如今,，白色家電產(chǎn)品的節(jié)能問題日益受到世界各國的關(guān)注。家電產(chǎn)品用變頻控制器受批量,、家電產(chǎn)品價(jià)格的影響,，屬于量大價(jià)低的產(chǎn)品。而變頻控制器的核心器件無論在MCU還是IPM上均被國外企業(yè)壟斷，這樣一來,，家電企業(yè)就受到供貨延期,、斷貨等影響。國內(nèi)半導(dǎo)體企業(yè)經(jīng)過國家多年的支持與大力發(fā)展雖形成了一定的規(guī)模生產(chǎn)能力,，但成品并未大批量在產(chǎn)品上使用（國產(chǎn)化比例低于10%）,，主要是第三方公共檢測(cè)平臺(tái)在該領(lǐng)域檢測(cè)能力的缺失，導(dǎo)致變頻控制器產(chǎn)品缺乏質(zhì)量約束,，國產(chǎn)器件在沒有得到大量,、長期驗(yàn)證之前，很難被家電企業(yè)認(rèn)可和使用,，這已經(jīng)成為制約我國家用電器中變頻控制器國產(chǎn)化的關(guān)鍵問題,。

　　2020年7月1日，號(hào)稱“史上最嚴(yán)”空調(diào)新能效標(biāo)準(zhǔn)GB 21455-2019《房間空氣調(diào)節(jié)器能效限定值及能效等級(jí)》將正式執(zhí)行,。新國標(biāo)的實(shí)施將會(huì)使所有低能效,、高耗電的定頻和三級(jí)能效變頻面臨被淘汰的局面，這意味著更加舒適和節(jié)能的變頻機(jī)將占據(jù)絕對(duì)的主力,，同時(shí)也將為國產(chǎn)器件的發(fā)展帶來重大的機(jī)遇,。IPM 模塊作為變頻技術(shù)的核心電子元器件，在這個(gè)大趨勢(shì)中,，將發(fā)揮至關(guān)重要的作用,。

　長期被國外壟斷的IPM是什么？

　　IPM全稱為智能功率模塊（Intelligent Power Module）,。

　　我們都知道,，變頻控制器是變頻空調(diào)、冰箱,、洗衣機(jī),、電磁爐等的核心控制部件，它承擔(dān)了電機(jī)驅(qū)動(dòng),、PFC功率校正以及相關(guān)執(zhí)行器件的變頻控制功能,。而變頻控制器很重要的一環(huán)就是IPM模塊，IPM將功率器件芯片（IGBT+FRD或高壓MOSFET,、控制 IC和無源元件等這些元器件高密度貼裝封裝在一起（見圖1）,，通過IPM，MCU就能直接高效地控制驅(qū)動(dòng)電機(jī),，配合白家電對(duì)低能耗,、小尺寸、輕重量及高可靠性的要求,。

　　圖1：典型變頻器IPM將多種元器件封裝為模塊（圖源：安森美）

　　智能功率模塊的優(yōu)點(diǎn)頗多,，它不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起,，而且還內(nèi)藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測(cè)電路,，并可將檢測(cè)信號(hào)送到CPU或DSP作中斷處理,。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門級(jí)驅(qū)動(dòng)電路以及快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng),，也可以保證IPM自身不受損壞,。IPM一般使用 IGBT作為功率開關(guān)元件，并內(nèi)藏電流傳感器及驅(qū)動(dòng)電路的集成結(jié)構(gòu),。

　　智能功率模塊是半導(dǎo)體功率器件的重要組成,，是未來的發(fā)展方向，它的發(fā)展可以追溯到上世紀(jì)90年代,，以三菱,、三洋（IR）、仙童為代表,。三菱將其取名為IPM,，三洋（IR）命名為Hybrid IC，仙童取名為SPM,。

　　根據(jù)新思界產(chǎn)業(yè)研究中心公布的《2019-2024年智能功率模塊（IPM）行業(yè)市場(chǎng)深度調(diào)研及投資前景預(yù)測(cè)分析報(bào)告》顯示,，從整體來看，目前,，國內(nèi)IPM主要集中在白色家電“空冰洗”市場(chǎng),。而國內(nèi)高品質(zhì)高可靠的IPM卻一直由日系、德系和美系廠商占據(jù),，該報(bào)告中顯示,，國外品牌在國內(nèi)市場(chǎng)占有率高達(dá)86%。另據(jù)英飛凌官方數(shù)據(jù)顯示,，2018 年全球IPM市場(chǎng)規(guī)模為168億美元,，其中三菱占比最高為32.3%，安森美為18.9%,，國內(nèi)目前尚未出現(xiàn)份額超過0.5%的公司,，進(jìn)口替代迫在眉睫。

　　圖2：2018 年 IPM 供應(yīng)商市場(chǎng)份額（%）（圖源：華西證券研究所）

　　具體來看,，三菱,，安森美，英飛凌,，ST等企業(yè)都具有IPM產(chǎn)品,。三菱中小功率模塊,，SUPER MINI封裝5~50A的智能功率模塊,，最近兩年推出SLLIMM外形,，這些年三菱IPM以其高可靠性，方便易用贏得越來越大的市場(chǎng),。

　　安森美收購了三洋和仙童后擁有了IMS架構(gòu)和DBC架構(gòu)技術(shù),，晉身全球最佳的智能功率模塊（IPM）方案供應(yīng)商。公司全面的產(chǎn)品陣容涵蓋各種不同技術(shù)的模塊化方案,，應(yīng)用于汽車,、工業(yè)和消費(fèi)等領(lǐng)域。包括應(yīng)用于可變頻驅(qū)動(dòng),、自動(dòng)空調(diào),、泵的工業(yè)SPM?2/3系列、SIP IPM,；應(yīng)用于汽車的高壓IPM APM? 27系列和中壓IPM,，以及低于400 W和4 KW的消費(fèi)類IPM等。

　　2018年11月,，安森美推出了新的汽車級(jí)智能功率模塊,，采用APM16封裝的FAM65xxx提供全功能、集成的方案,。

　　2018年英飛凌推出CIPOS Mini產(chǎn)品家族的IM512和IM513系列,。它們是率先集成CoolMOS MOSFET的高效IPM（智能功率模塊），具備出色電氣性能,。較之傳統(tǒng)的IGBT IPM,，基于CoolMOS的CIPOS Mini IPM現(xiàn)在能顯著降低導(dǎo)通和開關(guān)損耗。

　　ST在電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有SLLIMM智能功率模塊產(chǎn)品,，其IPM主要是集成MOSFET,，這些年產(chǎn)品陣容不斷迭代擴(kuò)大。SLLIMM IPM是高度集成的緊湊型電源模塊,，旨在驅(qū)動(dòng)從幾瓦到3千瓦的電機(jī),，用于家用電器、空調(diào)逆變器,、風(fēng)扇和通用驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)用,。

　　當(dāng)然，除了家電市場(chǎng),，在工業(yè)和汽車領(lǐng)域,，IPM的發(fā)展仍然很值得關(guān)注。據(jù)了解,，一輛汽車IPM使用量可達(dá)4-5個(gè),，可廣泛地應(yīng)用在集成門極驅(qū)動(dòng)器、微控制器（MCU）,、功率硅和外圍元件的無傳感器驅(qū)動(dòng)等方案中,。而安森美以及ST等企業(yè),，也是為我們所熟知的在汽車領(lǐng)域有著卓越成績的企業(yè)。通過這些廠商的動(dòng)態(tài),，不難看出,，未來IPM或?qū)⒃谄囶I(lǐng)域大有可為。中國作為全球最大的家電市場(chǎng)和汽車市場(chǎng),，亦孕育著大規(guī)模的IPM市場(chǎng),。

　　國內(nèi)主流IPM廠家實(shí)力如何？

　　伴隨著全球各地家電領(lǐng)域的能耗新標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn),，IPM市場(chǎng)的爆發(fā)首先在家電領(lǐng)域展開,。在更為嚴(yán)格的能效法規(guī)的幫助下，家用電器的逆變,，無刷直流電機(jī)的日益使用,，尤其是可再生能源的長期趨勢(shì)，都提供了誘人的增長潛力,。目前,，國內(nèi)從事IPM模塊的企業(yè)有浙江嘉興斯達(dá)半導(dǎo)體、常州江蘇宏微科技有限公司,、吉林華微電子,、深圳比亞迪微電子、深圳芯能半導(dǎo)體,、廈門芯光潤澤,、南京銀茂微電子、杭州士蘭微電子,、美的,、格力等等。

　　去年4月26日,，美的空調(diào)在其舉行的媒體開放日活動(dòng)上回應(yīng)道,，美的空調(diào)在IPM模塊上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)自主可控，MCU芯片目前主要依靠外部采購,。據(jù)了解,，美的的IPM研發(fā)始于2010年，兩年后,，公司研制出了全國第一款I(lǐng)MS架構(gòu)的IPM,；2013年，美的實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)自研IPM的量產(chǎn),；2014年,，美的成立重慶IPM工廠，IPM模塊正式實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,；2015年,，美的自制IPM產(chǎn)量突破百萬枚/年,；2016年，發(fā)布IPM新品,；2017年，開發(fā)出IPM代工廠,，美的IPM進(jìn)入“自制+代工”的發(fā)展模式,，現(xiàn)已培養(yǎng)出多個(gè)代工廠；2018年,，美的中央研究院成立IPM技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,，面向全集團(tuán)開展IPM業(yè)務(wù)，從空調(diào)延伸至冰箱,、洗衣機(jī)等領(lǐng)域,。公司目前的IPM年產(chǎn)值1億元左右。

　　士蘭微電子可以說是布局IPM相對(duì)較早的一家廠商,，2010年,，在HVIC、IGBT 和MOS等芯片到位后士蘭就啟動(dòng)了IPM設(shè)計(jì),，此后幾年先后推出了多個(gè)IPM產(chǎn)品,，包括IPM23、DIP24/25/26/27,、SOP37單芯片等系列產(chǎn)品,，其芯片開發(fā)制造、封裝開發(fā)制造均自主完成,。經(jīng)過近十年的不斷耕耘,，士蘭取得了不錯(cuò)的成績。僅2019年上半年國內(nèi)多家主流的白電整機(jī)廠商在變頻空調(diào)等白電整機(jī)上使用了超過300萬顆士蘭IPM模塊,。2019年,，士蘭微IGBT器件成品和內(nèi)置IGBT的IPM產(chǎn)品銷售額雙雙過1億元人民幣，成為國內(nèi)白電TOP客戶的半導(dǎo)體供應(yīng)商,。

　　比亞迪半導(dǎo)體自主研發(fā)的BIP30（1200V35A/50A）系列智能功率模塊,，是目前國內(nèi)唯一車規(guī)級(jí)IPM產(chǎn)品，輸出功率最高可達(dá)7500W,，兼容三菱ver.4系列封裝形式,，已大規(guī)模用于新能源汽車及家電領(lǐng)域，裝車量已超過40萬輛,。與國外同類產(chǎn)品相比,，比亞迪BIP30系列交期短，供應(yīng)充足,，成本更低,，特別適用于新能源車用空調(diào)控制器,、變頻家電（商用空調(diào)、中央空調(diào),、中大功率柜機(jī)）,、中大功率工業(yè)變頻控制器等產(chǎn)品。

　　華微電子智能功率模塊是2013年建立,，華微控股子公司吉林華微斯帕克于2013年成立,，主營業(yè)務(wù)為智能功率模塊封裝與測(cè)試，以DIP23~29系列封裝為主,，年產(chǎn)能1800萬塊,。并且自主開發(fā)工業(yè)及汽車模塊，芯片及封裝全部自主生產(chǎn),。

　　斯達(dá)半導(dǎo)體一直深耕IGBT等功率半導(dǎo)體領(lǐng)域,，產(chǎn)品布局完善。公司自2005 年設(shè)立以來一直專注于IGBT的自主研發(fā),，公司 IGBT 模塊型號(hào)齊全,，目前形成了覆蓋工作電流 5A-3600A、 工作電壓 600V-3300V 的產(chǎn)品布局,。IPM模塊產(chǎn)品已研發(fā)出多個(gè),，電流范圍主要為10A-50A。

　　華潤安盛也在生產(chǎn)IPM模塊,，現(xiàn)在市場(chǎng)上主要看到DIP23的模塊,。安盛新品開發(fā)方向是聚焦塑封工藝模塊，從低功率模塊向更高功率產(chǎn)品開發(fā),，建立鋁基板,，框架，DBC完善的產(chǎn)品結(jié)構(gòu),。同時(shí)安盛也可代工DIP23/SOP23等小功率模塊產(chǎn)品,。

　　芯光潤澤是專業(yè)從事第三代半導(dǎo)體“碳化硅”功率器件及其相關(guān)的應(yīng)用模塊，集研發(fā),、制造,、銷售一體化的專業(yè)IDM廠商。2018年9月18日,，國內(nèi)首條全碳化硅智能功率模塊IPM產(chǎn)線在廈門正式投產(chǎn),，標(biāo)志著我國在碳化硅芯片這個(gè)新興行業(yè)又實(shí)現(xiàn)了一次重要突破。該碳化硅IPM產(chǎn)線由廈門芯光潤澤科技有限公司研發(fā),，并成為了國內(nèi)首家實(shí)現(xiàn)“SiC IPM”量產(chǎn)的企業(yè),。其生產(chǎn)的碳化硅產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于港口重機(jī)、家電、高鐵,、數(shù)據(jù)機(jī)房,、新能源汽車充電樁等領(lǐng)域，可以為這些行業(yè)器件提供高端核心功率部件,，大大提高國內(nèi)市場(chǎng)供給率,。

　　深圳芯能半導(dǎo)體技術(shù)有限公司成立于2013年，致力于IGBT芯片,、IGBT驅(qū)動(dòng)芯片以及大功率智能功率模塊的研發(fā),、應(yīng)用和銷售。目前芯能聚焦600V和1200V中小功率IGBT產(chǎn)品,，IGBT單管,、IPM,、IGBT模塊和HVIC四個(gè)領(lǐng)域都有完善的產(chǎn)品序列,。公司現(xiàn)有產(chǎn)品包括：IPM23、IPM24,IPM25,、IPM26,、IPM29，封裝形式有DIP23,、SOP23,、PQFN、DIP24,、DIP25,、DIP26、DIP29,。

　　西安中車永電電氣有限公司是中車永濟(jì)電機(jī)有限公司全資控股的專門從事電力電子產(chǎn)品的研發(fā),、生產(chǎn)、銷售,、服務(wù)的高技術(shù)企業(yè),。公司的IPM模塊產(chǎn)品主要有YMPC30-06S和YMPC20-06S兩種，電流分別是30A和20A,，主要應(yīng)用于空調(diào),、洗衣機(jī)、冰箱以及小功率傳動(dòng),。

　　杰群電子的IPM包括IGBT和適用于IGBT設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電路,，以及具有保護(hù)功能的IC。這些產(chǎn)品有助于高效率和設(shè)計(jì)簡化應(yīng)用,。DIPIPM-25L,、迷你SOPIPM-23L/32L、迷你DIPIPM-23L/32L等。主要應(yīng)用在電梯電機(jī)驅(qū)動(dòng),、不間斷電源,、放電加工機(jī)床等領(lǐng)域。

　　結(jié)語

　　在整體大環(huán)境和企業(yè)的不斷發(fā)展下,，變頻控制主芯片和IPM的國產(chǎn)化比例,，預(yù)計(jì)能從目前低于10%將可能提升到2025年的40%，以及2030年的80%,。新國標(biāo)的頒布將帶來一股換機(jī)熱潮,，國內(nèi)一眾IPM廠商能否把握住變頻家電快速普及的契機(jī)，增強(qiáng)企業(yè)在行業(yè)中的競(jìng)爭(zhēng)力,，將是我國IPM模塊進(jìn)口替代步伐的關(guān)鍵因素,。