具体实施方式

以下详细描述本质上仅仅是示例性的，且并不旨在限制应用和用途。此外，不旨在受前面引言、概述或以下详细描述中呈现的明示或暗示的理论的束缚。

本公开的实施例可在本文中按照功能和/或逻辑块部件和各种处理步骤进行描述。应了解的是，这样的块部件可由被构造成执行指定功能的许多硬件、软件和/或固件部件实现。例如，本公开的实施例可采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，这些集成电路部件可在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下实施多种功能。另外，本领域技术人员将了解，可结合许多系统来实践本公开的实施例，并且本文中描述的系统仅仅是本公开的示例性实施例。

为了简洁起见，与信号处理、数据融合、信令、控制和系统（以及系统的各个操作部件）的其他功能方面有关的技术在本文中可不进行详细描述。此外，本文中包含的各种附图中所示的连接线旨在表示各种元件之间的示例功能关系和/或物理性联接。应注意，在本公开的实施例中可存在替代性或附加的功能关系或物理性连接。

参考图1和图2，AC电子固态开关102具有断开状态和导通状态，并且可以是开关组件的一部分。开关组件可附加地包括用于容纳和封装AC电子固态开关102和保持硬件的聚合物罩壳。由于如下文描述的其构型，AC电子固态开关102能够在断开状态期间在650伏特与1700伏特之间双向地阻断（如由双箭头DA指示）。双箭头指示第一方向A1以及与第一方向A2相反的第二方向A1。由于如下文描述的其构型，AC电子固态开关在导通状态期间连续地承载至少500安培的直流电，其中压降小于2伏特。由于如下文描述的其构型，AC电子固态开关102具有等于或小于300克的质量。由于如下文描述的其构型，开关组件（及因此AC电子固态开关102）具有在65毫米与70毫米之间的最大宽度、在85毫米与95毫米之间的最大长度、以及25毫米的最大高度，由此使开关组件的尺寸最小化。

AC电子固态开关102包括基板106，该基板在基板106的相对侧上具有安装孔。基板106的最大厚度可在2毫米与3毫米之间，以使AC电子固态开关102的整体尺寸最小化。进一步地，基板106具有基本为平面状的形状（及因此平坦的构型）以使AC电子固态开关102的整体尺寸最小化。另外，基板106可全部或部分地由导电材料（诸如，金属）制成。例如，基板106可全部或部分地由铜制成，并且可安装到散热器。基板106可最佳地具有钉状翅片（pin-fin）。基板106可包括用于安装到另一结构的孔107。

AC电子固态开关102包括安置在基板106上（尽管不是直接在其上）的电绝缘和导热层108。电绝缘和导热层108可全部地或部分地由陶瓷材料制成。用于电绝缘和导热层108的合适的陶瓷材料包括但不限于氧化铝（Al₂O₃）、氮化铝（AlN）、碳化硅铝（AlSiC）、氮化硅（Si₃N₄）、金刚石、氧化镓等等。电绝缘和导热层108可以是直接结合的衬底的一部分，诸如直接结合铝（DBA）衬底或直接结合铜（DBC）衬底，并且其厚度可在0.1毫米与0.4毫米之间。除了电绝缘和导热层108之外，定向结合衬底还包括结合到电绝缘和导热层108的金属片材。

焊料层可安置在基板106与电绝缘和导热层108之间，以将基板106联接到电绝缘和导热层108。术语“焊料”意指用于联结不太易熔的金属的低熔点合金，尤其是基于铅和锡或（对于较高温度）基于黄铜或银的低熔点合金。焊料层可直接安置在基板106上，以有利于和增强焊料层与基板106之间的连接。基板106、电绝缘和导热层108、以及焊料层中的每者可具有平面状的形状以使通过AC电子固态开关102联接的尺寸最小化。

AC电子固态开关102还包括直接安置在电绝缘和导热层108上的第一导电迹线116，以使由AC电子固态开关102所占据的尺寸最小化。第一导电迹线116直接安置在电绝缘和导热层108上（且直接结合到其）以增强AC电子固态开关102的结构完整性。第一导电迹线116具有平面状的形状以使其尺寸最小化，并且直接连接到第一功率端子132a。进一步地，第一导电迹线116全部地或部分地由金属材料（诸如，铜、铝和/或其合金）制成。

AC电子固态开关102还包括直接安置在电绝缘和导热层108上的第二导电迹线118，以使由AC电子固态开关102所占据的空间最小化。例如，第二导电迹线118直接安置在电绝缘和导热层108上（且直接结合到其）。第二导电迹线118具有平面状的形状以使其尺寸最小化，并且直接连接到第二功率端子132b。进一步地，导电迹线118由金属材料（诸如，铜、铝和/或其合金）制成。

AC电子固态开关102还包括直接安置在电绝缘和导热层108上的多个信号导体120（即，源极导体和栅极导体）。信号导体120包括第一源极导体120a、第二源极导体120b、第一栅极导体120c和第二栅极导体120d。第一导电迹线116可具有矩形形状以有利于制造。第二导电迹线118也可具有矩形形状以有利于制造。第一源极导体120a、第二源极导体120b、第一栅极导体120c和第二栅极导体120d全部或部分地由金属材料（诸如，铜或铝）制成，并且直接结合到电绝缘和导热层108（例如，陶瓷层）。通过信号导体120承载的控制输入汲取接近零的功率（即，小于一瓦）来使AC电子固态开关120保持导通或断开，并且AC电子固态开关102被构造成选择性地控制沿任一方向（如由双箭头DA指示）的电流。

AC电子固态开关102还包括直接安置在电绝缘和导热层108上的公共漏极导体121。公共漏极导体121可以是AC电子固态开关102中的唯一的漏极导体，以使AC电子固态开关102的复杂性最小化。公共漏极导体121可具有矩形形状以有利于制造，并且可全部或部分地由金属材料（诸如，铜或铝）制成。第一源极导体120a和第一栅极导体120c安置在第一导电迹线116与公共漏极导体121之间。第二源极导体120b和第二栅极导体120d安置在公共漏极导体121与第二导电迹线118之间。

AC电子固态开关102包括多个半导体管芯122，每个半导体管芯直接安置在公共漏极源121上以有利于电的流动。尽管所描绘的实施例示出了十六个半导体管芯122，但是AC电子固态开关102包括在8个与24个之间的半导体管芯122（每个半导体管芯具有从650伏特至1700伏特的电压额定值）以彼此并联电连接来承载500 A电流并增强可扩展性。所述多个半导体管芯122中的每个形成金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）123、绝缘栅双极晶体管（IGBT）或其他类型的电子可控开关。因此，元件123可指代MOSFET、IGBT或其他类型的电子可控开关。MOSFET 123包括源极端子S、栅极端子G和漏极端子D。半导体管芯122中的每个具有20平方毫米的最小面积以承载400 A电流。

所述多个半导体管芯122中的每个包括半导体材料，诸如硅、碳化硅、氧化镓和氮化镓。半导体管芯122布置在直接结合的衬底的顶部上的预定放置点中，以在每个半导体管芯122中的第一功率端子132a和第二功率端子132b之间保持基本上相等的电阻。半导体管芯122中的每个的底侧直接联接到公共漏极导体121。半导体管芯122中的每个具有小于4.5m-Ωcm²的比导通电阻。半导体管芯122的放置点和直接结合的衬底108的图案实现了相等的电流分布和低的寄生电感。AC电子固态开关102可包括多个阻尼电阻器125，每个阻尼电阻器串联电连接到相应的MOSFET 123的栅极端子G，以防止功率振荡或至少使其最小化。所述多个半导体管芯122彼此并联电连接。

AC电子固态开关102包括多个第一电结合件126，每个电结合件电连接到所述多个半导体管芯122中的相应一个。具体地，所述多个第一电结合件126中的每个将相应的MOSFET 123的源极端子S电连接到第一导电迹线116抑或第二导电迹线118。所述多个第一电结合件126中的每个将所述多个半导体管芯122和第二导电迹线118电互连。所述多个第一电结合件126中的每个可以是大电流的铝或铜带结合件或箔结合件，以使寄生电感和电阻最小化。出于简单性，仅仅示出了三个半导体管芯122，其中电结合件126附接到第一导电迹线116抑或第二导电迹线118。然而，半导体管芯122中的每个均附接到两个电接合件126。

AC电子固态开关102还包括多个第二电结合件128，每个电结合件将所述多个信号导体120电连接到所述多个半导体管芯122。具体地，所述多个第二电结合件128中的每个将相应的MOSFET 123的栅极端子G或源极端子S电连接到第一源极导体120a、第二源极导体120b、第一栅极导体120c或第二栅极导体120d。所述多个第二电结合件128可以是短的低电流线结合件，以使寄生电感和电阻最小化。出于简单性，仅仅示出了三个半导体管芯122，其中所述多个第二电结合件128附接到信号导体120。然而，半导体管芯122中的每个均附接到所述多个第二电结合件128中的两个。

AC电子固态开关102可包括多个功率端子132（例如，如图2中所示的第一功率端子132a和第二功率端子132b）。第一功率端子132a直接联接到（且电连接到）第一导电迹线116。第二功率端子132b直接联接到（且电连接到）第二导电迹线118。功率端子132与基板106电隔离。

可选地，AC电子固态开关102可包括如图2中所示的一个或多个热敏电阻134，所述热敏电阻直接连接到直接结合的衬底115以测量（以最佳的准确度）AC电子固态开关102的温度。热敏电阻134测量并监测AC电子固态开关102的温度。

关于图3，除了下文描述的特征以外，AC电子固态开关102a的结构和功能与上文描述的AC电子固态开关102基本上相同。第一导电迹线116安置在第一源极导体120a与公共漏极导体121之间。第二导电迹线118安置在第二源极导体120b与公共漏极导体121之间。这种构型有利于制造并增强了可靠性。

关于图5和图6，除了下文描述的特征以外，AC电子固态开关102b的结构和功能与上文描述的AC电子固态开关102基本上相同。半导体管芯122直接安置在第一导电迹线116和第二导电迹线118上。MOSFET 123的漏极端子D电连接（且直接连接）到第一导电迹线116抑或第二导电迹线迹线118。因此，第一导电迹线116可被称为第一漏极导体，并且第二导电迹线118可被称为第二漏极导体。进一步地，半导体管芯122包括第一组半导体管芯122a和第二组半导体管芯122b。半导体管芯122彼此并联电连接。第一组半导体管芯122a中的每个直接安置在第一导电迹线116上（并与其直接接触），以增强AC电子固态开关102的结构完整性。第二组半导体管芯122b中的每个直接安置在第二导电迹线118上（并与其直接接触），以增强AC电子固态开关102的结构完整性。AC电子固态开关102还包括公共源极导体127，该公共源极导体通过所述多个第一电结合件126（例如，带结合件）电连接到半导体管芯122中的每个。第一源极导体120a和第一栅极导体120c安置在第一导电迹线116与公共源极导体127之间。第二源极导体120b和第二栅极导体120d安置在公共源极导体127与第二导电迹线118之间。公共源极导体127是唯一的源极导体，以使AC电子固态开关102的复杂性最小化。

关于图7，除了下文描述的特征以外，AC电子固态开关102c的结构和功能与上文描述的AC电子固态开关102b基本上相同。第一导电迹线116安置在第一源极导体120a与公共源极导体127之间。第二导电迹线118安置在第二源极导体120b与公共源极导体127之间。这种构型有利于制造并增强了可靠性。

详细描述和附图或图支持并且描述本教导，但是本教导的范围仅仅由权利要求限定。虽然已详细地描述了用于实施本教导的最佳模式和其他实施例中的一些，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代性设计和实施例。