紧凑型逆变器系统的制作方法

紧凑型逆变器系统


背景技术：

1.在工业风扇、泵、电动车辆等中使用电动机(例如感应电动机)。感应电动机是一种交流(ac)电动机，其转子中产生转矩所需的电流通过来自定子绕组的磁场的电磁感应而获得。在电动车辆中，该转矩施加在驱动电动车辆的轴上
2.微控制器或者其它数据处理装置(例如片上系统)通过功率逆变器系统控制电动机。本质上，功率逆变器系统将来自电池、燃料电池或其他来源的直流(dc)功率转换为ac功率。功率逆变器系统可以反向操作以将ac功率转换成dc功率。功率逆变器系统可以包括一相、三相、六相、九相、甚至更多相。通常，功率逆变器系统的每一相包括至少一个连接到至少一个“低侧”开关的“高侧”开关。一对相连接的高侧开关和低侧开关被称为“半桥”。
3.本公开将参考用于将dc功率转换成ac功率以用于电动车辆的电动机的三相功率逆变器系统来进行描述，但应当理解，本公开不应限于此。
附图说明
4.通过参考附图，本领域技术人员可以更好地理解本技术，并且明确其众多的目的、特征和优点。
5.图1a示出了示例性三相功率逆变器的相关组件。
6.图1b示出了图1a中的三相功率逆变器所采用的栅极控制信号的示例时序图。
7.图2a-1和图2a-2是示例性封装开关的等距视图和反向等距视图。
8.图2b-1和图2b-2是示例性封装半桥的等距视图和反向等距视图。
9.图3a-1是示出在从顶部观察时图2a-1和图2a-2所示的封装开关的示例的相关组件的示意图。
10.图3a-2是示出在从侧面观察时图2a-1和图2a-2所示的封装开关的示例的相关组件的示意图。
11.图3a-3是示出在从背面观察时图2a-1和图2a-2所示的封装开关示例的相关组件的示意图。
12.图3a-4是示出示例性开关控制器的相关组件的示意图。
13.图3a-5和图3a-6是示出示例性开关的相关组件的示意图。
14.图3a-7是示出示例性栅极驱动器的相关组件的示意图。
15.图3b-1是示出另一示例性封装开关的相关组件在从顶部观察时的示意图。
16.图3b-2是示出在从侧面观察时图3b-1中所示的示例性封装开关的相关组件的示意图。
17.图3b-3是示出在从背面观察时图3b-1中所示的示例性封装开关的相关组件的示意图。
18.图3c-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装开关的相关组件的示意图。
19.图3c-2是示出在从背面观察时图3c-1中所示的示例性封装开关的相关组件的示意图。
20.图3d-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装开关的相关组件的示意图。
21.图3d-2是示出在从背面观察时图3d-1中所示的示例性封装开关的相关组件的示意图。
22.图3e-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装开关的相关组件的示意图。
23.图3e-2是示出在从背面观察时图3e-1中所示的示例性封装开关的相关组件的示意图。
24.图3f-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装开关的相关组件的示意图。
25.图3f-2是示出在从背面观察时图3f-1中所示的示例性封装开关的相关组件的示意图。
26.图3g-1是示出在从侧面观察时图2b-1和图2b-2中所示的示例性封装半桥的相关组件的示意图。
27.图3g-2是示出在从背面观察时图2b-1和图2b-2中所示的示例性封装半桥的相关组件的示意图。
28.图3h-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装半桥的相关组件的示意图。
29.图3h-2是示出在从背面观察时图3h-1中所示的示例性封装半桥的相关组件的示意图。
30.图3i-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装半桥的相关组件的示意图。
31.图3i-2是示出在从背面观察时图3i-1中所示的示例性封装半桥的相关组件的示意图。
32.图3k-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装半桥的相关组件的示意图。
33.图3k-2是示出在从背面观察时图3k-1中所示的示例性封装半桥的相关组件的示意图。
34.图3l-1是示出在从侧面观察时另一示例性封装半桥的相关组件的示意图。
35.图3l-2是示出在从背面观察时图3l-1中所示的示例性封装半桥的相关组件的示意图。
36.图3j是示出在从侧面观察时另一示例性封装半桥的相关组件的示意图。
37.图4a-1是示出在从侧面观察时示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
38.图4a-2是在从背面观察时图4a-1的紧凑型逆变器系统的示意图。
39.图4a-3-4a-6是可用于紧凑型逆变器系统的示例性管道的横截面图。
40.图4b-1是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
41.图4b-2是在从背面观察时图4b-1的紧凑型逆变器系统的示意图。
42.图4b-3示出了从图4b-1所示的紧凑型逆变器系统的一相接收或发送到该相的示例性信号。
43.图4c-1是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
44.图4d-1是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
45.图4d-2示出了从图4d-1所示的紧凑型逆变器系统的一相接收或发送到该相的示
例性信号。
46.图4e是示出在从顶部观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
47.图4f是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
48.图4g是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
49.图4h是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
50.图4i是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
51.图4j是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
52.图4k是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
53.图4l是示出在从侧面观察时另一示例性紧凑型逆变器系统的相关组件的示意图。
54.图4m-1和图4m-2是示出在从背面和侧面观察时封装半桥的相关组件的示意图。
55.图5是可以从其形成示例性信号框架衬底的压花金属薄片的等距视图。
56.图6是图5所示的压花片被切割后的反向等距视图。
57.图7是图6所示的切割后的片材中的几根非隔离信号引线被折弯之后的等距视图。
58.图8是在栅极驱动器电路的引线连接到图7的信号框架衬底之后的俯视图。
59.图9a是示例性管芯衬底的俯视图。
60.图9b示出了在图9a所示的管芯衬底的一个面上承接的示例性开关。
61.图9c示出了图9b所示结构的局部横截面图。
62.图10是图9a的管芯衬底与图8所示的信号框架衬底对齐的俯视图。
63.图11a和图11b是示例性管芯夹的等距视图和反向等距视图。
64.图11c和图11d是图11a、图11b所示的管芯夹与图10的管芯衬底和信号框架衬底对齐时的俯视图和仰视图。
65.图11e是局部地示出在从侧面观察时图11c、图11d的结构的等距视图。
66.图11f和图11g是图11c和图11d所示的结构具有附加组件时的俯视图和等距视图。
67.图12a和图12b是图11f和图11g所示的结构具有模制塑料体时的等距视图和反向等距视图。
68.图13a和图13b是示例性封装半桥的相关组件的侧视图和等距视图。
69.图14a和图14b分别是图4d-1的紧凑型逆变器系统中采用的示例性v+汇流条的等距视图和端视图。
70.图15a和图15b是图14a和图14b的v+汇流条承接示例性封装半桥之后的等距视图和侧视图。
71.图16a是可在图4d-1的紧凑型逆变器系统中使用的示例性夹具的等距视图。
72.图16b和图16c是图16a所示的夹具的端视图。
73.图17a和图17b是图15a和图15b b中所示的结构具有图16a-c的夹具时的等距视图和端视图。
74.图18a-图18c是图17a和图17b中所示的结构添加了散热器时的等距视图、侧视图和端视图。
75.图19a和图19b是图18a-图18c所示的结构具有附加的夹具、半桥和散热器时的等距侧视图和侧视图。
76.图20a-图2c是图4d-1的紧凑型逆变器系统中采用的示例性v-汇流条的等距视图、
俯视图和端视图。
77.图20d是图20a-图2c所示的示例性v-汇流条中承接了去耦电容器阵列时的侧视图。
78.图21是图19a和图19b所示的结构具有v-总线和附加组件时的端视图。
79.在不同附图中，相同的附图标记的使用指示相似或相同的项。
具体实施方式
80.图1a示出了示例性三相功率逆变器系统(下文称为逆变器系统)100的相关组件。每一相包括一个半桥，其中，一个高侧开关连接到一个低侧开关。每一个高侧开关包括与二极管dhx并联连接的晶体管thx，并且每一个低侧开关包括与二极管dlx并联连接的晶体管tlx。晶体管th1-th3和tl1-tl3采用绝缘栅双极晶体管(igbt)。
81.高侧晶体管th1-th3分别经由节点n1-n3与低侧晶体管tl1-tl3串联连接，并节点n1-n3进而连接到电动机的绕组wa-wc的各个端子。th1-th3的集电极和dh1-dh3的阴极连接在一起并连接到电池的提供正电压v+(例如，50v、100v、200v或更高)的端子，而晶体管tl1-tl3的发射极和二极管dl1-dl3的阳极连接在一起并连接到电池的提供返回或负电压v-的另一端子。
82.高侧晶体管th1-th3和低侧晶体管tl1-tl3分别由微控制器110经由栅极驱动器h101-h103和l101-l103控制。栅极驱动器是接受来自器件(例如微控制器)的低功率输入信号并产生高电流输出信号来控制诸如igbt或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)之类的晶体管的栅极的电路。
83.晶体管的控制相对简单。高侧栅极驱动器h101-h103和低侧栅极驱动器l101-l103从微控制器110接收低功率的驱动器控制信号(即脉宽调制信号pwm-h1-pwm-h3和pwm-l1-pwm-l3)。在pwm-h1-pwm-h3信号被分别置位时，高侧栅极驱动器h101-h103分别通过置位大电流的栅极控制信号vgh1-vgh3来分别激活高侧晶体管th1-th3。并且，在pwm-l1-pwm-l3信号被分别置位时，低侧栅极驱动器l101-l103分别通过置位大电流的栅极控制信号vgl1-vgl3来分别激活低侧晶体管tl1-tl3。晶体管th1-th3和tl1-tl3中的每一个在激活时将电流传导到连接的绕组w或从连接的绕组w传导电流。
84.通过连接的高侧晶体管和低侧晶体管的协调激活，绕组w中的电流方向连续且规则地翻转(电流流入绕组，然后突然反向并流出)。图1b示出了栅极控制信号vgh1-vgh3和vgl1-vgl3的示例性时序图。耦合到驱动轴(未示出)的电动机转子(未示出)的磁场与绕组wa-wc中的电流变化之间的相互作用产生推动电动车辆的力。
85.微控制器110分别通过pwm-h1-pwm-h3和pwm-l1-pwm-l3信号控制高侧晶体管th1-th3和低侧晶体管tl1-tl3。诸如微控制器110的微控制器包括中央处理单元(cpu)、存储可由cpu执行的指令的存储器以及诸如定时器、输入/输出(i/o)端口等外围设备。cpu根据存储在存储器中的指令对定时器进行编程。一旦完成编程并启动，这些定时器可以自主生成pwm-h1-pwm-h3和pwm-l1-pwm-l3信号。栅极驱动器h101-h103基于pwm-h1-pwm-h3信号生成vgh1-vgh3信号，而栅极驱动器l101-l103基于pwm-l1-pwm-l3信号生成vgl1-vlh3信号。cpu可以对定时器重新编程，以便调整pwm信号的占空比和/或周期，该占空比和/或周期进而调整电动车辆的驱动轴的转速。
86.现有的逆变器系统体积大、笨重、昂贵、低效等。例如，可以向电动机输送400kw峰值功率的现有逆变器系统的占据超过11升的体积。公开了一种“紧凑型功率逆变器系统”(以下称为紧凑型逆变器系统)，其解决了现有逆变器系统的许多问题。例如，紧凑型逆变器系统包括如下图20d所述的陶瓷去耦电容器，可提供400kw的峰值功率，但占据小于0.25升的体积。如果使用薄膜去耦电容器代替陶瓷去耦电容器，或者在陶瓷去耦电容器的同时添加薄膜去耦电容器，则紧凑型逆变器的尺寸可能会增大。最终，所公开的紧凑型转换器系统的功率密度(功率/体积)远远超过现有逆变器系统的功率密度。
87.封装开关模块
88.公开了“封装开关模块”。本公开的紧凑型逆变器系统使用封装开关模块，应当理解，封装开关模块可以用在各种其他系统中，例如ac-dc转换器、dc-dc转换器系统、整流器、光伏转换系统、充电站等。
89.顾名思义，封装开关模块包含一个或多个“开关模块”。开关模块包括“开关”和“开关控制器”，应该理解，开关模块可以包括附加组件。开关控制器器监视和/或控制开关(即激活或停用开关)。只包含一个开关模块的封装开关模块被称为“封装开关”，而包含两个开关模块的封装开关模块被称为“封装半桥”。
90.封装开关和封装半桥可以是有6个侧面的立方体形状：上、下、前、后、左和右。在一个实施例中，这些侧面基本上是平的。图2a-1、图2a-2是示例性封装开关200的等距视图和反向等距视图。图2b-1和图2b-2是示例性封装半桥250的等距视图和反向等距视图。封装开关和半桥可以制造称具有小形状因子。例如，封装开关200的尺寸可以为25
×
25
×
6毫米，而封装半桥250的尺寸可以为25
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25
×
12毫米。在本公开中描述的所有封装开关的尺寸(例如，25
×
25
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6毫米)和形状可以基本上相似。本公开中描述的所有封装半桥的尺寸(例如，25
×
25
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12毫米)和形状(例如，立方体)可以基本上相似。
91.封装开关和半桥具有实心玻璃、塑料或陶瓷的壳体。仅出于解释的目的，假设壳体是塑料的(例如环氧树脂)。图2a-1和图2a-2示出了具有塑料壳体202的封装开关200，而图2b-1和图2b-2示出了具有塑料壳体252的封装半桥250。在大多数实施例中，塑料壳体的表面基本上是平的。
92.塑料壳体隔离、保护和/或支承诸如开关、开关控制器等组件。塑料壳体也支承“信号引线”。信号引线是一种导体或由一段“电线”或金属焊盘组成的电连接，其被设计用于电连接两处位置。信号引线在内部组件之间(例如，在开关控制器和开关之间)、或者在内部组件(例如，开关控制器)和外部组件(例如，微控制器、电压调节器等)之间承载信号(例如pwm信号、栅极控制信号等)或电压(例如，电源电压或正电压、接地返回或负电压等)。图2a-1和图2a-2示出了示例性信号引线204和206。信号引线204可以将诸如低功率pwm信号的信号传送到内部组件(例如，开关控制器)，而信号引线206可以将电源电压传送到相同的内部组件或不同的内部组件。封装半桥250具有类似的信号引线204h、204l、206h和206l。
93.在所示的实施例中，信号引线具有基本平坦的表面。除非另有说明，否则信号引线的表面基本上与封装开关或封装半桥的塑料壳体表面齐平。然而，在其他实施例中，平坦表面可以基本上凹陷在塑料壳体的表面之下，或者平坦表面可以基本上突出在塑料壳体的表面之上。图2a-1示出了具有与封装开关200的顶面基本齐平的平坦表面的示例性信号引线204和206。图2a-2也示出了具有与封装开关200的前表面基本齐平的平坦表面的示例性信
号引线。信号引线可以提供端子(即物理接口)。封装开关200前面的信号引线提供通过其接收或发送信号或电压的端子。例如，信号引线204提供可以从微控制器接收诸如低功率pwm信号的信号的端子，而信号引线206提供用于从功率管理集成电路(pmic)接收电源电压的端子。在替代实施例中，顶部的信号引线可以提供用于接收或发送信号或电压的端子。出于解释的目的，只有封装开关前面设置用于接收或发送信号和电压的信号引线端子，应当理解，在替代实施例中，顶部的信号引线可以提供端子。图2b-1和图2b-2示出了与封装半桥250的前表面、顶面和底面基本齐平的类似的信号引线204和206。出于解释的目的，只有诸如封装半桥前面的信号引线204h、204l、206h和206l的信号引线提供端子，通过该端子可以发送或接收信号或电压，应当理解，在替代实施例中，顶面和底面的信号引线可以提供端子。
94.开关包括一个或多个功率晶体管(igbt、mosfet等)。功率晶体管有2个电流端子(igbt中的集电极和发射极，mosfet中的源极和漏极，等等)和控制或栅极端子。开关中的多个功率晶体管可以并联连接，并在其栅极由公共信号控制。取决于开关中晶体管的尺寸(即栅极宽度和长度)、类型(例如mosfet)、半导体材料(例如gan)和数量(例如3个)，开关可以以高开关速度传输相当大的电流而不会出现故障。功率晶体管可以以高开关速度传输电流(例如，si igbt高达100khz，sic mosfet高达500khz，gan mosfet高达1.0ghz，等等)。当热连接到散热器时，如后文所述，功率晶体管可以以更高的开关速度传输更大的电流而不会出现故障。
95.开关被夹在称为“管芯衬底”和“管芯夹”的分离金属导体之间。更具体地，开关中每个晶体管的第一电流端子(例如集电极或漏极)和第二电流端子(例如发射极或源极)分别连接(例如烧结、焊接、钎焊等)到管芯衬底和管芯夹。开关中每个晶体管的栅极连接到开关控制器并由其控制。
96.管芯衬底和管芯夹的端子
97.管芯衬底和管芯夹传导电流。除了传导电流之外，管芯衬底还传导热量。管芯衬底具有用于将热量从封装开关或封装半桥传输出去的端子。同一管芯衬底端子可以将电流传输到封装开关或封装半桥中、或者从封装开关或封装半桥传输出去。管芯夹具有至少一个用于将电流传输到封装开关或封装半桥中、或者从封装开关或封装半桥传输出去的端子。该端子也可以将一些热量从封装开关或封装半桥传输出去，但其主要目的是传输电流。在一些实施例中，管芯夹可以具有被配置为将热量从封装开关或封装半桥传输出去的附加端子。
98.管芯衬底端子可以延伸穿过封装开关或封装半桥的表面。同样，管芯夹端子也可以延伸穿过封装开关或封装半桥的表面。除非另有说明，管芯衬底端子和管芯夹端子具有与封装开关或封装半桥的塑料壳体表面基本齐平的基本平坦表面。然而，在其他实施例中，这些平坦表面可以基本上凹陷在塑料壳体的表面之下，或者平坦表面可以基本上突出在塑料壳体的表面之上。图2a-1示出了具有与封装开关200的顶面基本齐平的基本平坦表面的示例性管芯衬底端子230。图2a-1还示出了具有与封装开关200的侧面齐平的基本平坦表面的示例性管芯夹端子232。图2b-1和图2b-2示出了具有与封装半桥250的顶面、底面和侧面齐平的表面的类似的管芯衬底端子230h和230l以及管芯夹端子232h和230l。管芯夹端子可以包括几个凹槽，这些凹槽可以与外部导体(例如，v-汇流条或夹具，其将在下面更全面地
描述)的延伸部分匹配，以促进更好的电连接。
99.图2a-1和图2a-2示出了具有与塑料壳体202的表面基本齐平的基本平坦表面的示例性管芯衬底端子230和管芯夹端子232。图2b-1和图2b-2示出了具有与塑料壳体252的表面基本齐平的基本平坦表面的类似的管芯衬底端子230和管芯夹端子232。应当理解，管芯夹和管芯衬底端子不应限于图2a-1、图2a-2、图2b-1和图2b-2中所示的端子。在替代实施例中，管芯夹和管芯衬底的端子可以采取不同的形式、形状和尺寸。管芯夹和/或管芯衬底可构造成具有端子，端子的表面在基本高于或基本低于包含塑料壳体202或252的表面在内的平行平面。
100.电流可以经由管芯衬底端子进入封装开关或半桥，随后经由管芯夹端子流出，或者电流可以反向地流经封装开关或半桥，尽管反向流过的电流可能不那么有效。为了说明，电流可以经由管芯衬底端子230进入封装开关200，流经管芯衬底、激活的开关、管芯夹，然后经由管芯夹端子232离开封装开关200。以类似的方式，电流可以经由高侧管芯衬底端子230h进入封装半桥250，流经高侧管芯衬底、激活的高侧开关、高侧管芯夹，然后经由高侧管芯夹端子232h离开封装半桥250。并且电流可以经由低侧管芯衬底端子230l进入封装半桥250，流经低侧管芯衬底、激活的低侧开关、低侧管芯夹，然后经由管芯低侧管芯夹端子232l离开封装半桥250。
101.管芯衬底和管芯夹取决于其配置(例如，厚度、端子宽度和长度、金属类型等)，可以将高电平电流传输到它们连接的开关或从它们连接的开关传输高电平电流。例如，具有宽度为24毫米且长度为11.2毫米的端子230的铜基管芯衬底可以传输400a或更大的电流，并且具有宽度为1.6毫米且长度为11.4毫米的端子232的铜管芯夹可以传输400a或更大的电流。
102.开关会变热，尤其是当它们以高开关速度传导电流时。管芯衬底取决于其配置(包括其厚度)，可以经由其管芯衬底端子将大量热量(例如10、20、50、100、300-750w或更多)传导出封装开关或封装半桥。管芯衬底可以是厚的(例如，0.1mm-6.0mm厚)，并且它越厚，所提供的热容越大，这对于吸收来自附带开关的热量激增可能是重要的。当管芯衬底的端子热连接到散热器时，管芯衬底可以将更多的热量传导出封装开关或封装半桥。像管芯衬底一样，管芯夹可以是厚的(例如，0.1mm-6.0mm厚)，并且它越厚，所提供的热容越大。在如上所述的一个实施例中，管芯夹可以具有用于将电流传导到封装开关或封装半桥或将电流传导出封装开关或封装半桥的第一端子、以及用于将热量传导出封装开关或封装半桥的第二端子。当第二端子热连接到散热器时，第二端子可以从封装开关或封装半桥传输甚至更多的热量。通常，一对组件之间的连接可以是直接的(例如，组件的表面彼此接触)，或者一对组件之间的连接可以是间接的，其经由中间的热学材料和/或电学材料，诸如焊料、第三金属组件、焊料和第三金属组件的组合、导电粘合剂、诸如银的烧结材料、热油脂、引线接合等。连接可以在组件之间传导热量、电流或两者。
103.示例性封装开关
104.继续参考图2a-1、图3a-1、图3a-2和图3a-3，是示例性封装开关200的示意图，其示出了其若干相关组件。图3a-1、图3a-2和图3a-3分别示出了当从顶部、侧面和背面观察封装开关200时某些组件的相对位置。封装开关200包含示例性开关模块300，如图3a-1所示。封装半桥可以包括一对开关模块，诸如开关模块300，下文将更全面地描述。
105.开关模块300包括开关控制器302，其根据从微控制器或类似的基于处理器的设备接收的低功率pwm信号和/或其他信号来控制开关304。开关304连接到管芯衬底312和管芯夹316并位于两者之间，这两者都被象征性地表示。管芯衬底312和管芯夹316传导大电流。图中用较粗的线表示管芯衬底312，以示其也被配置成当与由管芯夹316传递出去的热量相比时，管芯衬底312从封装开关200传导相对更多的热量。开关模块300还包括用于感测开关304附近的温度的温度传感器电路t_sense和用于感测由开关304传输的电流的电流传感器电路i_sense。开关模块可以包含比图中所示更少或更多的组件。例如，在另一实施例中，开关模块300还可以包括感测开关304的电流端子两端的电压的电压传感器电路。
106.图3a-1、图3a-2和图3a-3示出了组件相对于彼此的相对定位。如图3a-2所示，管芯衬底312、开关304和管芯夹316垂直堆叠在顶部t和底部b之间。堆叠这些组件降低了高度，从而减小了封装开关200的体积。开关控制器302位于封装开关200的前部f附近，而开关304位于封装开关200的背部bk附近。
107.为了便于说明和解释，管芯衬底端子230在附图中象征性地表示为正方形。取决于视图，管芯夹端子232在附图中象征性地表示为六边形或八边形。例如，在图3a-1和图3a-3的俯视图和后视图中，管芯夹端子232被象征性地表示为六边形。在图3a-2的侧视图中，管芯夹端子232被表示为八边形。
108.在图3a-2和图3a-3中，管芯衬底端子230被定位成表示它与封装开关200的顶面齐平，而在图3a-1、图3a-3中，管芯夹端子232被定位成表示它与封装开关200的左侧面齐平。在图3a-2中，管芯夹端子232画出了中心点，以示电流从其左侧进入或离开封装开关200。图3b-1、图3b-2和图3b-3示出了替代的封装开关201，其类似于封装开关200，但是在图3b-1和图3b-3中，管芯夹端子232的位置指示其与右侧面齐平。图3b-2中的管芯夹端子232没有画出中心点，以示电流从封装开关201的右侧进入或离开。注意，在其它实施例中，管芯衬底端子或管芯夹端子可有意地凹陷在封装开关表面或封装半桥表面之下或突出在封装开关表面或封装半桥表面之上。
109.继续参考图3a-1、图3a-2和图3a-3，图3a-4是示出示例性开关控制器302的示意图，其包括栅极驱动器306、电阻器r1和r2以及二极管308和310。开关控制器可以包含比图中所示更少或更多的组件。图3a-4示出了开关304，但没有示出管芯衬底312和管芯夹316。虽然在该图中未示出，但是二极管308的阴极连接到管芯衬底312。
110.现有技术的逆变器系统在大型且昂贵的印刷电路板(pcb)上安装栅极驱动器，例如图1a的栅极驱动器h101-h103、l101-l103。这些pcb上的长导电走线在栅极驱动器和pcb外部的功率晶体管(例如igbt)之间承载信号。栅极驱动器和晶体管之间的长距离走线会增加寄生电感和/或电容，进而增加不想要的功耗和信号延迟。在更长走线上传输的信号更容易受到噪声的影响。相反，包含栅极驱动器306的开关控制器302被包含在封装开关或封装半桥内，并位于开关304附近。与现有技术的逆变器系统相比，更短的导线(例如，5毫米或更小)连接栅极驱动器306的控制信号输出和开关304的(一个或多个)栅极。更短的导线减少了寄生电感、信号延迟、由于噪声引起的信号衰减和/或与安装在上述pcb上的栅极驱动器相关联的其它问题。栅极驱动器306在驱动栅极时消耗更少的功率。而且栅极驱动器306可以更快地驱动开关304的栅极。
111.通常，开关304包括一个或多个晶体管，诸如igbt、mosfet、jfet、bjt等。开关304可
以包括附加组件，诸如二极管。开关304中的晶体管和/或附加组件可以由许多不同类型的半导体材料中的任何一种制成，例如si、sic、gan、gao等。图3a-5、图3a-6是示出示例性开关304的示意图。在图3a-5中，开关304包括与二极管d并联连接的功率igbt。集电极c和二极管阴极被连接或附接(例如，烧结、焊接等)到管芯衬底312，而发射极e和二极管阳极被连接或附接(例如，烧结、焊接等)到管芯夹316。在一些实施例中，igbt可以具有一个发射极，但是具有多个发射极端子。在这些实施例中，每个发射极端子附接到管芯夹316。在图3a-6中，开关304包括并联耦合的功率mosfet(例如，sic mosfet、gan mosfet或用诸如gao的其他半导体材料制成的mosfet)n1和n2。mosfet n1和n2的漏极d附接(例如，烧结、焊接等)到管芯衬底312，而源极s附接(例如，烧结、焊接等)到管芯夹316。在一些实施例中，mosfet可以具有一个源极，但是具有多个源极端子。在这些实施例中，每个源极端子附接到管芯夹316。每个栅极g由来自驱动器306的大电流栅极控制信号vg控制。除了图中所示的开关304之外的开关可用于替代实施例中。
112.继续参照图3a-1、图3a-4，组件连接到象征性图示的信号引线(例如204-208)。信号引线连接开关模块内部的组件(例如，栅极驱动器306和电阻器r1)。信号引线还连接开关模块内部的组件(例如，栅极驱动器306)和开关模块外部的组件(例如，微控制器、电压调节器等)。为了便于说明，在图3a-1和图3a-4中，一些信号引线没有显示。开关模块的一些组件可以通过额外的导线或导体连接到信号引线。例如，引线接合或其它类型的连接方法可用于将开关304的栅极g连接到信号引线，该信号引线又连接到电阻器r2。
113.一些开关模块组件可以采用封装器件或半导体裸片的形式，可以从原始设备制造商处购买。封装器件具有连接(例如焊接)到信号引线的引线。半导体裸片具有可以引线接合到信号引线的焊盘。除非另有说明，假定开关模块组件采用具有从其延伸的引线的封装器件的形式，所述引线可以连接(例如，焊接)到相应的信号引线。例如，栅极驱动器306可以采用封装集成电路的形式，该封装集成电路具有焊接到诸如信号引线204和206的信号引线的引线。i_sense或i_temp电路也可以采用封装集成电路的形式，其具有经由柔性扁平电缆(ffc，例如柔性pcb，未示出)连接到信号引线的引线。ffc是指任何种类的扁平且柔性的电缆，在柔性衬底上形成扁平导体或走线。电阻器r1和r2以及二极管308和310可以是封装组件，其具有用焊料连接到信号引线的引线。
114.信号引线(例如，信号引线204-208)可以由称为“信号框架衬底”的金属结构构造，后文中将更全面地描述其示例。可以使用替代方法制造信号引线。例如，液晶聚合物可以被注射到模具中以产生刚性衬底。然后可以在衬底上进行导电线路的图案化以形成信号引线。然而，出于解释的目的，之后的公开将假定从信号框架衬底构建信号引线。一般来说，信号框架衬底类似于“引线框”，引线框是一种薄金属框架，在半导体封装组装过程中，器件被附接到其上。在信号框架衬底中，信号引线彼此不电隔离。在封装栅极驱动器306(或半导体裸片栅极驱动器306)、二极管308和其他组件的导电引线附接到信号框架衬底之后，组合被封装在塑料中。塑料和信号框架衬底可以被修整以产生例如图2a-1、图2a-2、图2b-1和图2b-2所示的封装开关200或封装半桥250。更具体地说，在模塑之后修整信号框架衬底和塑料的部分，以形成塑料壳体(例如，壳体202、252)和信号引线(例如，204、206)。修整后，信号引线相互隔离，但由塑料壳体牢牢固定。重要的是，信号框架衬底可以被设计成适应开关模块组件的许多不同的组合、类型、形状、排列等。
115.继续参照图3a-5、图3a-6，开关304电连接和热连接到管芯衬底。在一个实施例中，开关304中的每个晶体管的第一电流端子(例如集电极、漏极等)通过诸如银的高导电烧结材料层烧结到管芯衬底312上。在所示的实施例中，在开关304和管芯衬底端子之间不添加电介质，使得在开关304和管芯衬底端子之间不存在电介质。管芯衬底端子被配置为直接或间接连接到外部器件。例如，管芯衬底端子230可以连接到“v+汇流条”，该“v+汇流条”又通过诸如dc-dc转换器的设备直接或间接连接到v+电池端子。通常，汇流条是用于大电流分配的金属元件。汇流条或其元件的材料组成和横截面尺寸决定了可以安全承载的最大电流量。v+汇流条也可以用作具有一个或多个通道的散热器，流体(例如，空气或液体，例如水和乙二醇的混合物)可以流经该通道。或者管芯衬底端子230可以连接到ac汇流条或“相位汇流条”，其又连接到绕组w的端子。相位汇流条(以下称为相位条)可以包括接合管芯衬底端子的金属夹具。电力电缆可以将该金属夹具连接到绕组端子。电力电缆的一端连接到该夹具，而另一端连接到绕组端子。
116.在图2a-1中，管芯衬底端子230具有通过封装开关200的塑料壳体中的开口暴露的平坦表面。图2b-1和图2b-2的封装半桥250具有类似的管芯衬底端子230l和230h。暴露的端子230的尺寸(例如，宽度和长度)被配置为传输大量的电流和热量。在一个实施例中，管芯衬底端子230平行于但相对地面向(即，180度)管芯衬底312的至少一个表面，第一电流端子(例如，集电极、漏极等)附接到该至少一个表面。
117.开关304电连接和热连接到管芯夹。例如，开关304中每个晶体管的第二电流端子(例如，发射极、源极等)通过诸如银的高导电烧结材料烧结到管芯夹316。在所示的实施例中，在开关304和管芯夹端子之间不添加电介质，使得在开关304和管芯夹端子之间不存在电介质。管芯夹端子被配置为直接或间接连接到封装开关或封装半桥外部的器件。管芯夹端子232可以连接到上述的夹具，该夹具又通过电力电缆连接到绕组的端子。或者，管芯夹端子232可以连接到“v-汇流条”，该v-汇流条又连接到v-电池端子。在一些实施例中，v-汇流条还可用作具有一个或多个通道的散热器，诸如空气之类的流体可流经该通道。
118.继续参考图2a-1，管芯夹端子232具有基本上平坦的表面区域，该表面区域通过封装开关200的塑料壳体中的开口暴露。图2b-1和图2b-2的封装半桥250具有类似的管芯夹端子232l和232h。暴露的端子232的尺寸(例如，宽度和长度)被配置为传输大量电流。
119.开关模块的栅极驱动器可以从微控制器、相应的微控制器或(一个或多个)类似的基于处理器的设备接收信号。例如，图3a-4的栅极驱动器电路306可以接收类似于参考图1a描述的pwm信号之一的低功率pwm驱动器控制信号。此外，栅极驱动器306可以从微控制器或其他设备接收低功率reset(复位)信号。栅极驱动器电路306可以响应于其接收到的pwm信号的置位，在其接收到被置位的reset信号之后，通过置位大电流的栅极控制信号vg来选择性地激活开关304。栅极驱动器306的输出和开关304的一个或多个栅极之间的距离应该减小，以便减轻由于寄生电感、寄生电容、噪声等对栅极控制信号vg的不利影响。栅极驱动器还可以向微控制器或类似的基于处理器的设备发送信号。例如，栅极驱动器电路306可以禁用开关304(即，保持开关处于停用状态)并在检测到故障(诸如通过开关304的过度电流传导)时置位fault(故障)信号。微控制器或类似的处理器设备可以接收并处理fault信号。诸如i_sense电路和temp_sense电路的其他组件可以发送表示流过开关304的电流和开关304的温度的信号。如果包括电压感测电路，如果增加了电压感测电路，电压感测电路同样可以
传输代表开关304两端的电压的信号。微控制器或类似的基于处理器的设备可以接收和处理由这些其它组件提供的信号。例如，微控制器可以将代表温度的信号与第一阈值进行比较，并且如果超过阈值，则改变提供给栅极驱动器电路306的pwm控制信号的频率或占空比，或者如果超过阈值，则微控制器可以连续地解除提供给栅极驱动器电路306的pwm控制信号，进而将开关304保持在非活动状态。
120.图3a-7示出了示例性栅极驱动器306，其包括低压输入级320，该低压输入级320通过电流隔离电路324与高压输出级320进行数据通信。电流隔离用于两个或多个电路必须通信但它们的接地电位不同的情况。电流隔离电路可以采用变压器、电容器、光耦合器或其他器件来实现电路之间的隔离。仅出于解释的目的，电流隔离电路324采用变压器装置来实现电流隔离。低压输入级322被耦合以接收第一电源电压vddi和第一接地gi，并且包括接收pwm信号和reset信号的逻辑电路330。高压输出级322被耦合以接收第二电源电压vddo+、第三电源电压vddo-和第二接地go，并且包括逻辑电路332，其经由电流隔离电路324从逻辑电路330接收控制信号。高压输出级332还包括由来自逻辑电路332的输出信号控制的缓冲器340。当隔离电路324的控制信号输出被置位时，缓冲器置位vg。构想了其它类型的栅极驱动器306。
121.继续参照图3a-1，i_sense产生电压信号vi，其幅度与流过开关304的电流成比例。i_sense可包括感应电流传感器，该感应电流传感器测量由概括来说流经开关304(具体来说流经管芯夹)的电流产生的磁场。如图3a-3所示，示例性管芯夹316包括水平部分和垂直部分。i_sense电路可以测量流经水平部分的窄部(未示出)的电流。i_sense调节感应电流传感器的信号输出，以供微控制器后续使用。感应式传感器与晶体管t电流隔离。
122.t_sense可包括热敏电阻，其可产生幅度与开关304附近的温度成比例的电压信号vt。热敏电阻是一种电阻器，其电阻取决于温度；电阻和温度之间的关系是线性的。t_sense调节热敏电阻的信号输出，以供微控制器使用。热敏电阻与晶体管t电流隔离。
123.分别来自i_sense电路和t_sense电路的模拟信号vi、vt可以被传输到微控制器，用于随后转换成数字等价物。诸如柔性扁平布线(例如柔性pcb，未示出)中的走线的导体可用于经由pcb(未示出)的走线在开关模块300的相应信号引线端子和微控制器之间传输信号，包括vi、vt和fault。其他类型的导体可用于向微控制器传输信号。除非另有说明，本公开假定使用柔性扁平电缆，例如柔性pcb。柔性扁平布线还可以用于传输其他信号(例如pwm和reset)和电压(例如，vddi、vddo+、gl等)到开关模块300。微控制器可以根据存储在存储器中的指令处理其接收的信号的数字等价物(例如，fault、vi和vt)。微控制器可以基于vi和vt的数字等价物来调整驱动器控制信号pwm的占空比和/或周期。在包含用于监控开关两端电压的电路的封装功率模块的实施例中，表示电压的模拟信号vv可以由电压监控电路提供给微控制器，用于根据存储在存储器中的指令进行处理。
124.图3c-1和图3c-2是替代封装开关203的示出了其几个组件的示意图。图3c-1和图3c-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装开关203的组件的相对位置。与封装开关200一样，封装开关203包括由开关控制器302控制的开关304。开关304连接(例如，烧结)到管芯衬底312和管芯夹342并位于管芯衬底312和管芯夹342之间，管芯夹342包括管芯夹端子344。管芯夹342和管芯夹端子344被象征性地示出。管芯衬底312和管芯夹342都用粗线表示，以示它们被配置成传输大量电流和大量热量。管芯夹342及其端子344的形状和形式与管芯夹
316及其端子232显著不同。管芯衬底312和管芯夹342可以基本上相同，分别具有基本上相同的管芯衬底和管芯夹端子230和344。
125.图3c-1、图3c-2示出了组件相对于彼此的相对定位。管芯衬底312、开关304和管芯夹342垂直堆叠在封装开关203的顶部t和底部b之间。开关控制器302位于封装开关203的前部f附近，而开关304位于背部bk附近。管芯衬底端子230在附图中定位成指示其与封装开关205的顶面齐平，并且管芯夹端子344同样定位成指示其与底面齐平。
126.图3d-1和图3d-2是替代封装开关205的示出其几个组件的示意图。图3d-1和图3d-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装开关205的组件的相对位置。与封装开关200一样，封装开关205包括由开关控制器302控制的开关304。开关304连接(例如，烧结)到管芯衬底312和管芯夹346并位于管芯衬底312和管芯夹232之间，管芯夹342包括管芯夹端子344。管芯夹346被象征性地示出。管芯夹端子232与背面齐平。管芯夹346由细线表示，以示其主要被配置成传输电流而不是热量。管芯夹316和346在形状和形式上显著不同，但是具有相似的端子232。
127.图3d-1和图3d-2示出了组件相对于彼此的相对定位。管芯衬底312、开关304和管芯夹346垂直堆叠在封装开关205的顶部t和底部b之间。开关控制器302位于封装开关205的前部f附近，而开关304位于背部bk附近。管芯衬底端子230在图中被定位成表示其与封装开关203的顶面齐平，而管芯夹端子324在图3d-1中被定位成表示其与背面齐平。
128.图3e-1和图3e-2是示出替代封装开关207的几个组件的示意图。图3e-1和图3e-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装开关205的组件的相对位置。与封装开关200一样，封装开关207包括由开关控制器302控制的开关304。开关304连接(例如，烧结)在管芯衬底312和管芯夹345之间，管芯夹345包括一对管芯夹端子232和344。管芯夹345及其端子232和344被象征性地示出。管芯夹345包括第一部分348、第二部分350、以及如图所示从第一部分和第二部分垂直延伸的第三部分354。第三部分354被画得更细以示其主要被构造成传输电流，而第一部分348和第二部分350被画得更粗以示其也被构造成传输热量。然而，如果第二部分350连接到电隔离的装置，如电隔离的散热器，则第二部分350将仅传导热量。图3e-2示出了用于感测通过第三部分354传输的电流的电流传感器电路i_sense。
129.图3e-1和图3e-2示出了组件相对于彼此的相对定位。管芯衬底312、开关304和管芯夹345垂直堆叠在封装开关207的顶部t和底部b之间。开关控制器302位于封装开关207的前部f附近。开关304位于背部bk附近。管芯衬底端子230在图中被定位成表示其与封装开关207的顶面齐平，管芯夹端子232在图3e-2中被定位成表示其与左侧面齐平，而管芯夹端子344在图中被定位成表示其与底面齐平。
130.图3f-1和图3f-2是替代封装开关209的示出其几个组件的示意图。图3f-1和图3f-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装开关209的组件的相对位置。封装开关207和209基本上彼此相同。然而，封装开关207中的管芯夹端子232被定位成指示其与左侧面齐平，而封装开关209中的管芯夹端子232被定位成指示其与右侧面齐平，如图3f-2所示。
131.示例性封装半桥
132.封装半桥可以包括一对开关模块。继续参考图2b-1、图2b-2，图3g-1和图3g-2是示例性封装半桥250的示出了其几个组件的示意图。图3g-1和图3g-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装半桥250的某些组件的相对位置。封装半桥205包含一对开关模块300，像图
3a-1示出的那样。更具体地，封装半桥250包括高侧开关模块300h和低侧开关模块300l。开关模块在封装半桥250内彼此面对面；高侧开关模块300h被翻转，并位于低侧开关模块300l的下方。为了方便说明，图3a-1中所示的大部分信号引线在图3g-1和图3g-2中进行了省略。
133.图3g-1和图3g-2示出了半桥250的某些组件相对于彼此的相对定位。管芯衬底312、开关304和管芯夹316堆叠在顶部t和底部b之间。开关控制器302同样堆叠在顶部t和底部b之间。开关控制器302位于封装半桥250的前部f附近，而开关304位于背部bk附近。管芯衬底端子230l和230h可分别通过封装半桥250的顶部t和底部b上的塑料壳体而接近，并且管芯夹端子232l和232h可分别通过封装半桥250的右侧面和左侧面上的塑料壳体而接近。管芯衬底端子230l和230h在图中被分别定位为指示它们分别与顶部t表面和底部b表面齐平，并且管芯夹端子232l和232h在图3g-2中被分别定位为指示它们分别与右侧面和左侧面齐平。
134.高侧开关304h连接到高侧管芯衬底312h，高侧管芯衬底312h具有用于连接到封装半桥250外部的器件的端子230h。例如，端子230h可以连接到v+汇流条，或者端子230h可以连接到相位条或其组件(例如，夹具)。高侧开关304h也连接到高侧管芯夹316h，高侧管芯夹316h具有用于连接到封装半桥250外部的器件的端子232h。例如，端子232h可以连接到相位条或v-汇流条。低侧开关304l连接到低侧管芯衬底312l，低侧管芯衬底312l具有用于连接到封装半桥250外部的器件的端子230l。例如，低侧管芯衬底端子230l可以连接到高侧管芯夹端子232h所连接的同一相位条，或者低侧管芯衬底端子230l可以连接到散热器。低侧开关304l连接到管芯夹316l，管芯夹316l具有用于连接到封装半桥250外部的器件的端子232l。例如，端子232l可以连接到v-汇流条或相位汇流条。
135.图3h-1和图3h-2是替代封装半桥251的示出其几个组件的示意图。半桥251与封装半桥250类似，但如图所示，管芯夹316l旋转了180度。图3h-1和图3h-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装半桥251的某些组件的相对位置。管芯夹316可以稍作修改以适应180度的旋转。图3h-2示出了低侧管芯夹端子232l和高侧管芯夹端子232h，其被定位为指示它们与左侧面齐平。
136.图3i-1和图3i-2是另一替代封装半桥253的示出其几个组件的示意图。图3i-1和图3i-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装半桥253的组件的相对位置。封装半桥253与封装半桥250类似，但如图所示，管芯夹端子316均旋转了180度。图3i-2示出了被定位为指示其与右侧面齐平的低侧管芯夹端子232l、以及被定位为指示其与左侧面齐平的高侧管芯夹端子232h。
137.图3k-1和图3k-2是示出另一封装半桥255的侧视图和后视图的示意图，其类似于封装半桥250，但是管芯夹316h和316l被附接(例如烧结)到开关304h和304l的统一管芯夹315取代。管芯夹315具有与管芯夹316的管芯夹端子232相同的端子232。管芯夹端子232在图3k-2中被定位为指示其与右侧面齐平。
138.图3l-1和图3l-2是另一替代封装半桥259的示出其几个组件的示意图。半桥259类似于封装半桥250，但是管芯夹316l和316h分别被管芯夹317l和317h取代。图3l-1和图3l-2分别示出了当从侧面和背面观察时封装半桥259的某些组件的相对位置。图3l-2示出了低侧管芯夹端子232l和高侧管芯夹端子232h被定位为指示它们与右侧面齐平。管芯夹317和316在许多特征上是相似的。例如，像管芯夹316一样，管芯夹317包括水平部分和垂直部分。
图3l-1只示出了管芯夹317的垂直部分。在管芯夹316和317之间存在至少一个实质性差异：管芯夹317的水平部分延伸并定位在彼此面对面的管芯夹端子232和233之间。管芯夹端子232和233均可通过半桥封装259的塑料壳体而接近。如图所示，管芯夹端子232和233与封装半桥259的相对的侧面齐平。管芯夹端子232和233可以在形状和尺寸上相似，并且被配置成将大电流传输到封装半桥259中或从封装半桥259中传输出去。宽度
139.图3j是另一个封装半桥261的示出了其几个组件的示意图。半桥261类似于封装半桥250，但是管芯夹316l和316h分别被管芯夹319l和319h取代。图3j示出了当从侧面观察时封装半桥261的某些组件的相对位置。图3j示出了低侧管芯夹端子232l和高侧管芯夹端子232h被定位为指示它们与背面齐平。
140.示例性紧凑型逆变器系统
141.与现有的逆变器系统相比，紧凑型逆变器系统具有高功率密度。例如，紧凑型逆变器系统可以向电动机或其他设备递送400kw或更多的峰值功率，同时占用0.25升或更少的体积。通过一个叠在另一个上地布置封装开关、封装半桥、散热器、汇流条等，节省了部分空间。
142.图4a-1是示出示例性紧凑型逆变器系统400侧视图的示意图。逆变器系统400包括封装半桥250，像图3g-1中所示的那样。为了方便说明，开关控制器、t_sense电路、i_sense电路和信号引线未图示。
143.紧凑型逆变器系统400包括标有a-c的三相。a-c相分别包括封装半桥250a-250c，其分别连接到相位条pba-pbc，相位条pba-pbc又分别连接到绕组wa-wc。紧凑型逆变器系统400中的相位条pb和下面描述的其他紧凑型逆变器系统中的相位条pb可以具有不同的配置，以适应紧凑型逆变器设计中的差异。然而，为了便于解释，除非另有说明，否则不讨论各种紧凑型逆变器系统实施例的相位条的差异。
144.管芯衬底端子230la-230lc分别连接到散热器402a-402c。散热器402a-402c彼此电隔离。每个散热器402具有一个或多个通道(图4a-1中未示出)，电隔离的冷却流体可以流经该通道。管芯衬底端子230h连接到v+汇流条404，v+汇流条404也用作具有一个或多个通道(图4a-1中未示出)的散热器，电隔离的冷却流体可以流经该通道。图4a-2是a相的后视图。该视图示出了散热器402a和v+汇流条404的示例性通道40。为了增强热传递，如图所示，每个通道40可以定位成离接触管芯衬底端子230的表面更近。
145.在所公开的紧凑型逆变器系统中使用的散热器和/或v+汇流条(如图4a-1和图4a-2所示的那些)通常包含通道40。一些v-汇流条也可以包含通道40。通道40被配置成保持导管(例如，管道)，导管又具有自己的通道以供冷却流体流经。出于解释的目的，假定所有散热器和v+汇流条都具有包含导管的通道40。并且用作散热器的所有v-汇流条也被假定具有包含导管的通道40。此外，假定通道40的横截面是圆形的，并且导管是圆柱形管道，应当理解，本公开不应限于此。在替代实施例中，通道40的横截面可以是矩形或正方形。
146.图4a-3-图4a-6分别是示例性圆柱管道420a-420d的横截面图。管道420a-420d的外表面接触本文公开的散热器、v+汇流条或某些v-汇流条中的任何一个或多个的圆柱形通道的表面。每个图示的示例性管道420a-420c包括涂覆在管道外表面上的电介质材料(例如氧化铝、氮化铝、氮化硅、化学气相沉积金刚石涂层等)的薄层(例如，0.1-1.0mm)422。在另一个替代实施例中，电介质薄层涂覆在管道的内表面上。出于解释的目的，本公开假定所有
薄层薄层422都施加并涂覆在管道的外表面上。在该实施例中，电介质层422的外表面接触通道的内表面。在构造过程中，可以使用例如液氮来冷却管道。当管道变暖时，管道在其通道内膨胀，以确保电介质层422与通道的圆柱形壁之间能更好地接触。包含通道的散热器或汇流条可以同时冷却。理想地，电介质层422应该是开关304和管道中的流体之间的热路径中的唯一电介质(如果有的话)。在将电介质层施加到管道内壁的替代实施例中，该层应该是开关304和管道中的流体之间的热路径中的唯一电介质。
147.层422中的电介质材料应具有0-10kv的强度。在图4a-3-图4a-6中，电介质层422假定为0.2毫米。电介质层422的厚度和材料影响管道的热传递。
148.下表包括不同材料和厚度的电介质层422的计算出的热传递w。w与k
·a·
(t1-t2)/d成正比，其中k是热导率，a是面积，t1-t2＝70是跨电介质层的温度差，而d是以微米为单位的厚度。假设跨电介质的电压为4000v。
[0149][0150]
电介质422与包含管道的汇流条或散热器的通道表面直接接合。每个管道包括冷却流体可以流经的一个或多个通道。如图所示，管道通道具有不同的横截面形状。管道420a和420b包括单个通道，而管道420c和420d包括多个通道。管道420a具有光滑的内壁。在替代实施例中，管道420a可以具有膛线内壁。膛线是在管道内表面加工螺旋槽的工艺，目的是产生或增加流体湍流或分子接触。膛线通常用它的扭转率来描述，扭转率表示膛线完成一整
圈所需的距离。在一个实施例中，膛线管道420a的内壁具有最大内径、最小内径、一个或多个肋、以及扭转率，其中，每个肋具有相等或不相等的宽度。管道420b的通道是“花”形的，具有小圆柱形子通道的环，这些小圆柱形子通道具有基本相同的横截面，并且与位于中央的圆柱形子通道流体连通，当与环中的圆柱形子通道的横截面相比时，位于中央的圆柱形子通道的横截面可以更大。相应的辐条子通道使得环中的每个圆柱形子通道与位于中央的圆柱形子通道之间能够流体连通。每个辐条子通道可以具有许多横截面形状中的任何一种。在图示的实施例中，每个辐条子通道的横截面基本上是矩形的，尽管也构想了方形或圆形横截面。管道420c包括多个尺寸基本相似的小圆柱形通道。管道420d是管道420b和420c的混合体。电介质层422电隔离每个管道，从而电隔离管道通道、通道或子通道中的流体。然而，电介质层422将热量传递给流经管道通道的冷却流体。在替代实施例中，在冷却流体和开关304之间不存在电介质(例如，层422)。然而，在该替代实施例中，冷却流体应该是电介质。汇流条或散热器中管道的直径不必彼此相等。管道420a-420d的数量、位置和/或直径可取决于一个或多个变量。例如，管道的数量、位置和/或直径可以取决于包含管道的汇流条或散热器的期望热容。或者管道的数量、位置和/或直径可以取决于开关304和一个或多个管道中的流体之间的期望热阻。或者数量、位置和/或直径可以取决于基于期望的热阻优化热容，或者反之亦然。
[0151]
尽管在紧凑型逆变器系统的示意图中未示出，但所有管芯衬底端子230都连接到散热器、v+汇流条、相位条或v-汇流条上的相应基座。基座可以具有基本平坦的表面。更具体地，每个基座可以具有连接到管芯衬底端子的平坦表面。基座表面在尺寸和形状上与它所连接的管芯衬底端子基本相似。热量和/或电流在管芯衬底端子和其连接的基座之间传递。尽管不是必需的，但导热和/或导电油脂的薄层可以将管芯衬底端子连接到基座表面，以增强其间的导热性和/或导电性。基座可以配置为在封装开关或封装半桥的信号引线与v-汇流条、散热器、相位条或v+汇流条之间产生气隙。气隙将信号引线与散热器、v-汇流条、相位条或v+汇流条电隔离。在替代实施例中，电介质材料层可以放置在气隙中，以进一步确保信号引线与散热器、v-汇流条、相位条或v+汇流条的电隔离。夹具、螺栓和其他这样的紧固件可以用于将封装开关或封装半桥可拆地连接到基座，使得紧凑型逆变器系统的故障封装开关或封装半桥可以更容易地被更换。
[0152]
回到图4a-1，象征性地示出了相位条pba-pbc。相位条pba-pbc分别在绕组wa-wc和封装半桥250a-250c之间传导电流。相位条pba-pbc具有分别连接到高侧管芯夹端子232ha-232hc的端子，并且相位条pba-pbc具有分别连接到散热器402a-402c的单独端子。低侧管芯夹端子232la-232c连接到v-汇流条401，该v-汇流条401又耦合到v-电池端子。尽管示意性地示出了紧凑型逆变器系统400，但在侧视图中示出了每相的半桥250、散热器402和v+汇流条404，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位。v-汇流条401在图中象征性地示出并定位在封装半桥250的后面。
[0153]
图4a-1包括表示在某一瞬间流过逆变器系统400的电流的电流符号。更具体地，图4a-1示出了流经a相的激活的高侧开关304h的电流，而b相和c相的低侧开关304l被激活并通过v-汇流条401将电流传导到v-。图中所有其他开关均被停用。重要的是，所有管芯衬底端子230热连接和电连接到v+汇流条散热器、散热器402a、散热器402b或散热器402c。尽管未示出，多个去耦电容器可以并联地耦合在v+汇流条404和v-汇流条401之间。
[0154]
图4b-1是示出另一紧凑型逆变器系统406的侧视图的示意图。该系统中的a-c相中的每一相包括如图3g-1所示的封装半桥250和如图3i-1所示的封装半桥253。为了方便说明，开关控制器、t_sense电路、i_sense电路和信号引线未图示。
[0155]
每一相中的封装半桥250和253连接到相应的相位条pb。相位条pba-pbc分别在a-c相中分别在绕组wa-wc和封装半桥之间传导电流。每个相位条pb包括金属延伸部409-1和409-2。在每相中，管芯衬底端子230l1和230h2分别连接到延伸部409-1和409-2。并且金属散热器402-1和402-2在每相中分别连接到延伸部409-1和409-2。相位条延伸部409由导热和导电的金属形成。每相中的相位条延伸部409-1和409-2分别将热量从管芯衬底端子230l1和230h2传导到散热器402-1和402-2。相位条pb还具有在每相中连接到管芯夹端子232h1和232l2的延伸部或端子。每相中的管芯衬底端子230h1和230l2连接到v+汇流条415。每相中的管芯夹端子232l1和232h2连接到v-汇流条。尽管未示出，多个电容器可以并联地耦合在v+汇流条和v-汇流条之间。
[0156]
图4b-2是a相的后视图。该视图示出了散热器402-1a、402-2a和v+汇流条415内的示例性通道40，冷却流体可以流经该通道40。为了增强散热，在所示实施例中，散热器中的通道被定位为离接触延伸部409的表面更近。在替代实施例中，通道可以定位在别处。图4b-2中的v+汇流条415比图4a-2中所示的v+汇流条散热器具有更多的通道。尽管示意性地示出了紧凑型逆变器系统406，但在图4b-1和图4b-2中示出了每相的封装半桥250和253、散热器402和v+汇流条415，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位。
[0157]
图4c-1是示出另一紧凑型逆变器系统411的侧视图的示意图。紧凑型逆变器系统406和411是类似的。然而，存在一个实质性的区别：图4c-1的每一相中的相位条pb缺少位于半桥封装和散热器40之间的延伸部409-1和409-2。在本实施例中，各相位条pb分别经由散热器402-1和402-2连接管芯衬底230l1和230h1。
[0158]
图4b-1和图4c-1包括表示在某一瞬间流过逆变器系统406的电流的电流符号。更具体地，每个图示出了当a相的开关304h1和304l2被激活并从v+汇流条415传导电流时的电流，以及当b相和c相中的所有开关304l1和304h2被激活并通过v-汇流条传导电流到v-时的电流。在这些图中所有其他开关均被停用。
[0159]
图4b-3示出图4b-1的a相接收到的pwm信号和reset信号。图4b-3还示出了来自a相的fault、vi和vt输出。一相中的每个封装半桥250或253由单独的pwm信号和reset信号的信号集控制。在替代实施例中，封装半桥250和253的高侧栅极驱动器和低侧栅极驱动器可分别由来自微控制器的第一pwm信号控制，并且封装半桥250和253的低侧栅极驱动器和高侧栅极驱动器可分别由来自微控制器的第二pwm信号控制。
[0160]
图4a-1、图4b-1和图4c-1中的示例性紧凑型逆变器系统的每一相具有一个或两个封装半桥。紧凑型逆变器系统不应局限于此。紧凑型逆变器系统可以在各相中具有三个、四个或更多封装开关或封装半桥。更紧凑的逆变器系统可以堆叠并并联连接。图4d-1是示出又一紧凑型逆变器系统408的侧视图的示意图。在该实施例中，a-c相中的每一相包括四个封装半桥：两个封装半桥250-1和250-2以及两个封装半桥253-1和253-2。为了方便说明，开关控制器、t_sense电路、i_sense电路和信号引线未示出在图4d-1中。
[0161]
象征性地示出了相位条pba-pbc。相位条pba-pbc分别在a-c相中在绕组wa-wc和封装半桥之间传导电流。每个相位条pb包括金属延伸部411-1和411-2。每相中的封装半桥250
的管芯衬底端子230l连接到延伸部411-1，延伸部411-1又连接到金属散热器419-1。并且，封装半桥253的管芯衬底端子230h连接到延伸部411-2，延伸部411-2又连接到金属散热器419-2。相位条延伸部411由导热和导电的金属形成。每相中的相位条延伸部411-1将热量从封装半桥250的管芯衬底端子230l传导到散热器419-1，并且每相中的相位条延伸部411-2将热量从封装半桥253的管芯衬底端子230h传导到散热器419-2。每相中的相位条还包括连接到封装半桥250中的管芯夹端子232h和封装半桥253中的管芯夹端子232l的端子。每相中的封装半桥250的管芯衬底端子230h和封装半桥253的管芯衬底端子230l连接到v+汇流条417，v+汇流条417是图4b-1中所示的v+汇流条的细长版本。尽管未示出，多个电容器可以并联地耦合在v+汇流条417和v-汇流条407之间。
[0162]
如图所示，螺纹螺栓或其他此类紧固件可用于将封装半桥250、253、v+汇流条417、延伸部411和散热器419可拆地连接在一起。在替代实施例中，还可以使用烧结来将封装半桥250、253、v+汇流条417、延伸部411和散热器419牢固地连接在一起。然而，假定组件是可拆地连接的，因此故障的封装半桥可以更容易地被更换。在一个实施例中，每个相位条pb可包括c形夹具，其包括延伸部411-1和411-2。每相中的半桥250、253和v+汇流条417通过c形夹具和紧固件可拆地连接在一起。在该实施例中，管芯衬底230直接接触延伸部411的表面或v+汇流条417的表面。图4d-2中的散热器419是图4a-1中的散热器402的细长版本。螺纹螺栓或其他这样的紧固件可以用于将散热器419连接到延伸部411。在该实施例中，金属散热器409的表面直接接触延伸部411的表面。在另一实施例中，封装半桥250、253、v+汇流条417、延伸部411和散热器419可以焊接或烧结在一起。
[0163]
尽管示意性地示出了紧凑型逆变器系统408，但在侧视图中示出了每相的封装半桥250和253、散热器419、pb延伸部411和v+汇流条417，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位和水平定位。
[0164]
图4d-2示出图4d-1的a相接收到的pwm信号和reset信号。图4d-2还显示了来自a相的fault、vi和vt输出。一相中的每个封装半桥250或253由相应且不同的pwm信号和reset信号的信号集控制。在替代实施例中，封装半桥250-1和250-2的高侧栅极驱动器以及封装半桥253-1和253-2的低侧栅极驱动器可由来自微控制器的单个高侧pwm-h信号控制，而封装半桥250-1和250-2的低侧栅极驱动器以及封装半桥253的高侧栅极驱动器可由来自微控制器的单个低侧pwm-l信号控制。在又一实施例中，封装半桥250-1和250-2的高侧栅极驱动器可由第一高侧pwm-h信号控制，而封装半桥253-1和253-2的低侧栅极驱动器由第二高侧pwm-h控制；并且封装半桥250-1和250-2的低侧栅极驱动器可以由第一低侧pwm-l信号控制，而封装半桥253-1和253-2的高侧栅极驱动器由第二低侧pwm-l信号控制。
[0165]
图4e是示出包括封装半桥250和253的又一紧凑型逆变器系统430的俯视图的示意图。紧凑型逆变器系统430包括分别连接到相位条pba-pbc的三相a-c。每一相包括连接在金属散热器403(以透明方式示出)和v+汇流条405之间的封装半桥250和封装半桥253。更具体地，每一相中的管芯衬底端子230h(未示出)和230l分别连接到v+汇流条405和相应的散热器403。每一相中的相位条pb连接到散热器403和高侧管芯夹端子232h。低侧管芯夹端子232l连接到v-汇流条413。散热器403a-403c彼此电隔离，每个散热器具有一个或多个通道(未示出)，电隔离的冷却流体可以流经该通道。v+汇流条405充当具有一个或多个通道(未示出)的散热器，电隔离的冷却流体可以流经该通道。
[0166]
图4f是示出使用图3h-1中所示的封装半桥251的又一紧凑型逆变器系统410的侧视图的示意图。在逆变器系统400和410之间存在许多相似点。然而，存在一些差异。a-c相分别包括三个封装半桥251a-251c。低侧管芯衬底端子230l和高侧管芯衬底端子230h分别连接到v-汇流条412和v+汇流条404。v-汇流条412还充当具有一个或多个通道(图4f中未示出)的散热器，电隔离的冷却流体可以流经该通道。尽管未示出，多个去耦电容器可以并联地耦合在v+汇流条和v-汇流条之间。如图所示，相位条pba-pbc分别在a-c相中连接到管芯夹端子232。尽管示意性地示出了逆变器系统410，但在侧视图中示出了每相的半桥251、v+汇流条404和v-汇流条412，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位。
[0167]
图4f包括表示在某一瞬间流过逆变器系统410的电流的电流符号。更具体地，图4f示出了当a相的高侧开关304h被激活并传导电流，同时b相和c相的低侧开关304l被激活并传导电流时流过逆变器系统410的电流。图中所有其他开关均被停用。重要的是，激活的开关热连接到v+汇流条404或v-汇流条412。
[0168]
图4g是示出使用图3h-1中所示的封装半桥251的又一紧凑型逆变器系统412的侧视图的示意图。a-c相中的每一相包括连接到管芯夹端子232的相应的相位条pb。在每相中，管芯衬底端子230l1和230h2分别连接到金属v-汇流条412-1和412-2。v-汇流条412-1和412-2可以包括冷却流体可以流过的通道。每一相中的管芯衬底端子230h1和230l2连接到v+汇流条415。尽管未示出，多个去耦电容器可以并联地耦合在v-汇流条412-1和v+汇流条415之间，并且多个去耦电容器可以并联地耦合在v-汇流条412-2和v+汇流条415之间。尽管紧凑型逆变器系统412是示意图，但在侧视图中示出了每相的半桥251、散热器/汇流条412和散热器/汇流条415，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位。
[0169]
图4g包括表示在某一瞬间流过逆变器系统412的电流的电流符号。更具体地，图4g示出了当a相的开关304h1和304l2被激活并传导电流，同时b相和c相的开关304l1和304h2被激活并传导电流到v-时流过逆变器系统412的电流。图中所有其他开关均被停用。重要的是，激活的开关热连接和电连接到v+汇流条415、v-汇流条412-1或v-汇流条412-2。
[0170]
图4h是示出又一紧凑型逆变器系统414的侧视图的示意图。a-c相中的每一相包括四个封装开关203，如图3c-1所示。散热器418-a-418-c分别连接到相位条pba-pbc，相位条pba-pbc又分别连接到绕组wa-wc。散热器418a-418c彼此电隔离并且具有一个或多个通道(未示出)，电隔离的冷却流体可以流经该通道。每一相中的管芯衬底端子230连接到散热器418。每一相中的封装开关203-1和203-2的管芯夹端子344连接到v+汇流条404，且每一相中的封装开关203-3和203-4的管芯夹端子344连接到v-汇流条412。汇流条404和412中的每一个包括冷却流体流经的一个或多个通道。尽管未示出，多个去耦电容器可以并联地耦合在v+汇流条404和v-汇流条412之间。
[0171]
尽管示意性地示出了紧凑型逆变器系统414，但在侧视图中示出了每一相的封装开关203、v+汇流条404、散热器418和v-汇流条412，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位。
[0172]
图4h包括表示在某一瞬间流过逆变器系统414的电流的电流符号。更具体地，图4h示出了当a相的开关203-1和203-2被激活并从v+汇流条404传导电流，同时b相和c相的开关203-3和203-4被激活并通过v-汇流条412传导电流到v-时流过逆变器系统414的电流。
[0173]
图4i是示出使用图3e-1中所示的封装开关207和图3f-1中所示的封装开关209的
又一紧凑型逆变器系统416的侧视图的示意图。a-c相中的每一相包括一对封装开关209和一对封装开关207。每一相中的管芯夹端子344连接到相应的散热器418。散热器418a-418c彼此电隔离并且具有一个或多个通道(未示出)，电隔离的冷却流体可以流经该通道。电流不流过散热器418，因为它们是电隔离的。在每一相中，封装开关209中的端子230连接到v+汇流条404，并且封装开关207中的端子230连接到v-汇流条412。相位条pba-pbc分别在a-c相中连接到管芯夹端子232。尽管示意性地示出了紧凑型逆变器系统416，但在侧视图中示出了每一相的散热器418、封装开关207和209、v+汇流条404和v-汇流条412，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位和水平定位。尽管未示出，多个去耦电容器可以并联地耦合在v+汇流条404和v-汇流条412之间。
[0174]
图4i包括表示在某一瞬间流过逆变器系统416的电流的电流符号。更具体地，图4i示出当b相中的封装开关209的开关304被激活并传导电流，同时a相和c相中的封装开关207的开关304被激活并经由v-汇流条412传导电流到v-时流过逆变器系统416的电流。
[0175]
图4a-1、图4a-2和图4b-1-图4i中的每一个逆变器中的封装开关的取向都是其前部f面向同一条方向线。换句话说，封装开关的前部f包含在基本上彼此平行的各个平面中。在替代实施例中，图4a-1、图4a-2和图4b-1-图4i的每个逆变器中的封装开关可以旋转90度，使得它们的前部f基本上包含在一个平面中，并且它们的背部bk基本上包含在与包含前部的一个平面平行的另一个平面中。旋转90度，封装开关可以彼此更接近地定位，这可以减小包含它们的逆变器所占用的总体积。此外，更短、更简单(例如，与弯成角度的ffc相对的直ffc)、更便宜和/或更紧凑的ffc或其他连接装置可用于将各个封装开关的前部f处的信号引线端子连接到控制印刷电路板(pcb)的相应端子，如下面更全面描述的那样，一个或多个微控制器和一个或多个功率管理集成电路安装在所述控制印刷电路板(pcb)上。ffc或其它连接装置可在封装开关和控制pcb之间传送电压和信号。更短和更紧凑的ffc或其它连接装置可以减少在封装开关和控制pcb上的微控制器之间传输的信号的延迟和其它传输问题。相位条pba-pbc可能需要重新配置以适应封装开关的90度旋转。
[0176]
为了说明，图4j是示出紧凑型逆变器系统423的侧视图的示意图。紧凑型逆变器系统423和图4a-1所示的紧凑型逆变器系统400之间存在相似性。然而，至少存在一个实质性的区别：封装半桥250旋转了90度，使得封装半桥250的背部bk和前部f从逆变器系统423的相应侧面面向外部。换句话说，背部bk基本上包含在一个平面中，且前部f基本上包含在与包含背部bk的一个平面平行的另一个平面中。在这种配置中，封装半桥250可以彼此更靠近地定位，相比于逆变器400，这可以减少逆变器423所占用的总体积。此外，可以使用更短、更简单、更便宜和/或更紧凑的ffc或其他连接装置来将相应封装半桥250的前部f处的信号引线端子连接到控制pcb的相应端子。
[0177]
图4k是示出又一紧凑型逆变器系统425的侧视图的示意图。紧凑型逆变器系统425和图4b-1所示的紧凑型逆变器系统406之间存在相似性。然而，至少存在一个实质性的区别：封装半桥250和253旋转了90度，使得封装半桥250和253的背部bk和前部f从逆变器系统423的相应侧面面向外部。
[0178]
图4l是示出又一紧凑型逆变器系统426的侧视图的示意图。紧凑型逆变器系统426和图4f所示的紧凑型逆变器系统410之间存在相似性。至少存在两个实质性的区别：封装半桥251被封装半桥250所替代；且封装半桥250旋转了90度，使得封装半桥250的背部bk和前
部f从逆变器系统423的相应侧面面向外部。
[0179]
图4m-1是示出分别连接在散热器427和428之间的封装半桥250的后视图的示意图。出于解释的目的，如图所示，散热器427和428连接到电池的v+端子和v-端子，因此散热器427和428也将被称为v-汇流条427和v+汇流条428。为了方便说明，封装半桥250的开关控制器、t_sense电路、i_sense电路和信号引线未图示。
[0180]
管芯衬底端子230l和230h分别连接到v-汇流条427和v+汇流条428。每个汇流条具有一个或多个通道，电隔离的冷却流体可以流经该通道。图4m-2是图4m-1所示系统的侧视图。该视图分别示出了v-汇流条427和v+汇流条28的示例性通道40。为了增强热传递，如图所示，每个汇流条的通道可以定位成离接触管芯衬底端子230的表面更近。通道40被构造成容纳管道，类似于图4a-3-图4a-6中所示的任何一个管道，但是长度更短。每个管道都有自己的一个或多个通道，冷却流体可以流经这些通道。
[0181]
尽管在示意图中未示出，但管芯衬底端子230连接到v+汇流条和v-汇流条、相位条或汇流条上的相应基座。基座可以具有基本平坦的表面。更具体地，每个基座可以具有连接到管芯衬底端子的平坦表面。基座表面在尺寸和形状上可以与它所连接的管芯衬底端子基本相似。热量和/或电流在管芯衬底端子和其连接的基座之间传递。尽管不是必需的，但导热和/或导电油脂的薄层可以将管芯衬底端子连接到基座表面，以增强其间的导热性和/或导电性。基座可以被配置成在封装半桥250的信号引线与汇流条427和428之间产生气隙。气隙将信号引线与汇流条电隔离，
[0182]
尽管4m-2中所示的系统是示意性地示出的，但半桥250、v-汇流条427和v+汇流条428以侧视图示出，以示出这些组件相对于彼此的垂直定位。
[0183]
示例性封装开关200
[0184]
示例性信号框架衬底
[0185]
封装开关包含开关模块，开关模块又包含诸如连接在管芯夹和管芯衬底之间的开关、栅极驱动器等组件。示例性封装开关200包括图3a-1所示的开关模块300。
[0186]
在组装过程中，开关模块组件(诸如栅极驱动器)被附接(粘合、焊接等)到信号框架衬底。图5是可以形成示例性信号框架衬底的压花金属(例如，铜)薄片(例如，0.1mm-1.0mm)500的等距视图。仅出于解释的目的，压花片500由0.25mm厚的铜片形成。压花片500是通过在金属母模和与之配对的金属公模之间冲压平坦金属片而形成的。压花产生非隔离的信号引线。图6是压花片500被切割后的反向等距视图。图6更清楚地示出了非隔离信号引线204、206、604和608。诸如图6中的信号引线204、206、604和608的信号引线是非隔离的，因为它们通过未压花部分610连接。非隔离信号引线包含在平行于包含未压花部分610的平面的平面中，该平面也被称为“负层”。最终，负层610将通过上述用于将信号引线彼此电隔离的修整工艺而去除。
[0187]
一些非隔离的信号引线可以弯曲以产生图7所示的信号框架衬底700。信号框架衬底700包括具有对齐孔701的框架。在图3a-1所示的开关模块300的构造期间，这些孔有助于对齐信号框架衬底、管芯衬底、管芯夹。
[0188]
继续参考图3a-1和3a-4，图8是在栅极驱动器电路306的引线802被连接(例如，焊料接合)到相应的非隔离信号引线之后的信号框架衬底700的俯视图。信号框架衬底700可以承接开关模块300的附加组件(例如，电阻器r1和r2、以及图3a-4的二极管308和310)。为
了便于说明，图8中没有显示附加组件。
[0189]
示例性管芯衬底和管芯夹
[0190]
如图3a-2和图3a-3所示，开关模块300包含开关304，开关304被夹在管芯衬底312和管芯夹316之间。管芯衬底和管芯夹可以使用冲床或类似工具由单独的金属(诸如铜)薄片形成。图9a是由铜薄片(例如，0.1mm-6.0mm)形成的示例性管芯衬底312的等距视图。某些类型的开关(基于mosfet的开关)比其他类型的开关(例如，基于igbt的开关)升温更快。管芯衬底的厚度可以取决于开关的类型，以适应它们升温速率的差异。在一个实施例中，1.6mm厚的管芯衬底可用于采用sic mosfet的开关，而4.0mm厚的管芯衬底可用于采用igbt的开关。管芯衬底312连接在包括孔901的框架之间，孔901被配置成与相应的信号框架衬底的孔701对齐，这将在下面更全面地描述。管芯衬底312具有相互面对的平坦表面。开关可以安装在一个表面上，而与之面对的表面上形成管芯衬底端子230。
[0191]
图9b示出了具有烧结到表面902的开关304(即图3a-5的igbt和二极管d)的管芯衬底312。仅出于解释的目的，将假定所有开关都烧结到管芯衬底和管芯夹上。可以在开关烧结到管芯衬底之前或之后将开关烧结到管芯夹上，反之亦然。出于解释的目的，在将开关烧结到管芯衬底上之后将管芯夹和开关烧结在一起。
[0192]
烧结是对烧结材料施加热量和/或压力但不使其熔化至液化点来形成固体物质的工艺。在将开关烧结到管芯衬底或管芯夹之前，将烧结材料(例如银)的薄层施加到管芯衬底或管芯夹的表面。可选地，在将开关烧结到管芯衬底或管芯夹之前，将烧结材料的薄层施加到开关的表面。在烧结工艺过程中，烧结材料中的原子扩散穿过要烧结物质的边界，将它们融合在一起并形成一个固体块。烧结温度不必达到烧结材料的熔点，也不必达到要烧结在一起的物质(例如，igbt的管芯衬底和集电极端子)的熔点。因此，与焊接不同，烧结不会产生不利地影响物质(例如，开关和管芯衬底)之间的导热性和导电性的气泡或其他空隙。换句话说，烧结可以在开关与其管芯衬底和/或管芯夹之间提供更好的热连接和电连接。虽然可以采用将开关附接到管芯衬底或管芯衬底的其他方法，但是烧结是优选的，因为它在机械上实现更强的接合，特别是与焊料接合相比时。当受到极端环境的应力(例如热应力和机械应力)时，牢固的接合尤其重要。例如，粘合剂可能会受到由移动的电动车辆的道路振动引起的剧烈机械应力。此外，由于烧结材料的熔点高于焊接、钎焊、环氧接合、烧结或用于构造封装开关或封装半桥的其他工艺中使用的温度，这些工艺将不会干扰开关和管芯衬底之间或开关和管芯夹之间的烧结连接。
[0193]
回到图9b，二极管d包括阳极端子904。与之面对面的阴极端子(未示出)通过烧结材料的薄层烧结到管芯衬底表面902。在所示实施例中，igbt905具有一个发射极，但具有多个发射极端子906。igbt还包括栅极端子912。与之面对面的(一个或多个)集电极端子(未示出)通过烧结材料的薄层烧结到管芯衬底表面902。图9c示出了沿图9b的线a-a截取的管芯衬底表面902和igbt 905的展开横截面图。烧结材料的薄层920位于igbt 905的集电极端子和管芯衬底表面902之间并与之集成。图9b中所示的阳极端子904和发射极端子906被配置成连接(例如，烧结)到管芯夹。栅极912被配置为连接到信号框架衬底700的非隔离信号引线，该信号框架衬底700又耦合到栅极驱动器306的输出。连接的类型可以取决于栅极912的特性。例如，由铝或与基底铝的复合材料(例如，al/cu(0.5％)/si(1％))形成的栅极可快速氧化。氧化可排除使用焊料接合。如果栅极912由铝或与基底铝的复合材料形成，则连接可
能需要引线接合，引线接合的一端连接到栅极912。如果栅极912由银、铜或金或这些金属的复合物形成，则可以使用焊料接合来连接到栅极912。
[0194]
管芯衬底312可以连接到信号框架衬底700。图10是与图8所示的信号框架衬底700对齐的管芯衬底312的俯视图。在孔901与孔701对齐的情况下，管芯衬底312可以连接到信号框架衬底700。例如，管芯衬底312的侧壁可以焊接到弯曲的信号引线604。这种连接在二极管308(见图3a-5)和igbt 905的集电极c之间形成了电路径。栅极912可以经由信号引线连接到栅极驱动器306。例如，可以添加引线接合和/或其他导体(例如，扁平柔性电缆)以将栅极912连接到信号框架衬底700的信号引线，信号框架衬底700又连接到栅极驱动器306的输出引线。
[0195]
图11a和图11b是由薄(例如，0.1mm-4.0mm)铜片形成的示例性管芯夹316的等距视图和反向等距视图。管芯夹316连接在包括对齐孔1101的框架之间。管芯夹316包括可以使用冲床或类似工具形成的基座1104。在一个实施例中，在形成基座1104时留下的凹槽1102可以用导热且导电的材料填充。管芯夹316包括形成管芯夹端子232的表面。管芯夹316还包括位于凹槽1102和端子232之间的窄部1108。i_sense电路可以位于窄部1108上，用于测量在开关304连接到管芯夹316时流入或流出开关304的电流。
[0196]
继续参照图10、图11a和图11b，基座1104的端面可以烧结到相应的发射极端子906和阳极端子904。基座1104的端面应该是平坦的，其形状和尺寸基本上类似于发射极端子906的表面，但略小于发射极端子906的表面。这确保基座1104不会接触进而可能损坏位于发射极端子906所占据的区域之外的igbt 905。基座1104的端面的尺寸和形状还减少了由于集中电流流过基座1104和发射极端子906之间的窄点连接而产生不想要的热点的机会。当烧结在一起时，基座在igbt 905和管芯夹316之间产生气隙。当交流电流流过管芯夹时，会产生可能不利地影响igbt 905的操作的电磁场。气隙减少了不利于igbt 905的操作的电磁效应。
[0197]
图11c和图11d示出了对齐的管芯夹316、管芯衬底312和信号框架衬底700的俯视图和仰视图。更具体地，孔1101与相应的管芯衬底孔901和信号框架衬底孔701对齐。对齐时，管芯夹316的基座1104的端面可以烧结到开关的相应端子(例如，igbt 905的发射极端子906和二极管904的阳极端子904)。图11e是示出烧结到基座1104端部的阳极904和发射极端子906的部分等距视图。另外，管芯夹316可以连接到信号框架衬底700。例如，管芯夹312的侧面可以焊接到信号引线608。
[0198]
图3a-1的t_sense电路和i_sense电路可以被添加到图11c所示的部分构造的开关模块300。ffc可用于将t_sense电路和i_sense电路连接到信号框架衬底的信号引线。ffc还可以用于通过信号引线将栅极驱动器306的输出连接到开关的栅极。图11f示出了部分构造的开关模块300，其中封装的i_sense电路1112和封装的t_sense电路1114安装在ffc 1116上。ffc 1116的一部分位于栅极912上方。i_sense电路1112定位在ffc 1116的另一部分上，而ffc 1116又定位在管芯夹312的窄部1108上方。图11g是图11f所示的开关模块300的等距视图。
[0199]
ffc 1116包括在第一端子和第二端子之间延伸的导电走线。第一走线端子可以分别焊接到信号框架衬底700的弯曲信号引线上。第二走线端子可以焊接到封装的i_sense电路1112和封装的t_sense电路1114的相应引线。除了分别从i_sense电路1112和t_sense电
路1114发送输出模拟信号vi和vt之外，ffc 1116还可以向这些组件提供电源电压和接地电压。
[0200]
ffc 1116包括至少一条走线，其第二端子焊接到igbt 905的栅极912。该ffc走线可以在栅极驱动器306和栅极912之间传输栅极控制信号vg。所示的实施例假定栅极912兼容焊料接合，结果栅极912被焊接到ffc 1116的一条或多条走线。在替代实施例中，栅极912被引线接合到ffc 1116的走线端子，其延伸到但不覆盖栅极912。构想了用于将栅极912连接到也与栅极驱动器306相连接的信号引线的其它方法。
[0201]
图11f所示的开关模块300可以放置在模具中。然后将液体塑料(例如环氧树脂)倒入模具中。一旦硬化，液体塑料形成塑料体。将开关模块300和硬化的塑料体从模具中取出并修整。图12a是从模具中取出后的具有模制塑料体1200的开关模块300的等距视图。在替代实施例中，传递模塑可用于制造塑料体。在任一实施例中，信号框架衬底700的弯曲信号引线包括信号引线204和206，其通过模制塑料体1200的前部而暴露。图12a还示出了管芯夹端子232，其通过模制塑料体1200的侧面暴露。图12b是反向等距视图，其示出了信号框架衬底700的负层610。可以使用许多不同修整工具或技术(例如，研磨)中的任何一种来修整掉负层610和模制塑料体1200的一部分。经过修整工艺，管芯衬底端子230被暴露，并且信号引线被隔离。图2a-1和图2a-2示出了修整工艺后的封装开关。
[0202]
示例性封装半桥250
[0203]
如图11f所示的开关模块可以堆叠以构建示例性封装半桥250。图13a和图13b是图11f所示的两个开关模块300的侧视图和等距视图。更具体地，图13a和图13b示出了高侧开关模块300h和低侧开关模块300l。开关模块300h在模具(未示出)内翻转并位于开关模块300l上方。为了便于说明，在图13a和图13b中没有示出具有孔701、901和1101的框架。然而，当开关模块300h和300l定位在模具内部时，这些孔可用于使彼此面对面的开关模块300h和300l对齐。液体塑料可以倒入模具中并硬化以形成塑料体。将彼此面对面的开关模块300h和300l以及硬化塑料体从模具中取出并修整。可以使用许多不同的修整工具或技术中的任何一种来移除塑料体的部分以及负层610l和610h。通过修整工艺，管芯衬底端子230h和203l被暴露，并且信号引线被隔离。管芯衬底端子230h和230l可以取决于被修整掉的塑料体的量从顶部和底部的塑料表面突出。图2b-1和图2b-2示出了修整工艺后的封装半桥。
[0204]
示例性紧凑型逆变器系统408
[0205]
紧凑型逆变器系统包括垂直堆叠的组件。例如，图4d-1示出了紧凑型逆变器系统408，其包括封装半桥250和253、散热器419、相位条延伸部411和v+汇流条417，它们一个堆叠在另一个之上。
[0206]
图14a和图14b分别是示例性v+汇流条417的等距视图和端视图，该v+汇流条417可以由诸如铜的金属形成。v+汇流条417在封装半桥和电池之间传导电流。尽管未示出，金属电缆可以将电池的v+端子连接到v+汇流条417的一个或多个端子结构。dc-dc转换器可以连接在电池和v+汇流条417之间，以增加或减少提供给汇流条417的dc电压。端视图14b中所示的宽度w和高度h可以取决于实施例而变化。在所示的实施例中，h＝16毫米，且w＝29毫米。
[0207]
v+汇流条417的彼此面对面的表面上的基座承接封装半桥250和253。图14a和14b示出了示例性基座1402，其具有用于接合封装半桥250和253的管芯衬底端子230的基本平坦的表面1405。每个基座1402可以定位在短的、彼此面对面的止动壁1403之间，止动壁1403
可以接合封装半桥250或253的左侧和右侧。当封装半桥250或253被基座1402承接时，止动壁1403抑制它们的横向移动。在所示实施例中，基座表面1405在止动壁1403之间完全延伸。在替代实施例中，基座1402可以具有形状类似于管芯衬底端子230但小于管芯衬底端子230的平坦表面，使得基座可以接合与封装半桥的塑料壳体表面齐平或凹陷在其下方的管芯衬底端子。为了解释示例性逆变器系统408，假定封装半桥250和253具有从它们的塑料壳体表面稍微突出的管芯衬底端子230。此外，假定管芯衬底端子230直接连接到基座表面1405，应当理解，在其他实施例中，管芯衬底端子230可以经由诸如焊料或油脂的导热且导电材料间接连接到基座表面1405。当管芯衬底端子230被基座1402的表面1405承接时，在封装半桥的信号引线(参见例如图2b-1的信号引线)和v+汇流条417之间产生气隙。
[0208]
参照图14b，v+汇流条417包括承接图4a-3所示管道420a的通道。其它管道，包括分别在图4a-4-图4a-6中示出的管道420b-420d，可以在替代实施例中使用。如前所述，每根管道420a的外圆柱形表面涂覆有诸如氧化铝的电介质材料的薄层422。电介质层422使管道420a中的流体与v+汇流条417电绝缘。电介质层422在流体和v+汇流条417之间传导大量的热量。
[0209]
继续参考图4d-1和图14a，图15a是具有封装半桥250和253的v+汇流条417的等距视图。尽管在该图中未示出，封装半桥250和253的管芯衬底230h和230l分别与v+汇流条417的相对侧上的相应基座1402的表面1405直接接触。图15b是侧视图，其揭示了v+汇流条417和封装半桥250和253的信号引线(例如参见图2b-1的信号引线)之间的小气隙。部分气隙分别在封装半桥250和253的底面和顶面上分隔v+汇流条417和信号引线。图15b的侧视图中所示的长度l可以取决于实施例而变化。在图示的实施例中，l＝200毫米。
[0210]
继续参考图4d-1，逆变器系统408的相位条pba-pbc分别在绕组wa-wc之间以及分别在a-c相中的封装半桥之间传导电流。每个相位条包括分别连接在散热片419-1和419-2之间的金属延伸部411-1和411-2、以及分别连接在封装半桥250和253的管芯衬底端子230l和230h之间的金属延伸部411-1和411-2。在一个实施例中，每个相位条pb可以包括c形夹具和金属电缆。夹具包括金属延伸部411-1和411-2以及端子结构。电缆的一端连接到端子结构，而电缆的另一端连接到绕组。
[0211]
图16a、图16b和图16c是示例性c形夹具1604的等距视图和端视图。如图16a所示，延伸部411-1和411-2从公共底座1602延伸。每个延伸部411包括一对基座1606，其表面1607被配置成分别接合封装半桥250和253的相应管芯衬底端子230l和230h。在替代实施例中，基座1606可以具有平坦表面1607，平坦表面1607的形状类似于管芯衬底端子，但小于管芯衬底端子，使得基座表面可以接合与封装半桥的塑料表面齐平或稍微凹陷在其下方的管芯衬底端子。在夹具1604和封装半桥250和253的信号引线(例如，参见图2b-1的信号引线)之间、以及当管芯衬底端子230被基座1606的表面1607承接时，产生气隙。
[0212]
继续参照图16a，夹具1604还包括金属端子结构1610，该金属端子结构1610通过紧固件1611(例如螺纹螺栓)机械地连接到底座1602。紧固件1611确保底座1602和端子结构1610之间的电连接。端子结构1610包括通道1612，通道1612被配置成承接前述金属电缆的一端。紧固件1614延伸穿过端子结构1610的孔，并被配置成将电缆压靠在通道1612的壁上，以便确保它们之间的电连接。
[0213]
参照图16b，夹具1604包括连接到底座1602并从底座1602延伸的端子1615。端子具
有基本平坦的端面1619，端面1619可分别接合封装半桥250和253的管芯夹端子232h和232l，并在它们之间建立电连接。夹具1604经由端子1615在其附接的电缆和封装半桥250和253之间传导大电流。
[0214]
夹具1604包括在延伸部411的横向端部处的紧固件(例如螺纹螺栓)1620。这些紧固件延伸穿过延伸部411的孔，并被配置成将夹具1604固定到电介质块(未示出)。当定位在延伸部411的端部和紧固件1620之间的电介质块被拧紧时，夹具将管芯衬底端子230分别压靠在v+汇流条417的基座表面1405和夹具1604的基座表面1607上。
[0215]
图17a示出了位于夹具1604的延伸部411-1和411-2之间的封装半桥250-2、v+汇流条417和封装半桥253-2。尽管在该图中未示出，封装半桥250的管芯衬底端子230l和230h分别可拆地连接到夹具1604的相应基座表面1607和v+汇流条417的相应基座表面405，并且封装半桥253的管芯衬底端子230l和230h分别可拆地连接到v+汇流条417的相应基座表面1405和夹具1604的相应基座表面1607。在紧固件1620接合了上述电介质块(未示出)的情况下，夹具1604保持管芯衬底端子和基座表面彼此牢固接触。图17b是图17a所示组件的端视图。尽管在该图中没有清楚地示出，端子1615的端面1619接合封装半桥250和253的相应管芯夹端子232h和232l。
[0216]
图4d-1示出了在每相中分别连接到延伸部411-1和411-2的散热器419-1和419-2。继续参照图4d-1，图18a-图18c分别示出了图17a和图17b所示组件的等距视图、侧视图和端视图，其中添加了示例性散热器419-1和419-2。在该实施例中，散热器419-1和419-2基本相似。这些散热器中的每一个都具有承接诸如管道420a的管道的通道。散热器419-1和419-2可拆地连接到夹具1604。更具体地，紧固件(例如，螺纹螺栓，未示出)延伸穿过孔并将散热器419-1和419-2紧固到夹具1604。散热器419-1和419-2和夹具1604的表面通过这些紧固件保持牢固连接。该连接使得热量能够分别经由夹具1604的延伸部411-1和411-2从封装半桥250-2和253-2传递到散热器419-1和419-2。在另一个实施例中，分别在散热器419-1和419-2与夹具延伸部411-1和411-2之间使用焊料、烧结或热油脂。
[0217]
图19a和图19b示出了图18a-18c的结构的等距视图和侧视图，其具有附加的夹具1604、散热器419和封装半桥250和253。散热器419-1a-419-1c和419-2a-419-2c彼此相似。同样，夹具1604a-1604c彼此相似，并且与图16a-图16c中所示的相似。由散热器419-1a-419-1c承接的管道420a中有流体流过。由散热器419-1a-419-1c承接的管道420a中有流体流过。散热器419-1a-419-1c彼此分离以保持电隔离。散热器419-2a-419-2c同样彼此分离以保持电隔离。然而，散热器419-1a-419-1c通过公共管道420a中的流体热连接在一起。同样，散热器419-2a-419-2c通过公共管道420a中的流体热连接在一起。
[0218]
图4d-1示出了v-汇流条407。封装桥250的管芯夹端子232l和封装半桥253的管芯夹端子232h连接到v-汇流条407。继续参考图4d-1，图20a、20b和20c示出了由诸如铜的金属形成的示例性v-汇流条407的等距视图、俯视图和端视图。紧固件(例如，螺纹螺栓)1616将端子结构1630机械地连接到底座1618的端部。紧固件保持端子结构1630和底座1618之间的电连接。端子结构1630具有通道1617，通道1617被配置成承接金属电缆(未示出)的端部。这些金属电缆的另一端可以直接或间接连接到v-电池端子(未示出)。紧固件1622(例如，螺纹螺栓)延伸穿过端子结构1630的孔，并且被配置成与所承接的金属电缆的端部接合并将其压靠在通道1617的壁上。紧固件1622确保金属电缆和v-汇流条407之间的电连接。开口1634
被配置成承接pcb，每个pcb上安装有x
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y的去耦电容器阵列。图20d是v-汇流条407的侧视图，其中pcb 1636被容纳在开口1634中。每个pcp 1636包括3
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13的电容器阵列1638。在所示实施例中，陶瓷电容器安装在pcb 1636上。在其他实施例中，可以使用薄膜电容器或电解电容器。在其它实施例中，可以使用电容器类型的组合。陶瓷电容器比薄膜电容器小，并且使用陶瓷电容器可以是有利的，因为可以减少示例性紧凑型逆变器系统408所占用的总体积。每个去耦电容器1638可以包含在具有一对引线的封装中，其中一条引线连接到v-汇流条407，而另一条引线连接到v+汇流条417。pcb 1636的走线使得能够连接到v-汇流条407和v+汇流条417。陶瓷电容器1638可能失效并在其端子之间产生短路，进而在v-汇流条407和v+汇流条417之间产生短路。具有陶瓷电容器1638的pcb 1636应该包括一个或多个熔断或可熔的保险丝，如果陶瓷电容器出现故障，每个熔断或可熔的保险丝被定位成中断v-汇流条407和v+汇流条417之间的电流。去耦电容器阵列1638可提供78μf或更大的总体去耦电容，应理解，在其它紧凑型逆变器系统实施例中可使用更少或更多的去耦电容。
[0219]
去耦电容器1638减少封装半桥250和253中的开关(例如igbt)304的电流端子处的电压尖峰、纹波电流或其他不想要的ac电压分量。连接在开关和电池或其他电压源的端子之间的导体具有寄生电感，或者连接在电动机的开关和绕组之间的导体具有寄生电感。细长导体比粗短导体有更多的寄生电感。寄生电感也随着导体承载的电流的增加而增加。寄生电感给开关304带来一些风险。例如，在关断开关304的过程中，由于电流急剧下降，将在开关的电流端子处出现电压尖峰。这种电压尖峰是由于储存在开关和电池之间的导体的寄生电感中的能量被释放。开关304可能受到超出其正常操作范围的电压尖峰。因此，可能需要使用具有较高电压电平的开关，但是具有较高电压电平的开关可能效率更低且更昂贵。将pcb 1636定位在开口1634中，使去耦电容器1638靠近(例如，1厘米或更小)封装半桥250和253中开关的电流端子。这确保了由导线的寄生电感释放的更多电流被去耦电容器1638接收和存储，进而降低了开关端子处的电压尖峰。由于去耦电容器1638接近开关304，在封装半桥250和253中可以采用更小且更高效的开关304。
[0220]
如图20b和图20c所示，v-汇流条407具有连接到底座1618并从底座1618延伸的端子1640。端子1640-l具有用于接合封装半桥250的管芯夹端子232l的平坦端面、以及用于接合封装半桥253的管芯夹端子232h的端子1640-h。v-汇流条407和v+汇流条应该彼此电隔离。图21是图19所示的组件的端视图，其中添加了v-汇流条407。在夹具1604a的延伸部411和v-汇流条407之间存在气隙，以确保它们之间的电隔离。尽管在该图中不可见，端子1640的端面分别可拆地连接到相应的管芯夹端子232l和232h。
[0221]
紧凑型逆变器系统可以包括一个或多个控制pcb，或者可以连接到一个或多个控制pcb。例如，诸如一个或多个封装电源管理集成电路(pmic)、一个或多个微控制器等的组件可以安装(例如焊接)在控制pcb上。pmic包含电压调节器，为封装开关或封装半桥的组件(如栅极驱动器)提供稳定的电源电压。微控制器向一个或多个封装开关或封装半桥提供控制信号(例如，pwm信号)。微控制器还从一个或多个封装开关或封装半桥接收信号(例如故障信号)。控制pcb可以通过相应的ffc连接到紧凑型逆变器系统的封装开关或封装半桥。ffc在控制pcb和封装开关或封装半桥之间传输电压和信号。
[0222]
控制pcb可以具有多个接口，每个接口被配置为连接到相应ffc的相应第一接口。ffc的第二接口被配置用于连接到相应的封装开关或封装半桥。在一个实施例中，ffc的第
二接口连接到相应封装半桥或封装开关的信号引线的端子。图21示出了其上安装有pmic 1652的示例性控制pcb 1650。尽管在该图中未示出，用于控制封装半桥250和253的一个或多个微控制器可以安装在pcb 1650上。
[0223]
公开了许多方法和设备。例如，公开了一种包括第一装置的第一设备，该第一装置又包括：第一壳体；包括第一表面和第二表面的第一金属结构；包括第一端子和第二端子以及第一控制端子的第一晶体管，当所述第一晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第一控制端子控制所述第一晶体管，其中所述第一端子烧结到所述第一表面；以及穿过所述第一壳体的第一开口，所述第一开口使所述第二表面暴露。所述第一装置可以进一步包括：包括第一表面和第二表面的第二金属结构；包括第一端子和第二端子以及第二控制端子的第二晶体管，当所述第二晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第二控制端子用于控制所述第二晶体管，其中所述第二晶体管的所述第一端子烧结到所述第二金属组件的所述第一表面；以及穿过所述第一壳体的第二开口，所述第二开口使所述第二金属结构的所述第二表面暴露。所述第一装置可以进一步包括：包括第一表面和第二表面的第一金属元件，其中所述第一晶体管的所述第二端子烧结到所述第一金属元件的第一表面；包括第一表面和第二表面的第二金属元件，其中所述第二晶体管的所述第二端子烧结到所述第二金属元件的所述第一表面；穿过所述第一壳体的第三开口，所述第三开口使所述第一金属元件的所述第二表面暴露；以及穿过所述第一壳体的第四开口，所述第四开口使所述第二金属元件的所述第二表面暴露。所述第一设备可以进一步包括：第二装置，该第二装置又包括：第二壳体；包括彼此面对面的第一表面和第二表面的第三金属结构；包括第一端子和第二端子以及第三控制端子的第三晶体管，当所述第三晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第三控制端子控制所述第三晶体管，其中所述第三晶体管的所述第一端子烧结到所述第三金属结构的所述第一表面；穿过所述第二壳体的第一开口，所述第一开口使所述第三金属结构的所述第二表面暴露；包括彼此面对面的第一表面和第二表面的第四金属结构；包括第一端子和第二端子以及第四控制端子的第四晶体管，当所述第四晶体管被激活时，电流在所述第一端子和第二端子之间传输，所述第四控制端子用于控制所述第四晶体管，其中所述第四晶体管的所述第一端子烧结到所述第四金属结构的所述第一表面；穿过所述第二壳体的第二开口，所述第二开口使所述第四金属结构的所述第二表面暴露；以及直接连接到所述第一金属结构的所述第二表面并且直接连接到所述第三金属结构的所述第二表面的第一汇流条，其中所述第一汇流条包括流体可以流过的通道。所述第二装置可以进一步包括：包括第一表面和第二表面的第三金属元件，其中所述第三晶体管的所述第二端子连接到所述第三金属元件的所述第一表面；包括第一表面和第二表面的第四金属元件，其中所述第四晶体管的所述第二端子连接到所述第四金属元件的所述第一表面；穿过所述第二壳体的第三开口，所述第三开口使所述第三金属元件的所述第二表面暴露；以及穿过所述第二壳体的第四开口，所述第四开口使所述第四金属元件的所述第二表面暴露。
[0224]
公开了一种包括第一装置的第二设备，包括：第一装置，包括：第一壳体；包括第一表面和第二表面的第一金属结构；包括第一端子和第二端子以及第一控制端子的第一晶体管，当所述第一晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第一控制端子控制所述第一晶体管，其中所述第一端子烧结到所述第一表面；穿过所述第一壳
体的第一开口，所述第一开口使所述第二表面暴露；包括第一表面和第二表面的第二金属结构；包括第一端子和第二端子以及第二控制端子的第二晶体管，当所述第二晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第二控制端子用于控制所述第二晶体管，其中所述第二晶体管的所述第一端子烧结到所述第二金属组件的所述第一表面；以及穿过所述第一壳体的第二开口，所述第二开口使所述第二金属结构的所述第二表面暴露。所述第二装置还可包括：连接到所述第一金属结构的所述第二表面的第一汇流条，其中所述第一汇流条包括流体可流经的通道；连接到所述第二金属结构的所述第二表面的散热器，其中所述散热器包括流体可以流经的通道；使所述第一汇流条与流经所述第一汇流条的所述通道的流体电绝缘的第一电介质层；以及使所述金属散热器与流经该金属散热器的通道的流体电绝缘的第二电介质层。所述第二设备可进一步包括电连接到所述散热器的另一汇流条。
[0225]
公开了一种包括第一装置的第三设备，包括：第一装置，包括：第一壳体；包括第一表面和第二表面的第一金属结构；包括第一端子和第二端子以及第一控制端子的第一晶体管，当所述第一晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第一控制端子控制所述第一晶体管，其中所述第一端子烧结到所述第一表面；穿过所述第一壳体的第一开口，所述第一开口使所述第二表面暴露；包括第一表面和第二表面的第二金属结构；包括第一端子和第二端子以及第二控制端子的第二晶体管，当所述第二晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第二控制端子用于控制所述第二晶体管，其中所述第二晶体管的所述第一端子烧结到所述第二金属组件的所述第一表面；穿过所述第一壳体的第二开口，所述第二开口使所述第二金属结构的所述第二表面暴露；用于控制所述第一晶体管的第一电路；以及用于控制所述第二晶体管的第二电路。
[0226]
公开了一种包括第一装置的第四设备，包括：第一装置，包括：第一壳体；包括第一表面和第二表面的第一金属结构；包括第一端子和第二端子以及第一控制端子的第一晶体管，当所述第一晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第一控制端子控制所述第一晶体管，其中所述第一端子烧结到所述第一表面；穿过所述第一壳体的第一开口，所述第一开口使所述第二表面暴露；包括第一表面和第二表面的第一金属元件，其中所述第二端子烧结到所述第一金属元件的所述第一表面；以及穿过所述第一壳体的第二开口，所述第二开口使所述第一金属元件的所述第二表面暴露。
[0227]
公开了一种包括第一装置的第五设备，包括：第一装置，包括：第一壳体；包括第一表面和第二表面的第一金属结构；包括第一端子和第二端子以及第一控制端子的第一晶体管，当所述第一晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第一控制端子控制所述第一晶体管，其中所述第一端子烧结到所述第一表面；以及穿过所述第一壳体的第一开口，所述第一开口使所述第二表面暴露，其中所述第五设备还包括热连接和电连接到所述第一金属结构的所述第二表面的第一汇流条，其中，所述第一汇流条包括流体可以流过的通道。所述第五设备还可以包括将所述流体与所述第一汇流条电绝缘的电介质层。
[0228]
公开了一种包括第一装置的第六设备，包括：第一装置，包括：第一壳体；包括第一表面和第二表面的第一金属结构；包括第一端子和第二端子以及第一控制端子的第一晶体管，当所述第一晶体管被激活时，电流在所述第一端子和所述第二端子之间传输，所述第一
控制端子控制所述第一晶体管，其中所述第一端子烧结到所述第一表面；穿过所述第一壳体的第一开口，所述第一开口使所述第二表面暴露；以及控制所述第一晶体管的第一电路。
[0229]
尽管已经结合几个实施例描述了本发明，但是本发明不旨在限于这里阐述的特定形式。相反，它旨在覆盖可以合理地包括在由所附权利要求限定的本发明范围内的这种替代、修改和等同物。