用于并联功率装置的具有低电感和快速切换的高功率多层模块的制作方法

本公开涉及一种用于并联功率装置的具有低电感和快速切换的高功率多层模块。此外，本公开涉及一种配置用于并联功率装置的具有低电感和快速切换的高功率多层模块的工艺。

背景技术：

如本领域技术人员将理解的，已知各种形式的功率模块。功率模块为功率组件(通常是功率半导体装置)提供物理封闭。这些功率半导体通常焊接或烧结在功率电子衬底上。功率模块通常承载功率半导体，提供电和热接触，并且包括电绝缘。

然而，在当前技术中功率模块中的寄生阻抗限制了这些装置的实际应用。具体地，在切换事件期间的环路电感会导致电压过冲和振铃。这降低了稳定性，增加了切换损耗，产生了电磁干扰(emi)，并加压力于系统组件。最终，这些因素会限制最大切换频率，该最大切换频率期望减小功率转换系统中外部滤波器的尺寸。

因此，需要一种功率模块，其被配置为解决寄生阻抗，例如，环路电感，以增加稳定性、降低切换损耗、减少emi和/或限制系统组件上的应力。

技术实现要素：

根据本公开的一个方面，一种功率模块包括：至少一个功率衬底；壳体，其设置在至少一个功率衬底上；第一端子，其电连接到至少一个功率衬底；第一端子，包括以第一高度位于壳体上方的接触表面；第二端子，包括以与第一高度不同的第二高度位于壳体上方的接触表面；第三端子，其电连接到至少一个功率衬底；以及多个功率装置，其电连接到至少一个功率衬底。

根据本公开的一个方面，一种包括功率模块的系统包括：至少一个功率衬底；壳体，其设置在至少一个功率衬底上；第一端子，其电连接到至少一个功率衬底；第一端子，包括位于壳体上方的接触表面；第二端子，包括位于壳体上方的接触表面；第三端子，其电连接到至少一个功率衬底；多个功率装置，其电连接到至少一个功率衬底；第一平面汇流条，其电连接到第一端子；以及第二平面汇流条，其电连接到第二端子，其中，第一平面汇流条和第二平面汇流条彼此层叠设置。

根据本公开的一个方面，一种功率模块包括：至少一个功率衬底；壳体，其设置在至少一个功率衬底上；第一端子，其电连接到至少一个功率衬底；第一端子，包括位于壳体上方的接触表面；第二端子，包括位于壳体上方的接触表面；第三端子，其电连接到至少一个功率衬底；以及多个功率装置，其电连接到至少一个功率衬底，其中，电流在第一方向从第一端子流过至少一个功率衬底；并且其中，电流在第二方向上从至少一个功率衬底流向第二端子，以降低阻抗。

根据本公开的一个方面，一种配置功率模块的工艺包括：设置至少一个功率衬底；在至少一个功率衬底上设置壳体；将第一端子电连接到至少一个功率衬底；为第一端子提供以第一高度位于壳体上方的接触表面；设置第二端子，该第二端子包括以与第一高度不同的第二高度位于壳体上方的接触表面；设置第三端子，该第三端子电连接到至少一个功率衬底；并且设置多个功率装置，该多个功率装置电连接到至少一个功率衬底。

通过考虑以下详细描述、附图和权利要求，本公开的额外特征、优点和方面可以阐述或显而易见。此外，应当理解，本公开的前述概述和以下详细描述都是示例性的，并且旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的本公开的范围。

附图说明

包括附图，以提供对本公开的进一步理解，这些附图包含在说明书中并构成本说明书的一部分，示出了本公开的各个方面，并且与详细描述一起用于解释本公开的原理。没有试图比本公开及其可实践的各种方式的基本理解所必需的更详细地示出本公开的结构细节。在图中：

图1a示意性地示出了根据本公开各方面的功率模块的基于半桥的拓扑；

图1b示出了dc链路电容和图1a的功率模块内部的开关位置之间的电流环路；

图2示出了根据本公开各方面的各种互连和相关阻抗；

图3示出了根据本公开各方面的开关位置的各种互连和相关阻抗；

图4a示出了根据本公开一个方面的功率模块的透视示意图；

图4b示出了根据本公开一个方面的功率模块的俯视示意图；

图5示出了根据本公开各方面的并联配置的多个单相模块；

图6a示出了根据本公开各方面的第一功率模块配置；

图6b示出了根据本公开各方面的第二功率模块配置；

图7示出了根据本公开各方面的全桥配置的多个功率模块；

图8示出了根据本公开各方面的三相配置的多个功率模块；

图9示出了根据本公开各方面的具有全桥配置的单个功率模块；

图10示出了根据本公开各方面的功率模块的分解图；

图11示出了图10的功率模块的局部视图；

图12a示出了根据本公开构造的功率模块的相位支路的俯视图，其中，每个节点在半桥拓扑中识别；

图12b示出了根据本公开构造的功率模块的相位支路的示意图，其中，每个节点根据图12a在半桥拓扑中识别；

图13示出了图12a和图12b的相位支路的剖视图；

图14示出了包括电流路径的图12a和图12b的相位支路的剖视图；

图15示出了根据本公开的一个方面的功率模块以及总线的接触表面；

图16a、图16b和图16c示出了根据本公开各方面的功率模块的端子的各个方面；

图17示意性地示出了根据本公开各方面的多个并联装置；

图18示出了根据本公开一个方面的有效栅极切换环路的透视图；

图19示出了根据本公开一个方面的有效栅极切换环路的俯视图；

图20示出了包括根据本公开各方面的功率模块的部分示例性实现方式；

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；

图23示出了根据图21的示例性层压汇流条的另一部分；

图24示出了根据本公开的相位输出汇流条；

图25示出了根据本公开各方面的包括功率模块和层压汇流条的示例性实现方式的透视图；

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方式的第一剖视图；

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方式的第二剖视图；

图28和图29示出了根据本公开的示例性单模块栅极驱动器；

图30示出了根据本公开各方面的电流感测组件；

图31示出了根据图30的设置有相位输出汇流条的电流感测组件；

图32示出了根据本公开一个方面的示例性三相电机驱动功率。

具体实施方式

参考在附图中描述和/或示出并在以下描述中详细描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，附图中示出的特征不一定按比例绘制，并且一个方面的特征可以与本领域技术人员将认识到的其他方面一起使用，即使本文没有明确说明。可以省略对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个方面。本文使用的示例仅仅是为了便于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的法律限定。此外，应当注意，在附图的几个视图中，相同的附图标记表示相似的部件。

本公开描述了一种功率模块，该功率模块可以包括针对诸如氮化镓(gan)、碳化硅(sic)等最先进的宽带隙功率半导体装置优化的结构，与现有技术相比，这些装置能够承载大量电流和电压并以越来越快的速度切换。传统的功率电子封装在这些半导体的功能上受到限制，具有用于硅(si)装置技术的内部布局。

所公开的功率模块可以被配置为在并联装置的大阵列之间均匀分布电流，其具有比标准封装方法低得多的环路电感。具有梯形功率端子的多级电流路径简化了与总线系统的外部连接，降低了功率模块和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电力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增加更紧密的功率环路和逻辑外部端子设置，对内部模块性能、系统级实现、可制造性和易用性做出了显著改进。

在这点上，所公开的功率模块可以被配置为设置以下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、可扩展、灵活的布局和功率流；

许多功率半导体的均衡并联，形成高电流开关位置；

多功率半导体并联的优化栅极和检测信号结构；

用于温度感测和过电流保护的感测连接器；

适合高达约1700v或更高的高压操作的形状因数；

可扩展高度超过1700v操作；

用于优化外部系统互连的多层内部导体布局；

模块化内部结构，旨在适应各种先进的材料、连接、隔离和互连技术；

高度优化的高性能系统级集成；

易于并联，便于直接放大到更高的电流；

可在多种功率拓扑中配置，包括半桥、全桥、三相等设置；

可扩展的系统实现，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，提供功率密度、切换、效率等的显著改善。

功率模块的功率装置在结构和用途上各不相同。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(取决于装置类型)的可控开关，而二极管可以允许电流沿一个方向流动并且不可控。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传统硅(si)的许多优点。然而，本公开的各个方面可以利用si型功率装置，并实现本文描述的许多益处。wbg半导体的关键指标可以包括以下一个或多个非限制性方面：

更高压阻塞；

更高的电流密度；

更高温操作；

更快切换；

提高的热性能；

较低接通电阻(传导损耗降低)；

更低的接通和关闭能量(切换损耗降低)。应当理解，wbg半导体的这些上述关键指标不是必需的，并且在本公开的一些方面可能没有实现。

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，包括以下一个或多个非限制性方面：

将功率半导体装置的电气互连提供给有用的拓扑结构；

保护敏感装置免受潮湿、振动、污染等影响；

产生一种有效和高效的手段来去除装置因传导和切换损耗而产生的废热；

通过与内部布局的强大功率和信号电气连接，促进系统级实施；功率和信号电连接可以是螺栓连接、压接、焊接、插头和插座等实现方式；

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距离和间隙距离提供电压安全。

应该理解，这些上述功能不是必需的，并且在本公开的一些方面可能没有实现。

图1a示意性地示出了根据本公开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切换功率转换器的基本构件。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102作为其间的中间连接。这在图1a中示意性示出。dc链路电容102可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，功率模块还考虑了其他拓扑，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dc链路电容和图1a的功率模块内部的开关位置之间的电流环路。dc链路电容102和功率模块100内部的开关位置104之间的电流环路114在系统中至关重要，对半导体的切换性能具有显著影响。

没有一个系统是完美的；例如，任何电气系统中都存在不希望有的寄生电阻、电容和电感。除非降低或减轻这些阻抗，否则这些阻抗会对性能和可靠性产生不利影响。虽然电阻和电容可以与每个互连相关联，但对切换功率装置影响最大的可能是寄生电感。电感越大，磁场中存储的能量越高，这会在切换转换期间导致电压过冲和振铃。

图2示出了根据本公开各方面的各种互连和相关阻抗。对于功率转换系统，例如，图1a所示的功率模块100的半桥配置，在包括dc链路电容102、总线系统202和功率模块100等的每个组件内以及其间的物理互连中存在阻抗204。电感如图2所示。功率转换器中通常存在更多的功能元件和相关阻抗；然而，对于切换性能来说，这个环路可能是最重要的。

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，这需要增加更多的dc链路电容102或降低切换速度来抵消寄生效应。虽然有效，但会导致系统体积更大(更大、更重的电容)，损耗更高(由于存在高电流和高电压的切换事件更慢)。

在用于si装置的功率封装中，siigbt的典型接通和关闭时间固有地足够慢，以至于内部功率环路中遇到的电感足够低。然而，对于宽带隙装置(例如，sicmosfet)的极快切换，传统封装中的电感可能导致数百伏的电压过冲。

由于需要将许多sic装置并联在一起，以在功率模块100中达到高电流水平，所以这些问题被进一步放大。多种组合形式的并联功率开关和二极管阵列(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中的每个开关共同作为单个有效开关，增加电路可以处理的电流量或者通过降低有效电阻来降低总损耗。

图3示出了根据本公开各方面的开关位置的各种互连和相关阻抗。在开关位置104，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中进一步所示，开关位置104可以包括任意数量的功率装置302，如箭头304所示的符号所示。必须小心确保有效电流路径在功率装置302之间相等，使得其均有匹配的电感。否则，在切换转换期间遇到的电流和电压可能不会在开关位置104上在功率装置302之间等效地共享，从而使组件承受不均匀的应力并增加切换损耗。热效应加剧了这种情况，不均匀的电流负载和切换事件产生不均匀的温升，这导致半导体特性的漂移和并联开关位置104上更大的不稳定性。

通常为单个siigbt或这些装置(通常为4个或更少)的小阵列设计传统功率封装。因此，不适于以导致完全、控制良好的切换的方式并联大量sicmosfet和二极管(或类似的宽带隙装置)。

所公开的功率模块100为功率装置302(例如，宽带隙装置)提供了解决方案，该解决方案可以包括以下一个或多个非限制性方面：

降低功率模块100的内部电感；

有助于开关位置104中并联功率装置302之间的均衡电流路径；

在开关位置104上，在功率装置302之间均匀地共享热量；

具有允许与dc链路电容102低电感互连的外部结构；

能够在高电压(≥1700v)下安全传输高电流(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，并且在本公开的一些方面可能没有实现。

图4a示出了根据本公开一个方面的功率模块的透视示意图；并且图4b示出了根据本公开一个方面的功率模块的顶部示意图。特别地，在图4a和图4b中示出功率模块100的半桥配置。所公开的功率模块100利用定制设计的功率布局和相关结构来解决前面列出的每个问题，以便于最常见的桥接拓扑，其中，每个开关位置104具有均衡的低电感电流路径。端子106、108、110可以被设置成使得到外部滤波dc链路电容102的路径也可以具有相应的低电感，其中简单的层压汇流条不需要弯曲或特殊设计特征，如下面更详细描述的。

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。v+端子106和v-端子108可以有意地靠近放置(具有足够的空间，用于电压间隙)，以物理上最小化到dc链路电容102的外部电流环路。

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，信号端子502、504、506、508有四对信号引脚，用于差分信号传输。当然，可以实现任意数量的信号引脚和任意数量的信号端子，以提供结合本公开描述的功能。每个开关位置104可以利用一对引脚，其中，端子502、504用于栅极信号，并且源极开尔文用于最佳控制。信号端子506、508的其他引脚对可用于内部温度传感器、过电流感测或其他诊断信号。可以设想，如果需要，也可以将更多引脚和/或更多信号端子添加到任何行，只要不会导致电压隔离问题。在一些方面，可以从诊断传感器中生成其他诊断信号，这些诊断传感器可以包括感测振动等的应变仪。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征。

图5示出了根据本公开各方面的并联配置的多个单相模块。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，但是不限于可以这种方式配置多少个功率模块。在这点上，箭头510示出了额外的功率模块100可以并联设置。当并联时，每个相应的端子106、108、110可以电连接在每个功率模块100之间。

图6a示出了根据本公开各方面的第一功率模块配置；并且图6b示出了根据本公开各方面的第二功率模块配置。所公开的功率模块100的可扩展性可以是另一个限定特征。这在图6a和图6b中描述。如图6b所示，与图6a所示的功率模块100相比，功率模块100的宽度可以扩展，以适应每个开关位置104的更多并联装置。由于功率模块100的电流增加，所以额外的紧固孔512可以添加到端子106、108、110的功率触点。重要的是，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，以匹配大多数功率电平，而不牺牲本公开的益处，包括例如低电感、完全切换、高功率密度等。

图7示出了根据本公开各方面的全桥配置中的功率模块；图8示出了根据本公开各方面的三相配置的功率模块；并且图9示出了根据本公开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实现模块化，例如，图7用于两个功率模块100的全桥配置，以及图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，并且可以配置有如图9所示的共享基板，这可以增加功率密度，同时兼顾更高的单元复杂性和成本。

虽然功率模块100的各种设置、配置和缩放宽度版本覆盖了一系列应用和功率水平，但是核心内部组件和布局可以保持相同。这加强了所公开的功率模块100的模块化性质。这种结构包含一系列模块，展示了高水平的性能，同时易于使用，并随着一系列客户特定的系统而增长。

图10示出了根据本公开各方面的功率模块的分解图；并且图11示出了图10的功率模块的局部视图。具体地，图10示出了功率模块100中的多个元件。这些元件包括基板602、垫圈604、一个或多个功率衬底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。此外，预期功率模块100可以包括比本文描述的元件更少或与其不同的元件。

功率模块100可以包括基板602。基板602可以为功率模块100提供结构支撑，并且有利于功率模块100的热管理的散热。基板602可以包括基底金属(例如，铜、铝等)或者金属基复合材料(mmc)，其可以提供匹配的热膨胀系数(cte)，以减少热生成的应力。在一个方面，mmc材料可以是高导电性金属(例如，铜、铝等)和低cte金属(例如，钼、铍、钨)和/或非金属(例如，金刚石、碳化硅、氧化铍、石墨、嵌入热解石墨等)的复合材料。根据材料，基板602可以通过机械加工、铸造、冲压等形成。基板602可以具有金属镀层，例如，镍、银、金和/或类似物，以保护基板602的表面并提高焊接能力。在一个方面，基板602可以具有平坦的背面。在一个方面，基板602可以具有凸起轮廓，以提高回流后的平面度。在一个方面，基板602可以具有用于直接冷却的销散热片。

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善封装过程。在这点上，功率模块100可以包括其中的电介质封装。垫圈604可以注射成型、分配等，并且可以应用在壳体侧壁612中的凹槽中，并且压缩在壳体侧壁612和基板602之间。

功率模块100可以包括一个或多个功率衬底606。一个或多个功率衬底606可以为功率装置302提供电互连、电压隔离、热传递等。一个或多个功率衬底606可以被构造为直接键合铜(dbc)、活性金属铜焊(amb)、绝缘金属衬底(ims)等。在ims结构的情况下，一个或多个功率衬底606和基板602可以集成为同一元件。在一些方面，一个或多个功率衬底606可以用焊料、导热环氧树脂、银烧结等附接到基板602。在一个方面，可以有两个功率衬底606，每个开关位置104具有一个。

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可以在外部系统和一个或多个功率衬底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可以具有部分厚度的弯曲辅助线624，以促进一个或多个边缘功率触点608弯曲，从而有助于最终组装。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可以与功率衬底606直接焊接、超声焊接等。一个或多个边缘功率触点608可以具有金属镀层，例如，镍、银、金和/或类似物，以保护表面并提高焊接能力。

在一个方面，边缘功率触点608的基部636可以分成脚，以帮助连接过程。基座636可以具有金属镀层，例如，镍、银和/或金，以保护表面并提高焊接能力。

功率模块100还可以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，功率装置302可以包括并联放置的可控开关和二极管的任意组合，以满足对电流、电压和效率的要求。功率装置302可以用焊料、导电环氧树脂、银烧结材料等连接。功率装置302上的上焊盘(包括栅极和源极)可以用功率引线键合628引线键合到其相应的位置。功率引线键合628可包括铝、铝合金、铜等电线，其可在双脚处超声焊接等，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，功率引线键合的导线直径可以小于功率引线键合628的导线。

功率模块100还可以包括一个或多个温度传感器610。一个或多个温度传感器610可以用直接连接到功率衬底606的电阻温度传感器元件来实现。也可以考虑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、银烧结材料等连接，并且然后可以引线键合到信号互连组件616。功率模块100还可以包括一个或多个诊断传感器，这些诊断传感器可以包括感测振动等的应变仪。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征。

功率模块100还可以包括壳体侧壁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、电压爬电距离和间隙、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可以用增强的高温塑料在注射成型工艺中形成。

功率模块100还可以包括中央功率触点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可以在外部系统和功率装置302之间创建高电流路径。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)而与下面的功率衬底606隔离，或者可以如下所述焊合或焊接到次级功率衬底。如图11所示，中心功率触点614可以包括一个或多个孔632，用于容纳将中心功率触点614紧固到壳体侧壁612的相应紧固件634。

如图11所示，下侧开关位置功率装置302可以从其端子直接引线键合640到中心功率触点614。中心功率触点614可以具有部分厚度的弯曲辅助线624，以帮助在最终组装阶段折叠。中心功率触点614可以具有金属镀层，例如，镍、银、金和/或类似物，以保护表面并提高键合能力。

功率模块100还可以包括信号互连组件616。信号互连组件616可以是小信号电路板，便于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可以允许每个功率装置302的单独栅极电阻器。信号互连组件616可以是设置在壳体侧壁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具有一个。

功率模块100还可以包括壳体盖618。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、电压爬电距离和间隙以及结构支撑。在这点上，壳体盖618和壳体侧壁612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可以用增强的高温塑料在注射成型过程中形成。

功率模块100还可以包括紧固件620。紧固件620可以是螺纹成型螺钉。也可以考虑其他类型的紧固件。紧固件620可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(如果没有通过另一种方式嵌入)、用于将壳体侧壁612紧固到基板602等。

功率模块100还可以包括系留紧固件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折叠后固定在边缘功率触点608和中心功率触点614下方。设想其他类型的紧固件或连接器来实现系留紧固件622。系留紧固件622可以有助于到外部汇流条或电缆的电连接。系留紧固件622可以被设置成使得当功率模块100螺栓连接到汇流条时，系留紧固件622和边缘功率触点608向上拉入汇流条，形成更好质量的电连接。如果系留紧固件622固定到壳体上，则可以用来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可以包括具有与系留紧固件622的外部形状一致的形状的孔，以防止系留紧固件622旋转。对应的紧固件(如图26所示)可以被系留紧固件622容纳。相应的紧固件延伸穿过中心功率触点614中的紧固孔512，以便于与外部汇流条或电缆的电连接。

在一个方面，壳体侧壁612可以包括具有与系留紧固件622的外部形状一致的形状的孔，以防止系留紧固件622旋转。对应的紧固件(如图26所示)可以被系留紧固件622容纳。相应的紧固件延伸穿过一个或多个边缘功率触点608中的紧固孔512，以便于与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的电流路径可以具有宽、短的长度，并且尽可能重叠，以实现磁通量抵消。当流过环路的电流以相反的方向非常接近时，发生磁通量抵消，有效抵消了其相关的磁场。这种模块方法的一个主要好处是整个覆盖区的宽度都用于传导。模块高度可以最小化，以减少电流必须通过结构的长度。

半桥相位支路的功率环路如图11所示，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。从端子表面到单独功率装置302的有效电流路径在功能上是等效的。此外，功率装置302可以放置在非常接近的位置，最小化其相对环路电感的不平衡，并确保优异的热耦接。

图12a示出了根据本公开构造的功率模块的相位支路的俯视图，其中，每个节点在半桥拓扑中识别；并且图12b示出了根据本公开构造的功率模块的相位支路的示意图，其中，每个节点在根据图12a的半桥拓扑中识别。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平行放置的分立二极管(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，电流路径可以从v+节点端子608开始，v+节点端子608可以连接到功率衬底630和功率装置302中的上功率装置的漏极d1。然后，功率装置302中的上功率装置的源极s1可以引线键合628到下功率衬底焊盘630，下功率衬底焊盘630连接到下侧功率装置302的漏极d2以及相功率端子608。最后，下侧功率装置302的源极s2可以引线键合628到v-功率接触端子614，其可以在下功率衬底630上方，设置一些重叠，并且可以与下面的衬底630充分电压隔离。

图13示出了图12a和图12b的相位支路的剖视图；并且图14示出了包括电流路径的图12a和图12b的相位支路的剖视图。如图13所示，功率触点或端子106、108、110的凸片在功率模块100结构的最终配置中折叠。层厚放大，以显示细节。当可视化电流时，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、多高度或多海拔配置。在这点上，端子614的垂直位置被示为高于端子608的垂直位置。高度差由箭头702指示。这种多高度配置可以提供下面更详细描述的关键环路。此外，多高度配置可以有助于提供总线连接，这也将在下面进一步描述。

图14示出了从v+端子到v-端子的电流路径的覆盖，表示根据本公开各方面的完全切换的关键环路。电感与路径长度成比例，随着导体横截面积的增加而减小，并且随着磁场中磁通量的抵消而减小。所识别的路径从端子608开始，并流经功率衬底630通过功率装置302，继续通过功率装置302流入第二衬底630，并由端子614输出。由于以下因素，确定的路径为低电感：

模块高度低；

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的优化并联引线键合628；

功率装置302之间的均匀电流共享；

当电流方向在下侧开关位置反转时，磁通量抵消；

外部v+/v-汇流条中的磁通量抵消。

图15示出了根据本公开的一个方面的功率模块与总线的接触表面。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的顶部与其他端子偏移。如图15所示，该特征允许外部v+/v层压总线802、804接触两个端子608、614，而不需要层压总线802、804弯曲。偏移距离702(如图13所示)可以被调整，以匹配汇流条金属和相关介电隔离膜的厚度。

低内部模块电感与到dc链路电容102组的总线802、804、806中的最小外部电感相结合，导致功率模块100的优化结构，用于完全、快速的切换事件，具有低电压过冲和稳定的性能。越小的环路电感导致dc链路电容102所需的总电容就越小。

这些优点完全允许更低的切换损耗、更高的切换频率、改善的可控性和降低的emi。最终，这有助于系统设计人员实现更高功率密度和更强大的功率转换系统。

图16a、图16b和图16c示出了根据本公开各方面的功率模块的端子的各个方面。v-端子614位于功率模块100中间的多层布局对于这种设计可能是至关重要的。直接位于功率衬底630上的输出迹线上的该端子614的合适的电压隔离可以通过形成隔离结构的各种结构来实现。该功率模块100的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。在这个方面，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可以作为桥接中心区域的条带810位于壳体侧壁612中。在一个方面，条带810可以由塑料形成。功率触点614可以通过多种方法嵌入条带810中，包括机械紧固(例如，用螺纹成型螺钉)、直接集成(例如，通过塑料包覆成型工艺)、用塑料热熔操作铆接就位等。

图16b示出了v-端子614隔离的另一方面。在这方面，功率模块100可以通过功率衬底隔离来形成v-端子614的隔离。在这点上，次级功率衬底812可用于通过其介电材料层(例如，陶瓷等)提供隔离。该次级功率衬底812被焊接、烧结或环氧化到功率衬底630，而功率触点614可以被焊合或焊接到次级衬底上的上部金属焊盘。这种方法的一个好处是中心功率触点614的热传递得到改善，因为次级功率衬底812是高传导性的，并且将有助于热量从功率触点614移除到冷板或散热器。

图16c示出了v-端子614隔离的另一方面。在这点上，可以使用厚膜隔离814。厚膜隔离814可以利用直接在功率衬底630上的印刷厚膜电介质，并且可以提供电压阻挡。中心触点614可以通过环氧树脂附着到厚膜隔离814，直接焊接到印刷在介电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，中央功率触点614可以在功率衬底630上悬挂足够的距离，并且以类似于嵌入式方法的方式附接到壳体侧壁612。在这点上，填充功率模块100的凝胶封装可以提供介电隔离。然而，中心触点614可能需要使用高刚度材料，以不妨碍在下侧装置和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各方面的多个并联装置。具体地，

图17示出了三个功率装置302。这仅仅是示例性的，并且是为了便于说明和理解。本公开的功率模块100可以包括任意数量的功率装置302。

栅极控制和感测信号显著影响功率模块100的切换性能，并且在并联开关位置104中可能特别重要。信号环路可以在功率模块100中优化，以获得高性能、鲁棒性和均匀的电流共享。类似于功率环路，路径可以被配置为长度受限、横截面宽，并且相关联的外部组件可以被放置成在物理上尽可能靠近信号端子502、504。

对于并联阵列的功率装置302，例如，晶体管，特别是mosfet，必须平衡栅极电流的时间和幅度，以产生一致的接通和关闭条件。功率模块100可以利用单独的镇流电阻器rg1、rg2、rg3，这些镇流电阻器可以放置在功率装置302的栅极附近，仅由栅极引线键合分开。这些组件具有低电阻，并有助于缓冲流向每个单独的功率装置302的电流。这些组件用于断开功率装置302的栅极，防止振荡，并有助于确保并联功率装置302的均衡接通信号。可以使用单个外部电阻器rdriver并将其连接到这些并联电阻器rg1、rg2、rg3，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rg1、rg2、rg3可以是表面安装封装、集成厚膜层、印刷厚膜、可引线键合芯片等。

图18示出了根据本公开的一个方面的有效栅极开关环路的透视图；并且图19示出了根据本公开的一个方面的有效栅极开关环路的俯视图。信号衬底或信号互连组件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可以通过单独的电阻器820连接到栅极引线接合焊盘，而下轨道816可以直接引线接合到功率装置302的源极焊盘。这可以被认为是真正的开尔文连接，因为源极开尔文键不在电源键的电流路径中。开尔文连接对于完全高效的控制可能很重要，降低高漏极至源极电流对信号环路的影响。

图18和图19进一步示出了信号互连组件616左手侧的可选信号连接506、508。这些连接可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，这些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征。在一个方面，温度传感器610可以放置在低侧位置。当然，也可以考虑温度传感器610的其他位置和设置。在一个方面，可以将引线键合放置在漏极迹线旁边的上焊盘上(例如，功率装置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，也考虑过电流测量的其他位置和设置。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，电流也可以通过功率装置302上的电压降来感测。

该信号环路或信号互连组件616的这种实现可以确保开关位置104中并联功率装置302的任何组合的质量控制和测量。标准pcb板对板连接器可以允许直接连接到外部栅极驱动器和控制电路。

如图所示，该栅极配电网络可以用pcb实现。也可以直接在主功率衬底630上、直接在基板602上等形成为厚膜电路。这具有减少功率模块100的组件数量以及印刷栅极电阻器820的选项的优点。栅极电阻器820可以比pcb上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各方面的功率模块的部分示例性实现方式。在这点上，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。这种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。这个具体示例是三相电机驱动。在这方面，具有三个功率模块100。

所公开的功率模块100可以配置为半桥相位支路阵列(如图所示，三个)。可以并联包括额外的功率模块100，以根据应用的需要增加电流。

图20的实现方式还可以包括冷板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转移到另一个源(液体、空气等)。

图20的实现方式还可以包括dc链路电容102。dc链路电容102可以实现为接合dc电源和功率模块100的滤波电容器。在一个方面，dc链路电容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102可以实现为形成‘一组’电容器的多个组件。

图20的实现方式还可以包括冷板支座904。冷板支座904可以为冷板902提供结构支撑。冷板支座904可如图所示配置，将功率模块100端子106、108与电容器触点906提升并放置在同一平面内。在这方面，没有弯曲的扁平汇流条可以将组件互连。对于更高的功率密度或不同类型的电容器，可以调整冷板支座904的高度，以最佳地利用转换器元件可用的形状因数。这可能在增加电环路长度方面有相应的折衷，因为过渡弯曲可能是必要的，并且将取决于系统特定的要求。

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便于简单有效的汇流条互连。为了最小化dc链路电容102和功率模块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可以被薄介电膜914分隔开。电流以相反的方向流过每片厚导体910、912，用作大大降低功率装置302和滤波dc链路电容102之间的有效电感。厚导体910的上层可以压花，以在与dc链路电容102的配合表面处形成共面触点918，消除了对垫圈或间隔物的需要，垫圈或间隔物可能干扰电性能。

匹配上述系统级布局的示例层压汇流条900可以包括导体v+平面912、导体v-平面910和介电膜914中的一个或多个。

导体v+平面912可以通过触点926将功率模块100的v+端子106连接到通过触点928的dc链路电容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可以通过触点924将功率模块100的v-端子108连接到dc链路电容102的v-端子，以及具有用于外部连接922的端子。触点918、924、926、928和端子920、922均可以用紧固孔来实现，该紧固孔被配置为容纳紧固件，以形成电连接。也考虑了其他电连接实现方式。导体910、912可以包括孔940。一个导体910、912中的孔940允许接近导体910、912中的另一个中的触点。

介电膜914可以实现为放置在导体910、912的重叠金属层之间的薄电绝缘体。介电膜914可以根据电气安全标准提供介电绝缘。介电膜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。根据几何形状和可用空间，层压汇流条900的边缘916可以通过多种方法密封，包括夹封层压、环氧树脂密封、介电插入等。在一些方面，介电膜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夹封。在一些方面，层压汇流条900可以随后经受压力、热量和时间，以形成层压体。

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，一个导体910、912以及介电膜914的厚度限定了图13所示的偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是0.5mm至10mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是1mm至2mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是0.5mm至1mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是2mm至3mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是3mm至4mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是4mm至5mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是5mm至6mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是6mm至7mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是7mm至8mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是8mm至9mm，这对应于偏移距离702。在一个方面，一个导体910、912以及介电膜914的厚度可以是9mm至10mm，这对应于偏移距离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，如在这个示例中，相位输出930可以不需要层叠或重叠来最小化电感。这是因为相位输出汇流条930驱动电感负载，这限制了降低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可以包括孔934，用于容纳紧固件，以形成电连接。

非常希望测量每个相位的输出电流。这可以通过多种方法来实现，例如，添加低电阻串联电阻器(称为分流器)并测量其上的电压降，包括测量电流生成的磁场并向控制器提供比例信号的传感器等。图24示出了该系统的一个输出汇流条930以及通过添加铁屏蔽932来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或导体的形式和设置可以变化，并且取决于功率模块100的特定拓扑或设置。

铁屏蔽932或磁场集中器可以被配置为将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，但在大多数转换器系统中，这是提取输出电流测量值的非常有利的配置。

图25示出了根据本公开各方面的包括功率模块和层压汇流条的示例性实现方式的透视图；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方式的第一剖视图；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方式的第二剖视图。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102、dc链路层压汇流条900组件和输出接触汇流条930。

图26示出了dc链路电容的端子的横截面。图26示出了汇流条900中的压花共面连接918以及每个可行位置的高度金属层压。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)和介电隔离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的横截面示出了从dc链路电容102组到功率模块100的端子106、108的优化重叠临界环路。这用实际的代表性组件和物理设计约束加强了图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能是必要的，并且可以由所公开的功率模块设计实现。他们共同在dc链路电容102组和开关位置104之间形成有效且高度集成的低电感路径。这种结构允许功率装置302(例如，宽带隙半导体)的高效、稳定和非常高的频率切换。

图28示出了根据本公开的示例性单模块栅极驱动器。栅极驱动器充当功率放大器，将驱动电流传送到开关位置104，同时在控制器和高压功率级之间提供电压隔离。在开关位置104之间的驱动器块之间也可以保持隔离。对于高频切换，驱动器的输出级可以物理上靠近开关位置104。

出于安全考虑，可以包括其他功能，例如，欠压、过压和过流保护。栅极驱动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关闭。

采用这种功率模块设计，栅极驱动器可以直接位于层压电源总线900的上方。栅极驱动器可以形成为单个pcb，并以与功率模块100相同的模块化方式积累或缩放。可选地，驱动器也可以集成在功率模块100阵列上的单个pcb上，由于板上有多个高压节点，所以节省了尺寸但增加了复杂性。驱动器的输出级可以直接位于与模块信号引脚接触的板对板连接器旁边。

图28中给出了示例单模块栅极驱动器400。对于每个开关位置104，可以复制单模块栅极驱动器400元件。每个块的设置和具体布局可以依赖于系统，并且在该图中被配置为通用示例。

单模块栅极驱动器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、体栅电阻器和本地电流滤波器450、传感器和保护组件460、功率模块信号连接器470和爬电距离扩展槽480中的一个或多个。单模块栅极驱动器400可以设置在印刷电路板(pcb402)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、板对板连接器或类似机制在这两者之间传输。

隔离电源420可以被实现为dc-dc转换器，其为功率装置302的接通和关闭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。控制级和功率级之间的隔离可以是该模块的一个重要功能。

信号隔离和调节组件430可以包括电路，以提供低压控制和高压功率之间的控制信号之间的隔离，以及调节驱动器的放大器级440的控制信号。

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，以便完全切换。

体栅电阻器和本地电流滤波器450可以是转换到输出引脚、体栅电阻器和本地电流滤波器450之前的最后一级，并且可以用于调谐开关位置104的接通和关闭时间，以匹配特定系统的需要。这些可以是一组无源元件，或者作为网络的一部分，如果需要不同的切换特性，则具有不同的接通和关闭电阻值。也可以使用本地滤波器来确保在切换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pcb402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，提供到功率模块100内部的栅极配电网络的直接连接。这通常可以通过板对板连接器、直接焊接连接等来实现。线板连接也是可能的，但是可能需要驱动器物理上靠近功率模块100。

爬电距离扩展槽480可以被配置为改善驱动器级之间的电压隔离，允许组件的更紧凑封装。随着高压功率模块的尺寸不断缩小，电压隔离越来越成为一项挑战。在pcb402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封并且用保形电介质涂层完全覆盖整个组件。更具体地，包括pcb402的功率模块100的各种组件可以包括一个或多个组件的离散和/或局部灌封；并且包括pcb402的功率模块100的各种组件可以包括一个或多个组件、整个pcb402和/或功率模块100的其他组件上的保形电介质涂层。

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，具有来自控制源的优化的低电感信号流，经过隔离、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示出了根据本公开各方面的电流感测组件；并且图31示出了根据图30的设置有相位输出汇流条的电流感测组件。有多种方法可以检测电流。在图30和图31所示的本公开的一个方面，可以使用非接触式磁传感器980。非接触式磁传感器980可以与铁屏蔽932一起用于聚焦磁场。非接触式磁传感器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示出了全部三相的单个pcb936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叠加。具体地，图32示出了具有前述所有功能组件的示例性三相电机驱动功率叠加。图32系统高度集成，并针对峰值电气性能进行了高度优化。考虑了诸如电容器组的电压感测和emi屏蔽壳体的额外特征，这些特征将很好地集成在该高性能核心中。

该示例性方法适用于特定的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。本公开中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。

因此，本公开阐述了一种改进的功率模块100和相关系统，其被配置为解决寄生阻抗，例如，环路电感，以增加稳定性、降低切换损耗、降低emi并限制系统组件上的应力。具体地，所公开的功率模块具有利用所公开的设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可以在多种拓扑中实现，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。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。

上面已经参考附图描述了本公开的各个方面，其中，示出了本公开的各个方面。然而，应当理解，本公开可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于上述方面。相反，提供这些方面是为了使本公开彻底和完整，并将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。在全文中，相同的数字表示相同的元件。

应该理解，尽管术语第一、第二等在整个说明书中用来描述各种元件，但是这些元件不应该受这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件和另一元件。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列出项目的任何和所有组合。

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，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(includes)”和/或“包括(including)”在本文中使用时，指定存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组。

应当理解，当诸如层、区域或衬底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”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，可以直接连接或耦接到另一元件，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“下方”、或“上方”、或“上部”、或“下部”、或“顶部”、或“底部”的相关术语在本文中可以用来描述一个元件、层或区域与另一元件、层或区域的关系，如图所示。应当理解，除了图中所示的方向之外，这些术语旨在涵盖装置的不同方向。

本文参考剖视图来描述本公开的各个方面，这些剖视图是本公开的理想化实施例(和中间结构)的示意图。为了清楚起见，图中的层和区域的厚度可能夸大。此外，由于例如制造技术和/或公差的原因，图中形状的变化是可以预料的。

在附图和说明书中，已经公开了本公开的典型方面，尽管使用了特定术语，但是它们仅用于一般和描述性的意义，而不是为了限制的目的，在下面的权利要求中阐述本公开的范围。

虽然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内进行修改来实践本公开。上面给出的这些示例仅仅是说明性的，并不意味着是本公开的所有可能的设计、方面、应用或修改的详尽列表。在这点上，各种方面、特征、组件、元件、模块、设置、电路等被认为可互换、混合、匹配、组合等。在这点上，本公开的不同特征是模块化的，并且可以相互混合和匹配。