具体实施方式

为了促进对本发明原理的理解，现在将参考附图中所图示的实施例，并且将使用特定语言来描述它们。然而，应当理解的是，因此并不打算限制本发明的范围。所描述的实施例中的任何改变和进一步修改，以及如本文所描述的本发明的原理的任何进一步应用，如本发明所涉及的领域的技术人员通常会想到的那样被设想。

参考图1，示出了用于调节(例如中断)在端子52与54之间的电流的电源开关50。在一些形式中，电源开关50可以采用固态断路器(SSCB)的形式。为便于下文的描述，将参考固态断路器(SSCB)50，但应理解的是，从不存在以下限制：下文适用于其他类型电源开关的描述仅限于SSBC。例如，在某些实施例中，SSCB 50可以替代地是另一种类型的电源开关，仅指出数种示例，包括：固态接触器、状态转换开关、多功能隔离开关、季接互连开关、旁路开关、构造成防止故障的另一类型的电源开关，或者是将电源连接到负载的另一类型的电源开关。还应理解的是，SSCB 50可以在各种应用中被实现，仅指出数种示例，包括低压DC配电系统、中压DC配电系统、AC配电系统、数据中心和船用电力系统。在某些实施例中，低压可以包括小于1500V的任何电压，并且中压可以包括在1500V与73kV之间的电压范围。

SSCB 50包括端子52和54，以及散热器和电子器件封装56，散热器和电子器件封装56包括：功率电子器件58、控制电子器件印刷电路板(PCB)60，以及用于从功率电子器件58移除热量的散热器62和64。尽管图示了两个散热器62和64，但是在一些形式中，SSCB50可以仅包括一个散热器。另外，在一些形式中，被定位于功率电子器件58相对侧的散热器62和64中的一个或两个散热器可以包括多个散热器，这些散热器一起形成用于功率电子器件58特定侧的协作散热器。在这些实施例中，一起形成功率电子器件58的特定侧的协作散热器的这些散热器可以相同，但不必相同。在图1中描绘的部件可以以图示的竖直方式被布置和堆叠，但是其他实施例可以包括部件的其他排序和/或位置。例如，尽管控制电子电路PCB 60被示出为排列在部件堆叠的顶部，但是在一些形式中，控制PCB 60可以位于至少功率电子器件电路58的横向侧。

功率电子器件58包括半导体开关配置66，其可以包括一个或多个半导体开关元件(为了说明的目的在示意图中示出了两个)。半导体开关元件可以采取各种形式，仅阐述数种非限制性示例，包括：FET、晶闸管、并联的晶闸管+SiC JFET、IGBT、IGCT或这些形式的任何其它组合。开关元件66可用于调节在端子52与54之间的电流，例如但不限于中断在端子52与54之间的电流。在一些非限制性实施例中，SSCB 50是双向的，因此电流可以从端子52流向54，或者从端子54流向52。当接通时，电流可以以向前方向而不是以向后方向流过开关元件66，并且在一些形式下，电流可以以反向方向流动，并且在又一些形式中，电流可以以向前方向与向后方向二者流动。多个独立开关元件66的定向可以确保电流通过至少另一个元件66从端子52流向54，并且电流通过至少另一个元件66从端子52流向54。如本领域技术人员所理解的，这样的器件可以具有以反并联配置的独立元件66。此类断路器的示例可以在2019年12月9日提交的第16/707,426号美国专利申请中找到，该专利申请通过引用全部并入本文。

提供控制PCB 60以监测在端子52与54之间的电流，以及控制功率电子器件58的固态器件66以调节和/或中断电流。这种监测和/或控制可以通过通信链路67来发生，通信链路67可以采取任何形式，包括但不限于：引脚、引线、或将控制PCB 60电连接到功率电子器件58和/或SSCB 52的其它位置的其它类型的导电装置。本领域技术人员也将理解的是，通信链路67的其它形式和功能在下文中被进一步描述。控制PCB 60可以由数字电路装置、模拟电路装置或这两种类型的混合组合组成，其可以包括任何种类的常规电路元件、固态器件等。在一种形式中，控制PCB 60包括一个或多个栅极驱动器，以激活功率电子器件58的固态元件66。

控制PCB 60包括印刷电路板(PCB)68，该印刷电路板(PCB)68可以被用于机械地支撑和互连各种电路元件70(为了简单起见，仅示出一个电路元件70，但应理解PCB 68可以包括其它元件70)。PCB 68可以采用多种布置，以仅阐述数个非限制性示例，包括单侧(一个铜层)、双侧(衬底层的两侧上的两个铜层)或多层。PCB 68可以由多种材料制成，通常是电介质性质的，其可以包括浸有热固性树脂的布和纸。常见的基底材料包括：酚醛纸、编织玻璃纤维、聚酰亚胺箔和聚酰亚胺-氟聚合物复合箔。

在一些形式中，印刷电路板68是相对平坦的，具有相对薄的厚度并且以平面方式延伸，但是并非所有印刷电路板都需要以这种方式布置。应当理解的是，印刷电路板可以在其厚度方向上具有各种横截面形状，包括：正方形、矩形或另一多边形形状。例如，在图1所示的示意图中，PCB 68的形状是矩形的，具有沿其较大维度的长度和沿其较短维度的宽度。厚度(未示出)将被理解为延伸到图1的平面视图中。在一些形式中，印刷电路板可以被视为沿细长轴线(例如，沿其长度和/或宽度)延伸，其中该细长轴线位于平面形状印刷电路板68的平面内。尽管印刷电路板可以沿三个单独的轴线中的每个轴线延伸，但是如附图侧视图所示，可以将细长轴线视为延伸轴线，其包括比其他延伸轴线更大的尺寸。

散热器62和64可以通过焊接、烧结、粘合或拧入到位等方式连接在封装56内。此外，散热器62和64可以覆盖功率电子器件58的整个区域，或者仅覆盖其中的一部分。例如，散热器62和/或64可以延伸穿过功率电子器件58的一个维度(例如其宽度)的整个距离，但是不可以延伸穿过功率电子器件58的另一维度(例如其长度)的整个距离。

散热器62和64可以使用多种不同的制造工艺由多种材料制成。例如，散热器62和/或64可以由诸如金属或聚合物的导热材料制成。在下面进一步说明的一种形式中，散热器62和64可以包括基底，从该基底延伸多个单独的散热器翅片74。散热器62和64可以通过将散热器翅片粘合到基底上来制造，翅片可以被折叠成形状并且被粘合/钎焊/焊接到基底上，翅片可以用压铸基底被冲压封装，翅片可以被锻造成形，翅片可以被刮到基底上，翅片可以用原料加工成一体的基底和翅片，翅片可以被数控加工，翅片可以被挤压等。如图1所示，在安装时，散热器64的基底72可以与功率电子器件封装58平行延伸。在图1所示的一种形式中，基底72与功率电子器件部件58平行延伸，基底72沿散热器的长度和/或宽度具有一致的厚度，但并非所有形式的散热器都需要包括恒定厚度的基底72。因此，散热器的基底72可以包括如图1所示的细长轴线，细长轴线可以是其长度或宽度。尽管印刷电路板可以沿着三个单独的轴线中的每个轴线延伸，但是如附图的侧视图中所示，可以将细长轴线视为是延伸轴线，其包括比另一延伸轴线更大的尺寸。

翅片可以采取各种形式，如引脚、箔和柱。在这方面，翅片74可以沿其相应的长度具有共同的横截面形状，但是并非所有散热器的实施例都需要在其相应的翅片74中具有共同的形状。对于任何给定散热器中的翅片74，还设想了两个或更多不同的形状。

在一些形式中，翅片74可以沿着基底的尺寸(例如，沿着其长度和/或宽度)被相等地分隔，但是并非所有形式都需要包括等距间隔的翅片。在又一实施例中，翅片可以在散热器的一部分中等距间隔，而在未被翅片占据的该散热器的另一部分中提供开放的空间。此外，散热器62和64不需要由相同的材料制成和/或不需要使用相同的工艺制造。简而言之，散热器62和64可以彼此不同。

翅片74可以延伸到散热器的基底72上方的竖直高度。在一些形式中，翅片74中的所有翅片可以延伸到基底上方的共同高度，但是在其他形式中，翅片可以延伸到基底72上方的两个或更多不同高度。在图2中图示了散热器的一个非限制性实施例，其图示了从基底72延伸的数个翅片74。

通常而言，散热器和电子器件封装56由封装包封76限定，封装包封76表示由封装部件占用的体积空间。在图1中由附图标记76标识的虚线仅是概念性的，并且仅用于图1中的说明目的。虚线76不反映在图1中的封装56的实际体积包封，这将被理解，但是尽管如此，该概念仍然适用于可以识别包含封装56的组成部分的包封，封装56的一些形式可以通过构成部件(例如，功率电子器件58控制PCB 60、散热器72和/或74)的适当相对位置和方向来最小化，其减小封装的宽度、高度或深度中的至少一个。在各种形式中，控制电子PCB 60可以被安装在靠近一个或两个散热器的位置，使得由散热器和电子器件封装56占用的空间最小化。

图3A和图3B图示了本文所讨论的SSCB 50的两种非限制性实施例。提供了针对在图3A中的实施例的尺寸，但是应被理解的是，其他实施例可以具有不同的尺寸。应被理解的是，实施例包括外壳，并且其中散热器和电子器件封装56至少被部分地放置在外壳内部(在一些实施例中可以被完全放置在外壳内部)。

在对空间和尺寸具有特定要求的应用中，固态断路器的开发涉及对设计具有小型化物理格式、并且能够以大电流工作的器件的挑战。控制PCB 60可以相对于功率电子器件58、相对于散热器62和/或64布置成各种不同的定向，和/或相对于散热器和电子器件封装56的总体体积尺寸。散热器和电子器件封装56的尺寸应使封装包封76最小化，以减小封装的一个或多个尺寸和/或减小合并电子开关器件50所需的体积要求。封装尺寸可以包括由封装各部分限定的高度、宽度和深度。例如，从顶部散热器基底延伸的散热器风扇可以限定一个边缘，并且从底部散热器基底延伸的散热器风扇可以限定另一个边缘，其中在这两个边缘之间的距离限定了封装的高度。封装的各种属性可以从这些约束导出。例如，散热器和电子器件封装的尺寸可以使得控制电子器件的上部延伸不超过顶部散热器的上部。

现在转到图4，示出了散热器和电子器件封装56的一个实施例，其包括被定位于横向间隔的散热器74之间的控制PCB 60。所示的控制PCB 60被嵌套在控制PCB 60的任一侧的两个横向间隔的散热器74之间，但是应当理解的是，如果散热器74是以如图2所示的矩阵布置中描绘的分离散热器的形式，则控制PCB 60也可以由分布在页面中和页面外的附加散热器74限定。还应当理解的是，在一些实施例中，一个或多个散热器可以跨图4所示图像的正面分布以及在控制PCB 60的另一侧分布，在这些实施例中，控制PCB 60被定位于分布在控制PCB 60周围的一组散热器74的内部。简而言之，有数种不同的布置，其中两个或多个散热器可以环绕PCB 60。

如所图示的控制PCB 60相对于散热器62被水平地安装，如在本文中所使用的，术语“竖直”以及“水平”被使用以用于使描述简洁，并且并不旨在传达对如所安装的SSCB 50的配置的精确限制。在图4中示出的实施例中，PCB 68与散热器62的基底72平行对准，但在其他形式中，PCB 68可以被呈角度地布置，包括以90度角度布置(例如，参见图5)。

控制PCB 60可以通过一个或多个引脚、引线、以及以附图标记78图绘的、用作上述通信链接67的其他相似的器件而被连接到功率电子器件58。以下讨论将附图标记78参考为引脚，但将理解的是，将控制PCB 60连接到功率电子器件58的任何导通性器件都在本文中被考虑。引脚78可以具有各种厚度以及配置，并且被示出为通过在散热器中形成的信号通孔80延伸穿过散热器62。引脚78被示出为在控制PCB 60以及功率电子器件58二者中与在附图中示出的一个或多个电子路径导电通信。

控制PCB 60可以从散热器62偏移，以提供来自散热器62、翅片74和/或基底72的绝缘的一些测量。在一些形式中，引脚78被用于在结构上支撑控制PCB 60并且提供从基底72偏移的气隙。在一些形式中，在控制PCB 60与功率电子器件58之间可以布置有物理绝缘体、以代替气隙和/或附加于气隙。

在图4中的实施例还包括布置在功率电子器件58与每个散热器62与64之间的散热膏，以用作导热但电绝缘的材料。散热膏可以用于将散热器接合到功率电子器件设备上。散热膏用于消除来自功率电子器件58与水槽62与64之间的接口区域的气隙或空间。一些形式的SSCB 50不需要包括此类材料。例如，在一些形式中，可以使用螺钉将散热器附接到功率电子器件设备。

图5描绘了另一个实施例，其中多个单独的控制PCB 60用于通信和/或控制功率电子器件58。控制PCB 60可以被配置为各自控制功率电子器件58的栅极驱动固态器件。PCB60被各自嵌套在相邻翅片74之间。控制PCB 60被示出为相对于散热器62而被安装。在图5中示出的实施例中，PCB 68与散热器62的基底72垂直对齐，但在其他形式中，PCB 68可以以其他角度布置，包括与基底72平行。

在一些形式中，单独的PCB 60可以彼此相邻地定位，并且翅片74被定位在外侧(例如，图5中所示的在PCB 60之间的内部翅片74被移除的实施例)。翅片74可以以与上述实施例类似的方式围绕各种PCB 60定位(例如，围绕PCB 60的一个或两个的外围延伸)。在一些形式中，PCB 60可以是相同的，但并非所有形式都需要包括相同的PCB 60。应当理解的是，在图5中，包封76延伸到PCB 60的顶部，在一些形式中，图5中的一个或两个PCB 60完全位于翅片74的顶部下方。还应了解的是，PCB 68的薄尺寸(即厚度)如图4和图5所示，其中PCB 68的长度和深度延伸进入页面和/或延伸出页面。如图4所示，在图5中布置散热膏，但在一些形式中不需要存在散热膏。还将理解，引脚78在控制PCB 60和功率电子器件设备58中与图中所示的一个或多个电路路径进行导电通信。

图6描绘了引脚78穿过在散热器62中形成的信号通孔80的实施例。信号通孔80可以采取具有任何不同横截面尺寸的任何不同形状。在一些形式中，绝缘体82被布置在引脚78与信号通孔80的壁之间。绝缘体82可以是电绝缘体，并且在一些形式中还可以是热绝缘体。如在上述用作绝缘体的气隙的讨论中所述，绝缘体82可以是空气、聚合物/凝胶等。绝缘体82可以在引脚78的插入后被安装，但是在一些实施例中，引脚78可以被预先绝缘，然后被插入信号通孔80中。

构建本文中所公开的任何实施例的封装56的一种方式包括将一个或多个散热器附接到功率电子器件58，通过信号通孔80插入引脚78，以及将控制PCB 60连接到功率电子器件58。在被插入到通孔80内之前，引脚78可以被预连接到功率电子器件58或控制PCB 60中任一者。

本申请的一方面包括，一种装置，包括：固态电流中断器件，具有第一功率端子和第二功率端子，该固态电流中断器件包括：功率电子器件模块，具有用于调节在第一功率端子与第二功率端子之间的电流的流动的至少一个固态部件；散热器，被定位为与功率电子器件模块热接触，以使从功率电子器件模块生成的热通过该散热器消散，散热器具有信号通孔，该信号通孔在该散热器中形成，信号通孔从散热器的第一侧延伸到散热器的第二侧；以及控制电子器件印刷电路板，被构造为向功率电子器件模块的至少一个固态部件提供控制信号；其中功率电子器件并联件被放置在散热器的第一侧上，其中控制电子器件印刷电路板被放置在散热器的第二侧上，以及其中信号承载传导引线被定位在信号通孔中，信号承载传导引线在一端上被电连接至控制电子器件印刷电路板、并且在信号承载传导引线的相对端上被电连接到功率电子器件。

本申请的特征包括，其中至少一个固态部件是用于停止电流的栅极驱动部件。

本申请的另一特征包括，其中至少一个固态部件位以下项中的一项的形式：FET、晶闸管、IGBT、以及RB-IGCT，并且其中固态电流中断器件是固态断路器。

本申请的有一特征包括其中热散热器包括多个散热器翅片，多个散热器翅片从散热器的基底延伸，其中散热器包括在散热器的第一横向侧上的散热器翅片，并且散热器包括在散热器的相对第二横向侧上的第二散热器翅片，以及其中控制电子器件印刷电路板被定位在第一散热器翅片与第二散热器翅片之间。

本申请的又一另外特征包括，其中多个控制电子器件印刷电路板中的每个控制电子器件印刷电路板各自被布置在多个散热器翅片中的相邻的散热器翅片之间。

本申请的又一另外特征包括，其中控制电子器件印刷电路板包括顶表面和底表面，控制电子器件印刷电路板的底表面从散热器偏移，使得从散热器向控制电子器件印刷电路板的热能的传输被抑制。

本申请的又一另外特征包括，其中热绝缘体被设置在控制电子器件印刷电路板与散热器之间。

本申请的额外特征包括，其中被定位在信号通孔中的信号承载传导引线为引脚和端子中的一项的形式。

本申请的又一额外特征包括，其中信号承载传导引线通过电绝缘体与散热器隔离。

本申请的又一额外特征包括，其中信号承载传导引线被配置为在结构上支撑控制电子器件印刷电路板，使得从散热器形成的偏移通过信号承载传导引线而被维持。

本申请的另一方面包括，一种装置，包括固态断路器，被构造为监测在处于电力输入与电力输出之间的电路连接件中的电流流动，固态断路器包括散热器和电子器件封装，散热器和电子器件封装包括：包括至少一个可开关固态器件的功率电子器件模块，具有多个从散热器的基底延伸的横向间隔的散热器翅片的散热器，以及控制电子器件印刷电路板，控制电子器件印刷电路板被配置为监测在电力输入与电力输出之间的电流流动以及向至少一个可开关固态部件发出控制信号来断开电路连接件，其中控制电子器件印刷电路板的体积的至少大部分被定位在横向间隔的散热器翅片中的两个之间，并且控制电子器件印刷电路板的体积的至少大部分被竖直地放置在横向间隔的散热器翅片的至少一个末端与基底之间。

本申请的特征包括，其中散热器包括信号通孔，信号通孔穿过散热器的厚度被形成，以及其中信号承载传导引线被定位在信号通孔中，并且信号承载传导引线被电连接到控制电子器件印刷电路板以及功率电子器件模块。

本申请的另一特征包括，其中控制电子器件印刷电路板包括细长延伸轴线，细长延伸轴线被定向为与散热器的基底平行。

本申请的另一特征包括，其中散热器的基底沿着垂直于控制电子器件印刷电路板的延伸轴线的基底轴线而延伸，其中控制电子器件印刷电路板包括细长延伸轴线，该细长延伸轴线相对于多个横向间隔的散热器翅片的基底成一定角度。

本申请的又一特征包括，其中散热器和电子器件封装由高度、宽度和深度限定，其中控制电子器件印刷电路板被定位以使其完全位于散热器和电子器件封装的高度、宽度和深度内。

本申请的又一特征包括，其中散热器包括多个信号通孔，多个信号通孔穿过散热器的厚度被形成，并且其中固态电流中断器件包括多个控制电子器件印刷电路板，多个控制电子器件印刷电路板各自与功率电子器件模块耦合。

本申请的又一另外特征包括，其中散热器和电子器件封装包括多个控制电子器件印刷电路板。

本申请的又一另外特征包括，其中多个控制电子器件印刷电路板中的每个控制电子器件印刷电路板位于多个横向间隔的散热器翅片的相应的相邻翅片之间。

本申请的又一另外特征还包括多个信号通孔，信号通孔穿过散热器的厚度被形成。

本申请的额外特征还包括，其中散热器和电子器件封装包括另一散热器，另一散热器被定位为相邻于与具有多个横向间隔的散热器翅片相的功率电子器件模块。

本申请的又一方面包括一种方法，该方法包括：将第一散热器附接到功率电子器件模块，第一散热器包括穿过该第一散热器形成的信号通孔；将控制电子器件印刷电路板嵌入在散热器的横向间隔的翅片之间，横向间隔翅片从散热器的基底延伸；将信号承载传导引线定位在第一散热器的信号通孔中；以及通过信号承载传导引线将控制电子器件印刷电路板电连接到功率电子器件模块。

本申请的特征还包括：将第二散热器以与第一散热器相对地附接到功率电子器件模块，第二散热器模块包括多个第二散热器翅片。

本申请的另一特征还包括，将信号承载传导引线于散热器的基底绝缘。

虽然本发明已在附图和前述描述中被详细说明和描述，但其应被视为说明性的而非限制性的，应当理解的是，仅示出和描述了优选实施例，并且期望保护在本发明精神范围内的所有改变和修改。应当理解的是，尽管在上述描述中使用诸如优选、优选地、优选的或更优选的词语表示这样描述的特征可能更理想，但是它可以不是必需的，并且可以在本发明的范围内考虑缺少该描述的实施例，本发明的范围由以下权利要求定义的范围。在阅读权利要求时，意图是，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”等词语时，除非在权利要求中明确指出相反启示，否则不旨在将权利要求限制为仅一项。如果使用“至少一部分”和/或“一部分”的语言，除非另有明确说明，否则该项可以包括一部分和/或整个项目。除非另有规定或限制，“安装”、“连接”、“支持”和“耦合”等术语及其变化广泛使用，包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。