具体实施方式

参考在附图中描述和/或示出的并在以下描述中详述的非限制性方面和示例，更全面地解释本公开的方面及其各种特征和有利细节。应当注意，附图中所示的特征不必按比例绘制，并且如本领域技术人员将认识到的，一个方面的特征可以与其他方面一起使用，即使本文未明确说明。可以省略公知组件和处理技术的描述，以免不必要地模糊本公开的各方面。本文使用的示例仅是为了促进理解可以实践本公开的方式，并且进一步使得本领域技术人员能够实践本公开的各方面。因此，本文的示例和方面不应被解释为限制本公开的范围，本公开的范围仅由所附权利要求和适用法律来限定。此外，应当注意，贯穿附图的若干示图，相同的参考数字表示相似的部件。

本公开描述了一种功率模块，该功率模块可以包括针对现有技术的宽带隙功率半导体装置(诸如氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等)优化的结构，与现有技术相比，该宽带隙功率半导体装置能够承载大量电流和电压并且以越来越快的速度开关。常规的功率电子封装在这些半导体的功能上受到限制，这些半导体具有旨在用于硅(Si)装置技术的内部布局。

所公开的功率模块可以被配置为以比标准封装方法显著更低的回路电感在并联装置的大阵列之间均匀地分配电流。具有梯形功率端子的多级电流路径简化了与汇流排系统(bussing system，总线系统)的外部连接，从而降低了功率模块与滤波电容器之间的电感。功率模块的布局是高度可配置的并且可以被配置为采用功率电子工业中常见的大多数功率电路拓扑。

所公开的功率模块通过添加更紧密的功率回路和逻辑外部端子布置，对内部模块性能、系统级实现、可制造性和易用性做出显著改进。

在这方面，所公开的功率模块可以被配置为提供以下各项中的至少一个或多个：

高度优化的低电感功率模块结构；

模块化、可缩放且灵活的布局和功率流；

使许多功率半导体均衡并联以形成高电流开关位置；

用于并联许多功率半导体的优化的栅极和感测信号结构；

用于温度感测和过电流保护的感测连接器；

适用于高达约1700V(伏)或更高的高压操作的形状因数；

可缩放的高度超过1700V操作；

用于优化的外部系统互连的多层内部导体布局；

模块化内部结构，被设计为适应各种现有技术的材料、附接、隔离和互连技术；

高度优化用于高性能系统级集成；

易于并联，促进直接放大到更高的电流；

可配置各种功率拓扑，包括半桥、全桥、三相、升压器、斩波器等布置；

可缩放系统实现以满足各种功率处理需求。

本质上，所公开的功率模块配置可以允许充分利用先进功率半导体的能力，从而提供功率密度、开关、效率等的显著改善。

功率模块的功率装置在结构和用途上存在范围。术语“功率装置”是指为高电压和高电流设计的各种形式的晶体管和二极管。晶体管可以是允许单向或双向电流流动的可控开关(取决于装置类型)，而二极管可以允许电流在一个方向流动，并且可以是不可控的。晶体管类型可以包括但不限于金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)、双极结型晶体管(BJT)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)等。

功率装置可以包括宽带隙(WBG)半导体，包括氮化镓(GaN)、碳化硅(SiC)等，并且提供优于作为功率装置的材料的常规硅(Si)的许多优点。然而，本公开的各个方面可以利用硅型功率装置，并且实现本文所述的许多优点。WBG半导体的关键度量可以包括以下非限制性方面中的一个或多个：

更高的电压阻断；

更高的电流密度；

更高的温度操作；

更快的开关；

改进的热性能；

更低的接通电阻(降低的传导损耗)。

更低的接通和关断能量(降低的开关损耗)。应当理解，WBG半导体的这些上述关键度量不是必需的，并且在本公开的某些方面可能无法实现。

为了有效利用WBG半导体装置，采用了功率模块(也称为功率封装)。功率模块可以提供多种功能，包括以下非限制性方面中的一个或多个：

提供功率半导体装置到有用拓扑的电互连；

保护敏感装置免受湿气、振动、污染等影响；

产生用于去除由于传导和开关损耗而从装置生成的废热的有效且高效的手段；

通过与内部布局的稳健功率和信号电连接促进系统级实现。功率和信号电连接可以是螺栓连接、压接、焊接、插头和插座等实现；

根据行业采用的标准，通过内部电介质封装和外部电压爬电和间隙距离提供电压安全性。

应当理解，这些上述功能不是必需的，并且在本公开的某些方面可能无法实现。

图1A示意性地示出了根据本公开的各方面的功率模块的基于半桥的拓扑。基于半桥的拓扑是许多开关功率转换器中的基本构件块。对于电机驱动器、逆变器和DC-DC转换器，这些拓扑通常连接到DC电源112，其中，一组DC链路电容器102作为DC电源112之间的中间连接。这在图1A中示意性地示出。DC链路电容器102可以用于过滤线路上的纹波并抵消电流路径中电感的影响。两个并联的半桥可以形成全桥，而三个并联的半桥可以形成三相拓扑。三相拓扑通常也称为六组，表示三相支路中的六个开关位置。此外，设想了用于功率模块的其他拓扑，包括公共源极、公共漏极和中性点箝位。

图1A进一步示出了具有一个或多个开关位置104的功率模块100。功率模块100可以包括第一端子106、第二端子108和第三端子110。

图1B示出了图1A的功率模块内部的DC链路电容器与开关位置之间的电流回路。DC链路电容器102与功率模块100内部的开关位置104之间的电流回路114在系统中至关重要，对半导体的开关性能具有显著影响。

没有系统是完美的；例如，在任何电气系统中都存在不期望的寄生电阻、电容和电感。这些阻抗对性能和可靠性引入不利影响，除非降低或减轻这些阻抗。尽管电阻和电容可以与每个互连相关联，但是对开关功率装置影响最大的可能是寄生电感。较高的电感导致磁场中较高的存储能量，这导致在开关转换期间的电压过冲和振铃。

图2示出了根据本公开的各方面的各种互连和相关联的阻抗。对于功率转换系统，诸如图1A所示的功率模块100的半桥配置，在包括DC链路电容器102、汇流排系统202和功率模块100等的每个组件内以及在DC链路电容器102、汇流排系统202和功率模块100之间的物理互连中存在阻抗204。图2描述了电感。功率转换器中通常存在更多的功能元件和相关联的阻抗；然而，对于开关性能，该回路可能是最重要的。

在大多数功率转换器中，在系统设计中必须仔细考虑这些电感。通常，这需要添加更多的DC链路电容器102或减慢开关速度以抵消寄生效应。虽然有效，但是会导致具有更高损耗的(由于在存在高电流和高电压两者的情况下更慢的开关事件)的更大的系统(更大和更重的电容器)。

在旨在用于Si装置的功率封装中，Si IGBT的典型接通和关断时间固有的足够慢，使得在内部功率回路中遇到的电感足够低。然而，对于诸如SiC MOSFET的宽带隙装置的极快开关，常规封装中的电感可以导致数百伏的电压过冲。

这些问题由于需要将许多SiC装置并联在一起以达到功率模块100中的高电流水平而被进一步放大。在各种组合中的功率开关和二极管的并联阵列(所有开关、所有二极管、交错二极管、边缘二极管等)被称为“位置”或“开关位置”。开关位置104中的每一个开关一起用作单个有效开关，从而通过降低有效电阻来增加电路可以处理的电流量或降低总损耗。

图3示出了根据本公开的各方面的开关位置的各种互连和相关联的阻抗。在开关位置104中，每个开关或功率装置302在结构中具有其自己的单独电流路径。如图3所示，每个互连具有相关联的阻抗204。如图3进一步所示，开关位置104可以包括任何数量的功率装置302，如箭头304处所示的符号所示。必须注意确保功率装置302之间的有效电流路径是均衡的，使得功率装置302各自看到匹配的电感。否则，在开关转换期间遇到的电流和电压可能无法跨开关位置104在功率装置302之间等效地共享，从而不均匀地对组件施加应力并且增加开关损耗。热效应加剧了这种情况-不均匀的电流负载和开关事件产生不均匀的热上升，这导致半导体特性的漂移和跨并联开关位置104的更多不稳定性。

常规功率封装通常被设计用于单个Si IGBT或这些装置的小阵列(通常为4个或更少)。因此，它们不适合以导致干净的、良好控制的开关的方式并联大量的SiC MOSFET和二极管(或类似的宽带隙装置)。

所公开的功率模块100为诸如宽带隙装置的功率装置302提供了解决方案，该解决方案可以包括以下非限制性方面中的一个或多个：

降低功率模块100的内部电感；

促进开关位置104中的并联功率装置302之间的均衡电流路径；

跨开关位置104在功率装置302之间均等地共享热量；

具有允许与DC链路电容器102低电感互连的外部结构；

能够在高电压(≥1700V)下安全地承载高电流(数百安培)。

应当理解，功率模块100的这些上述特征不是必需的，并且在本公开的某些方面中可能无法实现。

图4A示出了根据本公开的一个方面的功率模块的透视示意图；并且图4B示出了根据本公开的一个方面的功率模块的俯视示意图。具体地，在图4A和图4B中示出了功率模块100的半桥配置。所公开的功率模块100解决先前列出的与定制设计的功率布局和相关联的结构有关的每个问题，以促进最常见的桥式拓扑，其中，每个开关位置104拥有均衡的低电感电流路径。端子106、108、110可以被布置为使得到外部滤波DC链路电容器102的路径也可以具有相应低的电感，其中，不复杂的层压汇流条不需要弯曲或如以下更详细描述的特殊设计特征。

在图4A中描绘了功率模块100的单个半桥配置的功率端子引脚输出。V+端子106和V-端子108可以有意地靠近在一起(具有用于电压间隙的足够空间)放置，以在物理上最小化到DC链路电容器102的外部电流回路。

功率模块100可以包括信号端子502、504、506、508。信号端子502、504、506、508的特定引脚输出可以是模块化的并且可以根据需要进行修改。该配置如图4A所示。如图所示，存在用于差分信号传输的信号端子502、504、506、508的四对信号引脚。当然，可以实现任何数量的信号引脚和任何数量的信号端子以提供结合本公开所描述的功能。每个开关位置104可以利用具有用于栅极信号和用于最佳控制的源级开尔文的端子502、504的一对引脚。信号端子506、508的其他引脚对可以用于内部温度传感器、过电流感测或用于其他诊断信号。可以设想，如果必要，也可以将更多的引脚和/或更多的信号端子添加到任何行，只要它们不导致电压隔离问题。在一些方面，可以从诊断传感器生成其他诊断信号，该诊断传感器可以包括感测振动的应变仪等。诊断传感器还可以确定湿度。此外，诊断传感器可以感测任何环境或装置特性。

图5示出了根据本公开的各方面的并联配置中的多个单相模块。模块化是所公开的功率模块100的基础。功率模块100的单相配置可以容易地并联以达到更高的电流。如图5所示，示出了三个功率模块100，但是对以这种方式配置多少没有限制。在这方面，箭头510示出了额外的功率模块100可以并联布置。当并联时，对应端子106、108、110中的每一个可以电连接在功率模块100中的每一个之间。

图6A示出了根据本公开的各方面的第一功率模块配置；并且图6B示出了根据本公开的各方面的第二功率模块配置。所公开的功率模块100的可缩放性可以是另一限定特征。这在图6A和图6B中描述。如图6B所示，功率模块100的宽度可以延伸以与图6A所示的功率模块100相比适应每个开关位置104的更多并联装置。由于功率模块100的增加的电流，因此额外的紧固件孔512可以添加到端子106、108、110的功率触点。重要的是要注意，功率模块100可以如图5所示并联，或者可以如图6B所示缩放以匹配大多数功率水平，而不牺牲本公开的优点，包括例如低电感、干净的开关、高功率密度等。

图7示出了根据本公开的各方面的全桥配置中的功率模块；图8示出了根据本公开的各方面的三相配置中的功率模块；并且图9示出了根据本公开的各方面的具有全桥配置的单个功率模块。在一些方面，也可以在各种电气拓扑的形成中找到模块化，诸如，图7用于两个功率模块100的全桥配置，并且图8用于三个功率模块100的三相配置。对于这些拓扑，V+端子106和V-端子108可以互连，而相位输出端子110可以保持分离。图7和图8的配置也可以放置在单个壳体中并且可以被配置有如图9所示的共享底板，这可以增加功率密度，同时权衡更高的单元复杂性和成本。

尽管功率模块100的各种布置、配置和缩放的宽度版本覆盖了一系列应用和功率电平，但是核心内部组件和布局可以保持相同。这增强了所公开的功率模块100的模块化性质。该结构包含一系列模块，展示了高水平的性能，同时易于使用并且随着一系列客户特定系统而增长。

图10示出了根据本公开的各方面的功率模块的分解图；并且图11示出了图10的功率模块的局部示图。具体地，图10示出了功率模块100中的多个元件。这些元件包括底板602、垫圈604、一个或多个功率基板606、一个或多个边缘功率触点608、一个或多个开关位置104、一个或多个温度传感器610、壳体侧壁612、中心功率触点614、信号互连组件616、壳体盖618、紧固件620、系留紧固件622等中的一个或多个。在一个方面，底板602可以包括金属。在一个方面，金属可以包括铜。此外，可以设想，功率模块100可以包括比本文描述的元件更少或不同的元件。

功率模块100可以包括底板602。底板602可以向功率模块100提供结构支撑，以及促进功率模块100的热管理的散热。底板602可以包括诸如铜、铝等的基底金属或者可以提供热膨胀系数(CTE)匹配以减少热生成的应力的金属基复合材料(MMC)。在一个方面，MMC材料可以是诸如铜、铝等的高导电率金属和诸如钼、铍、钨的低CTE金属和/或诸如金刚石、碳化硅、氧化铍、石墨、嵌入的热解石墨等的非金属的复合物。根据材料，底板602可以通过机械加工、铸造、冲压等形成。底板602可以具有诸如镍、银、金等的金属镀层以保护底板602的表面并提高焊接能力。在一个方面，底板602可以具有平坦的背面。在一个方面，底板602可以具有凸起的轮廓以提高回流之后的平坦性。在一个方面，底板602可以具有用于直接冷却的钉状翅片642，如以下参考图43至图59进一步讨论的。

功率模块100可以包括垫圈604。垫圈604可以通过提供液密密封来改进封装处理。在这方面，功率模块100可以包括内部的电介质封装。垫圈604可以被注射成型、分配等，并且可以被应用在壳体侧壁612中的凹槽中，并且被压缩在壳体侧壁612与底板602之间。

功率模块100可以包括一个或多个功率基板606。一个或多个功率基板606可以为功率装置302提供电互连、电压隔离、热传递等。一个或多个功率基板606可以被构造为直接键合铜(DBC)、活性金属钎焊(AMB)、绝缘金属基板(IMS)等。在IMS结构的情况下，一个或多个功率基板606和底板602可以集成为相同的元件。在一些方面，一个或多个功率基板606可以用焊料、导热环氧树脂、银烧结等附接到底板602。在一个方面，可以存在两个功率基板606，每个开关位置104一个功率基板。

功率模块100可以包括一个或多个边缘功率触点608。一个或多个边缘功率触点608中的一个边缘功率触点的表面可以形成V+端子或第一端子106。一个或多个边缘功率触点608中的一个边缘功率触点的表面可以形成相位端子或第三端子110。一个或多个边缘功率触点608可以在外部系统与一个或多个功率基板606之间产生高电流路径。一个或多个边缘功率触点608可以通过蚀刻工艺、冲压操作等由金属片制成。一个或多个边缘功率触点608可以具有部分厚度弯曲辅助线624以促进一个或多个边缘功率触点608的弯曲以帮助最终组装。在一个方面，一个或多个边缘功率触点608可以折叠在系留紧固件622上。在一个方面，一个或多个边缘功率触点608可以直接焊接、超声波焊接等到功率基板606。一个或多个边缘功率触点608可以具有诸如镍、银、金等的金属镀层以保护表面并提高焊接能力。

在一个方面，边缘功率触点608的基底636可以被分成脚以帮助附接处理。基底636可以具有诸如镍、银和/或金的金属镀层以保护表面并提高焊接能力。

功率模块100可以进一步包括一个或多个开关位置104。一个或多个开关位置104可以包括功率装置302，该功率装置302可以包括并联放置的可控开关和二极管的任何组合以满足电流、电压和效率的要求。功率装置302可以用焊料、导电环氧树脂、银烧结材料等附接。功率装置302上的上部焊盘(包括栅极和源极)可以用功率引线键合(power wirebonds)628引线键合到上部焊盘相应的位置。功率引线键合628可以包括铝、铝合金、铜等引线，其可以在两个脚处超声波焊接等，从而在两个金属焊盘之间形成导电拱形。信号键合626可以以类似的方式形成并且可以是铝、金、铜等。在一些方面，在626处的功率引线键合的引线的直径可以小于功率引线键合628的引线的直径。

功率模块100可以进一步包括一个或多个温度传感器610。一个或多个温度传感器610可以用直接附接到功率基板606的电阻温度传感器元件来实现。也考虑了其他类型的温度传感器，包括电阻温度检测器(RDT)型传感器、负温度系数(NTC)型传感器、光学型传感器、热敏电阻、热电偶等。一个或多个温度传感器610可以用焊料、导电环氧树脂、银烧结材料等附接，并且然后可以引线键合到信号互连组件616。功率模块100可以进一步包括一个或多个诊断传感器，该诊断传感器可以包括感测振动的应变仪等。该诊断传感器还可以确定湿度。此外，该诊断传感器可以感测任何环境或装置特性。

功率模块100可以进一步包括壳体侧壁612。壳体侧壁612可以由合成材料形成。在一个方面，壳体侧壁612可以是注射成型的塑料元件。壳体侧壁612可以提供电绝缘、电压爬电和间隙、结构支撑以及用于保持电压和湿气阻挡封装的空腔。在一个方面，壳体侧壁612可以在注射成型工艺中用增强的高温塑料形成。

功率模块100可以进一步包括中心功率触点614。中心触点614的表面可以形成V-端子或第二端子108。中心功率触点614可以在外部系统与功率装置302之间产生高电流路径。中心功率触点614可以通过蚀刻工艺、冲压操作等由金属片制成。中心功率触点614可以通过嵌入壳体侧壁612(如图所示)而与下面的功率基板606隔离，或者可以如下所述锡焊或焊接到第二功率基板。如图11所示，中心功率触点614可以包括一个或多个孔632，用于接收将中心功率触点614紧固到壳体侧壁612的相应紧固件634。

如图11所示，低侧开关位置功率装置302可以从它们的端子直接引线键合640到中心功率触点614。中心功率触点614可以具有部分厚度弯曲辅助线624以帮助在最终组装阶段折叠。中心功率触点614可以具有诸如镍、银、金等的金属镀层以保护表面并提高键合能力。

功率模块100可以进一步包括信号互连组件616。信号互连组件可以是栅极-源极板。信号互连组件616可以是小信号电路板，从而促进从信号触点到功率装置302的电连接。信号互连组件616可以允许栅极和源极开尔文连接以及到额外节点或内部感测元件的连接。信号互连组件616可以允许功率装置302中的每一个的单独的栅极电阻器。信号互连组件616可以是布置在壳体侧壁612中的印刷电路板、陶瓷电路板、柔性电路板、嵌入式金属条等。在一个方面，信号互连组件616可以包括多个组件。在一个方面，信号互连组件616可以包括多个组件，每个开关位置104一个组件。

功率模块100可以进一步包括壳体盖618。该壳体盖618可以是合成元件。在一个方面，壳体盖618可以是注射成型的塑料元件。壳体盖618可以提供电绝缘、电压爬电和间隙以及结构支撑。在这方面，壳体盖618与壳体侧壁612一起可以形成封闭组件。封闭组件可以防止外来物质进入功率模块100的内部。在一个方面，壳体盖618可以在注射成型工艺中用增强的高温塑料形成。

功率模块100可以进一步包括紧固件620。紧固件620可以是螺纹形成螺钉。也可以考虑其他类型的紧固件。紧固件620可以用于直接拧入壳体侧壁612以紧固功率模块100中的多个元件。紧固件620可以用于壳体盖618附接、信号互连组件616附接、嵌入中心功率触点614(如果其没有通过另一方式嵌入)、用于将壳体侧壁612紧固到底板602等。

功率模块100可以进一步包括系留紧固件622。系留紧固件622可以是放置在壳体侧壁612和壳体盖618中的六角螺母，并且可以在边缘功率触点608和中心功率触点614折叠之后系留保持在边缘功率触点608和中心功率触点614下面。考虑其他类型的紧固件或连接器用于实现系留紧固件622。系留紧固件622可以促进到外部汇流条或电缆的电连接。系留紧固件622可以被布置为使得当功率模块100螺栓连接到汇流条时，系留紧固件622和边缘功率触点608被向上拉入汇流条，从而形成更好质量的电连接。如果系留紧固件622被固定到壳体，则系留紧固件622可以用于将汇流条向下拉入功率模块100中，这可能由于汇流条的刚度而形成不良连接。

在一个方面，壳体盖618可以包括形状与系留紧固件622的外部形状一致的孔以防止系留紧固件622旋转。相应的紧固件(如图26所示)可以被系留紧固件622接收。相应的紧固件延伸穿过中心功率触点614中的紧固件孔512以促进到外部汇流条或电缆的电连接。

在一个方面，壳体侧壁612可以包括形状与系留紧固件622的外部形状一致的孔以防止系留紧固件622旋转。相应的紧固件(如图26所示)可以被系留紧固件622接收。相应的紧固件延伸穿过一个或多个边缘功率触点608中的紧固件孔512以促进到外部汇流条或电缆的电连接。

为了实现低内部电感，功率模块100的电流路径可以宽、长度短，并且只要可能就重叠以实现磁通抵消。当行进通过回路的电流沿相反的方向非常接近地移动时，发生磁通量抵消，从而有效地抵消了其相关联的磁场。这种模块方法的主要优点是覆盖区的整个宽度用于传导。模块高度可以被最小化以减少电流必须行进通过结构的长度。

用于半桥相支路的功率回路如图11所示，其中，边缘功率触点608和中心功率触点614折叠起来以示出细节。宽的、低轮廓的边缘功率触点608和中心功率触点614将电流直接引入功率装置302。从端子表面到各个功率装置302的有效电流路径在功能上可以是等效的。此外，功率装置302可以放置得非常接近，从而最小化其相对回路电感的不平衡并且确保优异的热耦合。

图12A示出了根据本公开构造的功率模块的相支路的俯视图，其中，每个节点以半桥拓扑来识别；并且图12B示出了根据本公开构造的功率模块的相支路的示意图，其中，每个节点以根据图12A的半桥拓扑来识别。功率模块100可以包括一个或多个二极管。在一个方面，示意图中的二极管可以是反并联放置的分立二极管(未示出)。在一个方面，示意图中的二极管可以是实现为MOSFET(如图所示)的功率装置302的体二极管的表示。

在一个方面，电流路径可以在V+节点端子608处开始，该V+节点端子608可以附接到功率基板630和功率装置302中的上部功率装置的漏极D1。功率装置302中的上部功率装置的源极S1然后可以引线键合628到下功率基板焊盘630，该下功率基板焊盘630附接到低侧功率装置302的漏极D2以及相位功率端子608。最后，低侧功率装置302的源极S2可以引线键合628到V-功率接触端子614，该V-功率接触端子614可以在提供一些重叠的低功率基板630上方，并且可以与下面的功率基板630充分电压隔离。

图13示出了图12A和图12B的相支路的截面图；图14示出了包括电流路径的图12A和图12B的相支路的截面图。如图13所示，功率触点或端子106、108、110的接片在它们处于功率模块100结构的最终配置中时折叠。层厚度被放大以示出细节。当可视化电流流动时，该图中的所有元件都可以被视为导体。

图13进一步示出了功率模块100的梯形、多高度或多标高配置。在这方面，端子614的垂直位置被示出为高于端子608的垂直位置。高度差由箭头702表示。这种多高度配置可以提供以下更详细描述的关键回路。此外，多高度配置可以有助于提供汇流排连接，这也在下面进一步描述。

图14示出了从V+端子到V-端子的电流路径的重叠，表示根据本公开的各方面的用于干净开关的关键回路。电感与路径长度成比例，随着导体的横截面积的增加而减小，并且随着磁场中的磁通量的抵消而减小。所识别的路径从端子608开始，并且跨功率装置302流过功率基板630，通过功率装置302流到第二基板630，并由端子614输出。由于以下因素，所识别的路径是低电感的：

模块的低高度；

功率装置302与端子608、614非常接近；

所有功能元件的紧密包装；

导体的宽横截面积；

每个功率装置302的优化的并联引线键合628；

甚至在功率装置302之间共享电流；

在低侧开关位置电流方向反转时的磁通抵消；

外部V+/V-汇流条中的磁通抵消。

图15示出了根据本公开的一个方面的功率模块与汇流排的接触表面。V+端子608和相位端子608的接触表面可以是平面的，而V-端子614的顶部与其他部分偏移。如图15所示，该特征允许外部V+/V-叠层汇流排802、804接触两个端子608、614，而不需要叠层汇流排802、804中的弯曲。可以调整偏移距离702(如图13所示)以匹配汇流条金属和相关联的电介质隔离膜的厚度。

低内部模块电感与到DC链路电容器组102的汇流排802、804、806中最小化的外部电感组合导致功率模块100的优化结构以用于具有低电压过冲和稳定性能的干净、快速的开关事件。较小的回路电感导致DC链路电容器102上所需的总电容减小。

这些优点一起允许更低的开关损耗、更高的开关频率、改进的可控性和降低的EMI。最终，这帮助系统设计人员实现更高功率密度和更稳健的功率转换系统。

图16A、图16B和图16C示出了根据本公开的各方面的功率模块的端子的各个方面。V-端子614在功率模块100的中间的多层布局对于该设计可能是必要的。可以通过形成隔离结构的各种构造来实现该端子614的适当电压隔离，该端子614直接位于功率基板630上的输出迹线上方。该功率模块100设计与以下各项兼容：

图16A示出了V-端子614的隔离的一个方面。在这方面，功率模块100可以包括V-端子614的嵌入式隔离810。嵌入式隔离810可以由塑料或其他合成材料形成。嵌入式隔离810可以位于壳体侧壁612中作为桥接中心区域的条带810。在一个方面，条带810可以由塑料形成。功率触点614可以通过多种方法(包括诸如用螺纹形成螺钉的机械紧固、诸如通过塑料包覆成型工艺的直接集成、用塑料热熔操作铆接就位等)嵌入到条带810中。

图16B示出了V-端子614的隔离的另一方面。在这方面，功率模块100可以通过功率基板隔离形成V-端子614的隔离。在这方面，次级功率基板812可以用于通过其介电材料层(诸如陶瓷等)提供隔离。该次级功率基板812可以焊接、烧结或环氧树脂化到功率基板630，而功率触点614可以焊接或熔接到次级基板上的上部金属焊盘。这种方法的优点是中心功率触点614的改进的热传递，因为次级功率基板812是高导电性的并且将促进从功率触点614到冷板或散热器的热移除。

图16C示出了V-端子614的隔离的另一方面。在这方面，可以利用厚膜隔离814。厚膜隔离814可以利用直接在功率基板630上的印刷厚膜电介质，并且可以提供电压阻断。中心触点614可以通过环氧树脂附接到厚膜隔离814、直接焊接到印刷在电介质膜顶部的金属厚膜的薄层等。

在其他方面，V-端子614的隔离可以包括悬挂隔离(未示出)。在这方面，中心功率触点614可以悬挂在功率基板630上方足够的距离处，并且以类似于嵌入式方法的方式附接到壳体侧壁612。在这方面，填充功率模块100的凝胶封装可以提供电介质隔离。然而，中心触点614可能需要利用高刚度材料以不妨碍在低侧装置与触点之间形成功率引线键合628。

图17示意性地示出了根据本公开的各方面的并联的多个装置。具体地，图17示出了三个功率装置302。这仅是示例性的并且为了便于说明和理解。本公开的功率模块100可以包括任何数量的功率装置302。

栅极控制和感测信号显著影响功率模块100的开关性能，并且在并联开关位置104中可能特别重要。信号回路可以在功率模块100中优化以获得高性能、稳健性和均匀的电流共享。类似于功率回路，路径可以被配置为在长度上受限、在横截面上较宽，并且相关联的外部组件可以被放置为尽可能在物理上靠近信号端子502、504。

对于诸如晶体管、尤其是MOSFET的功率装置302的并联阵列，栅极电流的定时和幅度必须平衡以产生一致的接通和关断条件。功率模块100可以利用单独的镇流电阻器R_G1、R_G2、R_G3，这些镇流电阻器可以被放置在功率装置302的栅极附近，仅由栅极引线键合分开。这些组件是低电阻的并且有助于缓冲流向每个单独的功率装置302的电流。这些组件用于解耦功率装置302的栅极，从而防止振荡并帮助确保并联功率装置302的均衡接通信号。可以利用单个外部电阻器R_Driver并将其连接到这些并联的电阻器R_G1、R_G2、R_G3，用于控制有效开关位置104的接通速度。

根据应用，栅极电阻器R_G1、R_G2、R_G3可以是表面安装封装、集成厚膜层、印刷厚膜、引线键合芯片等。

图18示出了根据本公开的一个方面的有效栅极开关回路的透视图；并且图19示出了根据本公开的一个方面的有效栅极开关回路的俯视图。信号基板或信号互连组件616可以具有连接到信号互连组件616的板边缘上的栅极和源极开尔文连接器端子502、504的轨道816、818。上轨道818可以通过单独的栅极电阻器820连接到栅极引线键合焊盘，而下轨道816可以直接引线键合到功率装置302的源极焊盘。这可以被认为是真正的开尔文连接，因为源极开尔文键合不在电源键合的电流路径中。开尔文连接对于干净且高效的控制可能很重要，从而降低高漏极到源极电流对信号回路的影响。

图18和图19进一步示出了信号互连组件616的左手侧的可选信号连接506、508。这些连接可以用于温度测量或其他形式的内部检测。在一些方面，内部感测可以包括诊断感测，该诊断感测包括可以从诊断传感器生成的诊断信号，该诊断传感器可以包括感测振动的应变仪、感测湿度的传感器等。此外，诊断传感器可以感测任何环境或装置特性。在一个方面，温度传感器610可以放置在低侧位置。当然，也可设想温度传感器610的其他位置和布置。在一个方面，引线键合可以放置在漏极迹线旁边的上焊盘上(例如，电源装置302旁边)，用于过电流测量(在IGBT的情况下也称为去饱和保护)。当然，也可设想过电流测量的其他位置和布置。在一些方面，过电流传感器或去饱和传感器可以感测由到功率装置302的漏极的连接所确定的电压降。在一些方面，电流也可以通过跨功率装置302的电压降来感测。

该信号回路或信号互连组件616的这种实现可以确保跨开关位置104中的并联功率装置302的任何组合的质量控制和测量。标准PCB板到板连接器可以允许到外部栅极驱动器和控制电路的直接连接。

如图所示，该栅极分配网络可以用PCB实现。也可以直接在主功率基板630上、直接在底板602上等形成厚膜电路。这具有减少功率模块100的部件计数以及印刷栅极电阻器820的选项的益处。栅极电阻器820可以比PCB上的表面安装部件的尺寸小得多，因为可以不需要焊接端子，并且栅极电阻器820可以从冷板主动冷却，从而最小化组件的热尺寸限制。

图20示出了包括根据本公开的各方面的功率模块的部分示例性实现。在这方面，图20是在高性能系统中实现本公开的功率模块100的代表性示例性结构。该通用方法适用于许多其他配置和拓扑，用作如何在转换器中利用功率模块100的有用示例。该具体示例是用于三相电机驱动。在这方面，存在三个功率模块100。

所公开的功率模块100可以被配置为半桥相支路阵列(如图所示，三个)。额外的功率模块100可以被并联包括以根据应用需要增加电流。

图20的实现可以进一步包括冷板902。冷板902可以是高性能液体冷板、散热器等，用于将废热从功率模块100传输到另一源(液体、空气等)。

图20的实现可以进一步包括DC链路电容器102。DC链路电容器102可以实现为连接DC功率和功率模块100的滤波电容器。在一个方面，DC链路电容器102可以实现为单个电容器。在另一方面，根据负载和/或特定应用的功率需求，DC链路电容器102可以实现为形成电容器的“组”的多个组件。

图20的实现可以进一步包括冷板支座904。冷板支座904可以为冷板902提供结构支撑。冷板支座904可以如图所示配置，从而将功率模块100的端子106、108与电容器触点906提升并放置在平面内。在这方面，不具有弯曲的平坦的汇流条可以使组件互连。对于更高的功率密度或对于不同类型的电容器，可以调整冷板支座904的高度以最好地利用可用于转换器的元件的形状因数。这可能具有增加电气回路长度的相应折衷，因为过渡弯曲可能是必要的，并且将取决于系统具体要求。

图21示出了根据本公开的示例性层压汇流条；图22示出了根据图21的示例性层压汇流条的一部分；并且图23示出了根据图21的示例性层压汇流条的另一部分。功率端子布局可以设计成促进简单且有效的汇流条互连。为了最小化DC链路电容器102与功率模块100的端子106、108之间的电感，汇流条900可以具有厚导体910、912，并且汇流条900的厚导体910、912可以重叠。厚导体910、912可以由薄电介质膜914隔开。电流沿相反的方向流过厚导体910、912中的每一片，用于大大降低功率装置302与滤波DC链路电容器102之间的有效电感。厚导体910的上层可以被压花以在DC链路电容器102的配合表面处形成共面触点918，从而消除对可以干扰电性能的垫圈或间隔物的需要。

与上述系统级布局匹配的示例层压汇流条900可以包括导体V+平面912、导体V-平面910和电介质膜914中的一个或多个。

导体V+平面912可以将通过触点926的功率模块100的V+端子106连接到通过触点928的DC链接电容器102的V+端子，以及具有用于外部连接的端子920。

导体V-平面910可以将通过触点924的功率模块100的V-端子108连接到通过触点918的DC链接电容器102的V-端子，以及具有用于外部连接的端子922。触点918、924、926、928和端子920、922可以各自实现有紧固件孔，该紧固件孔被配置为接收紧固件以形成电连接。也可设想其他电连接实现。导体910、912可以包括孔940。导体910、912中的一个导体中的孔940允许接近导体910、912中的另一导体中的触点。

电介质膜914可以实施为放置在导体910、912的重叠金属层之间的薄电绝缘体。电介质膜914可以根据电气安全标准提供电介质绝缘。电介质膜914可以保持尽可能薄以最小化电感。薄膜也可以在不需要电连接的所有区域覆盖层压汇流条900的顶部和底部。取决于几何形状和可用空间，层压汇流条900的边缘916可以通过各种方法(包括收缩密封层压、环氧树脂密封、电介质插入物等)密封。在一些方面，电介质膜914材料可以用丙烯酸粘合剂粘附到层压汇流条900。在一些方面，层压汇流条900可以包括具有聚合物材料的收缩密封。在一些方面，层压汇流条900可以随后经受压力、热量和时间以形成层压件。

在一些方面，汇流条900和导体910、912具有大致平面的结构。更具体地，汇流条900可以具有大致平坦的上表面和大致平坦的下表面，如图15所示。在一些方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度限定了图13所示的偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是0.5mm至10mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是1mm至2mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是0.5mm至1mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是2mm至3mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是3mm至4mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是4mm至5mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是5mm至6mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是6mm至7mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是7mm至8mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是8mm至9mm，其对应于偏移距离702。在一个方面，导体910、912中的一个导体以及电介质膜914的厚度可以是9mm至10mm，其对应于偏移距离702。

图24示出了根据本公开的相位输出汇流条。对于三相电机驱动，如在该示例中，相位输出930可以不需要层压或重叠来最小化电感。这是由于相位输出汇流条930驱动电感负载的事实，这限制了减小输出路径上的电感的需要。因此，相位输出汇流条930可以是独立的元件，并且可以比层压DC链路结构简单得多。相位输出汇流条930可以包括用于接收紧固件以形成电连接的孔934。

高度期望测量来自每个相位的输出电流。这可以通过多种方法(诸如添加低电阻串联电阻器(称为分流器)并测量跨该低电阻串联电阻器的电压降，包括测量由电流生成的磁场并向控制器提供比例信号的传感器等)来执行。图24示出了用于该系统的输出汇流条930中的一个以及通过添加铁屏蔽932以将磁场聚焦在传感器可能位于的区域中来提高测量精度的配置。

相位输出汇流条930或导体可以被配置为提供从每个功率模块100的相位输出端子110到外部端子连接的转换。相位输出汇流条930或导体的形式和布置可以变化，并且取决于功率模块100的具体拓扑或布置。

铁屏蔽932或磁场集中器可以被配置为将由电流生成的磁场聚焦在可以放置传感器的目标区域中。这可能不是操作所必需的，但是在大多数转换器系统中提取输出电流测量值的高度有利的布置。

图25示出了包括根据本公开的各方面的功率模块和层压汇流条的示例性实现的透视图；图26示出了包括根据图25的功率模块和层压汇流条的示例性实现的第一截面图；并且图27示出了包括根据图25的功率模块和层压汇流条的示例性实现的第二截面图。图25至图27示出了具有上述层压汇流条900结构的电机驱动系统布局。如图25至图27所示，该系统可以包括功率模块100阵列、冷板902组件、DC链路电容器102、DC链路层压汇流条900组件和输出触点汇流条930。

DC链路电容器的端子的横截面如图26所示。图26示出了以汇流条900为特征的压花共面连接918以及在每个可行位置中的高度金属层压。板910、912之间的唯一间隔可以是金属板制造工艺(压花工具、工件夹持、公差等)和电介质隔离914(边缘密封、爬电距离、间隙)所需的最小面积。

图27所示的功率模块100的截面图示了从DC链路电容器组102到功率模块100的端子106、108的优化的重叠临界回路。这利用实际的代表性组件和物理设计约束来增强图15中讨论的概念。

总之，这种低电感、高电流互连结构对于所公开的功率模块设计可以是必要的，并且通过所公开的功率模块设计来实现。它们一起在DC链路电容器组102与开关位置104之间形成有效且高度集成的低电感路径。这种结构允许诸如宽带隙半导体的功率装置302的高效、稳定和非常高的频率开关。

图28示出了根据本公开的示例性单个模块栅极驱动器。栅极驱动器充用作功率放大器，从而向开关位置104传送驱动电流，同时在控制器与高压功率级之间提供电压隔离。也可以在开关位置104之间的驱动器模块之间保持隔离。对于高频开关，驱动器的输出级可以在物理上靠近开关位置104。

为安全起见，可以包括额外特征，诸如欠压、过压和过流保护。栅极驱动器电路可以被配置为确保功率模块100总是在安全操作区域中运行，并且在故障的情况下将小心地关闭。

利用这种功率模块设计，栅极驱动器可以直接安置在层压功率汇流排900上方。它们可以形成为单个PCB，并以与功率模块100相同的模块化方式扩展或缩放。可选地，驱动器也可以跨功率模块100的阵列集成在单个PCB上，从而节省尺寸但是由于板上的多个高压节点而增加了复杂性。驱动器的输出级可以直接位于与模块信号引脚接触的板到板连接器附近。

图28呈现了示例单个模块栅极驱动器400。对于每个开关位置104，可以复制单个模块栅极驱动器400元件。每个块的布置和具体布局可以是依赖于系统的，并且在本图中配置为通用示例。

单个模块栅极驱动器400元件可以包括控制信号连接器410、隔离电源420、信号隔离和调节组件430、放大器级440、块状栅极电阻器和局部电流滤波器450、传感器和保护组件460、功率模块信号连接器470和爬电扩展槽480中的一个或多个。单个模块栅极驱动器400可以布置在印刷电路板(PCB)402上。

控制信号连接器410可以被配置为连接控制器和栅极驱动器，使得差分控制和传感器信号可以通过电缆、板到板连接器或类似机制在控制器与栅极驱动器之间传输。

隔离电源420可以被实现为DC-DC转换器，从而为功率装置302的接通和关断提供所需的正电压和负电压。隔离电源420可以是足够高的功率以提供功率装置302所需的电流。控制级与功率级之间的隔离可以是该块的重要功能。

信号隔离和调节组件430可以包括用于提供低压控制与高压功率之间的控制信号的隔离以及调节驱动器的放大器级440的控制信号的电路。

放大器级440可以由分立或集成的组件形成。放大器级440可以将隔离的低功率控制信号转换成开关位置104操作所需的电流和电压。这应该在物理上尽可能靠近模块信号端子以实现干净的开关。

块状栅极电阻器和局部电流滤波器450可以是转换到输出引脚、块状栅极电阻器和局部电流滤波器450之前的最后阶段，并且可以用于调节开关位置104的接通和关断时间以匹配特定系统的需要。如果需要不同的开关特性，则这些可以是单组无源元件，或者作为具有用于接通和关断的不同电阻值的网络的一部分。本地滤波器还可以用于确保在开关事件期间保持高质量的电流源。

传感器和保护组件460可以包括电路，该电路可以包括欠压和过压保护、过流保护、温度感测以及在故障情况下安全关闭的机制。

功率模块信号连接器470可以位于PCB 402的下侧。功率模块信号连接器470可以连接栅极驱动器和功率模块100，从而提供到功率模块100内部的栅极分配网络的直接连接。这通常可以利用板到板连接器、直接焊料连接等来促进。线到板的连接也是可能的，但是可能需要驱动器在物理上靠近功率模块100。

爬电扩展槽480可以被配置为改善驱动器级之间的电压隔离，从而允许组件的更紧凑的封装。随着高压功率模块的尺寸持续缩小，电压隔离是日益增加的挑战。在PCB 402中切割槽可以是增加电压爬电距离而不增加板尺寸的一个选项。其他选项包括关键节点的局部灌装和用共形电介质涂层完全覆盖整个组件。更具体地，包括PCB 402的功率模块100的各种组件可以包括一个或多个组件的分立和/或局部灌装；并且包括PCB 402的功率模块100的各种组件可以包括在功率模块100的一个或多个组件、整个PCB 402和/或其他组件上的共形电介质涂层。

当如图29所示集成在一起时，栅极驱动器400和功率模块100形成紧凑的单个单元，该单个单元具有来自控制源的优化的低电感信号流，通过隔离、放大并且然后通过栅极电阻器网络直接分配到并联功率装置302的栅极。

图30示出了根据本公开的各方面的电流感测组件；并且图31示出了根据图30布置有相位输出汇流条的电流感测组件。存在多种感测电流的方法。在图30和图31所示的本公开的一个方面，可以利用诸如非接触式磁传感器的传感器980。传感器980可以与铁屏蔽932一起用于聚焦磁场。传感器980可以利用放置在该区域中的小传感器芯片，其产生与输出电流成比例的信号。图30示出了用于所有三相的单个PCB 936上的传感器的示例，并且图31示出了具有磁屏蔽的全输出汇流条结构。

图32示出了根据本公开的一个方面的示例性三相电机驱动功率堆叠。具体地，图32示出了具有先前描述的所有功能组件的示例性三相电机驱动功率堆叠。图32系统是高度集成的并且对于峰值电气性能是高度优化的。可设想诸如电容器组和EMI屏蔽外壳的电压感测的额外特征，并且将很好地集成在该高性能核心内。

图33示意性地示出了根据本公开的各方面的并联的多个功率装置。具体地，图33示出了四个功率装置302。功率装置302的这个数量仅是示例性的并且是为了便于说明和理解。本公开的功率模块100可以包括任何数量的功率装置302。

栅极控制和感测信号显著影响功率模块100的开关性能，并且在并联开关位置104中可能特别重要。信号回路可以在功率模块100中优化以获得高性能、稳健性和均匀的电流共享。在一些方面，可以利用用于信号回路的多层印刷电路板(PCB)。在这些方面，平行平面可以用于通量抵消和进一步的电感减小。因此，宽的、短的路径可以在其自身上折回以抵消磁场。给定功率模块100的几何约束，这有助于提供可能的最佳信号回路。类似于功率回路，路径可以被配置为在长度上受限、在横截面上较宽，并且相关联的外部组件可以被放置为尽可能在物理上靠近信号端子502、504。

对于诸如晶体管、尤其是MOSFET的功率装置302的并联阵列，栅极电流的定时和幅度必须平衡以产生一致的接通和定时条件。功率模块100可以利用单独的镇流电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、RG₄)，这些镇流电阻器可以被放置在功率装置302的栅极附近，仅由栅极引线键合分开。单独的镇流电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、RG₄)可以是低电阻的并且有助于缓冲流向每个单独的功率装置302的电流。单独的镇流电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、RG₄)用于解耦功率装置302的栅极，从而防止振荡并帮助确保并联功率装置302的均衡接通信号。可以利用单个外部电阻器R_DRIVER并将其连接到这些并联电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、RG₄)，用于控制有效开关位置104的接通速度。在一个方面，镇流电阻器820可以与每个功率装置302相关联。在一个方面，单独的镇流电阻器820可以与每个单独的功率装置302相关联。

在额外方面，功率模块100可以利用单独的镇流源级开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)，这些镇流源级开尔文电阻器可以被放置在功率装置302的源极开尔文连接附近。在一个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以仅由源极开尔文引线键合分开。在一个方面，源极开尔文电阻器822可以与每个功率装置302相关联。在一个方面，单独的源极开尔文电阻器822可以与每个单独的功率装置302相关联。源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以是低电阻的并且有助于缓冲流向每个单独的功率装置302的源极开尔文连接的电流。源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以用于解耦功率装置302的源极开尔文连接，从而防止振荡并有助于确保并联功率装置302的均衡信号。在具体方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以被配置和实现为解决单独的功率装置302的任何不匹配、单独的功率装置302的布局等。

在具体方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以被配置和实现为防止或减少各个功率装置302之间的反馈振荡，抑制各个功率装置302之间的反馈振荡，解耦各个功率装置302之间的源极开尔文信号，抑制各个功率装置302的源极开尔文信号之间的电流流动，均衡各个功率装置302的源极开尔文信号之间的电流流动，迫使流动通过各个功率装置302的电流流动通过电流路径等。此外，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以降低信号电感，确保功率装置302的栅极操作不减慢，最小化功率装置302中的栅极/源极过电压等。

根据应用，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)可以是表面安装封装、集成厚膜层、印刷厚膜、引线键合芯片、“自然”电阻路径(固有地增加电阻的材料/结构接口)等。在一个或多个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)和电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、R_G4)的电阻值可以相等。在一个或多个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)和电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、R_G4)的电阻值可以不同。在一个或多个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)的电阻值可以在0.5欧姆至1.5欧姆的范围内。在一个或多个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)的电阻值可以在0.5欧姆至2欧姆的范围内。在一个或多个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)的电阻值可以在0.5欧姆至5欧姆的范围内。在一个或多个方面，源极开尔文电阻器822(R_S1、R_S2、R_S3、R_S4)的电阻值可以在0.5欧姆至20欧姆的范围内。在一个或多个方面，电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、R_G4)的电阻值可以在1欧姆至20欧姆的范围内。在一个或多个方面，电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、R_G4)的电阻值可以在1欧姆至5欧姆的范围内。在一个或多个方面，电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、R_G4)的电阻值可以在1欧姆至10欧姆的范围内。在一个或多个方面，电阻器820(R_G1、R_G2、R_G3、R_G4)的电阻值可以在1.5欧姆至6欧姆的范围内。

图34示出了根据本公开的一个方面的有效栅极开关回路和功率模块的俯视图。具体地，图34示出了信号基板或信号互连组件616可以具有连接到信号互连组件616的板边缘上的栅极和源极开尔文连接器端子502、504的轨道816、818。轨道818可以通过单独的栅极电阻器820(电阻器R_G1、R_G2、…、R_GN)连接到引线键合焊盘，而轨道816可以通过单独的电阻器822(电阻器R_S1、R_S2、R_S3、…、R_SN)连接到功率装置302的源极焊盘。这可以被认为是真正的开尔文连接，因为源极开尔文键不在电源键合的电流路径中。开尔文连接对于干净且高效的控制可能很重要，从而降低高漏极到源极电流对信号回路的影响。

图34进一步示出了信号互连组件616上的可选信号连接506、508。连接506、508可以用于温度测量或其他形式的内部感测。在一些方面，内部感测可以包括诊断感测，该诊断感测包括可以从诊断传感器生成的诊断信号，该诊断传感器可以包括感测振动的应变仪、感测湿度的传感器等。此外，诊断传感器可以感测任何环境或装置特性。

在一个方面，传感器可以是温度传感器610，其可以放置在功率基板606或底板602上。在一个方面，功率基板606或底板602可以具有支撑功率装置302的金属表面和/或导电表面。在一个方面，功率基板606或底板602的表面的一部分850可以不同于支撑功率装置302的表面。在一个方面，部分850可以是金属表面和/或导电表面被去除、蚀刻、不存在等的部分。在一个方面，温度传感器610可以放置在功率基板606或底板602的金属表面已经被去除或不存在的区域中的功率基板606或底板602上。在这些方面，温度传感器610可以隔离并提供更精确的温度读数。当然，也可设想温度传感器610的其他位置和布置。

该信号回路或信号互连组件616的这种实现可以确保跨开关位置104中的并联功率装置302的任何组合的质量控制和测量。标准PCB板到板连接器可以允许到外部栅极驱动器和控制电路的直接连接。

如图所示，该栅极分配网络可以用PCB实现。也可以直接在主功率基板630上、直接在底板602上等形成厚膜电路。这具有减少功率模块100的部件计数以及印刷电阻器820、822的选项的益处。在一些方面，可以在壳体侧壁612和/或壳体盖618本身上使用厚膜或沉积和图案化的金属实现。电阻器820、822可以比PCB上的表面安装部件的尺寸小得多，因为可以不需要焊接端子，并且电阻器820、822可以从冷板主动冷却，从而最小化组件的热尺寸限制。

图35示出了包括根据本公开的一个方面的功率模块和壳体的配置的透视图；图36示出了图35的配置的侧视图；图37示出了图35的配置的局部透视图；图38示出了图35的配置的另一局部透视图；图39示出了图35的配置的另一局部透视图；图40示出了图35的配置的另一局部透视图；并且图41示出了图35的配置的另一局部透视图。

具体地，图35至图40示出了可以用于实现功率模块100、汇流条900、驱动器400、用于功率模块100和驱动器400的控制器、电容器102、传感器980等中的一个或多个的配置3500。在一个方面，配置3500可以利用功率模块100、汇流条900、驱动器400、用于功率模块100和驱动器400的控制器、电容器102、传感器980等中的一个或多个，如本文所述。在一个方面，配置3500可以利用一个或多个其他类型的功率模块、汇流条、驱动器、用于功率模块和驱动器的控制器、电容器、传感器等。

在一个方面，配置3500可以以多种功率拓扑(包括半桥、全桥、三相、升压器、斩波器、DC-DC转换器等布置和/或拓扑)实现。在图35至图40所示的方面，配置3500被示为实现三相拓扑。

特别参考图35，配置3500可以包括壳体3502。壳体3502可以包括顶部3504、中间部分3506和底部3508。然而，壳体3502可以以更少或更多数量的壳体部分实现。在一个方面，壳体3502可以由合成材料、塑料材料、金属材料等构成。在一个方面，壳体3502可以由塑料材料构成。在一个方面，壳体3502可以由可以注射成型的塑料材料构成。

进一步参考图35，在一个方面，顶部3504可以用机械紧固件3512机械紧固到配置3500。在其他方面，顶部3504可以利用其他组件和/或配置紧固到配置3500。在一个方面，顶部3504可以包括冷却槽3510以允许配置3500内的空气流过用于冷却目的。

进一步参考图35，在一个方面，中间部分3506可以布置在顶部3504与底部3508之间。底部3508可以被配置为接收顶部3504和中间部分3506以提供配置3500的各种组件的外壳。在一个方面，中间部分3506和/或底部3508可以进一步被配置为允许相位输出930延伸穿过其中。在实现其他拓扑的其他方面，中间部分3506和/或底部3508可以进一步被配置为允许其他类型的输出延伸穿过其中。

进一步参考图35，在一个方面，底部3508可以支撑中间部分3506。在一个方面，底部3508可以包括支撑件3514以支撑相位输出930。在另一方面，底部3508可以包括支撑件3514以在实现其他拓扑时支撑其他类型的输出。

在一个或多个方面，底部3508可以进一步包括孔3528，该孔3528被配置为允许到冷板902的流体连接3516从冷板902延伸。在一个方面，流体连接3516可以与冷板902相关联地接收流体源和/或传送用于冷却目的的流体。

参考图36，在一个方面，配置3500可以包括导体910、912。在一个方面，导体910、912可以布置在配置3500的与相位输出930的侧相对的侧。在一个方面，导体910、912可以布置在配置3500的与用于其他类型拓扑的其他类型输出的侧相对的侧。

在一个方面，配置3500可以包括冷却风扇3518。该冷却风扇3518可被配置为使空气移动通过配置3500的壳体3502以冷却配置3500的各种组件。在一个方面，冷却风扇3518可以位于配置3500的一侧的开口中，使得冷却风扇3518使空气移动通过开口，并且同样使空气移动通过图35所示的冷却槽3510。

在一个方面，配置3500可以包括电接口3520。在一个方面，电接口3520可以与功率模块100、汇流条900、驱动器400、用于功率模块100和驱动器400的控制器、电容器102、传感器980等中的一个或多个连接和交换数据。在一个方面，数据可以是控制信号、传感器信号、驱动信号、加载、移除或修改软件的信号等。在一个方面，电接口3520(或沿着该壁的其他连接器)可以替代地或另外为控制器和驱动器400提供低电压(12V至24V)功率。在具体方面，配置3500可以被配置为在导体910、912处连接到电源，通过电接口3520完全操作、控制和分析，并且提供来自相位输出930的输出。

参考图37，为了便于说明和理解，示出了去除顶部3504的配置3500。在一个方面，如图37所示，中间部分3506可以包括用于接收机械紧固件3512的部分3526。图37进一步示出了控制器3522、驱动器400以及控制器3522与驱动器400之间的有线连接3524。

参考图38，为了便于说明和理解，示出了从中间部分3506去除控制器3522、驱动器400和有线连接3524的配置3500。具体地，图38示出了用于支撑控制器3522、驱动器400、有线连接3524等的表面。

为了便于说明和理解，图39示出了去除中间部分3506的配置3500。具体地，图39示出了汇流条900、功率模块100、冷板902和传感器980的布置配置。具体地，图39示出了由底部3508支撑的汇流条900、功率模块100、冷板902和传感器980的布置和配置。

为了便于说明和理解，图40示出了去除中间部分3506和汇流条900的配置3500。如图40所示，针对配置3500示出了功率模块100、冷板902和传感器980的布置。具体地，图40示出了用于确保输入和输出连接附接到相位输出930和导体910的组件3530。在一个方面，用于确保附接的组件3530可以是机械紧固件。在一个方面，机械紧固件可以是被配置为接收相应的阳螺纹组件的阴螺纹组件。在一个方面，机械紧固件可以是六角螺母。

为了便于说明和理解，图41示出了去除中间部分3506、汇流条900、功率模块100、冷板902和传感器980的配置3500。如图41所示，配置3500的底部3508可以包括用于连接到中间部分3506的结构3540。如图41所示，配置3500的底部3508可以包括用于至少保持功率模块100和冷板902的结构3542。如图41所示，配置3500的底部3508可以包括用于至少保持电容器102的结构3544。在一些方面，结构可以是肋、加强部分、机械紧固件接收部分等。

在一个方面，配置3500可以实现为评估系统、评估套件、测试系统等。为简洁起见，该实现被广义地定义为评估套件。在具体方面，配置3500的评估套件实现可以被配置为在导体910、912处连接到电源，通过电接口3520完全操作、控制和分析，并且提供来自相位输出930的输出。在这方面，用户可以实现配置3500的评估套件实现以便在实现和制造实现本公开的功率模块100的系统之前执行测试、模型化等。在一个方面，用户可以实现配置3500的评估套件实现以便针对功率模块100的具体应用执行测试、模型化等。在一个方面，该应用可以是功率系统、电机系统、汽车电机系统、充电系统、汽车充电系统、车辆系统、工业电机驱动器、嵌入式电机驱动器、不间断电源、AC-DC电源、焊机电源、军事系统、逆变器、用于风力涡轮机、太阳能电池板、潮汐发电站和电动车辆(EV)的逆变器、转换器等。

图42示出了实现和操作包括功率模块的配置的处理。具体地，图42示出了实现和操作配置的处理4200。在一个方面，处理4200可以利用本文公开的配置3500来实现。

处理4200可以进一步包括在壳体3502中组装功率模块100和相关联的组件以形成如框4202所示的配置3500。在一个方面，配置3500可以被组装成包括功率模块100、汇流条900、驱动器400、用于功率模块100和驱动器400的控制器、电容器102、传感器980等中的一个或多个。在一个方面，配置3500可以与功率模块100、汇流条900、驱动器400、用于功率模块100和驱动器400的控制器、电容器102、传感器980等中的一个或多个组装在一起，如本文所述。在一个方面，配置3500可以被组装成包括一个或多个其他类型的功率模块、汇流条、驱动器、用于功率模块和驱动器的控制器、电容器、传感器等。

处理4200可以进一步包括将配置连接到电源4204。在一个方面，配置3500的导体910、912可以连接到电源。在一个方面，配置3500的导体910、912可以连接到DC电源。

处理4200可以进一步包括操作4206配置3500。在一个方面，可以操作配置3500，使得功率模块100、汇流条900、驱动器400、用于功率模块100和驱动器400的控制器、电容器102、传感器980等中的一个或多个提供输出。在一个方面，配置3500可以被编程为实现操作4206配置3500的方面。在一个方面，配置3500的控制器可以被编程为实现操作配置3500的方面。在一个方面，配置3500的驱动器400可以被编程为实现操作配置的方面。

处理4200可以进一步包括测量包括功率模块100和相关联的组件的配置3500的各种操作参数4208。在一个方面，可以操作配置3500，使得各种内部传感器输出传感器数据。在一个方面，可以操作配置3500并连接到输出传感器数据的外部传感器，诸如示波器、计算机系统等。在一个方面，各种传感器数据可以由计算机系统收集。计算机系统可以包括处理器、存储器、操作系统等。在一个或多个方面，输出传感器数据可以基于和/或包括与功率模块100或由配置3500实现的其他组件相关的开关损耗、温度、电感、开关速度、过冲、波形分析等。在一个方面，测量配置3500的各种操作参数4208可以针对功率模块100的具体应用。在一个方面，该应用可以是功率系统、电机系统、汽车电机系统、充电系统、汽车充电系统、车辆系统、工业电机驱动器、嵌入式电机驱动器、不间断电源、AC-DC电源、焊机电源、军事系统、用于风力涡轮机、太阳能电池板、潮汐发电站和电动车辆(EV)的逆变器、转换器等。

处理4200可以进一步包括向人机界面输出4210操作参数。在一个方面，操作参数可以由计算机系统分析。在一个方面，计算机系统可以分析包括传感器数据的操作参数以生成输出。在一个方面，输出可以被提供给人机界面。在一个方面，人机界面可以包括显示器、打印输出、分析文件等中的一个或多个。

处理4200可以进一步包括修改配置4212的方面并重复处理4200。在一个方面，可以修改配置3500以包括与本公开一致的额外组件。在一个方面，可以修改配置3500以包括与本公开一致的更少的组件。在一个方面，可以修改配置3500的控制器程序。在一个方面，可以修改配置3500的驱动程序400程序。在一个方面，可以修改配置3500的工作电压或电流。

在一个或多个方面，本公开的功率模块100可以被配置为以各种性能特性操作。然而，性能特性可以不必限于本公开中阐述的具体实现和方面。下面描述了各种性能特性以及可以部分提供性能特性的示例性构造和实现的示例性细节。然而，各种性能特性不应局限于功率模块100的具体公开方面。在某些方面，各种性能特性和示例性构造实现可以与较低电压实现相关联。在一个方面，较低电压实现可以被定义为包括低于3.4Kv操作的实现。在一个方面，较低电压实现可以被定义为包括低于3.3Kv操作的实现。在一个方面，较低电压实现可以被定义为包括低于3.0Kv操作的实现。在一个方面，较低电压实现包括在100v-3400v、100v-3300v、100v-3000v、100v-2500v、100v-2000v和100v-1700v范围内操作的实现。在一个方面，较高电压实现可以被定义为包括大于3.3Kv操作的实现。在一个方面，较高电压实现可以被定义为包括大于3.0Kv操作的实现。在一个方面，较高电压实现包括在3400v-5000v、3300v-5000v、3000v-5000v、3400v-10000v、3300v-10000v、3000v-10000v范围内操作的实现。在这方面，实现如本文所定义的较低电压实现的本公开各方面可以与如本文所定义的较高电压实现区分开。例如，在一些方面，可以基于以下各项中的一个或多个将较低电压实现与较高电压实现区分开：功率模块100的导体和/或端子之间的间距、功率模块100内的功率回路的配置、功率模块100的基本布局、功率模块100的载流容量和/或载流能力、功率模块100的基板厚度、功率模块100的端子布局、功率模块100的热性能、用于解决功率模块100的爬电问题的配置、用于解决功率模块100的间隙问题的配置、功率模块100的绝缘配置、功率模块100的汇流条配置等。在这方面，至少一个或多个上述方面可以将低电压实现与高电压实现区分开。

在一个或多个方面，本公开的功率模块100可以被配置为以以下寄生杂散电感操作。在一个方面，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于12(nH)。在一个方面，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于11(nH)。在一个方面，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于7(nH)。在一个方面，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于4(nH)。在一个方面，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于3(nH)。

在一个方面，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以具有12(nH)至2(nH)、10(nH)至2(nH)和4(nH)至2(nH)的范围。

在一个方面，对于具有特定回路长度和/或横截面积的功率模块100，功率模块100的图1B中所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于4(nH)。在一个方面，对于具有特定回路长度和/或横截面积的功率模块100，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于8(nH)。在一个方面，对于具有特定回路长度和/或横截面积的功率模块100，功率模块100的图1B所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以小于12(nH)。在一个方面，对于具有特定回路长度和/或横截面积的功率模块100，功率模块100的图1B中所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以具有4(nH)至2(nH)的范围。在一个方面，对于具有特定回路长度和/或横截面积的功率模块100，功率模块100的图1B中所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以具有8(nH)至4(nH)的范围。在一个方面，对于具有特定回路长度和/或横截面积的功率模块100，功率模块100的图1B中所示的回路114中的临界功率开关的总杂散电感值可以具有12(nH)至8(nH)的范围。

在一个或多个方面，本公开的功率模块100可以被配置为以以下开关速度操作。

在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于100(A/ns)di/dt。在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于90(A/ns)di/dt。在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于80(A/ns)di/dt。在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于50(A/ns)di/dt。在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于35(A/ns)di/dt。

在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有30(A/ns)di/dt至100(A/ns)di/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有30(A/ns)di/dt至70(A/ns)di/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有40(A/ns)di/dt至90(A/ns)di/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有30(A/ns)di/dt至40(A/ns)di/dt的范围。

在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于120(V/ns)dv/dt。在一个方面，功率模块100的开关速度可以小于100(V/ns)dv/dt。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有20(V/ns)dv/dt至100(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有40(V/ns)dv/dt至100(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有60(V/ns)dv/dt至100(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有80(V/ns)dv/dt至100(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有60(V/ns)dv/dt至80(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有40(V/ns)dv/dt至60(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有20(V/ns)dv/dt至40(V/ns)dv/dt的范围。在一个方面，功率模块100的开关速度可以具有60(V/ns)dv/dt至80(V/ns)dv/dt、40(V/ns)dv/dt至60(V/ns)dv/dt、20(V/ns)dv/dt至40(V/ns)dv/dt的范围。

在一个或多个方面，本公开的功率模块100可以被配置为以以下开关损耗操作。

在一个方面，功率模块100的开关损耗可以小于0.5(mJ/A)毫焦耳每安培。在一个方面，功率模块100的开关损耗可以小于0.4(mJ/A)毫焦耳每安培。在一个方面，功率模块100的开关损耗可以小于0.25(mJ/A)毫焦耳每安培。在一个方面，功率模块100的开关损耗可以具有0.5(mJ/A)毫焦耳每安培至0.25(mJ/A)毫焦耳每安培的范围。在一个方面，功率模块100的开关损耗可以具有0.25(mJ/A)毫焦耳每安培至0.4(mJ/A)毫焦耳每安培的范围。

在本公开的方面，功率模块100的宽度和长度可以是可缩放的，使得功率模块100可以被配置得更宽(更多的功率装置302，更小的电感)或更小(更小的尺寸，更低的成本)。下表示出了各种范围的实现，包括最小实际宽度和最大预期尺寸(大致为正方形占用面积)。功率装置利用率可以被定义为由功率装置面积与总功率模块面积的比率计算的百分比。在一个方面，本公开中使用的面积通过宽度乘以长度来计算。在这方面，宽度可以沿着跨功率模块100延伸的轴线限定，如图11所示；并且长度可以沿着垂直于宽度的轴线限定，如图11所示。下表提供了一组特定的非限制性规范。

在本公开的一个方面，功率模块100可以具有在7％至10％范围内的功率装置利用面积。在本公开的一个方面，功率模块100可以具有6％至8％范围内的功率装置利用面积。在本公开的一个方面，功率模块100可以具有在5％至7％范围内的功率装置利用面积。

在各个方面，功率模块100的高度也可以是可伸缩的。在这种情况下，功率模块100可以被配置为尽可能薄以最小化电感。该高度可以基于(A)1700V操作所需的爬电距离和间隙规范、(B)引线键合的高度以及(C)所使用的封装材料的类型来设置。对于较低范围的电压模块(650V)，可以进行一些设计改变以降低高度。相对照地，对于更高范围的电压装置，功率模块100可以被制造得更高。在各个方面，本公开中使用的高度被定义为垂直于宽度和长度。参考图4A，示出了功率模块100的示例性高度。功率模块的高度可以在7mm至30mm、9mm至11mm、11mm至13mm、13mm至15mm、15mm至17mm、17mm至19mm、19mm至21mm、21mm至23mm和23mm至27mm的范围内。下表提供了一组特定的非限制性规范。

功率触点参数

功率触点或端子106、108、110可以被配置和构造成宽的并且以给定的实际电压爬电距离/间隙限制尽可能多地填充功率模块100的最大百分比。宽度比将触点或端子106、108、110的宽度与功率模块100的宽度进行比较。在一个方面，功率模块100的宽度可以是底板602的宽度。在一个方面，功率模块100的宽度可以是一个或多个功率基板606的宽度。在一个方面，功率模块100的宽度可以是壳体侧壁612之间的宽度。在一个方面，功率模块100的宽度可以是壳体盖618的宽度。长度比取所有三个触点或端子106、108、110的接触长度，并将其与总功率模块100的长度进行比较。在一个方面，功率模块100的长度可以是底板602的长度。在一个方面，功率模块100的长度可以是一个或多个功率基板606的长度。在一个方面，功率模块100的长度可以是壳体侧壁612之间的长度。在一个方面，功率模块100的长度可以是壳体盖618的长度。面积比将总接触面积与总功率模块100面积进行比较。在一个方面，功率模块100的面积可以是底板602的面积。在一个方面，功率模块100的面积可以是一个或多个功率基板606的面积。在一个方面，功率模块100的面积可以是壳体侧壁612之间的面积。在一个方面，功率模块100的面积可以是壳体盖618的面积。基底比将总触点基底宽度与功率模块100的宽度进行比较。这假设在基底周围有焊料圆角。在一个方面，功率模块100的宽度可以是底板602的宽度。在一个方面，功率模块100的宽度可以是一个或多个功率基板606的宽度。在一个方面，功率模块100的宽度可以是壳体侧壁612之间的宽度。在一个方面，功率模块100的宽度可以是壳体盖618的宽度。下表提供了一组特定的非限制性规范。

在一个方面，功率模块100可以具有大于20％的端子面积比。在一个方面，功率模块100可以具有大于25％的端子面积比。在一个方面，功率模块100可以具有大于30％的端子面积比。在一个方面，功率模块100可以具有在20％至25％范围内的端子面积比。在一个方面，功率模块100可以具有在25％至30％范围内的端子面积比。在一个方面，功率模块100可以具有在30％至35％范围内的端子面积比。

在一个方面，功率模块100可以具有在70％至80％范围内的基底比。在一个方面，功率模块100可以具有80％至90％范围内的基底比。在一个方面，功率模块100可以具有90％至95％范围内的基底比。

在各个方面，基底636可以被配置为“羽化”或“手指化”触点的脚。在一些方面，基底636的分开的脚可以为焊料提供更多的空间以围绕连接器的侧面倒角，从而增加多个方向和轴线的强度。分开的基底636可以分散应力，并且可以提高可靠性。

通过减少对外部汇流条900中的弯曲或偏移的需要，V+和V-功率触点的垂直偏移702可以用于最小化系统的总回路电感。在一些方面，降低的汇流条900的复杂性也可以降低成本。在一个方面，垂直偏移702可以是3.25mm(金属厚度为3mm，并且层压隔离为0.25mm)。在其他方面，垂直偏移702可以具有以下实际范围：2mm-3mm、3mm-4mm、4mm-5mm和5mm-6mm。下表提供了一组特定的非限制性规范。

基板参数

功率基板606也可以被配置为宽并且尽可能充满功率装置302。本公开的各方面包括高装置面积/基板面积利用率。功率装置302的间距可以由散热、热性能、最佳可制造性的处理设计规则等来确定。功率装置比率将有源装置面积与总功率基板606宽度进行比较。在这方面，宽度可以沿着延伸穿过多个功率装置302的轴线限定，如图11所示。功率基板606宽度的一部分可以用于过电流和温度传感器610。在一些方面，功率装置比率百分比数可以在没有这些特征的情况下增加。在一个方面，功率模块100可以具有大于60％的有源装置面积。在一个方面，功率模块100可以具有大于65％的有源装置面积。在一个方面，功率模块100可以具有大于70％的有源装置面积。在一个方面，功率模块100可以具有60％至65％的有源装置面积。在一个方面，功率模块100可以具有65％至70％的有源装置面积。在一个方面，功率模块100可以具有70％至75％的有源装置面积。下表提供了一组特定的非限制性规范。

在一些方面，功率基板606的金属厚度可以如下配置。在各个方面，金属的厚度可能是热性能、封装电阻、成本等的折衷。在一个方面，功率基板606的金属厚度可以小于0.5mm。在一个方面，功率基板606的金属厚度可以小于0.3mm。在一个方面，功率基板606的金属厚度可以是0.2mm。在一个方面，功率基板606的金属厚度可以在0.1mm至0.6mm、0.2mm至0.3mm、0.3mm至0.4mm、0.4mm至0.5mm和0.5mm至0.6mm的范围内。

引线键合参数

功率引线键合628可以是下表中列出的任何直径。在一个方面，可以使用12mil(0.30mm)直径的铝键合。在一个方面，键合的直径可以是0.15mm至0.25mm、0.2mm至0.3mm、0.25mm至0.35mm、0.35mm至0.45mm和0.45mm至0.55mm。在其他方面，可以利用更大直径的铝键合以及更大直径的铜键合。在进一步的方面，焊接的铜接线片可以用于最大电流能力。在一个方面，功率引线键合628的直径可以在0.15mm至0.6mm的范围内。在一个方面，功率引线键合628的直径可以在0.19mm至0.52mm的范围内。在一个方面，功率引线键合628的直径可以在0.2mm至0.51mm的范围内。下表提供了一组特定的非限制性规范。

在一个方面，功率引线键合628可以包括铝引线键合、铝带键合、铜引线键合、铜带键合、铜焊接、铜烧结接线片等，如下表所示。

在具体方面，引线键合628可以被配置为具有下表中列出的回路儿何形状。在各个方面，回路几何形状可以被配置为尽可能低的轮廓和尽可能短的长度以最小化电阻。键合长度由功率装置302的管芯的放置和功率模块100的配置确定。在一个方面，引线键合长度可以具有4mm至12mm的范围。在一个方面，引线键合长度可以具有5mm至11mm的范围。在一个方面，引线键合回路高度可以具有0.5mm至3mm的范围。在一个方面，引线键合回路高度可以具有1mm至2.5mm的范围。下表提供了一组特定的非限制性规范。

在一个方面，该配置可以利用每个功率装置302增加的或最大数量的键合628。键合628的数量可以取决于管芯的尺寸、焊盘面积和键合直径。下表提供了一组特定的非限制性规范。具体地，下面列出的值是针对MOSFET的不同尺寸实现。

在一个方面，每个功率装置302可以被实现为具有3至12个键合628。在一个方面，每个功率装置302可以被实现为具有4至10个键合628。在一个方面，每个功率装置302可以被实现为具有4以上的键合628。在一个方面，每个功率装置302可以被实现为具有6个以上的键合628。在一个方面，每个功率装置302可以被实现为具有8个以上的键合628。在一个方面，每个功率装置302可以被实现为具有10个以上的键合628。

电感和开关参数

功率模块100的电感可以由总回路长度、横截面积、磁通抵消等来确定。在各个方面，功率模块100可以被配置为通过将功率模块100配置为具有低轮廓、使用宽的功率触点并在回路折回其自身之上时在功率模块100中实现一些磁通抵消来最小化电感。功率模块100的宽度也可以对电感有很大影响。

下表基于功率模块100的具体实现并提供电感和其他模拟结果来确定其他配置的电感。最低电感配置假设功率模块100也可以被配置得更薄(即先前列出的650V厚度)。dV/dt最大值对功率模块100没有限制。

di/dt值被计算为假设1200V装置和800V总线的理论最大值。这可能导致最大400V的可能过冲。在这方面，计算假设了2nH总线回路电感，其与功率模块100串联添加。假设这一点，在一个方面，在下表中列出功率模块100可以开关的最快速度。

在一个或多个方面，已经通过使用非常积极的开关测试特定实现来确定损耗。在一个方面，损耗可以具有0.25mJ/A至0.050mJ/A、0.25mJ/A至0.040mJ/A和0.25mJ/A至0.035mJ/A的范围。下表提供了一组特定的非限制性规范。

在方面1中，功率模块100的总杂散电感值可以具有9(nH)全11(nH)的范围。在方面2中，功率模块100的总杂散电感值可以具有6(nH)至7(nH)的范围。在方面3中，功率模块100的总杂散电感值可以具有3(nH)至4(nH)的范围。在方面4中，功率模块100的总杂散电感值可以具有2(nH)至3(nH)的范围。

图43至图58示出了根据本公开的一个方面的功率模块。

在这方面，由于功率装置302和其他组件的高电流密度，图43至图58的功率模块100的热性能可以被配置用于最大化热通量、减小系统尺寸、降低成本等。具体地，图43至图58所示的功率模块100可以包括本文公开的任何一个或多个方面。此外，图43至图58的功率模块100可以进一步被配置用于直接冷却以最大化热通量、减小系统尺寸、降低成本等。另外，利用功率模块100实现直接冷却可以去除或消除功率模块100与冷板或散热器之间的热接口以及布置在冷板顶表面与冷却流体之间的任何材料或结构。在这方面，现有技术实现包括布置在功率模块与冷板之间的接口中的热界面材料(TIM)，并且TIM的使用可能具有应用于表面、老化、泵出等的问题。通过直接冷却功率模块100的底板602表面，可以在功率模块100和相关联的结构中处理更大量的热通量。

在一个方面，功率模块100可以包括多个钉状翅片642。在一个方面，多个钉状翅片642可以被配置为从功率模块100的一个或多个组件传递热量。在一个方面，多个钉状翅片642可以被配置用于冷却功率模块100的一个或多个组件。在一个方面，多个钉状翅片642可以被配置用于直接冷却功率模块100的一个或多个组件。在一个方面，多个钉状翅片642可以被配置用于结合冷板902直接冷却功率模块100的一个或多个组件。在一个方面，多个钉状翅片642可以被配置为允许冷却剂通过钉状翅片642。

在一个方面，底板602可以包括多个钉状翅片642。在一个方面，多个钉状翅片642可以布置在底板602的表面上。在一个方面，多个钉状翅片642可以布置在底板602的底面上。在一个方面，多个钉状翅片642可以布置在底板602的与壳体侧壁612相对的一侧上的底板602的底面上。

在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线654的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线656的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成相对于轴线654交错或成角度的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成相对于轴线656交错或成角度的通道。

多个钉状翅片642的布置和布置在多个钉状翅片642之间的通道可以被配置为增加或促进冷却剂围绕多个钉状翅片642的运动、从多个钉状翅片642到冷却剂的热传递、减少邻近多个钉状翅片642的表面层和/或阻挡层以增加热传递等。

参考图46、图50和图54，每个钉状翅片642可以与底板602一体形成。在其他方面，每个钉状翅片642可以通过焊接、粘合剂、钎焊、铜焊等附接到底板602。在一个方面，每个钉状翅片642可以包括连接到底板602的基部644。

在一个方面，钉状翅片642可以由与底板602相同的材料形成。在一个方面，为了减轻重量，钉状翅片642可以由与底板602相同的材料形成。在一个方面，钉状翅片642可以由与底板602的材料不同的材料形成。在一个方面，钉状翅片642可以由金属材料形成。在一个方面，钉状翅片642可以包括铜。在一个方面，钉状翅片642可以由铜形成。

在一个方面，每个钉状翅片642可以包括从基部644延伸的一个或多个表面646。在一个方面，每个钉状翅片642可以具有终止表面648。在一个方面，终止表面可以是平坦的、轮廓的(波状外形的，contoured)、非平坦的、尖的、弯曲的等。在一个方面，一个或多个表面646可以随着一个或多个表面646延伸到终止表面648而逐渐变细。在一个方面，当一个或多个表面646延伸到终止表面648时，该一个或多个表面646可以垂直于底板602的表面。

在一个方面，每个钉状翅片642可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，钉状翅片642可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、圆形截面形状、轮廓截面形状、椭圆形截面形状、对称截面形状(沿着一个或多个轴线)、非对称截面形状(沿着一个或多个轴线)、机翼型截面形状、翼形截面形状等。此外，钉状翅片642可以具有上述形状中的第一个形状、多个上述形状等。然而，钉状翅片642可以用功率模块100的底板602上的任何形状的结构来实现。

在一个方面，终止表面648可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，终止表面648可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、圆形截面形状、轮廓截面形状、椭圆形截面形状、对称截面形状(沿着一个或多个轴线)、非对称截面形状(沿着一个或多个轴线)、机翼型截面形状、翼形截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，基部644可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、圆形截面形状、轮廓截面形状、椭圆形截面形状、对称截面形状(沿着一个或多个轴线)、非对称截面形状(沿着一个或多个轴线)、机翼型截面形状、翼形截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有与终止表面648的截面形状相同的截面形状。在一个方面，基部644可以具有与终止表面648相同的截面形状和尺寸。在一个方面，基部644可以具有与终止表面648相同的截面形状和不同的尺寸。在一个方面，基部644可以具有与终止表面648的截面形状不同的截面形状。

在一个方面，可以利用一个或多个操作(包括机械加工、锻造、模制、冲压、变形等操作)来形成钉状翅片642以形成如图所示的钉状翅片642的翅片图案；并且钉状翅片642可以使用焊接、粘合剂、钎焊、铜焊等附接。然而，可以利用本领域普通技术人员已知的用于在底板602上创建翅片和引脚表面的任何制造方法和/或技术来形成钉状翅片642。

在一个方面，参考图46，沿着基部644平行于底板602的表面限定的钉状翅片642的直径或长度L可以是1mm-8mm、1mm-2mm、2mm-3mm、3mm-4mm、4mm-5mm、5mm-6mm、6mm-7mm或7mm-8mm。这些尺寸可以同样适用于本文公开的钉状翅片642的所有配置。

在一个方面，参考图46，垂直于底板602的表面从基部644到终止表面648限定的钉状翅片642的高度H可以是1mm-12mm、2mm-10mm、4mm-8mm、1mm-2mm、2mm-3mm、3mm-4mm、4mm-5mm、5mm-6mm，6mm-7mm、7mm-8mm、8mm-9mm、9mm-10mm、10mm-11mm或11mm-12mm。这些尺寸可以同样适用于本文公开的钉状翅片642的所有配置。

在一个方面，参考图46，钉状翅片642的引脚到引脚间距S可以由相邻钉状翅片642的垂直于底板602的中心轴线限定，并且间距S可以是2mm-12mm、4mm-10mm、2mm-3mm、3mm-4mm、4mm-5mm、5mm-6mm、6mm-7mm，7mm-8mm、8mm-9mm、9mm-10mm、10mm-11mm或11mm-12mm。这些尺寸可以同样适用于本文公开的钉状翅片642的所有配置。

图43示出了根据本公开的一个方面的功率模块的透视底侧视图；图44示出了根据图43的功率模块的侧视图；图45示出了根据图43的功率模块的底侧视图；并且图46示出了根据图43的功率模块的局部透视底侧视图。

参考图43至图46，每个钉状翅片642可以包括从基部644延伸的一个或多个表面646。在一个方面，钉状翅片642可以具有终止表面648。在一个方面，终止表面可以是轮廓的、非平坦的等。在一个方面，一个或多个表面646可以随着一个或多个表面646延伸到终止表面648而逐渐变细。

在一个方面，终止表面648可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，终止表面648可以具有非对称截面形状、机翼型截面形状、翼形截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，基部644可以具有正方形截面形状、矩形截面形状等。

在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线654的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线656的通道。

图47示出了根据本公开的一个方面的功率模块的透视底侧视图；图48示出了根据图47的功率模块的侧视图；图49示出了根据图47的功率模块的底侧视图；并且图50示出了根据图47的功率模块的局部透视底侧视图。

参考图47至图50，每个钉状翅片642可以包括从基部644延伸的一个或多个表面646。在一个方面，每个钉状翅片642可以具有终止表面648。在一个方面，终止表面可以是平坦的等。在一个方面，一个或多个表面646可以随着一个或多个表面646延伸到终止表面648而逐渐变细。

在一个方面，终止表面648可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，终止表面648可以具有圆形截面形状、轮廓截面形状、椭圆形截面形状、对称截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，基部644可以具有圆形截面形状、轮廓截面形状、椭圆形截面形状、对称截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有与终止表面648的截面形状相同的截面形状。在一个方面，基部644可以具有与终止表面648相同的截面形状和不同的尺寸。

在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线654的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线656的通道。在一个方面，相邻钉状翅片642的基部644可以会聚、结合、连接、会合等。

图51示出了根据本公开的一个方面的功率模块的透视底侧视图；图52示出了根据图51的功率模块的侧视图；图53示出了根据图51的功率模块的底侧视图；并且图54示出了根据图51的功率模块的局部透视底侧视图。

参考图51至图54，每个钉状翅片642可以包括从基部644延伸的一个或多个表面646。在一个方面，每个钉状翅片642可以具有终止表面648。在一个方面，终止表面可以是平坦的等。在一个方面，一个或多个表面646可以随着一个或多个表面646延伸到终止表面648而逐渐变细。

在一个方面，终止表面648可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，终止表面648可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、对称截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，基部644可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、对称截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有与终止表面648的截面形状相同的截面形状。在一个方面，基部644可以具有与终止表面648相同的截面形状和不同的尺寸。

在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线654的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成平行于轴线656的通道。

图55示出了根据本公开的一个方面的功率模块的透视底侧视图；图56示出了根据图55的功率模块的侧视图；并且图57示出了根据图55的功率模块的底侧视图。

参考图55至图57，每个钉状翅片642可以包括从基部644延伸的一个或多个表面646。在一个方面，每个钉状翅片642可以具有终止表面648。在一个方面，终止表面可以是平坦的等。在一个方面，一个或多个表面646可以随着一个或多个表面646延伸到终止表面648而逐渐变细。

在一个方面，终止表面648可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，终止表面648可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、对称截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有相对于平行于底板602的表面的平面的截面形状。在这方面，基部644可以具有正方形截面形状、矩形截面形状、对称截面形状等。

在一个方面，基部644可以具有与终止表面648的截面形状相同的截面形状。在一个方面，基部644可以具有与终止表面648相同的截面形状和尺寸。

在一个方面，多个钉状翅片642可以形成相对于轴线654交错或成角度的通道。在一个方面，多个钉状翅片642可以形成相对于轴线656交错或成角度的通道。

图58示出了根据本公开的一个方面的功率模块实现的透视图。

参考图58，利用钉状翅片642实现直接冷却的功率模块100可以放置在冷板902上和/或冷板902中。具体地，图58示出了利用所公开的钉状翅片642实现直接冷却的一个功率模块100。在这方面，图58的实现可以包括利用所公开的钉状翅片642实现直接冷却的功率模块100中的一个、多个或所有功率模块。在一个方面，功率模块100可以放置在冷板902的两侧。在这方面，布置在冷板902两侧的功率模块100可以最大化功率密度、降低复杂性等。在一个方面，功率模块100可以放置在冷板902的一侧。因此，可以利用钉状翅片642、冷板902等直接冷却功率模块100。如本文进一步描述的，直接冷却的功率模块100可以表现出显著更高的热性能。

在一个方面，根据期望的拓扑，冷板902可以在冷板902的顶部和冷板902的底部以一行包含任何数量的功率模块100。在一个方面，根据期望的拓扑，冷板902可以在冷板902的一侧以一行包含任何数量的功率模块100。在这方面，冷板902可以被加长或缩短以匹配多个功率模块100。

如图58进一步所示，密封件908可以布置在功率模块100与冷板902之间。密封件908可以是O形环、垫圈等。在一些方面，密封件908可以是环氧树脂、RTV硅树脂(室温硫化硅树脂)、类似的密封材料等。在其他方面，可以通过将底板602直接焊接、铜焊等到冷板902来形成密封件908。

在一个方面，冷板902可以具有流体连接3516，该流体连接3516可以被配置为与冷板902相关联地接收冷却流体源和/或传送用于冷却目的的冷却流体。在一个方面，流体连接3516可以包括螺纹配件、法兰配件、快速连接配件、软管倒钩配件、焊接管(solderedtubes)、焊接管(welded tubes)等。在一个方面，冷板902可以具有入口、出口、流体通道等，其可以被配置为将流体流均匀地分配到功率模块100。冷板902可以进一步包括用于安装和密封功率模块100以及将冷板902组件本身安装到应用中的另一结构(诸如逆变器、转换器等)的其他考虑。

在一个方面，图43至图58的功率模块100可以被插入到应用中、用应用实现、用应用配置等。该应用可以是实现图43至图58的功率模块100的系统。该应用可以是功率系统、电机系统、汽车电机系统、充电系统、汽车充电系统、车辆系统、工业电机驱动器、嵌入式电机驱动器、不间断电源、AC-DC电源、焊机电源、军事系统、逆变器、用于风力涡轮机、太阳能电池板、潮汐发电站和电动车辆(EV)的逆变器、转换器等。

图59示出了根据本公开的一个方面的功率模块实现的透视图。

具体地，图59示出了可以实现为三相逆变器的逆变器990。在一些方面，逆变器990可以被配置为两个单独的三相逆变器、一个三相逆变器、一个全桥、一个半桥等。在一个方面，逆变器990可以配置有六个专用半桥。在一个方面，上述配置可以用逆变器990外部的连接来构造和布置。在一个方面，上述配置可以包括不同版本的功率模块100和/或其他组装组件。然而，本文参考图59描述的各种特征可以用本文描述的任何应用来实现。进一步参考图59，逆变器990可以包括相位输出930、传感器980、电容器102、冷板902、流体连接3516、PCB 936、汇流条900等，如本文详细描述的。

在一个方面，相位输出930可以被冲压、激光切割等。在一个方面，相位输出930可以由可以包括铜的金属形成，可以是铜和/或可以包括其他金属。在一个方面，相位输出930可以包括用于尺寸优化的弯曲。在一个方面，相位输出930可以包括用于尺寸优化的L形弯曲。在一个方面，相位输出930可以包括用于尺寸优化的90°弯曲。在一个方面，相位输出930可以包括用于外壳安装、应力消除等的螺纹孔。

在一个方面，传感器980可以包括相位输出930的每个输出端子的电流感测。在一个方面，传感器980可以被配置为与闭环系统结合操作以解决信号质量等。在其他方面，逆变器990可以开环操作以降低成本和尺寸。

在一个方面，PCB 936可以被实现用于信号调节。在一个方面，PCB 936可以被实现用于互连。在一个方面，PCB 936可以被实现用于信号调节和互连。

在一个方面，电容器102可以被配置为矩形块以允许更好地利用空间。在一个方面，电容器102可以配置有集成汇流条900以将功率模块100连接到电容器102，如本文所述。在一个方面，电容器102可以是聚丙烯薄膜电容器。

图60示出了根据图59的功率模块实现的透视图。

图60进一步示出了逆变器990以及多个壳体组件992。在一个方面，多个壳体组件992可以包括金属片部分、通风孔984、粉末涂层、用于EMI的实心前边缘和焊接边缘、卡扣盖988、合成材料部分、塑料材料部分、手柄986、接地部分、支座、冷却端口开口、压花端子标记、用于显示诸如控制器的组件的窗口等。

在一个方面，卡扣盖988可以包括合成材料，诸如塑料。在一个方面，可以模制卡扣盖988。在一个方面，卡扣盖988可以包括束缚紧固件部分以便于连接。例如，卡扣盖988可以包括系留六角螺母以便于连接。在一个方面，逆变器990可以包括相位输出930和卡扣盖988的各种排列和/或配置，并且这些配置可以内置在逆变器990中。

图61示出了两个不同功率模块的结温与输出电流的关系的曲线图。

参考图61，测试了两个版本的功率模块。第一版本的功率模块被实现为最高壳体温度额定值为125℃(摄氏度)的1200V半桥功率模块。在175℃的最大结温下，功率模块的漏极-源极接通电阻为4.6mQ(毫欧)。功率模块用平坦的铜底板安装表面来实现。

第二版本的功率模块利用了相同的电源装置302，并实现了直接冷却的铜钉状翅片底板，该钉状翅片642布置在底板602上，如本文参考图43至图58和相关联的描述所公开的。

功率模块的平坦的底板版本需要在功率模块与散热器或冷板之间应用热界面材料(TIM)以填充热路径中的任何空隙。该TIM的效果在功率模块壳体与冷板之间提供额外的热阻抗。直接冷却的功率模块包括本文参考图43至图58和相关联的描述公开的钉状翅片642，并且被设计成与冷却剂直接接触，而不需要TIM。

结果表明，与平坦的底板功率模块相比，当使用本文参考图43至图58和相关联的描述公开的直接冷却功率模块时，热阻抗降低。对于功率模块的平坦的底板版本，使用冷却液温度为25℃和高性能TIM的定制微变形液体冷却冷板执行测试。在每个开关位置测量最大功耗为750W。

对于本文参考图43至图58和相关联的描述公开的直接冷却版本的功率模块，使用具有内部冷却剂通道和机加工空腔的冷板902执行测试，其中，底板602位于内部并允许冷却剂通过钉状翅片642和垫圈密封以防止泄漏。在每个开关位置测量最大功耗为1000W。对于这两种测试，用热像仪和虚拟结技术监测结温。

为了证明直接冷却功率模块100在系统级的性能优势，如本文参考图43至图58和相关联的描述所公开的，功率模块安装在三相逆变器中，并在应用条件下测试。使用800V的DC总线、20kHz的开关频率、三相负载以及25℃的恒定冷却剂温度。

在向逆变器施加DC总线电压之后，逆变器的输出电流缓慢增加，同时监控内置在功率模块中的温度传感器。通过测试特殊构造的无盖功率模块以允许对功率装置进行热成像，使温度传感器测量值与结温相关。

如图61所示，发现在逆变器中实现的功率模块的平坦的底板版本处理最大410A_RMS(安培-均方根)，而发现本公开的功率模块100的直接冷却版本处理490A_RMS。因此，实现根据图43至图58和相关联的描述的钉状翅片642的功率模块100对应于输出电流能力增加20％。

应当注意，与图43至图58相关联的功率模块100可以用不同的电压、额定温度、接通电阻、不同的最大结温、不同的冷却剂温度、不同的开关频率等来实现，并且与非直接冷却的功率模块相比，同样将增加输出电流能力。在这方面，与非直接冷却功率模块相比，输出电流能力可以提高5％-40％，5％-10％，10％-15％，15％-20％，20％-25％，25％-30％，30％-35％，35％-40％，10％-30％，20％-40％，15％-35％或15％-40％。在这方面，与非直接冷却的功率模块相比，输出电流能力可以增加至少5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％或40％。此外，通过如本文所述实施的与图43至图58相关联的功率模块100设想了性能的许多其他改进。

在本公开的一个或多个方面，功率模块100可以以基于所公开的功率模块100的高性能、紧凑、模块化三相逆变器实现，该功率模块100被特别优化以充分利用碳化硅(SiC)MOSFET。在一些方面，模块化AC输出可以允许逆变器被配置为双逆变器或单逆变器。在一些方面，双面冷板、定制电容器和直接冷却的SiC模块可以实现逆变器的超高功率密度。包括功率模块100和电容器的所有关键组件的寄生元件已经过验证以确保最低的总杂散电感。在一些方面，该单元可以在800V的DC总线和480V/830A的相电流的应用条件下操作。

在这方面，常规电源封装是现有技术的硅(Si)IGBT的有效和公认的工业解决方案。然而，常规电源封装难以充分利用基于SiC的技术提供的优点。常规电源封装占用面积和内部布局最初是为硅装置设计的，该硅装置通常具有单个或少量并联的大型装置，其中，信号网络遵循长路径。IGBT的双极性质限制了开关速度，使得所提及的设计折衷是可接受的。

为了充分利用SiC装置的高性能属性，已经结合所公开的功率模块100应用了以技术为中心的设计。本公开的功率模块100克服了现有模块设计的缺点。在这方面，本公开的以SiC为中心的设计使得能够并联布置多个较小的管芯，使得它们均匀地共享动态电流，并且用短路径平行平面优化信号网络，使得SiC管芯即使在高速下也均匀地开关。

为了满足这些需求，所公开的功率模块100已经被高度优化以实现所有尺寸的市售650V-1700V SiC MOSFET的最大性能。所公开的功率模块100的一些方面提供了在小占用面积(53mm×80mm)中承载高电流(300A至＞600A)的能力，其中，端子布置允许直通汇流排和互连。所公开的功率模块100的低电感、均匀匹配的布局导致高质量的开关事件，从而最小化功率模块100内部和外部的振荡。在一些实现中，所公开的功率模块100可以具有约6.7nH的杂散电感和仅62mm模块的面积的约60％。所公开的功率模块100的电流回路已经被设计成使得它们是宽的、低轮廓的并且均匀地分布在装置之间，使得它们各自跨开关位置具有等效的阻抗。功率端子可以垂直偏移，使得DC链路电容器与功率模块100之间的汇流条可以一直层压到功率模块100，而不需要弯曲、压印、支座或复杂的隔离。最终，这通过DC链路电容和SiC装置在整个功率回路中实现低电感。

由于SiC功率装置的高电流密度，功率模块100和冷板的热性能可以允许最大化热通量并减小系统尺寸和成本。所公开的直接冷却功率模块可以实现铜钉状翅片底板，该铜钉状翅片底板改善了现有平坦的底板功率模块的热性能。平坦的底板功率模块需要在模块与散热器或冷板之间应用热界面材料(TIM)以填充热路径中的任何空隙。该TIM的效果是模块壳体与冷板之间的额外的热阻抗。直接冷却的功率模块100具有设计成与冷却剂直接接触的引脚，而不需要TIM。如图61所示，功率模块的平坦的底板版本最多可以处理410A_RMS，而直接冷却版本的功率模块100最多可以处理490A_RMS。这对应于输出电流能力增加20％。

在一些方面，所公开的功率模块100可以在逆变器设计中实现，该逆变器设计添加了具有独特的双面冷却和相同的低寄生、高性能设计的多个功率模块100。在一个方面，可以使用双面冷板，该双面冷板的特征在于在顶面和底面上的冷却表面，从而允许在相同的占用面积中两倍多的功率模块100，与现有技术的实现相比，当与本公开的直接冷却的功率模块100结合使用时，导致两倍以上的功率密度。在一些方面，定制的DC链路电容器可以用本文公开的集成层压端子来实现，这些端子直接安装到功率模块的顶部和底部组两者。这种设计在功率模块100与电容器之间具有低杂散电感并且消除了对单独汇流条的需要。本公开的非平面功率模块100使得电容器端子组件没有弯曲，这降低了成本并最大化重叠。DC输入端子可以内置在电容器中，从而创建紧密集成的解决方案来互连六个半桥模块。

在一些方面，所公开的功率模块100可以由具有高噪声抗扰度和高速保护的栅极驱动器来支持以有效地开关装置并在故障条件下提供最大的生存能力。

在一些方面，AC输出端子可以被设计和实现为模块化子组件。这允许逆变器被配置为具有430A_RMS或更多输出和六个或更多电流传感器的双三相逆变器，或者被配置为具有860A_RMS或更多输出电流和三个或更多电流传感器的单三相逆变器。

所公开的双面冷板组件可以用本文描述的直接冷却的功率模块100来实现，该功率模块100用垫圈密封安装到顶侧和底侧，并且用具有传感器、模块、冷板和电容器的逆变器来实现。

为了验证系统的高性能性质，已经在频域和时域两者中对组件进行了评估。在一些方面，小信号寄生提取使得能够精确测量寄生元件，该寄生元件可以用于迭代设计处理中以最小化杂散电感。用于过冲电压和振铃两者的开关波形的质量经由经由模块和DC链电容器的双脉冲测试在每个功率模块的800V和600A下被验证。在一些方面，DC链路电容器设计可以用最佳端子间距和布置来实现以平衡电流密度并最小化杂散电感。

因此，本公开提出了改进的功率模块100和相关联的系统，其被配置为解决热量并且与非直接冷却的功率模块相比增加输出电流能力。此外，所公开的功率模块100可以以多种拓扑(包括半桥配置、全桥配置、公共源极配置、公共漏极配置、中性点箝位配置、三相配置等)实现。功率模块100的应用可以包括功率系统、电机系统、汽车电机系统、充电系统、汽车充电系统、车辆系统、工业电机驱动器、嵌入式电机驱动器、不间断电源、AC-DC电源、焊机电源、军事系统、逆变器、用于风力涡轮机、太阳能电池板、潮汐发电站和电动车辆(EV)的逆变器、转换器等。

因此，本公开还阐述了改进的功率模块100和相关联的系统，其被配置为解决寄生阻抗(诸如回路电感)以提高稳定性、降低开关损耗、减少EMI并限制对系统组件的应力。具体地，所公开的功率模块具有用所公开的布置在某些方面将电感降低多达10％的能力。此外，所公开的功率模块100可以以多种拓扑(包括半桥配置、全桥配置、公共源极配置、公共漏极配置、中性点箝位配置和三相配置)实现。功率模块100的应用包括电机驱动、太阳能逆变器、断路器、保护电路、DC-DC转换器等。

本公开的功率模块100适用于特定于给定应用的功率处理需求以及尺寸和重量限制内的大多数系统。本公开描述的功率模块设计和系统级结构允许实现高水平的功率密度和体积利用率。

以上已经参考附图描述了本公开的各方面，在附图中，示出了本公开的各方面。然而，应当理解，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应当被解释为局限于上述方面。相反，提供这些方面使得本公开将是彻底和完整的，并且将本公开的范围充分传达给本领域技术人员。另外，所描述的各个方面可以单独实现。此外，所描述的一个或多个不同方面可以组合。贯穿全文，相同的数字指代相同的元件。

应当理解，尽管贯穿本说明书术语第一、第二等用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件与另一元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且类似地，第二元件可以被称为第一元件。术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项中的任何和所有组合。

本文使用的术语仅用于描述特定方面的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”也旨在包括复数形式。将进一步理解，在本文中使用时，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。

应当理解，当诸如层、区域或基板的元件被称为在另一元件上或延伸到另一元件上时，可以“直接在”另一元件上或“直接延伸到”另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另一元件上或“直接延伸到”另一元件上时，不存在中间元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，可以直接连接或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，不存在中间元件。

诸如“在…下面”或“在…上面”或“在…上部”或“在…下部”、或“在…顶部”或“在…底部”的相关术语可以在本文中用于描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系，如图所示。应当理解，除了附图中描绘的方位之外，这些术语还旨在包含装置的不同方位。

本文参考作为本公开的理想化实施例(以及中间结构)的示意图的截面图描述本公开的各方面。为了清楚起见，附图中的层和区域的厚度可能被放大。此外，预期例如由于制造技术和/或公差而引起的图示形状的变化。

在附图和说明书中，已经公开了本公开的典型方面，并且尽管采用了特定术语，但是它们仅以一般和描述性的意义使用，而不是为了限制的目的，在以下权利要求中阐述本公开的范围。

例如，本公开的各方面可以以具有经由通信信道的有线/无线通信能力的任何类型的计算装置(诸如台式计算机、个人计算机、膝上型/移动计算机、个人数据助理(PDA)、移动电话、平板计算机、云计算装置等)实现。

此外，根据本公开的各个方面，本文描述的方法旨在与专用硬件(包括但不限于PC、PDA、半导体、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑阵列、云计算装置以及被构造成实现本文描述的方法的其他硬件装置)实现一起操作。

还应当注意，本文描述的本公开的软件实现可选地存储在有形存储介质，诸如：诸如磁盘或磁带的磁介质；诸如磁盘的磁光或光学介质；或者诸如存储卡或容纳一个或多个只读(非易失性)存储器、随机存取存储器或其他可重写(易失性)存储器的其他封装的固态介质。电子邮件或其他自包含信息档案或档案集的数字文件附件被视为与有形存储介质等效的分发介质。因此，本公开被认为包括如本文列出的有形存储介质或分发介质，并且包括存储本文的软件实现的本领域公认的等效物和后续介质。

另外，本公开的各方面可以以非通用计算机实现来实现。此外，本文阐述的本公开的各方面改进了系统的功能，如从本文公开中显而易见的。此外，本公开的各方面涉及被专门编程以解决由本公开解决的复杂问题的计算机硬件。因此，本公开的各方面在其具体实现中整体改进了系统的功能以执行由本公开阐述并由权利要求限定的处理。

尽管已经根据示例性方面描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的精神和范围中修改来实践本公开。以上给出的这些示例仅是说明性的，并不意味着是本公开的所有可能的设计、方面、应用或修改的穷举列表。在这方面，预期各种方面、特征、组件、元件、模块、布置、电路等可互换、混合、匹配、组合等。在这方面，本公开的不同特征是模块化的，并且可以相互混合和匹配。