá)數(shù)十萬(wàn)美元，因此該方法用于帶有標(biāo)準(zhǔn)引腳的模塊，如六個(gè)組件、變頻器-逆變器-制動(dòng)器（CIB）模塊（圖1）和帶有交錯(cuò)PFC的六個(gè)組件。

凝膠填充模塊更靈活，以改變定制的方式，但沒(méi)有相同的熱循環(huán)能力的轉(zhuǎn)移模制模塊。對(duì)于同樣的dbc焊接和線(xiàn)鍵連接方式，轉(zhuǎn)移模塑模塊將比凝膠填充模塊有更好的功率循環(huán)能力。

圖2：新TMPIM（轉(zhuǎn)移模塑PIM）模塊的橫截面。

圖2顯示了TMPIM相對(duì)于現(xiàn)有模塊的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)。為了便于說(shuō)明，這個(gè)比例尺被拉伸了。模塊總厚度為8mm。銷(xiāo)頂部和散熱器頂部之間的間隙為6mm，大于所需的5.5mm間隙。凝膠填充模塊也滿(mǎn)足這一要求，但它們厚得多（12毫米，而TMPIM為8毫米）；IPM模塊更薄。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)師需要塑造散熱器，這通常會(huì)增加額外的制造成本。

表1顯示了在考慮0.5mm焊盤(pán)環(huán)寬度、0.3mm鉆孔公差和引腳尺寸后，焊盤(pán)邊緣之間的間距。在設(shè)計(jì)TMPIM產(chǎn)品時(shí)，廣泛考慮了間距要求。

Table 1： Pad to pad spacing for TMPIM DIP-C2 CIB module

表1：TMPIMDIP-C2 CIB模塊的襯墊間距

在TMPIM中使用的IGBT是魯棒場(chǎng)阻II 1200 V IGBT，在150℃、900 V母線(xiàn)電壓和15V柵極驅(qū)動(dòng)下，短路額定值超過(guò)10 s。在發(fā)布之前，這些模塊在電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試中進(jìn)行了廣泛的測(cè)試，包括臺(tái)架測(cè)試。NCP 57000隔離門(mén)驅(qū)動(dòng)器來(lái)自O(shè)N半導(dǎo)體是理想的驅(qū)動(dòng)TMPIM。每個(gè)TMPIM使用6個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)程序。NCP 57000具有Desat功能，它檢測(cè)過(guò)載電流，然后執(zhí)行IGBT的軟關(guān)閉，以防止過(guò)高的電壓尖峰在短路條件下過(guò)快關(guān)閉。

TMPIM系列可實(shí)現(xiàn)1000多次熱循環(huán)。沒(méi)有任何散熱器的標(biāo)準(zhǔn)凝膠填充模塊通常只能實(shí)現(xiàn)200次熱循環(huán)。模塊的功率循環(huán)曲線(xiàn)顯示出良好的功率循環(huán)能力，取決于結(jié)溫的變化。對(duì)于TMPIM中的高功率模塊，使用高性能氧化鋁基板。當(dāng)讀取功率循環(huán)曲線(xiàn)時(shí)，較低的熱阻導(dǎo)致熱變化減少，從而導(dǎo)致較高的功率循環(huán)能力。

在半導(dǎo)體目前的TMPIM系列包括1200 V的CIB模塊，額定為25A，35A，35A的高性能襯底和50A的高性能襯底。該系列的新設(shè)計(jì)將包括650V CIB模塊，650V 6包，1200V 6 包和650V模塊，交錯(cuò)的PFC和6包。

總之，TMPIM系列所采用的方法可以將傳遞模塑模塊的使用擴(kuò)展到更高的功率水平，同時(shí)也為工業(yè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)逆變器的設(shè)計(jì)者提供了方便、緊湊、可靠的解決方案。