JP7655891B2

JP7655891B2 - 低インダクタンスおよび高速スイッチングを有する、パワーデバイスを並列化するための高電力多層モジュール

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Publication number: JP7655891B2
Application number: JP2022192724A
Authority: JP
Inventors: マシューフールタード; ブライスマクファーソン; ダニエルマーティン; アレクサンダーロステッター
Original assignee: Wolfspeed Inc
Current assignee: Wolfspeed Inc
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2025-04-02
Anticipated expiration: 2040-01-03
Also published as: BR112021013650A2; EP3909124A4; JP2025094152A; KR102787083B1; EP3909124A1; WO2020146204A1; JP2023029342A; CN113767563A; JP2022508473A; KR20210136987A; KR20230125332A; KR102580635B1; CN118573033A; KR20250048383A; BR112021013650A8

Description

先行出願の相互参照
本出願は、２０１９年１０月２１日に出願された米国特許出願第１６／６５８，６３０号の優先権を主張するものであり、この米国特許出願は、それがあたかも本明細書に完全に記載されているかのように、その全体が、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれており、本出願はさらに、２０１９年２月４日に出願された米国特許出願第１６／２６６，７７１号の優先権を主張するものであり、この米国特許出願は、それがあたかも本明細書に完全に記載されているかのように、その全体が、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれており、本出願はさらに、２０１９年１月１０日に出願された米国特許仮出願第６２／７９０，９６５号の優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願は、それがあたかも本明細書に完全に記載されているかのように、その全体が、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれており、本出願はさらに、２０１９年１０月１４日に出願された米国特許仮出願第６２／９１４，８４７号の優先権を主張するものであり、この米国特許仮出願は、それがあたかも本明細書に完全に記載されているかのように、その全体が、あらゆる目的のために参照によって本明細書に組み込まれている。

１．開示の分野
本開示は、低インダクタンスおよび高速スイッチングを有する高電力多層モジュール（ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｍｏｄｕｌｅ）であって、パワーデバイスを並列化するための高電力多層モジュールを対象としている。さらに、本開示は、低インダクタンスおよび高速スイッチングを有する高電力多層モジュールであって、パワーデバイスを並列化するための高電力多層モジュールを構成する方法を対象としている。

２．関連技術
当業者には理解されることだが、パワーモジュールはさまざまな形態のものが知られている。パワーモジュールは、パワー構成要素、普通はパワー半導体デバイスの物理的な格納（ｐｈｙｓｉｃａｌｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）を提供する。これらのパワー半導体は通常、パワー電子基板上にはんだ付けまたは焼結されている。パワーモジュールは通常、パワー半導体を担持し、電気的および熱的接触を提供し、電気絶縁物を含む。

電化（ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の現在の流行は、パワーモジュールに関連したパワー半導体デバイス、パワー電子部品および／または他の同種のものを含むパワーモジュールに対する増大する要求を提起している。例えば、改善された効率およびより高い電力密度。これらの要求は、システムレベルから構成要素レベルにまで及んでいる。しかしながら、これらの要求を満たすようにパワーモジュールを動作させると、パワーモジュール内での熱の発生が増大する。パワー半導体デバイス、パワー電子部品および／または他の同種のものの物理的限界のため、この熱の発生の増大は、パワーモジュールの動作能力を制限する。具体的には、パワー半導体デバイス、パワー電子部品および／または他の同種のものを含むパワーモジュールのさまざまな構成要素は通常、動作温度限界を有する。

さらに、パワーモジュールの寄生インピーダンスも、現行技術のこれらのデバイスの実用的な実施態様を限定する。具体的には、スイッチング事象中のループインダクタンスは、電圧オーバシュート（ｖｏｌｔａｇｅｏｖｅｒｓｈｏｏｔ）およびリンギング（ｒｉｎｇｉｎｇ）に帰着しうる。このループインダクタンスは、安定性を低下させ、スイッチング損失を増大させ、電磁干渉（ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＩｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）（ＥＭＩ）を生み出し、システム構成要素にストレスを与える。最終的に、これらの因子は、最大スイッチング周波数を制限することがあり、このことは、電力変換システム内の外部フィルタのサイズを低減させるのに望ましい。

以上のことから、熱の追加の発生に対処するように構成されたパワーモジュールが求められている。

さらに、安定性を増大させ、スイッチング損失を減らし、ＥＭＩを低減させ、かつ／またはシステム構成要素に対するストレスを制限するために、ループインダクタンスなどの寄生インピーダンスに対処するように構成されたパワーモジュールも求められている。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを含み、このパワーモジュールは、少なくとも１つの導電性パワー基板と、この少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置されたハウジングと、この少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続された第１の端子であり、ハウジング上に位置する接触面を含む第１の端子と、ハウジング上に位置する接触面を含む第２の端子と、この少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続された第３の端子と、この少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置され、この少なくとも１つの導電性パワー基板に接続された複数のパワーデバイスであり、この複数のパワーデバイスのうちの少なくとも１つのパワーデバイスに第３の端子が電気的に接続されている、複数のパワーデバイスと、ベースプレートと、ベースプレート上に配置された複数のピンフィン（ｐｉｎｆｉｎ）とを備え、この複数のピンフィンは、パワーモジュールに直接冷却を提供するように構成されている。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを含み、このパワーモジュールは、ベースプレートと、少なくとも１つのパワー基板と、この少なくとも１つのパワー基板上に配置されたハウジングと、この少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第１の端子と、第２の端子と、この少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第３の端子と、この少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、この複数のパワーデバイスに電気的に接続されたゲート－ソースボードと、ベースプレート上に配置された複数のピンフィンとを備え、この複数のピンフィンは、パワーモジュールに直接冷却を提供するように構成されている。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを構成する方法を含み、この方法は、少なくとも１つのパワー基板を提供すること、この少なくとも１つのパワー基板上にハウジングを配置すること、この少なくとも１つのパワー基板に第１の端子を接続すること、第２の端子を提供すること、この少なくとも１つのパワー基板に第３の端子を電気的に接続すること、この少なくとも１つのパワー基板に複数のパワーデバイスを接続すること、およびこの複数のパワーデバイスに電気的に接続されたゲート－ソースボードを装着することを含み、ゲート－ソースボードは、少なくとも１つの電気信号を受け取るように構成されており、この方法はさらに、ベースプレート上に配置された複数のピンフィンを提供すること、およびこの複数のピンフィンを、パワーモジュールの少なくとも１つの構成要素を冷却するように構成することを含む。

本開示の追加の特徴、利点および態様は、以下の詳細な説明、図面および特許請求項に記載されていることがあり、または以下の詳細な説明、図面および特許請求項の検討から明白であることがある。さらに、本開示の上記の概要および以下の詳細な説明はともに例示を目的としたものであり、特許請求項に記載された本開示の範囲を限定しないさらなる説明を提供することが意図されていることを理解すべきである。

本開示のさらなる理解を提供するために含まれている添付図面は、本明細書に組み込まれており、本明細書の部分を構成し、本開示の態様を例示し、以下の詳細な説明とともに本開示の原理を説明する役目を果たす。本開示の構造的詳細を、本開示および本開示を実施することができるさまざまな方式の基本的知識に必要である可能性がある程度よりも詳細に示すことはしない。

本開示の態様によるパワーモジュールのハーフブリッジベースのトポロジを概略的に示す図である。ＤＣリンクキャパシタと図１Ａのパワーモジュールの内側のスイッチ位置との間の電流ループを示す図である。本開示の態様によるさまざまな相互接続および関連インピーダンスを示す図である。本開示の態様によるスイッチ位置のさまざまな相互接続および関連インピーダンスを示す図である。本開示の一態様によるパワーモジュールの概略透視図である。本開示の一態様によるパワーモジュールの概略上面図である。本開示の態様による並列構成の複数の単相モジュールを示す図である。本開示の態様による第１のパワーモジュール構成を示す図である。本開示の態様による第２のパワーモジュール構成を示す図である。本開示の態様によるフルブリッジ構成の複数のパワーモジュールを示す図である。本開示の態様による３相構成の複数のパワーモジュールを示す図である。本開示の態様による、フルブリッジ構成を有する単一のパワーモジュールを示す図である。本開示の態様によるパワーモジュールの分解図である。図１０のパワーモジュールの部分図である。それぞれのノードがハーフブリッジトポロジで識別された、本開示に従って構築されたパワーモジュールの相脚（ｐｈａｓｅｌｅｇ）の上面図である。それぞれのノードがハーフブリッジトポロジで識別された、本開示に従って構築された図１２Ａによるパワーモジュールの相脚の概略図である。図１２Ａおよび図１２Ｂの相脚の断面図である。電流経路を含む、図１２Ａおよび図１２Ｂの相脚の断面図である。本開示の一態様による、パワーモジュールの接触面およびバッシング（ｂｕｓｓｉｎｇ）を示す図である。図１６Ａは、本開示の態様によるパワーモジュールの端子の態様を示す図である。図１６Ｂは、本開示の態様によるパワーモジュールの端子の態様を示す図である。図１６Ｃは、本開示の態様によるパワーモジュールの端子の態様を示す図である。本開示の態様による並列の複数のデバイスを概略的に示す図である。本開示の一態様による有効ゲートスイッチングループの透視図である。本開示の一態様による有効ゲートスイッチングループの上面図である。本開示の態様によるパワーモジュールを含む例示的な部分実施態様を示す図である。本開示による例示的な積層バスバーを示す図である。図２１による例示的な積層バスバーの１つの部分を示す図である。図２１による例示的な積層バスバーの別の部分を示す図である。本開示による相出力バスバーを示す図である。本開示の態様による、パワーモジュールおよび積層バスバーを含む例示的な実施態様の透視図である。図２５による、パワーモジュールおよび積層バスバーを含む例示的な実施態様の第１の断面図である。図２５による、パワーモジュールおよび積層バスバーを含む例示的な実施態様の第２の断面図である。本開示による例示的な単一モジュールゲートドライバを示す図である。本開示による例示的な単一モジュールゲートドライバを示す図である。本開示の態様による電流感知構成要素を示す図である。相出力バスバーとともに配置された、図３０による電流感知構成要素を示す図である。本開示の一態様による例示的な３相モータドライブパワーを示す図である。本開示の態様による並列の複数のパワーデバイスを概略的に示す図である。本開示の一態様による有効ゲートスイッチングループおよびパワーモジュールの上面図である。本開示の一態様による、パワーモジュールおよびハウジングを含む構成体の透視図である。図３５の構成体の側面図である。図３５の構成体の部分透視図である。図３５の構成体の別の部分透視図である。図３５の構成体の別の部分透視図である。図３５の構成体の別の部分透視図である。図３５の構成体の別の部分透視図である。パワーモジュールを含む構成体を実施し、動作させる方法を示す図である。本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図である。図４３によるパワーモジュールの側面図である。図４３によるパワーモジュールの下面図である。図４３によるパワーモジュールの部分透視下面図である。本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図である。図４７によるパワーモジュールの側面図である。図４７によるパワーモジュールの下面図である。図４７によるパワーモジュールの部分透視下面図である。本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図である。図５１によるパワーモジュールの側面図である。図５１によるパワーモジュールの下面図である。図５１によるパワーモジュールの部分透視下面図である。本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図である。図５５によるパワーモジュールの側面図である。図５５によるパワーモジュールの下面図である。本開示の一態様によるパワーモジュール実施態様の透視図である。本開示の一態様によるパワーモジュール実施態様の透視図である。図５９によるパワーモジュール実施態様の透視図である。２つの異なるパワーモジュールについて、接合部温度を出力電流に対してプロットしたグラフである。

添付図面に記載および／または図示され、以下の説明で詳細に説明される非限定的な態様および例を参照して、本開示の態様、ならびにそれらのさまざまな特徴および有利な詳細がより詳細に説明される。たとえ本明細書に明示されていない場合であっても、図面に示された特徴は必ずしも一定の倍率では描かれていないこと、および１つの態様の特徴を、当業者なら認識するであろう他の態様とともに使用することができることに留意すべきである。本開示の態様を不必要に不明瞭することがないように、よく知られている構成要素および処理技法の説明が省かれていることがある。本明細書で使用される例の意図は、単に、本開示を実施する方式の理解を容易にすること、および本開示の態様を当業者が実施することをさらに可能にすることのみである。したがって、本明細書の例および態様が本開示の範囲を限定していると解釈すべきではない。本開示の範囲は、添付の特許請求項および適用法のみによって規定される。さらに、図面のいくつかある図の全体を通じて、同じ参照符号は類似の部分を表していることにも留意されたい。

本開示は、パワーモジュールを説明しており、このパワーモジュールは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および他の同種のものなどの最新技術のワイドバンドギャップパワー半導体デバイス向けに最適化された構造であって、大量の電流および電圧を運ぶこと、および確立された技術に比べてますます速い速度でスイッチングすることができる構造を含むことができる。シリコン（Ｓｉ）デバイス技術に対して使用されることが意図された内部レイアウトを有する従来のパワー電子パッケージは、これらの半導体に対する機能が限定されている。

開示されたパワーモジュールは、並列化されたデバイスの大きなアレイ間で電流を均一に分配し、標準パッケージング手法よりもかなり低いループインダクタンスを有するように構成することができる。テラス状のパワー端子を有する多レベル電流経路は、バッシングシステムとの外部接続を単純にし、パワーモジュールとフィルタリングキャパシタとの間のインダクタンスを低減させる。このパワーモジュールのレイアウトは構成可能性が高く、このレイアウトを、パワーエレクトロニクス産業において一般的な大部分のパワー回路トポロジを採用するように構成することができる。

開示されたパワーモジュールは、より密なパワーループの追加および論理的外部端子配置によって、内部モジュール性能、システムレベル実施態様、製造性および使いやすさをかなり向上させる。

この点に関して、開示されたパワーモジュールは、以下のうちの少なくとも１つまたは複数を提供するように構成することができる。
高度に最適化された低インダクタンスパワーモジュール構造
モジュール式で、スケーラブル（ｓｃａｌａｂｌｅ）で、フレキシブルなレイアウトおよび電力フロー
高電流スイッチ位置を形成するための多数のパワー半導体の等化された並列化
多数のパワー半導体を並列化するための最適化されたゲートおよびセンス信号構造
温度感知および過電流保護のためのセンスコネクタ
約１７００Ｖ（ボルト）までまたはそれ以上の電圧での高電圧動作に適したフォームファクタ（ｆｏｒｍｆａｃｔｏｒ）
１７００Ｖ動作を超えるためのスケーラブルな高さ
最適化された外部システム相互接続のための多層内部導体レイアウト
さまざまな最新技術の材料、取付け、分離および相互接続技法に対応するように設計されたモジュール式内部構造
高性能システムレベル統合化に対して十分に最適化されていること
並列化しやすく、より高電流への直接スケーリングが容易であること
ハーフブリッジ、フルブリッジ、３相、ブースタ、チョッパおよび他の同種の配置を含む多種多様なパワートポロジにおいて構成可能であること
さまざまな電力処理ニーズを満たすためのスケーラブルなシステム実施態様

本質的に、開示されたパワーモジュール構成は、先進のパワー半導体の能力を完全に利用することを可能にし、電力密度、スイッチング、効率および他の同種のものをかなり向上させることができる。

パワーモジュールのパワーデバイスの構造および目的は多岐にわたる。用語「パワーデバイス」は、高電圧および高電流用に設計されたさまざまな形態のトランジスタおよびダイオードを指す。それらのトランジスタは、（デバイスのタイプに応じて）一方向または双方向の電流フローを可能にする制御可能なスイッチであることがあり、一方、それらのダイオードは、一方向の電流フローを可能にするものであることがあり、制御可能でないことがある。トランジスタのタイプは、限定はされないが、金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、および他の同種のトランジスタを含むことができる。

パワーデバイスは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）および他の同種の半導体を含むワイドバンドギャップ（ＷＢＧ）半導体を含むことができ、パワーデバイスの材料としての従来のシリコン（Ｓｉ）にはない数多くの利点を提供することができる。それにもかかわらず、本開示のさまざまな態様は、Ｓｉ型のパワーデバイスを利用することができ、本明細書に記載されたいくつかの利点を達成することができる。ＷＢＧ半導体の鍵となる指標（ｍｅｔｒｉｃ）は、以下の非限定的な態様のうちの１つまたは複数の態様を含むことができる。
より高い電圧遮断
より高い電流密度
より高温での動作
より高速なスイッチング
改良された熱的性能
より低いオン抵抗（低減された伝導損）

より低いターンオンおよびターンオフエネルギー（低減されたスイッチング損失）。本開示のいくつかの態様では、ＷＢＧ半導体の上記のこれらの鍵となる指標が必要ないこと、およびＷＢＧ半導体の上記のこれらの鍵となる指標が実施されないことがあることを理解すべきである。

ＷＢＧ半導体デバイスを効果的に利用するために、パワーモジュール（パワーパッケージとも呼ばれる）が使用される。パワーモジュールは、以下の非限定的な態様のうちの１つまたは複数の態様を含む、いくつかの機能を果たすことができる。
有用なトポロジ内へのパワー半導体デバイスの電気相互接続を提供すること。
損傷しやすいデバイスを、水分、振動、汚染および他の同種のものから保護すること。
伝導損およびスイッチング損失の結果としてデバイスから発生した廃熱を除去する効果的で効率的な手段を生み出すこと。
内部レイアウトへのロバストな電力および信号電気接続を有するシステムレベル実施態様を容易にすること。この電力および信号電気接続は、ボルトオン、クリンプオン、はんだ、プラグおよびレセプタクル、ならびに他の同種の実施態様とすることができる。
業界で採用されている規格に基づく内部誘電体封止（ｉｎｔｅｒｎａｌｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）ならびに外部電圧沿面距離（ｃｒｅｅｐａｇｅｄｉｓｔａｎｃｅ）および空間距離（ｃｌｅａｒａｎｃｅｄｉｓｔａｎｃｅ）を含む、電圧安全性を提供すること。

本開示のいくつかの態様では、上記のこれらの機能が必要ないこと、および上記のこれらの機能が実施されないことがあることを理解すべきである。

図１Ａは、本開示の態様によるパワーモジュールのハーフブリッジベースのトポロジを概略的に示している。ハーフブリッジベースのトポロジは、多くのスイッチングパワーコンバータの基本的構成単位である。モータドライブ、インバータおよびＤＣ－ＤＣコンバータに関して、これらのトポロジは通常、ＤＣ電源１１２に接続され、トポロジとＤＣ電源１１２の間には中間接続としてＤＣリンクキャパシタ１０２のバンク（ｂａｎｋ）がある。これが図１Ａに概略的に示されている。ＤＣリンクキャパシタ１０２は、ライン上のリップルをフィルタ除去し、電流経路のインダクタンスの影響を打ち消す働きをすることができる。並列の２つのハーフブリッジはフルブリッジを形成することがあり、並列の３つのハーフブリッジは３相トポロジを形成することがある。３相トポロジはしばしばシックスパック（ｓｉｘｐａｃｋ）とも呼ばれ、これは、３つの相脚の中の６つのスイッチ位置を意味する。さらに、共通ソース、共通ドレインおよび中性点クランプを含むパワーモジュールに関しては他のトポロジも企図される。

図１Ａはさらに、１つまたは複数のスイッチ位置１０４を有するパワーモジュール１００を示している。パワーモジュール１００は、第１の端子１０６、第２の端子１０８および第３の端子１１０を含むことができる。

図１Ｂは、ＤＣリンクキャパシタと図１Ａのパワーモジュールの内側のスイッチ位置との間の電流ループを示している。ＤＣリンクキャパシタ１０２とパワーモジュール１００の内側のスイッチ位置１０４との間の電流ループ１１４は、このシステムにおいて決定的に重要であり、半導体のスイッチング性能においてかなりの影響を有する。

完璧なシステムはない。例えば、どんな電気システムにも、望ましくない寄生抵抗、寄生容量および寄生インダクタンスが存在する。これらのインピーダンスは、それらが低減または軽減されない限り、性能および信頼性に対する有害な影響を導入する。それぞれの相互接続に抵抗および静電容量が関連づけられていることがあるが、スイッチングパワーデバイスに対する大部分の影響が寄生インダクタンスであることがある。インダクタンスが大きいほど、磁場に蓄えられるエネルギーも大きく、このエネルギーは、スイッチング遷移中の電圧オーバシュートおよびリンギングの原因となる。

図２は、本開示の態様によるさまざまな相互接続および関連インピーダンスを示している。図１Ａに提示されたパワーモジュール１００のハーフブリッジ構成などの電力変換システムに関しては、ＤＣリンクキャパシタ１０２、バッシングシステム２０２、パワーモジュール１００および他の同種のものを含むそれぞれの構成要素内、ならびにそれらの間の物理的相互接続内に、インピーダンス２０４が存在する。これが、インダクタンスに関する図２に示されている。パワーコンバータ内にはしばしば、より多くの機能要素および関連インピーダンスが存在するが、スイッチング性能に関してはこのループが最も重要であることがある。

大部分のパワーコンバータでは、システム設計においてこれらのインダクタンスが慎重に考慮されなければならない。このことはしばしば、寄生影響を打ち消すために、より多くのＤＣリンクキャパシタ１０２を追加すること、またはスイッチング速度を遅くすることを要求する。これらは効果的ではあるが、これらは、（高電流と高電圧の両方が存在するより低速のスイッチング事象のために）より大きな損失を有するより嵩張るシステム（大きく重いより多くのキャパシタ）に帰着する。

Ｓｉデバイス用として意図されたパワーパッケージにおいて、ＳｉＩＧＢＴに特有のターンオンおよびターンオフ時間は、内部パワーループ内で遭遇するインダクタンスが十分に小さくなるのに十分な本来的にゆっくりとしたものである。しかしながら、ＳｉＣＭＯＳＦＥＴなどのワイドバンドギャップデバイスの極めて高速なスイッチングに関しては、従来のパッケージのインダクタンスが数百ボルトの電圧オーバシュートに帰着しうる。

パワーモジュール１００内で高い電流レベルに到達するためには多くのＳｉＣデバイスを一緒に並列化する必要があるため、これらの問題はさらに増幅される。さまざまな組合せのパワースイッチおよびダイオードの並列アレイ（全てのスイッチ、全てのダイオード、インタリーブされたダイオード、エッジダイオードなど）は、「位置」または「スイッチ位置」と呼ばれる。スイッチ位置１０４のそれぞれのスイッチは一緒に、有効な単一のスイッチの働きをし、この有効な単一のスイッチは、実効抵抗を低下させることによって、回路が処理することができる電流の量を増大させ、または全損失を低減させる。

図３は、本開示の態様によるスイッチ位置のさまざまな相互接続および関連インピーダンスを示している。スイッチ位置１０４では、それぞれのスイッチまたはパワーデバイス３０２が、構造内に、それ自体の個々の電流経路を有する。図３に示されているように、それぞれの相互接続は関連インピーダンス２０４を有する。図３にさらに示されているとおり、スイッチ位置１０４は、矢印３０４のところに示された記号によって示されているように、任意の数のパワーデバイス３０２を含むことができる。パワーデバイス３０２間で有効電流経路が等化されることを保証するため、パワーデバイス３０２がそれぞれ整合したインダクタンスに遭遇するように、注意を払わなければならない。そうされない場合には、スイッチング遷移中に遭遇する電流および電圧が、スイッチ位置１０４を横切るパワーデバイス３０２間で等しく分配されず、そのことが構成要素に不均等にストレスを与え、スイッチング損失を増大させることがある。これらのことは、熱の影響によって激化する。不均等な電流ローディングおよびスイッチング事象は一様でない熱上昇を生み出し、その結果、並列化されたスイッチ位置１０４を横切って半導体特性がドリフトし、不安定性がより大きくなる。

従来のパワーパッケージは通常、単一のＳｉＩＧＢＴ向けまたはこれらのデバイス（普通は４個以下）の小さなアレイ向けに設計されている。したがって、従来のパワーパッケージは、多数のＳｉＣＭＯＳＦＥＴおよびダイオード（または同種のワイドバンドギャップデバイス）を、よく制御されたクリーン（ｃｌｅａｎ）なスイッチングに帰着するように並列化するのに適していない。

開示されたパワーモジュール１００は、ワイドバンドギャップデバイスなどのパワーデバイス３０２に対する解決策を提供する。この解決策は、以下の非限定的な態様のうちの１つまたは複数の態様を含むことができる。
パワーモジュール１００の内部インダクタンスを低減させる。
１つのスイッチ位置１０４の並列化されたパワーデバイス３０２間の等化された電流経路を容易にする。
１つのスイッチ位置１０４を横切るパワーデバイス３０２間で熱を等しく分配する。
ＤＣリンクキャパシタ１０２との低インダクタンス相互接続を可能にする外部構造を有する。
（数百アンペアの）高電流を高電圧（≧１７００Ｖ）で安全に運ぶことができる。

本開示のいくつかの態様では、パワーモジュール１００の上記のこれらの特性が必要ないこと、およびパワーモジュール１００の上記のこれらの特性が実施されないことがあることを理解すべきである。

図４Ａは、本開示の一態様によるパワーモジュールの概略透視図を示しており、図４Ｂは、本開示の一態様によるパワーモジュールの概略上面図を示している。具体的には、図４Ａおよび図４Ｂには、パワーモジュール１００のハーフブリッジ構成が示されている。開示されたパワーモジュール１００は、それぞれのスイッチ位置１０４が等化された低インダクタンス電流経路を持つ一般的な大部分のブリッジトポロジを容易にする特に設計されたパワーレイアウトおよび関連構造によって、以前に列挙した懸念のそれぞれに対処する。屈曲部または特別な設計特微を必要としない後により詳細に説明する単純な積層バスバーによって、外部フィルタリングＤＣリンクキャパシタ１０２への電流経路も、対応して低いインダクタンスを有することができるように、端子１０６、１０８、１１０を配置することができる。

図４Ａには、パワーモジュール１００の単一のハーフブリッジ構成のパワー端子ピン配列が示されている。ＤＣリンクキャパシタ１０２への外部電流ループを物理的に最小化するために、Ｖ＋端子１０６とＶ－端子１０８を（電圧空間距離のための十分な空間をあけて）互いの近くに意図的に置くことができる。

パワーモジュール１００は、信号端子５０２、５０４、５０６、５０８を含むことができる。信号端子５０２、５０４、５０６、５０８の特定のピン配列はモジュール式とすることができ、必要に応じて変更することができる。この構成が図４Ａに示されている。示されているように、差動信号伝送のための信号端子５０２、５０４、５０６、５０８に対する４対の信号ピンが存在する。当然ながら、本開示に関連して説明した機能を提供するために、任意の数の信号ピンおよび任意の数の信号端子を実施することができる。それぞれのスイッチ位置１０４は一対のピンを利用することができ、ゲート信号およびソースケルビン（ｓｏｕｒｃｅｋｅｌｖｉｎ）用の端子５０２、５０４は、最適制御のために利用することができる。残りの信号端子５０６、５０８の端子対は、内部温度センサ、過電流感知、または他の診断信号のために使用することができる。それらのピンおよび／または信号端子が電圧分離問題につながらない限り、必要に応じて、いずれかの列に、より多くのピンおよび／またはより多くの信号端子を追加することも企図される。いくつかの態様では、診断センサから、これらの他の診断信号を生成することができ、診断センサは、振動を感知するひずみゲージおよび他の同種のものを含むことができる。診断センサはさらに湿度を決定することができる。さらに、診断センサは、任意の環境またはデバイス特性を感知することができる。

図５は、本開示の態様による並列構成の複数の単相モジュールを示している。モジュール性は、開示されたパワーモジュール１００の基礎をなす。より高い電流に到達するために、単相構成のパワーモジュール１００を容易に並列化することができる。図５に示されているとおり、示された３つのパワーモジュール１００が存在するが、このように構成することができるパワーモジュールの数に限度はない。この点に関して、矢印５１０は、追加のパワーモジュール１００を並列に配置することができることを示している。並列化するときには、それぞれのパワーモジュール１００間で、対応するそれぞれの端子１０６、１０８、１１０を電気的に接続することができる。

図６Ａは、本開示の態様による第１のパワーモジュール構成を示しており、図６Ｂは、本開示の態様による第２のパワーモジュール構成を示している。開示されたパワーモジュール１００がスケーラブルであることが、別の明確な特徴であることがある。これが、図６Ａおよび６Ｂに示されている。図６Ｂに示されているように、それぞれのスイッチ位置１０４に、図６Ａに示されたパワーモジュール１００に比べてより多くの並列化されたデバイスを収容するために、パワーモジュール１００の幅を広げることができる。パワーモジュール１００の電流が増大するため、端子１０６、１０８、１１０のパワーコンタクトに追加の締結具穴５１２を追加することができる。例えば低いインダクタンス、クリーンなスイッチング、高い電力密度および他の同種のことを含む本開示の利点を犠牲にすることなく大部分の電力レベルを整合させるために、図５に示されているようにパワーモジュール１００を並列化することができること、または図６Ｂに示されているようにパワーモジュール１００をスケーリングすることができることに留意することは重要である。

図７は、本開示の態様によるフルブリッジ構成のパワーモジュール、図８は、本開示の態様による３相構成のパワーモジュール、図９は、本開示の態様による、フルブリッジ構成を有する単一のパワーモジュールを示している。いくつかの態様では、２つのパワーモジュール１００のフルブリッジ構成に関する図７および３つのパワーモジュール１００の３相構成に関する図８などのさまざまな電気トポロジの形成において、モジュール性を見出すこともできる。これらのトポロジについては、Ｖ＋端子１０６とＶ－端子１０８を相互接続することができ、一方で、相出力端子１１０は分離したままにしておくことができる。図７および図８の構成を単一のハウジングの中に置くこともでき、図７および図８の構成を、図９に示された共用ベースプレートを有するように構成することもできる。このようにすると、ユニットがより複雑になりコストが増大するのと引き換えに、電力密度を増大させることができる。

パワーモジュール１００のさまざまな配置、構成、およびパワーモジュール１００の幅がスケーリングされたバージョンは、１つの範囲の用途および電力レベルをカバーするが、中核の内部構成要素およびレイアウトは全く同一のままとすることができる。このことは、開示されたパワーモジュール１００のモジュール性を強化する。この構造は、高い性能レベルを示し、一方で使用および拡張が容易な、特定顧客向けシステムを射程に入れた一群のモジュールを包含する。

図１０は、本開示の態様によるパワーモジュールの分解図を示しており、図１１は、図１０のパワーモジュールの部分図を示している。具体的には、図１０は、パワーモジュール１００内のいくつかの要素を示している。これらの要素は、ベースプレート６０２、ガスケット６０４、１つもしくは複数のパワー基板６０６、１つもしくは複数のエッジパワーコンタクト６０８、１つもしくは複数のスイッチ位置１０４、１つもしくは複数の温度センサ６１０、ハウジング側壁６１２、中央パワーコンタクト６１４、信号相互接続アセンブリ６１６、ハウジングリッド（ｈｏｕｓｉｎｇｌｉｄ）６１８、締結具６２０、キャプティブファスナ（ｃａｐｔｉｖｅｆａｓｔｅｎｅｒ）６２２、および他の同種のもののうちの１つまたは複数を含む。一態様では、ベースプレート６０２が金属を含むことができる。一態様では、この金属が銅を含むことができる。さらに、パワーモジュール１００が、本明細書に記載された要素よりも少数の要素または本明細書に記載された要素とは異なる要素を含むことも企図される。

パワーモジュール１００はベースプレート６０２を含むことができる。ベースプレート６０２は、パワーモジュール１００に対する構造的支持を提供することができ、パワーモジュール１００の熱管理のために熱拡散を容易にすることができる。ベースプレート６０２は、銅、アルミニウムもしくは他の同種のものなどの卑金属、または熱によって発生するストレスを低減させるような熱膨張率（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎ）（ＣＴＥ）整合を提供することができる金属基複合材料（ｍｅｔａｌｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）（ＭＭＣ）を含むことができる。一態様では、ＭＭＣ材料を、銅、アルミニウムおよび他の同種の金属などの高伝導率金属、モリブデン、ベリリウム、タングステンなどの低ＣＴＥ金属、ならびに／またはダイヤモンド、炭化シリコン、酸化ベリリウム、黒鉛、埋込み熱分解黒鉛もしくは他の同種の材料などの非金属の複合材料とすることができる。材料に応じて、ベースプレート６０２は、機械加工、鋳造、スタンピングまたは他の同種のものによって形成することができる。ベースプレート６０２の表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ベースプレート６０２は、ニッケル、銀、金および／または他の同種のものなどの金属めっきを有することができる。一態様では、ベースプレート６０２が平らな背面を有することができる。一態様では、リフロー後の平面性を向上させるため、ベースプレート６０２が凸形断面を有することができる。一態様では、ベースプレート６０２が、図４３～５９を参照して後にさらに論じる直接冷却用のピンフィン６４２を有することができる。

パワーモジュール１００はガスケット６０４を含むことができる。ガスケット６０４は、液密シール（ｌｉｑｕｉｄｔｉｇｈｔｓｅａｌ）を提供することによって封止工程を改善することができる。この点に関して、パワーモジュール１００は、内部に誘電体封止材を含むことができる。ガスケット６０４は、射出成形、ディスペンシングまたは他の同種のものによって形成することができ、ハウジング側壁６１２の溝に適用し、ハウジング側壁６１２とベースプレート６０２との間で圧縮することができる。

パワーモジュール１００は、１つまたは複数のパワー基板６０６を含むことができる。この１つまたは複数のパワー基板６０６は、電気相互接続、電圧分離、熱伝達および他の同種のことをパワーデバイス３０２に提供することができる。この１つまたは複数のパワー基板６０６は、直接接合銅（ｄｉｒｅｃｔｂｏｎｄｃｏｐｐｅｒ）（ＤＢＣ）、活性金属ろう付け（ａｃｔｉｖｅｍｅｔａｌｂｒａｚｅ）（ＡＭＢ）、絶縁金属基板（ｉｎｓｕｌａｔｅｄｍｅｔａｌｓｕｂｓｔｒａｔｅ）（ＩＭＳ）または他の同種のものとして構築することができる。ＩＭＳ構造の場合には、この１つまたは複数のパワー基板６０６とベースプレート６０２とを同じ要素として統合することができる。いくつかの態様では、はんだ、熱伝導性エポキシ樹脂、銀焼結または他の同種のものによって、この１つまたは複数のパワー基板６０６をベースプレート６０２に取り付けることができる。一態様では、スイッチ位置１０４ごとに１つ、合わせて２つのパワー基板６０６を使用することができる。

パワーモジュール１００は、１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８を含むことができる。この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８のうちの１つのエッジパワーコンタクト６０８の表面は、Ｖ＋端子または第１の端子１０６を形成することができる。この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８のうちの１つのエッジパワーコンタクト６０８の表面は、相端子または第３の端子１１０を形成することができる。この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８は、外部システムとこの１つまたは複数のパワー基板６０６との間の高電流経路を生成することができる。この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８は、金属薄板から、エッチング工程、スタンピング操作または他の同種のものによって製造することができる。この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８の曲げを容易にして最終組立ての助けとするために、この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８は、部分厚さ曲げ補助線（ｐａｒｔｉａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｂｅｎｄａｓｓｉｓｔｌｉｍｅ）６２４を有することができる。一態様では、この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８をキャプティブファスナ６２２の上に折り曲げることができる。一態様では、この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８を、はんだ付け、超音波溶接または他の同種のものによってパワー基板６０６に直接に取り付けることができる。表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８は、ニッケル、銀、金および／または他の同種のものなどの金属めっきを有することができる。

取付け工程の助けとするために、一態様では、エッジパワーコンタクト６０８のベース６３６を分割して足（ｆｏｏｔ）を形成することができる。表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ベース６３６は、ニッケル、銀および／または金などの金属めっきを有することができる。

パワーモジュール１００はさらに、１つまたは複数のスイッチ位置１０４を含むことができる。この１つまたは複数のスイッチ位置１０４はパワーデバイス３０２を含むことができ、パワーデバイス３０２は、電流、電圧および効率に対する要件を満たすように並列に置かれた制御可能なスイッチとダイオードとの任意の組合せを含むことができる。パワーデバイス３０２は、はんだ、伝導性エポキシ樹脂、銀焼結材料または他の同種のものによって取り付けることができる。ゲートおよびソースを含むパワーデバイス３０２上の上パッドを、パワーワイヤボンド（ｐｏｗｅｒｗｉｒｅｂｏｎｄ）６２８によって、それらの対応するそれぞれの位置にワイヤボンディングすることができる。パワーワイヤボンド６２８は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅または他の同種の金属のワイヤを含むことができ、これらのワイヤは、超音波溶接または他の同種のものによって両方の足に取り付けることができ、２つの金属パッド間に伝導性アーチを形成する。同様のやり方で信号ボンド６２６を形成することができ、信号ボンド６２６は、アルミニウム、金、銅または他の同種のものとすることができる。いくつかの態様では、６２６のパワーワイヤボンドのワイヤの直径を、パワーワイヤボンド６２８のワイヤよりも小さくすることができる。

パワーモジュール１００はさらに、１つまたは複数の温度センサ６１０を含むことができる。この１つまたは複数の温度センサ６１０は、パワー基板６０６に直接に取り付けられた抵抗温度センサ要素によって実施することができる。抵抗温度検出器（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｅｔｅｃｔｏｒｓ）（ＲＤＴｓ）型センサ、負温度係数（ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）（ＮＴＣ）型センサ、光学型センサ、サーミスタ、熱電対および他の同種のものを含む、他のタイプの温度センサも企図される。この１つまたは複数の温度センサ６１０は、はんだ、伝導性エポキシ樹脂、銀焼結材料または他の同種のものによって取り付けることができ、次いで、信号相互接続アセンブリ６１６にワイヤボンディングすることができる。パワーモジュール１００はさらに、１つまたは複数の診断センサを含むことができ、この１つまたは複数の診断センサは、振動を感知するひずみゲージおよび他の同種のものを含むことができる。診断センサはさらに湿度を決定することができる。さらに、診断センサは、任意の環境またはデバイス特性を感知することができる。

パワーモジュール１００はさらに、ハウジング側壁６１２を含むことができる。ハウジング側壁６１２は、合成材料で形成されたものとすることができる。一態様では、ハウジング側壁６１２を、射出成形されたプラスチック要素とすることができる。ハウジング側壁６１２は、電気絶縁、電圧沿面距離および空間距離、構造的支持、電圧を保持するための空洞、ならびに水分遮断封止を提供することができる。一態様では、ハウジング側壁６１２を、強化高温プラスチックを用いた射出成形工程で形成することができる。

パワーモジュール１００はさらに、中央パワーコンタクト６１４を含むことができる。中央コンタクト６１４の表面は、Ｖ－端子または第２の端子１０８を形成することができる。中央パワーコンタクト６１４は、外部システムとパワーデバイス３０２との間の高電流経路を生成することができる。中央パワーコンタクト６１４は、金属薄板から、エッチング工程、スタンピング操作または他の同種のものよって製造することができる。中央パワーコンタクト６１４は、（示されているように）ハウジング側壁６１２に埋め込むことによって、その下のパワー基板６０６から分離することができ、または、後述するように、２次パワー基板にはんだ付けもしくは溶接することもできる。図１１に示されているように、中央パワーコンタクト６１４は、中央パワーコンタクト６１４をハウジング側壁６１２に締結する対応する締結具６３４を受け取るための１つまたは複数の開口部６３２を含むことができる。

図１１に示されているように、下側スイッチ位置パワーデバイス３０２を、それらの端子から中央パワーコンタクト６１４に直接にワイヤボンディング６４０することができる。最終組立て段階での折り曲げの助けとするために、中央パワーコンタクト６１４は、部分厚さ曲げ補助線６２４を有することができる。表面を保護し、ボンディング性を向上させるために、中央パワーコンタクト６１４は、ニッケル、銀、金および／または他の同種のものなどの金属めっきを有することができる。

パワーモジュール１００はさらに、信号相互接続アセンブリ６１６を含むことができる。この信号相互接続アセンブリは、ゲート－ソースボードとすることができる。信号相互接続アセンブリ６１６は、信号コンタクトからパワーデバイス３０２への電気接続を容易にする小さな信号回路ボードとすることができる。信号相互接続アセンブリ６１６は、ゲートおよびソースケルビン接続、ならびに追加のノードまたは内部感知要素への接続を可能にすることができる。信号相互接続アセンブリ６１６は、それぞれのパワーデバイス３０２に対する個々のゲート抵抗器を可能にすることができる。信号相互接続アセンブリ６１６は、ハウジング側壁６１２内に配置されたプリント回路ボード、セラミック回路ボード、フレキシブル回路ボード、埋込み金属ストリップまたは他の同種のものとすることができる。一態様では、信号相互接続アセンブリ６１６が複数のアセンブリを含むことができる。一態様では、信号相互接続アセンブリ６１６が、スイッチ位置１０４ごとに１つの複数のアセンブリを含むことができる。

パワーモジュール１００はさらに、ハウジングリッド６１８を含むことができる。ハウジングリッド６１８は合成要素とすることができる。一態様では、ハウジングリッド６１８を、射出成形プラスチック要素とすることができる。ハウジングリッド６１８は、電気絶縁、電圧沿面距離および空間距離、ならびに構造的支持体を提供することができる。この点に関して、ハウジングリッド６１８は、ハウジング側壁６１２とともに、閉じたアセンブリを形成することができる。この閉じたアセンブリは、パワーモジュール１００の内部に異物が進入することを防ぐことができる。一態様では、ハウジングリッド６１８を、強化高温プラスチックを用いた射出成形工程で形成することができる。

パワーモジュール１００はさらに、締結具６２０を含むことができる。締結具６２０は、ねじ山を形成したねじとすることができる。他のタイプの締結具も企図される。パワーモジュール１００内の多数の要素を締結にするために、締結具６２０を使用して、ハウジング側壁６１２に直接にねじ留めすることができる。締結具６２０は、ハウジングリッド６１８の取付け、信号相互接続アセンブリ６１６の取付け、中央パワーコンタクト６１４の埋込み（別の手段によって埋め込まれない場合）、ベースプレート６０２へのハウジング側壁６１２の締結、および他の同種のことに使用することができる。

パワーモジュール１００はさらに、キャプティブファスナ６２２を含むことができる。キャプティブファスナ６２２は、ハウジング側壁６１２内およびハウジングリッド６１８内に置かれた六角ナットとすることができ、エッジパワーコンタクト６０８および中央パワーコンタクト６１４が折り曲げられたときに、それらのコンタクトの下に、脱落しないように保持することができる。他のタイプの締結具またはコネクタがキャプティブファスナ６２２を実施することも企図される。キャプティブファスナ６２２は、外部バスバーまたはケーブルへの電気接続を容易にすることができる。キャプティブファスナ６２２は、パワーモジュール１００がバスバーにボルト留めされたときに、キャプティブファスナ６２２およびエッジパワーコンタクト６０８がバッシング内へ引き上げられて、より良質の電気接続を形成するように、配置することができる。キャプティブファスナ６２２がハウジングに固定されている場合には、バスバーの堅さのために、キャプティブファスナ６２２が、バッシングをパワーモジュール１００内へ引き下げる働きをし、これによって不十分な接続が形成されることになる。

一態様では、キャプティブファスナ６２２が回転することを防ぐために、ハウジングリッド６１８が、キャプティブファスナ６２２の外部形状と整合した形状を有する開口部を含むことができる。キャプティブファスナ６２２は、（図２６に示された）対応する締結具を受け取ることができる。外部バスバーまたはケーブルへの電気接続を容易にするため、この対応する締結具は、中央パワーコンタクト６１４の締結具穴５１２を通って延びる。

一態様では、キャプティブファスナ６２２が回転することを防ぐために、ハウジング側壁６１２が、キャプティブファスナ６２２の外部形状と整合した形状を有する開口部を含むことができる。キャプティブファスナ６２２は、（図２６に示された）対応する締結具を受け取ることができる。外部バスバーまたはケーブルへの電気接続を容易にするため、この対応する締結具は、この１つまたは複数のエッジパワーコンタクト６０８の締結具穴５１２を通って延びる。

低い内部インダクタンスを達成するため、パワーモジュール１００の電流経路は、磁束相殺（ｆｌｕｘｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）を達成するために、可能な場合は常に、幅が広く、長さが短く、重なり合うものとすることができる。磁束相殺は、ループ内を流れている電流が、すぐ近くで反対方向に移動しているときに起こり、電流の関連磁場を効果的に打ち消す。このモジュール手法の主な利点は、フットプリントの幅全体が伝導に利用されることである。構造内で電流が流れなければならない長さを短くするために、モジュールの高さを最小化することができる。

ハーフブリッジ相脚のパワーループが図１１に示されている。詳細を示すために、エッジパワーコンタクト６０８および中央パワーコンタクト６１４は上に折り返されている。幅が広く低プロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）のエッジパワーコンタクト６０８および中央パワーコンタクト６１４は、パワーデバイス３０２に電流を直接に流入させる。端子表面から個々のパワーデバイス３０２への有効電流経路を機能的に等価とすることができる。さらに、パワーデバイス３０２はすぐ近くに置くことができ、このことは、パワーデバイス３０２の相対的なループインダクタンスの不均衡を最小化し、優れた熱結合を保証する。

図１２Ａは、それぞれのノードがハーフブリッジトポロジで識別された、本開示に従って構築されたパワーモジュールの相脚の上面図を示しており、図１２Ｂは、それぞれのノードがハーフブリッジトポロジで識別された、本開示に従って構築された図１２Ａによるパワーモジュールの相脚の概略図を示している。パワーモジュール１００は１つまたは複数のダイオードを含むことができる。一態様では、概略図のダイオードを、逆平行に置かれた個別ダイオード（図示せず）とすることができる。一態様では、概略図のダイオードを、ＭＯＳＦＥＴとして実施されたパワーデバイス３０２のボディダイオード（ｂｏｄｙｄｉｏｄｅ）（図示せず）の表現とすることができる。

一態様では、電流経路がＶ＋ノード端子６０８から始まることができ、Ｖ＋ノード端子６０８を、パワーデバイス３０２のうちの上パワーデバイス３０２のパワー基板６３０およびドレインＤ１に取り付けることができる。次いで、パワーデバイス３０２のうちの上パワーデバイス３０２のソースＳ１を、下パワー基板パッド６３０にワイヤボンディング６２８することができ、下パワー基板パッド６３０は、下側パワーデバイス３０２のドレインＤ２および相パワー端子６０８に取り付けられている。最後に、下側パワーデバイス３０２のソースＳ２を、Ｖ－パワーコンタクト端子６１４にワイヤボンディング６２８することができ、Ｖ－パワーコンタクト端子６１４は、下パワー基板６３０よりも上方にあることができ、このことは、ある重なりを提供し、Ｖ－パワーコンタクト端子６１４を、その下のパワー基板６３０から十分に電圧分離することができる。

図１３は、図１２Ａおよび図１２Ｂの相脚の断面図を示しており、図１４は、電流経路を含む、図１２Ａおよび図１２Ｂの相脚の断面図を示している。図１３に示されているとおり、パワーコンタクトまたは端子１０６、１０８、１１０のタブが、パワーモジュール１００構造体の最終構成にあるとき、それらのタブは折り曲げられている。詳細を示すため、層の厚さは誇張されている。電流の流れを視覚化するとき、この図の要素は全て導体であると考えることができる。

図１３はさらに、多数の高さまたは高度を有するパワーモジュール１００のテラス状構成を示している。この点に関して、端子６１４の垂直位置は、端子６０８の垂直位置よりも高く示されている。この高さの差が矢印７０２によって示されている。多数の高さを有するこの構成は、後により詳細に説明するクリティカルループ（ｃｒｉｔｉｃａｌｌｏｏｐ）を提供することができる。さらに、多数の高さを有するこの構成は、バス接続を提供する際の助けとなることがあり、これについても後にさらに説明する。

図１４は、Ｖ＋端子からＶ－端子への電流経路のオーバレイを示しており、このオーバレイは、本開示の態様による、クリーンなスイッチングのためのクリティカルループを表している。インダクタンスは、経路長に比例し、導体の断面積の増大とともに小さくなり、磁場の磁束相殺によって低下する。識別された経路は、端子６０８から始まり、パワー基板６３０を通り、パワーデバイス３０２を横切り、第２の基板６３０に流れ、パワーデバイス３０２を通って端子６１４によって出力される。識別された経路は、以下の因子のために低インダクタンスとなっている。
モジュールの高さが低いこと。
パワーデバイス３０２が端子６０８、６１４のすぐ近くにあること。
全ての機能要素が密にパッキングされていること。
導体の断面積の幅が広いこと。
それぞれのパワーデバイス３０２の並列化されたワイヤボンド６２８が最適化されていること。
パワーデバイス３０２間の電流分配が均等であること。
下側スイッチ位置で電流方向が逆転したときに磁束相殺が起こること。
外部Ｖ＋／Ｖ－バスバーにおいて磁束相殺が起こること。

図１５は、本開示の一態様による、パワーモジュールの接触面およびバッシングを示している。Ｖ＋端子６０８の接触面と相端子６０８の接触面は平面とすることができ、一方、Ｖ－端子６１４の頂面は残りの端子からオフセットされている。図１５に示されているように、この特徴は、積層バッシング８０２、８０４の曲がりを必要とすることなく、外部Ｖ＋／Ｖ－積層バッシング８０２、８０４が両方の端子６０８、６１４と接触することを可能にする。バスバー金属および関連誘電体分離膜の厚さと整合させるために、オフセット距離７０２（図１３に示されている）を調整することができる。

低内部モジュールインダクタンスは、ＤＣリンクキャパシタ１０２バンクに至るバッシング８０２、８０４、８０６の最小化された外部インダクタンスと相まって、低い電圧オーバシュートおよび安定した性能を有するクリーンで高速なスイッチング事象に関して、パワーモジュール１００の構造を最適化する。より小さなループインダクタンスは、ＤＣリンクキャパシタ１０２上で必要な全静電容量を低減させる。

これらの利点は、全体として、より小さなスイッチング損失、より高いスイッチング周波数、可制御性の向上、および低減されたＥＭＩを可能にする。最終的に、このことは、システム設計者が、電力密度がより高くロバストな電力変換システムを達成するのに役立つ。

図１６Ａ、１６Ｂおよび１６Ｃは、本開示の態様によるパワーモジュールの端子のさまざまな態様を示している。パワーモジュール１００の中央にＶ－端子６１４がある多層レイアウトは、この設計にとって不可欠であることがある。パワー基板６３０上の出力トレースの上に直接に横たわるこの端子６１４の適当な電圧分離は、分離構造体を形成するさまざまな構造によって実現することができる。このパワーモジュール１００設計は、以下のそれぞれの構造と両立できる。

図１６Ａは、Ｖ－端子６１４の分離の一態様を示している。この態様では、パワーモジュール１００が、Ｖ－端子６１４の埋込み分離体８１０を含むことができる。埋込み分離体８１０は、プラスチックまたは他の合成材料で形成されたものとすることができる。埋込み分離体８１０は、中心領域を橋絡するストリップ８１０としてハウジング側壁６１２内に位置することができる。一態様では、ストリップ８１０を、プラスチックで形成されたものとすることができる。パワーコンタクト６１４は、ねじ山を形成したねじを用いるなどの機械的締結、プラスチックオーバモールド工程によるなどの直接統合化、プラスチック熱かしめ操作を用いた所定の位置でのリベット留め、または他の同種の方法を含む、いくつかの方法によってストリップ８１０に埋め込むことができる。

図１６Ｂは、Ｖ－端子６１４の分離の別の態様を示している。この態様では、パワーモジュール１００が、パワー基板分離体によってＶ－端子６１４の分離を形成することができる。この点に関して、２次パワー基板８１２を利用して、セラミックまたは他の同種のものなどの２次パワー基板８１２の誘電体材料の層により分離を提供することができる。この２次パワー基板８１２は、パワー基板６３０にはんだ付け、焼結またはエポキシ樹脂付けすることができ、一方、パワーコンタクト６１４は、２次基板の上金属パッドにはんだ付けまたは溶接することができる。この手法の利点は、中央パワーコンタクト６１４の熱伝達が改善されることである。これは、２次パワー基板８１２の伝導性が高く、２次パワー基板８１２が、パワーコンタクト６１４からコールドプレートまたはヒートシンクへの除熱を促進すると思われるためである。

図１６Ｃは、Ｖ－端子６１４の分離の別の態様を示している。この点に関して、厚膜分離体８１４を利用することができる。厚膜分離体８１４は、パワー基板６３０上に直接に印刷された厚膜誘電体を利用することができ、電圧遮断を提供することができる。中央コンタクト６１４は、エポキシ樹脂によって、誘電体膜の上に印刷された金属厚膜の薄い層に直接にはんだ付けすることによって、または他の同種の手法により、厚膜分離体８１４に取り付けることができる。

他の態様では、Ｖ－端子６１４の分離が、懸垂分離（図示せず）を含むことができる。この態様では、十分な距離をあけてパワー基板６３０の上に中央パワーコンタクト６１４を懸架し、埋込み手法と同様の手法で、中央パワーコンタクト６１４をハウジング側壁６１２に取り付けることができる。この点に関して、パワーモジュール１００を満たすゲル封止材が誘電体分離を提供することができる。中央コンタクト６１４は、高剛性材料を利用する必要があることがあるが、下側デバイスとコンタクトとの間のパワーワイヤボンド６２８の形成を妨げずにすむことがある。

図１７は、本開示の態様による並列の複数のデバイスを概略的に示している。具体的には、図１７は、３つのパワーデバイス３０２を示している。これは単なる例であり、説明および理解を容易にするためのものである。本開示のパワーモジュール１００は、任意の数のパワーデバイス３０２を含むことができる。

ゲート制御信号およびセンス信号は、パワーモジュール１００のスイッチング性能の顕著な要因であり、並列化されたスイッチ位置１０４において特に重要であることがある。高い性能、ロバストネスおよび均一な電流分配のために、パワーモジュール１００内の信号ループを最適化することができる。パワーループと同様に、長さ、断面の幅が制限されるように経路を構成することができ、物理的に信号端子５０２、５０４のできるだけ近くに、関連外部構成要素を置くことができる。

トランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴなどのパワーデバイス３０２の並列化されたアレイに関して、ターンオン条件およびターンオフ条件を整合させるためには、ゲート電流のタイミングおよび大きさのバランスがとれていなければならない。パワーモジュール１００は、個々のバラスティング抵抗器（ｂａｌｌａｓｔｉｎｇｒｅｓｉｓｔｏｒ）Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3を利用することができ、それらの抵抗器は、パワーデバイス３０２のゲートのすぐ近くに置くことができ、ゲートワイヤボンドによって分離されているだけとすることができる。これらの構成要素は、低い抵抗を有し、それぞれの個々のパワーデバイス３０２に流れる電流を緩衝するのを助ける。これらの構成要素は、パワーデバイス３０２のゲートを減結合する働きをし、振動（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ）を防ぎ、並列化されたパワーデバイス３０２に対して等化されたターンオン信号を保証するのに役立つ。単一の外部抵抗器Ｒ_DRIVERを利用し、これらの並列化された抵抗器Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3に接続して、有効スイッチ位置１０４のターンオン速度を制御することができる。

ゲート抵抗器Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3は、用途に応じて、表面実装パッケージ、統合された厚膜層、印刷された厚膜、ワイヤボンディングが可能なチップ、または他の同種のものとすることができる。

図１８は、本開示の一態様による有効ゲートスイッチングループの透視図を示しており、図１９は、本開示の一態様による有効ゲートスイッチングループの上面図を示している。信号基板または信号相互接続アセンブリ６１６は、信号相互接続アセンブリ６１６のボードの縁のゲートおよびソースケルビンコネクタ端子５０２、５０４に接続するレール８１６、８１８を有することができる。上レール８１８は、個々のゲート抵抗器８２０を通してゲートワイヤボンドパッドに接続することができ、下レール８１６は、パワーデバイス３０２のソースパッドに直接にワイヤボンディングすることができる。ソースケルビンボンドはパワーソースボンドの電流経路上にはないため、これを真のケルビン接続とみなすことができる。ケルビン接続は、クリーンで効率的な制御のために重要であることがあり、信号ループに対する高ドレイン－ソース電流の影響を低減させることができる。

図１８および図１９はさらに、信号相互接続アセンブリ６１６の左側の任意選択の信号接続５０６、５０８を示している。これらの接続は、温度測定または他の形態の内部感知に使用することができる。いくつかの態様では、この内部感知が、診断信号を含む診断感知を含むことができ、この診断信号は、診断センサによって生成されたものとすることができ、診断センサは、振動を感知するひずみゲージ、湿度を感知するセンサおよび他の同種のセンサを含むことができる。さらに、診断センサは、任意の環境またはデバイス特性を感知することができる。一態様では、温度センサ６１０を下側位置に置くことができる。当然ながら、温度センサ６１０の他の位置および配置も企図される。一態様では、過電流測定（ＩＧＢＴの場合には脱飽和保護（ｄｅｓａｔｕｒａｔｉｏｎｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）とも呼ばれる）のために、ワイヤボンドを、ドレイントレースの隣の（例えばパワーデバイス３０２の隣の）上パッド上に置くことができる。当然ながら、過電流測定の他の位置および配置も企図される。いくつかの態様では、過電流センサまたは脱飽和センサが、パワーデバイス３０２のドレインへの接続によって決定される電圧降下を感知することができる。いくつかの態様では、パワーデバイス３０２を横切る電圧降下によって電流も感知することができる。

この信号ループまたは信号相互接続アセンブリ６１６のこの実施態様は、スイッチ位置１０４の並列化されたパワーデバイス３０２の任意の組合せを横切る品質管理および測定を保証することができる。標準ＰＣＢボードツーボードコネクタは、外部ゲートドライバおよび制御回路への簡単な接続を可能にする。

このゲート分配ネットワークは、示されているとおり、ＰＣＢによって実施することができる。このゲート分配ネットワークは、厚膜回路として、１次パワー基板６３０上に直接に、ベースプレート６０２上に直接に、または他の同種のやり方で形成することもできる。これは、パワーモジュール１００の部品数を減らす利点、およびゲート抵抗器８２０を印刷する選択肢を有する。はんだ端子が必要でないことがあるため、ゲート抵抗器８２０は、ＰＣＢ上の表面実装部品のサイズよりもはるかに小さくすることができ、コールドプレートによってゲート抵抗器８２０を能動的に冷却することができ、このことは、この構成要素のサイジングの熱的制約を最小化する。

図２０は、本開示の態様によるパワーモジュールを含む例示的な部分実施態様を示している。この点に関して、図２０は、高性能システム内において本開示のパワーモジュール１００を実施する代表的で例示的な構造である。この一般的な手法は、他の多くの構成およびトポロジに適合し、コンバータ内でパワーモジュール１００をどのように利用するのかに関する有用な例の役割を果たす。この特定の例は３相モータドライブに対するものである。この態様では、３つのパワーモジュール１００が存在する。

開示されたパワーモジュール１００は、（示されているように３つの）ハーフブリッジ相脚のアレイとして構成することができる。用途の必要に応じて電流を増大させるために、追加のパワーモジュール１００を並列に含めることができる。

図２０の実施態様はさらにコールドプレート９０２を含むことができる。コールドプレート９０２は、廃熱をパワーモジュール１００から別の源（液体、空気など）に伝達する役目を果たす高性能液体コールドプレート、ヒートシンクまたは他の同種のものとすることができる。

図２０の実施態様はさらにＤＣリンクキャパシタ１０２を含むことができる。ＤＣリンクキャパシタ１０２は、ＤＣ電力源とパワーモジュール１００とをインタフェースするフィルタリングキャパシタとして実施することができる。一態様では、ＤＣリンクキャパシタ１０２を単一のキャパシタとして実施することができる。別の態様では、負荷の電力要求および／または特定の用途に応じて、ＤＣリンクキャパシタ１０２を、キャパシタの「バンク」を形成する多数の構成要素として実施することもできる。

図２０の実施態様はさらに、コールドプレート支持棒（ｓｔａｎｄｏｆｆ）９０４を含むことができる。コールドプレート支持棒９０４は、コールドプレート９０２に対する構造的支持を提供することができる。コールドプレート支持棒９０４は、示されているように、パワーモジュール１００の端子１０６、１０８をキャパシタコンタクト９０６と同じ平面まで持ち上げ配置するように構成することができる。この態様では、曲がりのない平らなバスバーが構成要素を相互接続することができる。より高い電力密度に関して、または異なるタイプのキャパシタに関して、コンバータの要素に対して使用可能なフォームファクタ（ｆｏｒｍｆａｃｔｏｒ）を最もよく利用するように、コールドプレート支持棒９０４の高さを調整することができる。これは、遷移曲がりが必要でありうるときに電気ループ長を増大させる対応するトレードオフを有することがあり、システム固有の要件に依存するであろう。

図２１は、本開示による例示的な積層バスバーを示しており、図２２は、図２１による例示的な積層バスバーの１つの部分、図２３は、図２１による例示的な積層バスバーの別の部分を示している。パワー端子レイアウトは、単純で効果的なバスバー相互接続を容易にするように設計することができる。パワーモジュール１００のＤＣリンクキャパシタ１０２と端子１０６、１０８との間のインダクタンスを最小化するため、バスバー９００は、厚い導体９１０、９１２を有することができ、バスバー９００の厚い導体９１０、９１２は重なり合うことができる。薄い誘電体膜９１４によって厚い導体９１０、９１２を分離することができる。電流は、厚い導体９１０、９１２のそれぞれのシートを通って反対方向に流れ、このことは、パワーデバイス３０２とフィルタリングＤＣリンクキャパシタ１０２との間の実効インダクタンスを大幅に低減させるように作用する。厚い導体９１０の上位層をエンボス加工して、ＤＣリンクキャパシタ１０２との合わせ面に共面コンタクト９１８を形成することができ、これは、電気性能を阻害しうる座金またはスペーサの必要性を排除する。

上に示したシステムレベルレイアウトを整合させる例示的な積層バスバー９００は、導体Ｖ＋平面９１２、導体Ｖ－平面９１０および誘電体膜９１４のうちの１つまたは複数を含むことができる。

導体Ｖ＋平面９１２は、コンタクト９２６を通してパワーモジュール１００のＶ＋端子１０６を、コンタクト９２８を通してＤＣリンクキャパシタ１０２のＶ＋端子に接続することができ、さらに、外部接続用の端子９２０を有することができる。

導体Ｖ－平面９１０は、コンタクト９２４を通してパワーモジュール１００のＶ－端子１０８を、コンタクト９１８を通してＤＣリンクキャパシタ１０２のＶ－端子に接続することができ、さらに、外部接続用の端子９２２を有することができる。コンタクト９１８、９２４、９２６、９２８および端子９２０、９２２はそれぞれ、電気接続を形成するために締結具を受け取るよう構成された締結具開口部を有するように実施することができる。他の電気接続実施態様も企図される。導体９１０、９１２は開口部９４０を含むことができる。導体９１０、９１２のうちの一方の導体の開口部９４０は、導体９１０、９１２のうちのもう一方の導体のコンタクトへのアクセスを可能にする。

誘電体膜９１４は、導体９１０、９１２の重なり合った金属層間に置かれた薄い電気絶縁体として実施することができる。誘電体膜９１４は、電気安全規格による誘電体絶縁を提供することができる。インダクタンスを最小化するため、誘電体膜９１４をできるだけ薄く保つことができる。積層バスバー９００の頂面および底面の電気接続を必要としない全てのエリアを膜が覆ってもよい。形状寸法（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）および使用可能な空間に応じて、ピンチシールラミネーション（ｐｉｎｃｈｓｅａｌｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）、エポキシ樹脂シール、誘電体インサートまたは他の同種のものを含むさまざまな方法によって、積層バスバー９００の縁９１６をシールすることができる。いくつかの態様では、アクリル接着剤によって誘電体膜９１４の材料を積層バスバー９００に接着することができる。いくつかの態様では、積層バスバー９００が、ポリマー材料によるピンチシールを含むことができる。いくつかの態様では、続いて積層バスバー９００に圧力、熱および時間をかけて、積層品を形成することができる。

いくつかの態様では、バスバー９００および導体９１０、９１２が全体に平らな構造を有する。より詳細には、図１５に示されているように、バスバー９００が、全体に平らな上面および全体に平らな下面を有することができる。いくつかの態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体の厚さが、誘電体膜９１４とともに、図１３に示されたオフセット距離７０２を規定する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを０．５ｍｍ～１０ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを１ｍｍ～２ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを０．５ｍｍ～１ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを２ｍｍ～３ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを３ｍｍ～４ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを４ｍｍ～５ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを５ｍｍ～６ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを６ｍｍ～７ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを７ｍｍ～８ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを８ｍｍ～９ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。一態様では、導体９１０、９１２のうちの一方の導体と誘電体膜９１４とを合わせた厚さを９ｍｍ～１０ｍｍとすることができ、これがオフセット距離７０２に対応する。

図２４は、本開示による相出力バスバーを示している。この例のような３相モータドライブに関して、相出力９３０は、インダクタンスを最小化するのに積層化または重なりを必要としないことがある。これは、相出力バスバー９３０が誘導負荷を駆動していることにより、このことは、出力経路上のインダクタンスを低減させる必要性を限定する。したがって、相出力バスバー９３０は、独立型の要素とすることができ、積層ＤＣリンクの構造よりもずっと複雑でないものとすることができる。相出力バスバー９３０は、電気接続を形成するために締結具を受け取るための開口部９３４を含むことができる。

それぞれの相からの出力電流を測定することは非常に望ましい。これは、（分流器と呼ばれる）低抵抗の直列抵抗器を追加し、それを横切る電圧降下を測定する方法、電流によって発生した磁場を測定するセンサを含め、比例信号をコントローラに提供する方法、または他の同種の方法など、いくつかの方法によって実行することができる。図２４は、このシステムに対する１つの出力バスバー９３０と、第一鉄シールド（ｆｅｒｒｏｕｓｓｈｉｅｌｄ）９３２を追加して、センサが置かれている可能性がある領域に磁場を集中させることによって、測定の正確さを向上させるための構成とを示している。

相出力バスバー９３０または導体は、それぞれのパワーモジュール１００の相出力端子１１０から外部端子接続への遷移を提供するように構成されたものとすることができる。相出力バスバー９３０または導体の形態および配置は変更することができ、パワーモジュール１００の特定のトポロジまたは配置に依存することがある。

第一鉄シールド９３２または磁場集中器は、センサが置かれている可能性があるターゲット領域に、電流の流れによって発生した磁場を集中させるように構成されたものとすることができる。動作にこれが必要ないこともあるが、大部分のコンバータシステム内で出力電流測定値を抽出するのに、これは非常に有利な配置である。

図２５は、本開示の態様による、パワーモジュールおよび積層バスバーを含む例示的な実施態様の透視図を示しており、図２６は、図２５による、パワーモジュールおよび積層バスバーを含む例示的な実施態様の第１の断面図、図２７は、図２５による、パワーモジュールおよび積層バスバーを含む例示的な実施態様の第２の断面図を示している。図２５～２７は、上述の積層バスバー９００構造体を含むモータドライブシステムレイアウトを示している。図２５～２７に示されているとおり、このシステムは、パワーモジュール１００アレイ、コールドプレート９０２アセンブリ、ＤＣリンクキャパシタ１０２、ＤＣリンク積層バスバー９００アセンブリおよび出力コンタクトバスバー９３０を含むことができる。

図２６には、ＤＣリンクキャパシタの端子の断面図が示されている。図２６は、バスバー９００内に実施されたエンボス加工された共面接続９１８と、実行可能なあらゆる位置における高度の金属積層化とを示している。プレート９１０、９１２間の唯一の分離は、金属薄板製造工程（エンボス加工ツール、ワーク保持、公差など）および誘電体分離９１４（縁シール、沿面距離、空間距離）のために必要な最小の面積とすることができる。

図２７に示されたパワーモジュール１００の断面は、ＤＣリンクキャパシタ１０２のバンクからパワーモジュール１００の端子１０６、１０８への重なり合った最適化されたクリティカルループを示している。これは、実際の代表的構成要素および物理的な設計上の制約によって、図１５で論じた思想を強化する。

総体として、この低インダクタンス、高電流の相互接続構造は、開示されたパワーモジュール設計に対して必要であることがあり、開示されたパワーモジュール設計によって可能になることがある。全体として、それらは、ＤＣリンクキャパシタ１０２のバンクとスイッチ位置１０４との間に効果的で高度に統合された低インダクタンス経路を形成する。この構造は、ワイドバンドギャップ半導体などのパワーデバイス３０２の効率的で、安定した、非常に高い周波数のスイッチングを可能にする。

図２８は、本開示による例示的な単一モジュールゲートドライバを示している。このゲートドライバは、スイッチ位置１０４にドライブ電流を送達し、その一方でコントローラと高電圧パワー段との間の電圧分離を提供するパワー増幅器の働きをする。スイッチ位置１０４間のドライバブロック間の分離を維持することもできる。高周波数スイッチングに関して、ドライバの出力段を、物理的にスイッチ位置１０４の近くに配置することができる。

不足電圧、過電圧および過電流保護などの安全のために、追加の特徴を含めることができる。安全動作領域内でパワーモジュール１００が常に機能していることを保証するように、ゲートドライバ回路を構成することができ、故障の場合、ゲートドライバ回路は、慎重にシャットダウンするであろう。

このパワーモジュール設計によれば、積層パワーバッシング９００の直上にゲートドライバを着座させることができる。ゲートドライバは、単一のＰＣＢとして形成することができ、パワーモジュール１００と同じモジュール方式でラックアップ（ｒａｃｋｕｐ）またはスケーリングすることができる。あるいは、パワーモジュール１００のアレイを横切る単一のＰＣＢ上にドライバを統合することもできる。これによってサイズは節減されるが、ボード上の多数の高電圧ノードのため複雑さは増大する。ドライバの出力段を、ボードツーボードコネクタの隣に直接に配置し、モジュール信号ピンと接触させることができる。

図２８には、例示的な単一モジュールゲートドライバ４００が示されている。スイッチ位置１０４ごとに、単一モジュールゲートドライバ４００の要素を２重にすることができる。それぞれのブロックの配置および特定のレイアウトはシステム依存であることがあり、この図では、それらが、一般化された例として構成されている。

単一モジュールゲートドライバ４００の要素は、制御信号コネクタ４１０、分離電源（ｉｓｏｌａｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ）４２０、信号分離および調整（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）構成要素４３０、増幅器段４４０、バルクゲート抵抗器および局所電流フィルタ４５０、センサおよび保護構成要素４６０、パワーモジュール信号コネクタ４７０、ならびに沿面距離延長スロット４８０のうちの１つまたは複数を含むことができる。単一モジュールゲートドライバ４００は、プリント回路ボード（ＰＣＢ４０２）上に配置することができる。

制御信号コネクタ４１０は、ケーブル、ボードツーボードコネクタまたは同種の機構によってコントローラとゲートドライバとの間で差分制御およびセンサ信号を転送することができるような態様で、コントローラとゲートドライバとをインタフェースするように構成することができる。

分離電源４２０は、パワーデバイス３０２のターンオンおよびターンオフに必要な正および負電圧を供給するＤＣ－ＤＣコンバータとして実施することができる。分離電源４２０は、パワーデバイス３０２が必要とする電流を供給するに足る十分に高い電力とすることができる。制御段とパワー段との間の分離は、このブロックの極めて重要な機能であることがある。

信号分離および調整構成要素４３０は、低電圧制御と高電圧パワーとの間で制御信号の分離を提供するため、およびドライバの増幅器段４４０に対する制御信号を調整するための回路を含むことができる。

増幅器段４４０は、個別構成要素または統合された構成要素で形成されたものとすることができる。増幅器段４４０は、分離された低電力制御信号を、スイッチ位置１０４が動作するのに必要な電流および電圧に変換することができる。クリーンなスイッチングのため、増幅器段４４０は、モジュール信号端子に物理的にできるだけ近いものであるべきである。

バルクゲート抵抗器および局所電流フィルタ４５０は、出力ピン、バルクゲート抵抗器および局所電流フィルタ４５０への遷移の前の最終段とすることができ、バルクゲート抵抗器および局所電流フィルタ４５０を使用して、スイッチ位置１０４のターンオンおよびターンオフ時間を、特定のシステムのニーズに整合するように調整することができる。バルクゲート抵抗器および局所電流フィルタ４５０は、異なるスイッチング特性が望まれる場合にターンオンおよびターンオフに対する異なる抵抗値を有する、受動要素の単一のセットまたはネットワークの部分とすることができる。スイッチング事象中に電流源の品質が維持されることを保証するために、局所フィルタを使用することもできる。

センサおよび保護構成要素４６０は回路を含むことができ、この回路は、不足電圧および過電圧保護、過電流保護、温度感知、ならびに故障の場合に安全にシャットダウンするための機構を含むことができる。

パワーモジュール信号コネクタ４７０は、ＰＣＢ４０２の下面に位置することができる。パワーモジュール信号コネクタ４７０は、ゲートドライバとパワーモジュール１００とをインタフェースすることができ、パワーモジュール１００の内部のゲート分配ネットワークに対する直接接続を提供することができる。この接続は通常、ボードツーボードコネクタ、直接はんだ接続または他の同種のものによって容易にすることができる。ワイヤツーボード接続も可能だが、物理的にドライバがパワーモジュール１００の近くにある必要があることがある。

沿面距離延長スロット４８０は、ドライバ段間の電圧分離を改善し、構成要素のよりコンパクトなパッキングを可能にするように構成することができる。高電圧パワーモジュールのサイズは縮小し続けているため、電圧分離は、ますます重要性が増している課題である。ＰＣＢ４０２にスロットを切削することが、ボードサイズを追加することなく電圧沿面距離を増大させるための１つの選択肢であることがある。他の選択肢は、クリティカルノードの局所ポッティング（ｌｏｃａｌｐｏｔｔｉｎｇ）を実施すること、および共形誘電体コーティングでアセンブリ全体を完全に覆うことを含む。より詳細には、ＰＣＢ４０２を含むパワーモジュール１００のさまざまな構成要素は、１つまたは複数の構成要素の個別および／または局所ポッティングを含むことができ、ＰＣＢ４０２を含むパワーモジュール１００のさまざまな構成要素は、１つまたは複数の構成要素、ＰＣＢ４０２全体、および／またはパワーモジュール１００の他のアセンブリ上の共形誘電体コーティングを含むことができる。

図２９に示されているように互いに統合されたとき、ゲートドライバ４００とパワーモジュール１００は、制御源からの最適化された低インダクタンス信号フローが、分離を通過し、増幅され、次いで、ゲート抵抗器網を通して、並列化されたパワーデバイス３０２のゲートに直接に分配される、コンパクトな単一のユニットを形成する。

図３０は、本開示の態様による電流感知構成要素を示しており、図３１は、相出力バスバーとともに配置された、図３０による電流感知構成要素を示している。電流を感知する方法は多数ある。図３０および３１に示された本開示の一態様では、非接触磁気センサなどのセンサ９８０を利用することができる。センサ９８０を第一鉄シールド９３２とともに利用して、磁場を集中させることができる。センサ９８０は、出力電流に比例した信号を生成する、この領域に置かれた小さなセンサチップを利用することができる。図３０には、３つの全ての相に対する単一のＰＣＢ９３６上のセンサの例が示されており、図３１には、磁気シールドを有する完全な出力バスバー構造体が示されている。

図３２は、本開示の一態様による例示的な３相モータドライブパワースタックアップ（ｓｔａｃｋ－ｕｐ）を示している。具体的には、図３２は、以前に説明した全ての機能構成要素を含む、例示的な３相モータドライブパワースタックアップを示している。図３２のシステムは、高度に統合されており、ピーク電気性能に対して十分に最適化されている。キャパシタバンクの電圧感知およびＥＭＩ遮蔽筺体（ＥＭＩｓｈｉｅｌｄｉｎｇｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）などの追加の特徴が企図され、それらは、この高性能コア内でうまく統合されるであろう。

図３３は、本開示の態様による並列の複数のパワーデバイスを概略的に示している。具体的には、図３３は、４つのパワーデバイス３０２を示している。このパワーデバイス３０２の数は単なる例であり、説明および理解を容易にするためのものある。本開示のパワーモジュール１００は、任意の数のパワーデバイス３０２を含むことができる。

ゲート制御信号およびセンス信号は、パワーモジュール１００のスイッチング性能の顕著な要因であり、並列化されたスイッチ位置１０４において特に重要であることがある。高い性能、ロバストネスおよび均一な電流分配のために、パワーモジュール１００内の信号ループを最適化することができる。いくつかの態様では、この信号ループに対して多層プリント回路ボード（ＰＣＢ）を利用することができる。これらの態様では、磁束相殺およびインダクタンスのさらなる低減のために、平行平面を使用することができる。したがって、磁場を相殺するために、これらの幅の広い短い経路を折り返すことができる。これは、パワーモジュール１００の形状寸法上の制約が与えられた場合に可能な最良の信号ループを提供するのに役立つ。パワーループと同様に、長さ、断面の幅が制限されるように経路を構成することができ、物理的に信号端子５０２、５０４のできるだけ近くに、関連外部構成要素を置くことができる。

トランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴなどのパワーデバイス３０２の並列化されたアレイに関して、ターンオン条件およびターンオフ条件を整合させるためには、ゲート電流のタイミングおよび大きさのバランスがとれていなければならない。パワーモジュール１００は、個々のバラスティング抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）を利用することができ、それらの抵抗器は、パワーデバイス３０２のゲートのすぐ近くに置くことができ、ゲートワイヤボンドによって分離されているだけとすることができる。個々のバラスティング抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）は、低い抵抗を有することができ、それぞれの個々のパワーデバイス３０２に流れる電流を緩衝するのを助けることができる。個々のバラスティング抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）は、パワーデバイス３０２のゲートを減結合する働きをし、振動を防ぎ、並列化されたパワーデバイス３０２に対して等化されたターンオン信号を保証するのに役立つ。単一の外部抵抗器Ｒ_DRIVERを利用し、これらの並列化された抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）に接続して、有効スイッチ位置１０４のターンオン速度を制御することができる。一態様では、バラスティング抵抗器８２０をそれぞれのパワーデバイス３０２に関連づけることができる。一態様では、個々のバラスティング抵抗器８２０をそれぞれの個々のパワーデバイス３０２に関連づけることができる。

追加の態様では、パワーモジュール１００が、個々のバラスティングソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）を利用することができ、それらの抵抗器は、パワーデバイス３０２のソースケルビン接続のすぐ近くに置くことができる。一態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）を、ソースケルビンワイヤボンドによって分離されているだけとすることができる。一態様では、ソースケルビン抵抗器８２２をそれぞれのパワーデバイス３０２に関連づけることができる。一態様では、個々のソースケルビン抵抗器８２２をそれぞれの個々のパワーデバイス３０２に関連づけることができる。ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）は、低い抵抗を有することができ、それぞれの個々のパワーデバイス３０２のソースケルビン接続に流れる電流を緩衝するのを助けることができる。ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）は、パワーデバイス３０２のソースケルビン接続を減結合する働きをすることができ、振動を防ぎ、並列化されたパワーデバイス３０２に対して等化された信号を保証するのに役立つことができる。特定の態様では、個々のパワーデバイス３０２の不整合、個々のパワーデバイス３０２のレイアウト、および他の同種のことに対処するように、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）を構成および実施することができる。

特定の態様では、個々のパワーデバイス３０２間のフィードバック振動を防ぎまたは低減させるように、個々のパワーデバイス３０２間のフィードバック振動を弱めるように、個々のパワーデバイス３０２間のソースケルビン信号を減結合するように、個々のパワーデバイス３０２のソースケルビン信号間に流れる電流を阻止するように、個々のパワーデバイス３０２のソースケルビン信号間に流れる電流を等化するように、個々のパワーデバイス３０２を流れる電流が電流経路を通って流れるように強制するように、および他の同種のことを達成するように、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）を構成および実施することができる。さらに、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）は、シグナリングインダクタンス（ｓｉｇｎａｌｉｎｇｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ）を低減させること、パワーデバイス３０２のゲート動作が減速されないことを保証すること、パワーデバイス３０２のゲート／ソース過電圧を最小化すること、および他の同種のことができる。

ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）は、用途に応じて、表面実装パッケージ、統合された厚膜層、印刷された厚膜、ワイヤボンディングが可能なチップ、「自然」抵抗経路（抵抗を本来的に追加する材料／構造インタフェース）、または他の同種のものとすることができる。１つまたは複数の態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）と抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）の抵抗値を等価とすることができる。１つまたは複数の態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）と抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）の抵抗値を異なる値とすることができる。１つまたは複数の態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）の抵抗値を０．５オーム～１．５オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）の抵抗値を０．５オーム～２オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）の抵抗値を０．５オーム～５オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、ソースケルビン抵抗器８２２（Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、Ｒ_S4）の抵抗値を０．５オーム～２０オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）の抵抗値を１オーム～２０オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）の抵抗値を１オーム～５オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）の抵抗値を１オーム～１０オームの範囲とすることができる。１つまたは複数の態様では、抵抗器８２０（Ｒ_G1、Ｒ_G2、Ｒ_G3、Ｒ_G4）の抵抗値を１．５オーム～６オームの範囲とすることができる。

図３４は、本開示の一態様による有効ゲートスイッチングループおよびパワーモジュールの上面図を示している。具体的には、図３４は、信号基板または信号相互接続アセンブリ６１６が、信号相互接続アセンブリ６１６のボードの縁のゲートおよびソースケルビンコネクタ端子５０２、５０４に接続するレール８１６、８１８を有することができることを示している。レール８１８は、個々のゲート抵抗器８２０（抵抗器Ｒ_G1、Ｒ_G2、．．．Ｒ_GN）を通してゲートワイヤボンドパッドに接続することができ、レール８１６は、個々の抵抗器８２２（抵抗器Ｒ_S1、Ｒ_S2、Ｒ_S3、．．．Ｒ_SN）を通してパワーデバイス３０２のソースパッドに接続することができる。ソースケルビンボンドはパワーソースボンドの電流経路上にはないため、これを真のケルビン接続とみなすことができる。ケルビン接続は、クリーンで効率的な制御のために重要であることがあり、信号ループに対する高ドレイン－ソース電流の影響を低減させることができる。

図３４はさらに、信号相互接続アセンブリ６１６上の任意選択の信号接続５０６、５０８を示している。接続５０６、５０８は、温度測定または他の形態の内部感知に使用することができる。いくつかの態様では、この内部感知が、診断信号を含む診断感知を含むことができ、この診断信号は、診断センサによって生成されたものとすることができ、診断センサは、振動を感知するひずみゲージ、湿度を感知するセンサおよび他の同種のセンサを含むことができる。さらに、診断センサは、任意の環境またはデバイス特性を感知することができる。

一態様では、このセンサを、温度センサ６１０とすることができ、温度センサ６１０は、パワー基板６０６上またはベースプレート６０２上に置くことができる。一態様では、パワー基板６０６またはベースプレート６０２が、パワーデバイス３０２を支持する金属表面および／または伝導性表面を有することができる。一態様では、パワー基板６０６またはベースプレート６０２の表面の部分８５０を、パワーデバイス３０２を支持している表面とは異なる部分とすることができる。一態様では、部分８５０を、金属表面および／または伝導性表面が除去された部分、金属表面および／または伝導性表面がエッチングされた部分、金属表面および／または伝導性表面が存在しない部分、あるいは他の同種の部分とすることができる。一態様では、温度センサ６１０を、パワー基板６０６上またはベースプレート６０２上のエリアであって、パワー基板６０６もしくはベースプレート６０２の金属表面が除去されたエリア、またはパワー基板６０６もしくはベースプレート６０２の金属表面が存在しないエリアに置くことができる。これらの態様では、温度センサ６１０を分離することができ、温度センサ６１０が、より正確な温度読みを提供することができる。当然ながら、温度センサ６１０の他の位置および配置も企図される。

このゲート分配ネットワークは、示されているとおり、ＰＣＢによって実施することができる。このゲート分配ネットワークは、厚膜回路として、１次パワー基板６３０上に直接に、ベースプレート６０２上に直接に、または他の同種のやり方で形成することもできる。これは、パワーモジュール１００の部品数を減らす利点、および抵抗器８２０、８２２を印刷する選択肢を有する。諸態様において、ハウジング側壁６１２および／またはハウジングリッド６１８自体上で、厚膜金属実施態様または堆積させパターン形成した金属実施態様を利用することができる。はんだ端子が必要でないことがあるため、抵抗器８２０、８２２は、ＰＣＢ上の表面実装部品のサイズよりもはるかに小さくすることができ、コールドプレートによって抵抗器８２０、８２２を能動的に冷却することができ、このことは、この構成要素のサイジングの熱的制約を最小化する。

図３５は、本開示の一態様による、パワーモジュールおよびハウジングを含む構成体の透視図、図３６は、図３５の構成体の側面図、図３７は、図３５の構成体の部分透視図、図３８は、図３５の構成体の別の部分透視図、図３９は、図３５の構成体の別の部分透視図、図４０は、図３５の構成体の別の部分透視図、図４１は、図３５の構成体の別の部分透視図を示している。

具体的には、図３５～４０は、パワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数を実施する目的に利用することができる構成体３５００を示している。一態様では、構成体３５００が、本明細書に記載されたパワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数を利用することができる。一態様では、構成体３５００が、１つまたは複数の他のタイプのパワーモジュール、バスバー、ドライバ、パワーモジュールおよびドライバのコントローラ、キャパシタ、センサならびに他の同種のものを利用することができる。

一態様では、ハーフブリッジ、フルブリッジ、３相、ブースタ、チョッパ、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ならびに同種の配置および／またはトポロジを含む多種多様なパワートポロジで、構成体３５００を実施することができる。図３５～４０に示された態様では、構成体３５００が、３相トポロジを実施するものとして示されている。

特に図３５を参照すると、構成体３５００はハウジング３５０２を含むことができる。ハウジング３５０２は、頂部３５０４、中央部３５０６および底部３５０８を含むことができる。しかしながら、これよりも少数のハウジング部分またはこれよりも多数のハウジング部分でハウジング３５０２を実施することもできる。一態様では、ハウジング３５０２を、合成材料、プラスチック材料、金属材料または他の同種のもので構築されたものとすることができる。一態様では、ハウジング３５０２を、プラスチック材料で構築されたものとすることができる。一態様では、ハウジング３５０２を、射出成形されたプラスチック材料で構築されたものとすることができる。

図３５をさらに参照すると、一態様では、機械的締結具３５１２を用いて頂部３５０４を構成体３５００に機械的に固定することができる。他の態様では、他の組立ておよび／または構成を利用して頂部３５０４を構成体３５００に固定することができる。一態様では、頂部３５０４が、構成体３５００内の空気が冷却目的で構成体３５００内を通り抜けて流れることを可能にする冷却スロット３５１０を含むことができる。

図３５をさらに参照をすると、一態様では、頂部３５０４と底部３５０８の間に中央部３５０６を配置することができる。構成体３５００のさまざまな構成要素の筺体を提供するため、頂部３５０４および中央部３５０６を受け取るように底部３５０８を構成することができる。一態様では、さらに、相出力９３０が中央部３５０６および／または底部３５０８を貫いて延出することを可能にするように、中央部３５０６および／または底部３５０８を構成することができる。他のトポロジを実施する他の態様では、さらに、他のタイプの出力が中央部３５０６および／または底部３５０８を貫いて延出することを可能にするように、中央部３５０６および／または底部３５０８を構成することができる。

図３５をさらに参照すると、一態様では、底部３５０８が中央部３５０６を支持することができる。一態様では、底部３５０８が、相出力９３０を支持するための支持部３５１４を含むことができる。別の態様では、底部３５０８が、他のトポロジを実施するときに他のタイプの出力を支持するための支持部３５１４を含むことができる。

１つまたは複数の態様では、底部３５０８がさらに、コールドプレート９０２への流体接続管３５１６がそこから延出することを可能にするように構成された開口部３５２８を含むことができる。一態様では、コールドプレート９０２に関連した冷却目的で、流体接続管３５１６が、流体源を受け取ることおよび／または流体を送達することができる。

図３６を参照すると、一態様では、構成体３５００が導体９１０、９１２を含むことができる。一態様では、構成体３５００の、相出力９３０の側とは反対の側に、導体９１０、９１２を配置することができる。一態様では、構成体３５００の、他のタイプのトポロジ用の他のタイプの出力の側とは反対の側に、導体９１０、９１２を配置することができる。

一態様では、構成体３５００が冷却ファン３５１８を含むことができる。冷却ファン３５１８は、構成体３５００のさまざまな構成要素を冷却するために、構成体３５００のハウジング３５０２内を通り抜けるように空気を移動させるよう構成されたものとすることができる。一態様では、冷却ファン３５１８を、構成体３５００の側面の開口に、冷却ファン３５１８が、その開口を通り抜けるように空気を移動させ、同様に図３５に示された冷却スロット３５１０を通り抜けるように空気を移動させるような態様で、配置することができる。

一態様では、構成体３５００が、電気インタフェース３５２０を含むことができる。一態様では、電気インタフェース３５２０が、パワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数と接続することができ、パワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数とデータを交換することができる。一態様では、このデータが、制御信号、センサ信号、ドライブ信号、ソフトウェアをロード、除去または変更するための信号、および他の同種の信号であってもよい。一態様では、その代わりにまたはそれに加えて、電気インタフェース３５２０（またはこの壁に沿った他のコネクタ）が、コントローラおよびドライバ４００に低電圧（１２～２４Ｖ）電力を供給することができる。特定の態様では、導体９１０、９１２のところで電力源に接続され、電気インタフェース３５２０を通して完全に操作、制御および解析され、相出力９３０から出力を提供するように、構成体３５００を構成することができる。

図３７を参照すると、説明および理解を容易にするために頂部３５０４が取り外された構成体３５００が示されている。一態様では、図３７によって示されているように、中央部３５０６が、機械的締結具３５１２を受け取るための部分３５２６を含むことができる。図３７はさらに、コントローラ３５２２、ドライバ４００、およびコントローラ３５２２とドライバ４００の間の有線接続３５２４を示している。

図３８を参照すると、説明および理解を容易にするために中央部３５０６からコントローラ３５２２、ドライバ４００および有線接続３５２４が取り外された構成体３５００が示されている。具体的には、図３８は、コントローラ３５２２、ドライバ４００、有線接続３５２４および他の同種のものを支持するための表面を示している。

図３９は、説明および理解を容易にするために中央部３５０６が取り外された構成体３５００を示している。具体的には、図３９は、バスバー９００、パワーモジュール１００、コールドプレート９０２およびセンサ９８０の配置構成を示している。具体的には、図３９は、底部３５０８によって支持されたバスバー９００、パワーモジュール１００、コールドプレート９０２およびセンサ９８０の配置および構成を示している。

図４０は、説明および理解を容易にするために中央部３５０６およびバスバー９００が取り外された構成体３５００を示している。図４０に示されているように、構成体３５００のパワーモジュール１００、コールドプレート９０２およびセンサ９８０の配置が示されている。具体的には、図４０は、相出力９３０および導体９１０に対する入力接続および出力接続の取付けを確実にするための構成要素３５３０を示している。一態様では、取付けを確実にするための構成要素３５３０を機械的締結具とすることができる。一態様では、この機械的締結具を、対応する雄ねじ構成要素を受け取るように構成された雌ねじ構成要素とすることができる。一態様では、この機械的締結具を六角ナットとすることができる。

図４１は、説明および理解を容易にするために中央部３５０６、バスバー９００、パワーモジュール１００、コールドプレート９０２およびセンサ９８０が取り外された構成体３５００を示している。図４１に示されているように、構成体３５００の底部３５０８は、中央部３５０６に接続するための構造体３５４０を含むことができる。図４１に示されているように、構成体３５００の底部３５０８は、少なくともパワーモジュール１００およびコールドプレート９０２を保持するための構造体３５４２を含むことができる。図４１に示されているように、構成体３５００の底部３５０８は、少なくともキャパシタ１０２を保持するための構造体３５４４を含むことができる。いくつかの態様では、この構造体を、リブ（ｒｉｂ）、補強部分、機械的締結具受取り部分および他の同種のものとすることができる。

一態様では、構成体３５００を、評価システム、評価キット、試験システムまたは他の同種のものとして実施することができる。簡潔にするため、この実施態様を評価キットとして広く定義する。特定の態様では、導体９１０、９１２のところで電力源に接続され、電気インタフェース３５２０を通して完全に操作、制御および解析され、相出力９３０から出力を提供するように、構成体３５００の評価キット実施態様を構成することができる。この点に関して、ユーザは、本開示のパワーモジュール１００を実施するシステムを実施および製造する前に試験、モックアップ（ｍｏｃｋｕｐ）および他の同種のものを実行するために、構成体３５００の評価キット実施態様を実施することができる。一態様では、ユーザが、パワーモジュール１００の特定の用途に関する試験、モックアップおよび他の同種のものを実行するために、構成体３５００の評価キット実施態様を実施することができる。一態様では、この用途が、電力システム、モータシステム、自動車モータシステム、充電システム、自動車充電システム、車両システム、産業用モータドライブ、埋込みモータドライブ、無停電電源、ＡＣ－ＤＣ電源、溶接機電源、軍用システム、インバータ、風力タービン用、ソーラーパワーパネル用、潮力発電所用および電気自動車（ＥＶ）用のインバータ、コンバータ、ならびに他の同種のものであってもよい。

図４２は、パワーモジュールを含む構成体を実施し、動作させる方法を示している。具体的には、図４２は、構成体を実施し、動作させる方法４２００を示している。一態様では、本明細書に開示された構成体３５００を利用して方法４２００を実施することができる。

枠４２０２に示されているとおり、方法４２００はさらに、ハウジング３５０２内でパワーモジュール１００および関連構成要素を組み立てて、構成体３５００を形成することを含むことができる。一態様では、パワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数を含むように、構成体３５００を組み立てることができる。一態様では、本明細書に記載されたパワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数を用いて、構成体３５００を組み立てることができる。一態様では、１つまたは複数の他のタイプのパワーモジュール、バスバー、ドライバ、パワーモジュールおよびドライバのコントローラ、キャパシタ、センサならびに他の同種のものを含むように、構成体３５００を組み立てることができる。

方法４２００はさらに、この構成体を電力源に接続すること４２０４を含むことができる。一態様では、構成体３５００の導体９１０、９１２を電力源に接続することができる。一態様では、構成体３５００の導体９１０、９１２をＤＣ電力源に接続することができる。

方法４２００はさらに、構成体３５００を動作させること４２０６を含むことができる。一態様では、パワーモジュール１００、バスバー９００、ドライバ４００、パワーモジュール１００およびドライバ４００のコントローラ、キャパシタ１０２、センサ９８０ならびに他の同種のもののうちの１つまたは複数が出力を提供するように、構成体３５００を動作させることができる。一態様では、構成体３５００を動作させる４２０６の態様を実施するように、構成体３５００をプログラムすることができる。一態様では、構成体３５００を動作させる態様を実施するように、構成体３５００のコントローラをプログラムすることができる。一態様では、構成体３５００を動作させる態様を実施するように、構成体３５００のドライバ４００をプログラムすることができる。

方法４２００はさらに、パワーモジュール１００および関連構成要素を含む構成体３５００のさまざまな動作パラメータを測定すること４２０８を含むことができる。一態様では、さまざまな内部センサがセンサデータを出力するように、構成体３５００を動作させることができる。一態様では、構成体３５００を動作させること、ならびにセンサデータを出力する、オシロスコープ、コンピュータシステムおよび他の同種のものなどの外部センサに構成体３５００を接続することができる。一態様では、これらのさまざまなセンサデータをコンピュータシステムによって収集することができる。このコンピュータシステムは、プロセッサ、メモリ、オペレーティングシステムおよび他の同種のものを含むものとすることができる。１つまたは複数の態様では、この出力センサデータが、構成体３５００によって実施されたパワーモジュール１００または他の構成要素に関係したスイッチング損失、温度、インダクタンス、スイッチング速度、オーバシュート、波形解析および他の同種のものに基づくものであってもよく、かつ／または構成体３５００によって実施されたパワーモジュール１００または他の構成要素に関係したスイッチング損失、温度、インダクタンス、スイッチング速度、オーバシュート、波形解析および他の同種のものを含んでいてもよい。一態様では、構成体３５００のさまざまな動作パラメータを測定すること４２０８が、パワーモジュール１００の特定の用途に関するものであってもよい。一態様では、この用途が、電力システム、モータシステム、自動車モータシステム、充電システム、自動車充電システム、車両システム、産業用モータドライブ、埋込みモータドライブ、無停電電源、ＡＣ－ＤＣ電源、溶接機電源、軍用システム、風力タービン用、ソーラーパワーパネル用、潮力発電所用および電気自動車（ＥＶ）用のインバータ、コンバータ、ならびに他の同種のものであってもよい。

方法４２００はさらに、これらの動作パラメータをマンマシンインタフェースに出力すること４２１０を含むことができる。一態様では、これらの動作パラメータをコンピュータシステムによって解析することができる。一態様では、コンピュータシステムが、センサデータを含む動作パラメータを解析して、出力を生成することができる。一態様では、この出力をマンマシンインタフェースに提供することができる。一態様では、このマンマシンインタフェースが、表示装置、印刷出力、解析ファイルおよび他の同種のもののうちの１つまたは複数を含むことができる。

方法４２００はさらに、この構成体の態様を変更し、方法４２００を繰り返すこと４２１２を含むことができる。一態様では、本開示と整合した追加の構成要素を含むように、構成体３５００を変更することができる。一態様では、本開示と整合したより少数の構成要素を含むように、構成体３５００を変更することができる。一態様では、構成体３５００のコントローラプログラムを変更することができる。一態様では、構成体３５００のドライバ４００プログラムを変更することができる。一態様では、構成体３５００の動作電圧または電流を変更することができる。

１つまたは複数の態様では、さまざまな性能特性で動作するように本開示のパワーモジュール１００を構成することができる。しかしながら、これらの性能特性が、本開示に記載された特定の実施態様および態様に限定されるとは限らない。以下では、これらのさまざまな性能特性を、これらの性能特性を部分的に提供することができる例示的な構造および実施態様の例示的な詳細とともに説明する。しかしながら、これらのさまざまな性能特性は、パワーモジュール１００の開示された特定の態様に限定されるべきではない。ある種の態様では、これらのさまざまな性能特性および例示的な構造実施態様が、低電圧実施態様に関連することがある。一態様では、低電圧実施態様が、３．４Ｋｖよりも低い電圧で動作する実施態様を含むと定義することができる。一態様では、低電圧実施態様が、３．３Ｋｖよりも低い電圧で動作する実施態様を含むと定義することができる。一態様では、低電圧実施態様が、３．０Ｋｖよりも低い電圧で動作する実施態様を含むと定義することができる。一態様では、低電圧実施態様が、１００ｖ～３４００ｖ、１００ｖ～３３００ｖ、１００ｖ～３０００ｖ、１００ｖ～２５００ｖ、１００ｖ～２０００ｖおよび１００ｖ～１７００ｖの範囲で動作する実施態様を含む。一態様では、高電圧実施態様が、３．４Ｋｖよりも高い電圧で動作する実施態様を含むと定義することができる。一態様では、高電圧実施態様が、３．３Ｋｖよりも高い電圧で動作する実施態様を含むと定義することができる。一態様では、高電圧実施態様が、３．０Ｋｖよりも高い電圧で動作する実施態様を含むと定義することができる。一態様では、高電圧実施態様が、３４００ｖ～５０００ｖ、３３００ｖ～５０００ｖ、３０００ｖ～５０００ｖ、３４００ｖ～１００００ｖ、３３００ｖ～１００００ｖ、３０００ｖ～１００００ｖの範囲で動作する実施態様を含む。この点に関して、本明細書に定義された低電圧実施態様を実施する本開示の態様を、本明細書に定義された高電圧実施態様から識別することができる。例えば、いくつかの態様では、以下のうちの１つまたは複数に基づいて、低電圧実施態様を高電圧実施態様から識別することができる：パワーモジュール１００の導体間および／もしくは端子間の間隔、パワーモジュール１００内のパワーループの構成、パワーモジュール１００の基本レイアウト、パワーモジュール１００の電流運搬容量および／もしくは電流運搬能力、パワーモジュール１００の基板厚さ、パワーモジュール１００の端子レイアウト、パワーモジュール１００の熱的性能、パワーモジュール１００の沿面距離問題に対処するための構成、パワーモジュール１００の空間距離問題に対処するための構成、パワーモジュール１００の絶縁構成、パワーモジュール１００のバスバー（ｂｕｓｂａｒ）構成、ならび／または他の同種のもの。この点に関して、上記の態様のうちの少なくとも１つの態様または複数の態様は、低圧実施態様を高圧実施態様から識別することができる。

１つまたは複数の態様では、以下の寄生漂遊インダクタンスで動作するように、本開示のパワーモジュール１００を構成することができる。一態様では、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、１２（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、１１（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、７（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、４（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、３（ｎＨ）よりも小さくすることができる。

一態様では、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値が、１２（ｎＨ）～２（ｎＨ）、１０（ｎＨ）～２（ｎＨ）および４（ｎＨ）～２（ｎＨ）の範囲を有することができる。

一態様では、特定のループ長および／または断面積を有するパワーモジュール１００について、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、４（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、特定のループ長および／または断面積を有するパワーモジュール１００について、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、８（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、特定のループ長および／または断面積を有するパワーモジュール１００について、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値を、１２（ｎＨ）よりも小さくすることができる。一態様では、特定のループ長および／または断面積を有するパワーモジュール１００について、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値が、４（ｎＨ）～２（ｎＨ）の範囲を有することができる。一態様では、特定のループ長および／または断面積を有するパワーモジュール１００について、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値が、８（ｎＨ）～４（ｎＨ）の範囲を有することができる。一態様では、特定のループ長および／または断面積を有するパワーモジュール１００について、パワーモジュール１００の図１Ｂに示されたループ１１４内のクリティカルパワースイッチの全漂遊インダクタンス値が、１２（ｎＨ）～８（ｎＨ）の範囲を有することができる。

１つまたは複数の態様では、以下のスイッチング速度で動作するように、本開示のパワーモジュール１００を構成することができる。

一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を１００（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を９０（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を８０（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を５０（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を３５（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔよりも小さくすることができる。

一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が３０～１００（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が３０～７０（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が４０～９０（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が３０～４０（Ａ／ナノ秒）ｄｉ／ｄｔの範囲を有することができる。

一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を１２０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度を１００（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、２０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～１００（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、４０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～１００（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、６０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～１００（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、８０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～１００（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、６０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～８０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、４０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～６０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、２０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔ～４０（Ｖ／ナノ秒）ｄｖ／ｄｔの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング速度が、６０（Ｖ／ナノ秒）～８０（Ｖ／ナノ秒）、４０（Ｖ／ナノ秒）～６０（Ｖ／ナノ秒）、２０（Ｖ／ナノ秒）～４０（Ｖ／ナノ秒）の範囲を有することができる。

１つまたは複数の態様では、以下のスイッチング損失で動作するように、本開示のパワーモジュール１００を構成することができる。

一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング損失を、０．５（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペアよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング損失を、０．４（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペアよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング損失を、０．２５（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペアよりも小さくすることができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング損失が、０．５（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペア～０．２５（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペアの範囲を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００のスイッチング損失が、０．２５（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペア～０．４（ｍＪ／Ａ）ミリジュール毎アンペアの範囲を有することができる。

本開示の態様では、より大きな幅（より多くのパワーデバイス３０２、より小さなインダクタンス）を有するように、またはより小さな大きさ（より小さなサイズ、より低いコスト）を有するようパワーモジュール１００を構成することができるように、パワーモジュール１００の幅および長さがスケーラブルであることがある。以下の表は、実用的な最小幅および期待される最大サイズ（おおよそ正方形のフットプリント）を含む、さまざまな範囲実施態様を示している。パワーデバイス利用率（ｐｏｗｅｒｄｅｖｉｃｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）は、パワーデバイス面積と全パワーモジュール面積との比によって計算される百分率と定義することができる。一態様では、本開示で利用される面積が、幅に長さを乗じることによって計算される。この点に関して、幅は、図１１に示されているように、パワーモジュール１００を横切って延びる軸に沿って定義することができ、長さは、図１１に示されているように、幅に対して垂直な軸に沿って定義することができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

本開示の一態様では、パワーモジュール１００が、７～１０％の範囲のパワーデバイス利用面積を有することができる。本開示の一態様では、パワーモジュール１００が、６～８％の範囲のパワーデバイス利用面積を有することができる。本開示の一態様では、パワーモジュール１００が、５～７％の範囲のパワーデバイス利用面積を有することができる。

さまざまな態様において、パワーモジュール１００の高さもスケーラブルであることがある。この場合には、インダクタンスを最小化するためにできるだけ薄くなるように、パワーモジュール１００を構成することができる。この高さは、（Ａ）１７００Ｖ動作に必要な沿面距離および空間距離仕様、（Ｂ）ワイヤボンドの高さ、ならびに（Ｃ）使用される封止材料のタイプに基づいて設定することができる。低範囲電圧モジュール（６５０Ｖ）については、ある設計変更を実施して、高さを低減させることができる。反対に、高範囲電圧デバイスについては、パワーモジュール１００をより高くすることもできる。さまざまな態様において、本開示で利用される高さは、幅および長さに対して垂直であると定義される。図４Ａを参照すると、パワーモジュール１００の例示的な高さが示されている。パワーモジュールの高さは、７ｍｍ～３０ｍｍ、９ｍｍ～１１ｍｍ、１１ｍｍ～１３ｍｍ、１３ｍｍ～１５ｍｍ、１５ｍｍ～１７ｍｍ、１７ｍｍ～１９ｍｍ、１９ｍｍ～２１ｍｍ、２１ｍｍ～２３ｍｍおよび２３ｍｍ～２７ｍｍの範囲とすることができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

パワーコンタクトパラメータ
パワーコンタクトまたは端子１０６、１０８、１１０を、幅が広くなるように、および所与の実用的な電圧沿面距離／空間距離限界でできるだけパワーモジュール１００の最大百分率を占めるように、構成および構築することができる。幅比は、パワーモジュール１００の幅に対してコンタクトまたは端子１０６、１０８、１１０の幅を比較したものである。一態様では、パワーモジュール１００の幅をベースプレート６０２の幅とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の幅を１つまたは複数のパワー基板６０６の幅とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の幅をハウジング側壁６１２間の幅とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の幅をハウジングリッド６１８の幅とすることができる。長さ比は、３つの全てのコンタクトまたは端子１０６、１０８、１１０のコンタクト長をとり、それをパワーモジュール１００の全長と比較したものである。一態様では、パワーモジュール１００の長さをベースプレート６０２の長さとすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の長さを１つまたは複数のパワー基板６０６の長さとすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の長さをハウジング側壁６１２間の長さとすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の長さをハウジングリッド６１８の長さとすることができる。面積比は、全コンタクト面積をパワーモジュール１００の全面積と比較したものである。一態様では、パワーモジュール１００の面積をベースプレート６０２の面積とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の面積を１つまたは複数のパワー基板６０６の面積とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の面積をハウジング側壁６１２間の面積とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の面積をハウジングリッド６１８の面積とすることができる。ベース比（ｂａｓｅｒａｔｉｏ）は、全コンタクトベース幅をパワーモジュール１００の幅と比較したものである。ベース比は、ベースの周縁にはんだフィレット（ｓｏｌｄｅｒｆｉｌｌｅｔ）があることを仮定している。一態様では、パワーモジュール１００の幅をベースプレート６０２の幅とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の幅を１つまたは複数のパワー基板６０６の幅とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の幅をハウジング側壁６１２間の幅とすることができる。一態様では、パワーモジュール１００の幅をハウジングリッド６１８の幅とすることができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

一態様では、パワーモジュール１００が、２０％よりも大きい端子面積比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、２５％よりも大きい端子面積比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、３０％よりも大きい端子面積比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、２０％～２５％の範囲の端子面積比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、２５％～３０％の範囲の端子面積比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、３０％～３５％の範囲の端子面積比を有することができる。

一態様では、パワーモジュール１００が、７０％～８０％の範囲のベース比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、８０％～９０％の範囲のベース比を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、９０％～９５％の範囲のベース比を有することができる。

さまざまな態様において、コンタクトの足が「羽状」または「指状」となるように、ベース６３６を構成することができる。いくつかの態様では、ベース６３６の分割された足が、はんだがコネクタの側面の周囲にフィレットを作るためのより多くの空間を提供することができ、これによって、多数の方向および軸における強度が追加される。分割されたベース６３６は、ストレスを分散させることができ、信頼性を向上させることができる。

Ｖ＋およびＶ－パワーコンタクトの垂直オフセット７０２を使用して、外部バスバー９００の屈曲部またはオフセットの必要性を低減させることにより、システムの全ループインダクタンスを最小化することができる。いくつかの態様では、このようなバスバー９００の複雑さの低減によって、コストも低減させることができる。一態様では、垂直オフセット７０２を、３．２５ｍｍ（金属厚さ３ｍｍ、積層分離０．２５ｍｍ）とすることができる。他の態様では、垂直オフセット７０２が、２ｍｍ～３ｍｍ、３ｍｍ～４ｍｍ、４ｍｍ～５ｍｍおよび５ｍｍ～６ｍｍの実用的範囲を有することができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

基板パラメータ
幅が広くなるように、およびパワーデバイス３０２によってできるだけ占有されるように、パワー基板６０６を構成することもできる。本開示の態様は、高いデバイス面積／基板面積利用率を含む。パワーデバイス３０２の間隔は、熱拡散、熱的性能、および製造性を最適にするための加工設計ルール、ならびに他の同種のものによって決定されることがある。パワーデバイス比は、有効デバイス面積（ａｃｔｉｖｅｄｅｖｉｃｅａｒｅａ）を、パワー基板６０６の全幅との比較において比較したものである。この点に関して、この幅は、図１１に示されているように、複数のパワーデバイス３０２を貫いて延びる軸に沿って定義することができる。パワー基板６０６の幅の一部分が、過電流および温度センサ６１０のために使用されることがある。いくつかの態様では、それらの特徴を含めずに、パワーデバイス比の百分率数値を増大させることができる。一態様では、パワーモジュール１００が、６０％よりも大きい有効デバイス面積を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、６５％よりも大きい有効デバイス面積を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、７０％よりも大きい有効デバイス面積を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、６０％～６５％の有効デバイス面積を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、６５％～７０％の有効デバイス面積を有することができる。一態様では、パワーモジュール１００が、７０％～７５％の有効デバイス面積を有することができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

いくつかの態様では、パワー基板６０６の金属厚さを以下のように構成することができる。さまざまな態様において、金属の厚さは、熱的性能、パッケージ抵抗、コスト、および他の同種のものとトレードオフの関係にあることがある。一態様では、パワー基板６０６の金属厚さを０．５ｍｍよりも薄くすることができる。一態様では、パワー基板６０６の金属厚さを０．３ｍｍよりも薄くすることができる。一態様では、パワー基板６０６の金属厚さを０．２ｍｍとすることができる。一態様では、パワー基板６０６の金属厚さを、０．１ｍｍ～０．６ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、０．３ｍｍ～０．４ｍｍ、０．４ｍｍ～０．５ｍｍおよび０．５ｍｍ～０．６ｍｍの範囲とすることができる。

ワイヤボンドパラメータ
パワーワイヤボンド６２８は、下の表に挙げられた直径のうちのいずれかの直径のものとすることができる。一態様では、直径１２ミル（０．３０ｍｍ）のアルミニウムボンドを利用することができる。一態様では、ボンドボンドの直径を、０．１５ｍｍ～０．２５ｍｍ、０．２ｍｍ～０．３ｍｍ、０．２５ｍｍ～０．３５ｍｍ、０．３５ｍｍ～０．４５ｍｍおよび０．４５ｍｍ～０．５５ｍｍとすることができる。他の態様では、より大径のアルミニウムボンドおよび大径の銅ボンドを利用することができる。さらなる態様では、電流能力を最大にするために、はんだ銅（ｓｏｌｄｅｒｅｄｃｏｐｐｅｒ）タブを利用することができる。一態様では、パワーワイヤボンド６２８の直径を０．１５ｍｍ～０．６ｍｍの範囲とすることができる。一態様では、パワーワイヤボンド６２８の直径を０．１９ｍｍ～０．５２ｍｍの範囲とすることができる。一態様では、パワーワイヤボンド６２８の直径を０．２ｍｍ～０．５１ｍｍの範囲とすることができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

一態様では、パワーワイヤボンド６２８が、下の表に示されているように、アルミニウムワイヤボンド、アルミニウムリボンボンド、銅ワイヤボンド、銅リボンボンド、銅はんだタブ、銅焼結タブ、および他の同種のものを含むことができる。

特定の態様では、下の表に挙げられているようなループ形状寸法を有するように、ワイヤボンド６２８を構成することができる。抵抗を最小化するために、さまざまな態様において、できるだけ低プロファイルになるように、およびできるだけ短くなるように、ループ形状寸法を構成することができる。ボンドの長さは、パワーデバイス３０２のダイの配置およびパワーモジュール１００の構成によって決定される。一態様では、ワイヤボンド長が、４ｍｍ～１２ｍｍの範囲を有することができる。一態様では、ワイヤボンド長が、５ｍｍ～１１ｍｍの範囲を有することができる。一態様では、ワイヤボンドのループ高さが、０．５ｍｍ～３ｍｍの範囲を有することができる。一態様では、ワイヤボンドのループ高さが、１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲を有することができる。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

一態様では、この構成が、１パワーデバイス３０２ごとに、より多くのボンド６２８または最大数のボンド６２８を利用することができる。ボンド６２８の数は、ダイのサイズ、パッド面積およびボンド直径によって決まることがある。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。具体的には、下に挙げた値は、ＭＯＳＦＥＴの異なるサイズ実施態様に対する値である。

一態様では、３～１２個のボンド６２８を有するように、それぞれのパワーデバイス３０２を実施することができる。一態様では、４～１０個のボンド６２８を有するように、それぞれのパワーデバイス３０２を実施することができる。一態様では、５つ以上のボンド６２８を有するように、それぞれのパワーデバイス３０２を実施することができる。一態様では、７つ以上のボンド６２８を有するように、それぞれのパワーデバイス３０２を実施することができる。一態様では、９つ以上のボンド６２８を有するように、それぞれのパワーデバイス３０２を実施することができる。一態様では、１１個以上のボンド６２８を有するように、それぞれのパワーデバイス３０２を実施することができる。

インダクタンスおよびスイッチングパラメータ
パワーモジュール１００のインダクタンスは、全ループ長、断面積、磁束相殺、および他の同種のものによって決定されることがある。さまざまな態様において、幅の広いパワーコンタクトを使用して、低プロファイルを有するようにパワーモジュール１００を構成すること、およびループが折り重なるときにパワーモジュール１００内である磁束相殺を達成することによって、インダクタンスを最小化するように、パワーモジュール１００を構成することができる。パワーモジュール１００の幅も、インダクタンスに対して大きな影響を有することがある。

下の表は、パワーモジュール１００の特定の実施態様に基づいており、インダクタンス、および他の構成のインダクタンスを決定するための他のシミュレーション結果を示している。インダクタンスが最も小さい構成では、パワーモジュール１００をより薄く構成することもできると仮定する（すなわち以前に挙げた６５０Ｖ厚さ）。ｄＶ／ｄｔ最大値は、パワーモジュール１００に対する限界ではない。

ｄｉ／ｄｔ値は、１２００Ｖデバイスおよび８００Ｖバスを仮定して理論的最大値になるように計算した。これは、最大４００Ｖの可能なオーバシュートに帰着する可能性がある。この点に関して、この計算では、パワーモジュール１００と直列に追加される２ｎＨのバスループインダクタンスを仮定した。これを仮定して、下表の一態様には、パワーモジュール１００がスイッチングすることができる最速のものが挙げられている。

１つまたは複数の態様では、非常に攻撃的なスイッチングを使用して特定の実施態様を試験することによって損失を決定した。一態様では、この損失が、０．２５～０．０５０ｍＪ／Ａ、０．２５～０．０４０ｍＪ／Ａおよび０．２５～０．０３５ｍＪ／Ａの範囲を有することがある。下の表は、特定の一組の非限定的な仕様を示している。

態様１では、パワーモジュール１００の全漂遊インダクタンス値が、９（ｎＨ）～１１（ｎＨ）の範囲を有することができる。態様２では、パワーモジュール１００の全漂遊インダクタンス値が、６（ｎＨ）～７（ｎＨ）の範囲を有することができる。態様３では、パワーモジュール１００の全漂遊インダクタンス値が、３（ｎＨ）～４（ｎＨ）の範囲を有することができる。態様４では、パワーモジュール１００の全漂遊インダクタンス値が、２（ｎＨ）～３（ｎＨ）の範囲を有することができる。

図４３～５８は、本開示の一態様によるパワーモジュールを示している。

この点に関して、パワーデバイス３０２および他の構成要素の電流密度は高いため、図４３～５８のパワーモジュール１００の熱的性能を、熱流束を最大化するように、システムサイズを低減させるように、コストを低減させるように、および他の同種のことを達成するように構成することができる。具体的には、図４３～５８に示されたパワーモジュール１００は、本明細書に開示された態様のうちの任意の１つまたは複数の態様を含むことができる。その上、熱流束を最大化し、システムサイズを低減させ、コストを低減させ、他の同種のことを達成するために、図４３～５８のパワーモジュール１００を、直接冷却向けにさらに構成することができる。さらに、パワーモジュール１００を用いた直接冷却を実施すると、パワーモジュール１００とコールドプレートまたはヒートシンクとの間の熱界面、およびコールドプレートの頂面と冷却流体との間に配置された任意の材料または構造体を除去または排除することができる。この点に関して、先行技術の実施態様は、パワーモジュールとコールドプレートとの間の界面に配置された熱界面材料（ｔｈｅｒｍａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｍａｔｅｒｉａｌ）（ＴＩＭ）を含み、ＴＩＭの利用は、表面への付着、老化、ポンプアウト（ｐｕｍｐ－ｏｕｔ）および他の同種のものに関する問題を引き起こすことがあった。パワーモジュール１００のベースプレート６０２の表面を直接に冷却することにより、パワーモジュール１００および関連構造体内でより大量の熱流束を処理することができる。

一態様では、パワーモジュール１００が複数のピンフィン６４２を含むことができる。一態様では、パワーモジュール１００の１つまたは複数の構成要素からの熱を伝達するように、複数のピンフィン６４２を構成することができる。一態様では、パワーモジュール１００の１つまたは複数の構成要素を冷却するように、複数のピンフィン６４２を構成することができる。一態様では、パワーモジュール１００の１つまたは複数の構成要素を直接冷却するように、複数のピンフィン６４２を構成することができる。一態様では、コールドプレート９０２と協力して、パワーモジュール１００の１つまたは複数の構成要素を直接冷却するように、複数のピンフィン６４２を構成することができる。一態様では、冷却材がピンフィン６４２の間を通過することを可能にするように、複数のピンフィン６４２を構成することができる。

一態様では、ベースプレート６０２が複数のピンフィン６４２を含むことができる。一態様では、ベースプレート６０２の表面に複数のピンフィン６４２を配置することができる。一態様では、ベースプレート６０２の底面に複数のピンフィン６４２を配置することができる。一態様では、ベースプレート６０２のハウジング側壁６１２とは反対の側のベースプレート６０２の底面に、複数のピンフィン６４２を配置することができる。

一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５４に対して平行な流路（ｃｈａｎｎｅｌ）を形成していてもよい。一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５６に対して平行な流路を形成していてもよい。一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５４に対してジグザグの流路または軸６５４に対して斜めの流路を形成していてもよい。一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５６に対してジグザグの流路または軸６５６に対して斜めの流路を形成していてもよい。

複数のピンフィン６４２の周囲の冷却材の移動、複数のピンフィン６４２から冷却材への熱伝達、熱伝達を増大させるための複数のピンフィン６４２に隣接する表面層および／またはバリア層の低減、ならびに他の同種のことを増大させまたは促進するように、複数のピンフィン６４２の配置および複数のピンフィン６４２間に配置された流路の配置を構成することができる。

図４６、図５０および図５４を参照すると、ピンフィン６４２はそれぞれ、ベースプレート６０２と一体に形成することができる。他の態様では、溶接、接着剤、はんだ付け、ろう付けまたは他の同種のものによって、それぞれのピンフィン６４２をベースプレート６０２に取り付けることができる。一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ、ベースプレート６０２に接続された基部６４４を含むことができる。

一態様では、ベースプレート６０２と同じ材料からピンフィン６４２を形成することができる。一態様では、重量を節減するために、ベースプレート６０２と同じ材料からピンフィン６４２を形成することができる。一態様では、ベースプレート６０２の材料とは異なる材料からピンフィン６４２を形成することができる。一態様では、金属材料からピンフィン６４２を形成することができる。一態様では、ピンフィン６４２が銅を含むことができる。一態様では、ピンフィン６４２を、銅で形成されたものとすることができる。

一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ、基部６４４から延びる１つまたは複数の表面６４６を含むことができる。一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ、終端面（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅ）６４８を有することができる。一態様では、終端面を、平面、輪郭（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ）面、非平面、尖った表面、湾曲した表面、または他の同種の表面とすることができる。一態様では、１つまたは複数の表面６４６が終端面６４８まで延びるにつれて、１つまたは複数の表面６４６が次第に狭くなってもよい。一態様では、１つまたは複数の表面６４６が終端面６４８まで延びるときに、１つまたは複数の表面６４６が、ベースプレート６０２の表面に対して垂直であってもよい。

一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、ピンフィン６４２は、正方形断面形状、長方形断面形状、円形断面形状、輪郭断面形状、楕円形断面形状、（１つもしくは複数の軸に沿って）対称の断面形状、（１つもしくは複数の軸に沿って）非対称の断面形状、エーロフォイル（ａｉｒｆｏｉｌ）形断面形状、翼（ｗｉｎｇ）形断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。さらに、ピンフィン６４２は、上記の形状のうちの第１の形状、上記の複数の形状、または他の同種の形状を有することができる。しかしながら、ピンフィン６４２は、パワーモジュール１００のベースプレート６０２上の任意の形状の構造体によって実施することができる。

一態様では、終端面６４８が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、終端面６４８は、正方形断面形状、長方形断面形状、円形断面形状、輪郭断面形状、楕円形断面形状、（１つもしくは複数の軸に沿って）対称の断面形状、（１つもしくは複数の軸に沿って）非対称の断面形状、エーロフォイル形断面形状、翼形断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、基部６４４が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、基部６４４は、正方形断面形状、長方形断面形状、円形断面形状、輪郭断面形状、楕円形断面形状、（１つもしくは複数の軸に沿って）対称の断面形状、（１つもしくは複数の軸に沿って）非対称の断面形状、エーロフォイル形断面形状、翼形断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、基部６４４が、終端面６４８の断面形状と同じ断面形状を有することができる。一態様では、基部６４４が、終端面６４８と同じ断面形状およびサイズを有することができる。一態様では、基部６４４が、終端面６４８と同じ断面形状、および異なるサイズを有することができる。一態様では、基部６４４が、終端面６４８の断面形状とは異なる断面形状を有することができる。

一態様では、ピンフィン６４２を、機械加工、鍛造、成形、スタンピング、変形および他の同種の操作を含む、図面に示されたピンフィン６４２のフィンパターンを形成するための１つまたは複数の操作を利用して形成されたものとすることができ、また、ピンフィン６４２を、溶接、接着剤、はんだ付け、ろう付けまたは他の同種のものを使用して取り付けられたものとすることもできる。しかしながら、ピンフィン６４２は、ベースプレート６０２上にフィン表面およびピン表面を生成するための当業者に知られている任意の製造方法および／または製造技術を利用して形成されたものとすることができる。

図４６を参照すると、一態様では、ベースプレート６０２の表面に対して平行に規定された、基部６４４に沿ったピンフィン６４２の直径または長さＬを、１ｍｍ～８ｍｍ、１ｍｍ～２ｍｍ、２ｍｍ～３ｍｍ、３ｍｍ～４ｍｍ、４ｍｍ～５ｍｍ、５ｍｍ～６ｍｍ、６ｍｍ～７ｍｍまたは７ｍｍ～８ｍｍとすることができる。これらの寸法は、本明細書に開示されたピンフィン６４２の全ての構成に対して等しく適用可能であることがある。

図４６を参照すると、一態様では、ベースプレート６０２の表面に対して垂直に規定された、基部６４４から終端面６４８までのピンフィン６４２の高さＨを、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または１１ｍｍ～１２ｍｍとすることができる。これらの寸法は、本明細書に開示されたピンフィン６４２の全ての構成に対して等しく適用可能であることがある。

図４６を参照すると、一態様では、ピンフィン６４２のピン間間隔Ｓを、隣り合うピンフィン６４２の、ベースプレート６０２に対して垂直な中心軸によって規定することができ、間隔Ｓを、２ｍｍ～１２ｍｍ、４ｍｍ～１０ｍｍ、２ｍｍ～３ｍｍ、３ｍｍ～４ｍｍ、４ｍｍ～５ｍｍ、５ｍｍ～６ｍｍ、６ｍｍ～７ｍｍ、７ｍｍ～８ｍｍ、８ｍｍ～９ｍｍ、９ｍｍ～１０ｍｍ、１０ｍｍ～１１ｍｍまたは１１ｍｍ～１２ｍｍとすることができる。これらの寸法は、本明細書に開示されたピンフィン６４２の全ての構成に対して等しく適用可能であることがある。

図４３は、本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図、図４４は、図４３によるパワーモジュールの側面図、図４５は、図４３によるパワーモジュールの下面図、図４６は、図４３によるパワーモジュールの部分透視下面図を示している。

図４３～４６を参照すると、ピンフィン６４２はそれぞれ、基部６４４から延びる１つまたは複数の表面６４６を含むことができる。一態様では、ピンフィン６４２が終端面６４８を有することができる。一態様では、終端面を、輪郭面、非平面、または他の同種の表面とすることができる。一態様では、１つまたは複数の表面６４６が終端面６４８まで延びるにつれて、１つまたは複数の表面６４６が次第に狭くなってもよい。

一態様では、終端面６４８が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、終端面６４８は、非対称断面形状、エーロフォイル形断面形状、翼形断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、基部６４４が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、基部６４４は、正方形断面形状、長方形断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５４に対して平行な流路を形成していてもよい。一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５６に対して平行な流路を形成していてもよい。

図４７は、本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図、図４８は、図４７によるパワーモジュールの側面図、図４９は、図４７によるパワーモジュールの下面図、図５０は、図４７によるパワーモジュールの部分透視下面図を示している。

図４７～５０を参照すると、ピンフィン６４２はそれぞれ、基部６４４から延びる１つまたは複数の表面６４６を含むことができる。一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ終端面６４８を有することができる。一態様では、終端面を、平面または他の同種の表面とすることができる。一態様では、１つまたは複数の表面６４６が終端面６４８まで延びるにつれて、１つまたは複数の表面６４６が次第に狭くなってもよい。

一態様では、終端面６４８が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、終端面６４８は、円形断面形状、輪郭断面形状、楕円形断面形状、対称断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、基部６４４が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、基部６４４は、円形断面形状、輪郭断面形状、楕円形断面形状、対称断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、基部６４４が、終端面６４８の断面形状と同じ断面形状を有することができる。一態様では、基部６４４が、終端面６４８と同じ断面形状、および異なるサイズを有することができる。

一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５４に対して平行な流路を形成していてもよい。一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５６に対して平行な流路を形成していてもよい。一態様では、隣り合うピンフィン６４２の基部６４４が、一点に集まっていてもよく、接合していてもよく、接続していてもよく、接していてもよく、または他の同種の位置にあってよい。

図５１は、本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図、図５２は、図５１によるパワーモジュールの側面図、図５３は、図５１によるパワーモジュールの下面図、図５４は、図５１によるパワーモジュールの部分透視下面図を示している。

図５１～５４を参照すると、ピンフィン６４２はそれぞれ、基部６４４から延びる１つまたは複数の表面６４６を含むことができる。一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ終端面６４８を有することができる。一態様では、終端面を、平面または他の同種の表面とすることができる。一態様では、１つまたは複数の表面６４６が終端面６４８まで延びるにつれて、１つまたは複数の表面６４６が次第に狭くなってもよい。

一態様では、終端面６４８が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、終端面６４８は、正方形断面形状、長方形断面形状、対称断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

一態様では、基部６４４が、ベースプレート６０２の表面に対して平行な平面に関する断面形状を有することができる。この点に関して、基部６４４は、正方形断面形状、長方形断面形状、対称断面形状、または他の同種の断面形状を有することができる。

図５５は、本開示の一態様によるパワーモジュールの透視下面図、図５６は、図５５によるパワーモジュールの側面図、図５７は、図５５によるパワーモジュールの下面図を示している。

図５５～５７を参照すると、ピンフィン６４２はそれぞれ、基部６４４から延びる１つまたは複数の表面６４６を含むことができる。一態様では、ピンフィン６４２がそれぞれ終端面６４８を有することができる。一態様では、終端面を、平面または他の同種の表面とすることができる。一態様では、１つまたは複数の表面６４６が終端面６４８まで延びるにつれて、１つまたは複数の表面６４６が次第に狭くなってもよい。

一態様では、基部６４４が、終端面６４８の断面形状と同じ断面形状を有することができる。一態様では、基部６４４が、終端面６４８と同じ断面形状およびサイズを有することができる。

一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５４に対してジグザグの流路または軸６５４に対して斜めの流路を形成していてもよい。一態様では、複数のピンフィン６４２が、軸６５６に対してジグザグの流路または軸６５６に対して斜めの流路を形成していてもよい。

図５８は、本開示の一態様によるパワーモジュール実施態様の透視図を示している。

図５８を参照すると、ピンフィン６４２を用いた直接冷却を実施するパワーモジュール１００は、コールドプレート９０２上および／またはコールドプレート９０２内に置くことができる。具体的には、図５８は、開示されているピンフィン６４２を用いた直接冷却を実施するパワーモジュール１００のうちの１つのパワーモジュール１００を示している。この点に関して、図５８の実施態様は、開示されているピンフィン６４２を用いた直接冷却を実施するパワーモジュール１００のうちの１つのパワーモジュール１００、複数のパワーモジュール１００、または全てのパワーモジュール１００を含むことができる。一態様では、コールドプレート９０２の両面にパワーモジュール１００を置くことができる。この点に関して、コールドプレート９０２の両面に配置されたパワーモジュール１００は、電力密度を最大化すること、複雑さを低減させること、および／または他の同種のことを達成することができる。一態様では、コールドプレート９０２の片面にパワーモジュール１００を置くことができる。これにより、ピンフィン６４２、コールドプレート９０２および他の同種のものを利用して、パワーモジュール１００を直接に冷却することができる。本明細書にさらに記載されているとおり、直接冷却されたパワーモジュール１００は、かなり高い熱的性能を示すことができる。

一態様では、コールドプレート９０２が、所望のトポロジに応じてコールドプレート９０２の頂面およびコールドプレート９０２の底面に一列に配置された任意の数のパワーモジュール１００を収容することができる。一態様では、コールドプレート９０２が、所望のトポロジに応じてコールドプレート９０２の片面に一列に配置された任意の数のパワーモジュール１００を収容することができる。この点に関して、パワーモジュール１００の数に合わせるために、コールドプレート９０２を長くまたは短くすることができる。

図５８にさらに示されているように、パワーモジュール１００とコールドプレート９０２の間にシール９０８を配置することができる。シール９０８は、Ｏリング、ガスケットおよび／または他の同種のものとすることができる。いくつかの態様では、シール９０８を、エポキシ樹脂、ＲＴＶシリコーン（室温加硫シリコーン）、同種のシーリング材料、および／または他の同種のものとすることができる。他の態様では、シール９０８を、ベースプレート６０２をコールドプレート９０２に直接に溶接し、ろう付けし、または他の同種の手法で直接に付着させることによって形成されたものとすることができる。

一態様では、コールドプレート９０２が流体接続管３５１６を有することができ、流体接続管３５１６は、コールドプレート９０２に関連した冷却目的で冷却流体源を受け取るように構成され、かつ／またはコールドプレート９０２に関連した冷却目的で冷却流体を送達するように構成されたものとすることができる。一態様では、流体接続管３５１６が、ねじ付きフィッティング（ｔｈｒｅａｄｅｄｆｉｔｔｉｎｇ）、フランジ付き（ｆｌａｎｇｅｄ）フィッティング、クイックコネクト（ｑｕｉｃｋｃｏｎｎｅｃｔ）フィッティング、ホースバーブ（ｈｏｓｅｂａｒｂ）フィッティング、はんだ管（ｓｏｌｄｅｒｅｄｔｕｂｅ）、溶接（ｗｅｌｄｅｄ）管、および他の同種のものを含むことができる。一態様では、コールドプレート９０２が、入口ポート、出口ポート、流体流路および／または他の同種のものを有することができ、これらは、パワーモジュール１００に流体流れを均一に分配するように構成されたものとすることができる。インバータ、コンバータまたは他の同種のものなどの用途においてコールドプレート９０２アセンブリ自体を別の構造体に装着するために、コールドプレート９０２はさらに、パワーモジュール１００を装着し、シールするための他の考慮も含むことができる。

一態様では、図４３～５８のパワーモジュール１００を、用途に挿入すること、用途とともに実施すること、用途とともに構成すること、または他の同種のことを実施することができる。この用途は、図４３～５８のパワーモジュール１００を実施するシステムであってもよい。この用途は、電力システム、モータシステム、自動車モータシステム、充電システム、自動車充電システム、車両システム、産業用モータドライブ、埋込みモータドライブ、無停電電源、ＡＣ－ＤＣ電源、溶接機電源、軍用システム、インバータ、風力タービン用、ソーラーパワーパネル用、潮力発電所用および電気自動車（ＥＶ）用のインバータ、コンバータ、ならびに他の同種のものであってもよい。

図５９は、本開示の一態様によるパワーモジュール実施態様の透視図を示している。

具体的には、図５９は、３相インバータとして実施することができるインバータ９９０を示している。諸態様において、インバータ９９０を、２つの別個の３相インバータとして、１つの３相インバータとして、１つのフルブリッジとして、１つのハーフブリッジとして、および／または他の同種のものとして構成することができる。一態様では、インバータ９９０を、６つの専用ハーフブリッジを含むように構成することができる。一態様では、上記の構成を、インバータ９９０の外側の接続を含むように構築および配置することができる。一態様では、上記の構成が、パワーモジュール１００の異なるバージョンおよび／または他のアセンブリ構成要素を含むことができる。しかしながら、図５９に関して本明細書に記載されたさまざまな特徴は、本明細書に記載された用途のうちの任意の用途で実施することができる。図５９をさらに参照すると、インバータ９９０は、本明細書に詳細に説明された相出力９３０、センサ９８０、キャパシタ１０２、コールドプレート９０２、流体接続管３５１６、ＰＣＢ９３６、バスバー９００および他の同種のものを含むことができる。

一態様では、相出力９３０を、スタンピング、レーザカットまたは他の同種の技法によって形成されたものとすることができる。一態様では、相出力９３０を、金属で形成されたものとすることができ、この金属は、銅を含んでいてもよく、銅であってもよく、かつ／または他の金属を含んでいてもよい。一態様では、相出力９３０が、サイズを最適化するために、屈曲部を含むことができる。一態様では、相出力９３０が、サイズを最適化するために、Ｌ字形の屈曲部を含むことができる。一態様では、相出力９３０が、サイズを最適化するために、９０°の屈曲部を含むことができる。一態様では、相出力９３０が、筺体装着、ひずみ逃がしおよび他の同種のことのために、ねじ穴を含むことができる。

一態様では、センサ９８０が、相出力９３０のそれぞれの出力端子に対して電流感知を含むことができる。一態様では、信号品質および他の同種のものに対処するために、センサ９８０を、閉ループシステムとともに動作するように構成することができる。他の態様では、コストおよびサイズを低減させるために、インバータ９９０が開ループで動作することができる。

一態様では、信号調整用のＰＣＢ９３６を実施することができる。一態様では、相互接続用のＰＣＢ９３６を実施することができる。一態様では、信号調整および相互接続用のＰＣＢ９３６を実施することができる。

一態様では、より良好な空間使用を可能にするために、キャパシタ１０２を、長方形ブロックとして構成することができる。一態様では、統合されたバスバー９００とともに、パワーモジュール１００を本明細書に記載されているようにキャパシタ１０２に接続するよう、キャパシタ１０２を構成することができる。一態様では、キャパシタ１０２をポリプロピレン膜キャパシタとすることができる。

図６０は、図５９によるパワーモジュール実施態様の透視図を示している。

図６０はさらに、インバータ９９０を、多数のハウジング構成要素９９２とともに示している。一態様では、多数のハウジング構成要素９９２が、金属薄板部分、通気口９８４、粉末塗装、ＥＭＩ対策の中実の前面および溶接された縁、スナップインカバー９８８、合成材料部分、プラスチック材料部分、ハンドル９８６、接地部分、スタンドオフ、冷却ポート開口、エンボス加工された端子マーキング、コントローラなどの構成要素を表示するための窓、ならびに他の同種のものを含むことができる。

一態様では、スナップインカバー９８８が、プラスチックなどの合成材料を含むことができる。一態様では、スナップインカバー９８８を成形品とすることができる。一態様では、接続を容易にするために、スナップインカバー９８８がキャプティブファスナ部分を含むことができる。例えば、スナップインカバー９８８は、接続を容易にするためにキャプティブ六角のナットを含むことができる。一態様では、インバータ９９０が、相出力９３０およびスナップインカバー９８８のさまざまな置換物および／または構成を含むことができ、これらの構成を、インバータ９９０に組み込むことができる。

図６１は、２つの異なるパワーモジュールについて、接合部温度を出力電流に対してプロットしたグラフを示している。

図６１を参照する。パワーモジュールの２つのバージョンを試験した。パワーモジュールの第１のバージョンは、最大ケース温度定格１２５℃（摂氏）の１２００Ｖハーフブリッジパワーモジュールとして実施した。このパワーモジュールのドレイン－ソースオン状態抵抗は、最大接合部温度１７５℃において４．６ｍΩ（ミリオーム）であった。このパワーモジュールは、平面銅ベースプレート装着面を有するように実施された。

パワーモジュールの第２のバージョンは、同じパワーデバイス３０２を利用し、図４３～５８および関連説明を参照して本明細書に開示されているようにベースプレート６０２上にピンフィン６４２が配置された直接冷却式の銅ピンフィンベースプレートを実施した。

パワーモジュールの平面ベースプレートバージョンでは、熱経路の空隙を埋めるために、パワーモジュールとヒートシンクまたはコールドプレートとの間に熱界面材料（ＴＩＭ）を適用する必要があった。このＴＩＭの効果は、パワーモジュールケースとコールドプレートとの間に追加の熱インピーダンスを提供した。直接冷却式のパワーモジュールは、図４３～５８および関連説明を参照して本明細書に開示されたピンフィン６４２を含み、冷却材と直接に接触するように設計されており、このことはＴＩＭの必要性を否定した。

その結果、図４３～５８および関連説明を参照して本明細書に開示された直接冷却式のパワーモジュールを使用したときには、平面ベースプレートパワーモジュールに比べて、熱インピーダンスが低減した。パワーモジュールの平面ベースプレートバージョンについては、この試験を、冷却材温度２５℃の特注の微小変形（ｍｉｃｒｏｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）液体冷却式コールドプレートおよび高性能ＴＩＭを使用して実行した。最大電力散逸は、１スイッチ位置当たり７５０Ｗと測定された。

図４３～５８および関連説明を参照して本明細書に開示されたパワーモジュールの直接冷却バージョンについては、この試験を、内部冷却材チャネルおよび機械加工された空洞を有するコールドプレート９０２と、漏れを防ぐためのガスケットシールとを使用して実行した。機械加工された空洞は、内側に着座したベースプレート６０２を含み、冷却材がピンフィン６４２の間を通り抜けることを可能にする。最大電力散逸は、１スイッチ位置当たり１０００Ｗと測定された。両方の試験に関して、接合部温度を、サーマルカメラおよびバーチャルジャンクション技法（ｖｉｒｔｕａｌｊｕｎｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）を用いてモニタリングした。

図４３～５８および関連説明を参照して本明細書に開示されたシステムレベルにおける直接冷却式パワーモジュール１００の性能上の利点を示すため、３相インバータ内にこれらのパワーモジュールを取り付け、用途条件下で試験した。８００ＶのＤＣバス、２０ｋＨｚのスイッチング周波数、３相負荷、および２５℃の一定の冷却材温度を使用して。

このＤＣバス電圧をインバータに印加した後、インバータの出力電流をゆっくりと増大させ、その間に、パワーモジュールに組み込まれた温度センサをモニタリングした。パワーデバイスの熱画像化を可能にするためにリッドを省いた特別に構築されたパワーモジュールを試験することによって、温度センサ測定値を接合部温度と相関させた。

図６１に示されているように、インバータ内に実施されたパワーモジュールの平面ベースプレートバージョンは、最大４１０Ａ_RMS（アンペア－自乗平均）を処理することが分かり、一方、本開示のパワーモジュール１００の直接冷却バージョンは、４９０Ａ_RMSを処理することが分かった。したがって、図４３～５８および関連説明によるピンフィン６４２を実施するパワーモジュール１００は、出力電流能力の２０％の増大に対応した。

図４３～５８に関連したパワーモジュール１００は、異なる電圧、温度定格、オン状態抵抗、異なる最大接合部温度、異なる冷却材温度、異なるスイッチング周波数および他の同種のものを有するように実施することができ、同様に、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を増大させることに留意すべきである。この点に関して、出力電流能力を、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて５％～４０％、５％～１０％、１０％～１５％、１５％～２０％、２０％～２５％、２５％～３０％、３０％～３５％、３５％～４０％、１０％～３０％、２０％～４０％、１５％～３５％または１５％～４０％増大させることができる。この点に関して、出力電流能力を、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて少なくとも５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％または４０％増大させることができる。さらに、本明細書に記載されているとおりに実施された図４３～５８に関連したパワーモジュール１００によって、他の数多くの性能向上が企図される。

本開示の１つまたは複数の態様では、炭化シリコン（ＳｉＣ）ＭＯＳＦＥＴを十分に利用するように特に最適化された開示されたパワーモジュール１００に基づく高性能でコンパクトなモジュール式の３相インバータ内で、パワーモジュール１００を実施することができる。いくつかの態様では、２重インバータまたは単一インバータとしてインバータが構成されることを、モジュール式のＡＣ出力が可能にする。いくつかの態様では、両面コールドプレート、特注のキャパシタおよび直接冷却式のＳｉＣモジュールが、このインバータに対する極めて高い電力密度を可能にすることができる。パワーモジュール１００およびキャパシタを含む全てのクリティカル構成要素の寄生要素が、最も低い全漂遊インダクタンスを保証することが確認された。いくつかの態様では、このユニットが、８００ＶのＤＣバスおよび４８０Ｖ／８３０Ａの相電流を使用して、用途条件下で動作することができる。

この点に関して、従来のパワーパッケージは、現状技術のシリコン（Ｓｉ）ＩＧＢＴに対する効果的で十分に受け入れられた産業解決策である。しかしながら、従来のパワーパッケージは、ＳｉＣベースの技術が提供するものの利点を十分に利用することができないでいる。従来のパワーパッケージのフットプリントおよび内部レイアウトは本来、Ｓｉデバイスに対して設計されたものである。Ｓｉデバイスは通常、単一のまたは少数の並列化された大きなデバイスを有し、このようなデバイスでは信号ネットワークが長い経路をたどる。ＩＧＢＴのバイポーラ性は、上述の設計トレードオフが許容されるような態様でスイッチング速度を制限する。

ＳｉＣデバイスの高性能属性を十分に利用するため、開示されたパワーモジュール１００に関連して技術中心の設計が適用された。本開示のパワーモジュール１００は、既存のモジュール設計の短所を解決する。この点に関して、本開示のＳｉＣ中心設計は、より小さな多数のダイを、それらのダイが動的電流を均一に共有するように並列に配置することを可能にし、高速度下であってもＳｉＣダイが均一にスイッチングするような短経路平行平面によって信号ネットワークを最適化する。

これらのニーズを満たすため、開示されたパワーモジュール１００は、市販の６５０～１７００ＶのＳｉＣＭＯＳＦＥＴの全てのサイズから最大性能を達成するように高度に最適化されている。開示されたパワーモジュール１００のいくつかの態様は、小さなフットプリント（５３ｍｍ×８０ｍｍ）で高電流（３００～＞６００Ａ）を運ぶ能力を提供し、まっすぐなバッシングおよび相互接続を可能にする端子配置を有する。開示されたパワーモジュール１００の均等に整合した低インダクタンスレイアウトは、その結果として高品質のスイッチング事象をもたらし、パワーモジュール１００の内部および外部の振動を最小化する。いくつかの実施態様では、開示されたパワーモジュール１００が、約６．７ｎＨの漂遊インダクタンス、および６２ｍｍモジュールの約６０％でしかない面積を有することができる。パワーモジュール１００の開示された電流ループは、それらの電流ループがそれぞれ、スイッチ位置を横切って同等のインピーダンスを有するように、幅が広く、低プロファイルで、デバイス間で均一に分配されるよう設計されている。ＤＣリンクキャパシタとパワーモジュール１００の間のバスバーを、屈曲部、コイニング、スタンドオフまたは複雑な分離を必要とすることなしに、パワーモジュール１００までずっと積層化することができるように、パワー端子を垂直にオフセットさせることができる。最終的に、これが、ＤＣリンクキャパシタおよびＳｉＣデバイスからのパワーループの全体を通じて低インダクタンスを達成する。

ＳｉＣパワーデバイスの高い電流密度により、パワーモジュール１００およびコールドプレートの熱的性能は、熱流束を最大化すること、ならびにシステムサイズおよびコストを低減させることを可能にする。開示された直接冷却式のパワーモジュールは、既存の平面ベースプレートパワーモジュールの熱的性能をしのぐ熱的性能を有する銅ピンフィンベースプレートを実施することができる。平面ベースプレートパワーモジュールでは、熱経路の空隙を埋めるために、パワーモジュールとヒートシンクまたはコールドプレートとの間に熱界面材料（ＴＩＭ）を適用する必要がある。このＴＩＭの効果は、モジュールケースとコールドプレートとの間の追加の熱インピーダンスである。直接冷却式のパワーモジュール１００は、冷却材と直接に接触するように設計されたピンを有し、このことはＴＩＭの必要性を否定する。図６１に示されているように、パワーモジュールの平面ベースプレートバージョンは、最大４１０Ａ_RMSを処理することができ、一方、パワーモジュール１００の直接冷却バージョンは、４９０Ａ_RMSを処理することができる。これは、出力電流能力の２０％の増大に対応する。

いくつかの態様では、独特の両面コールドおよび低寄生、高性能の同じ設計によってパワーモジュール１００の数を追加するインバータ設計で、開示されたパワーモジュール１００を実施することができる。一態様では、同じフットプリント面積でパワーモジュール１００の数を２倍にすることを可能にする頂面および底面の冷却面を特徴とする両面コールドプレートを利用することができ、この特徴は、本開示の直接冷却式のパワーモジュール１００とともに使用されたときに、先行技術の実施態様に比べて２倍を超える電力密度を与える。いくつかの態様では、パワーモジュールの頂部バンクと底部バンクの両方に直接に取り付けられる、本明細書に開示された統合された積層端子を有するように、特注のＤＣリンクキャパシタを実施することができる。この設計は、パワーモジュール１００とキャパシタの間の低い漂遊インダクタンスを有し、別個のバスバーの必要性を排除する。本開示の非平面パワーモジュール１００は、キャパシタ端子アセンブリが屈曲部を持たないことを可能にし、このことはコストを低減させ、重なりを最大化する。これらのＤＣ入力端子をキャパシタに組み込むことができ、これによって、６つのハーフブリッジモジュールを相互接続する密に統合された解決策を生み出される。

いくつかの態様では、デバイスを効果的にスイッチングし、故障条件下で最大のサバイバビリティ（ｓｕｒｖｉｖａｂｉｌｉｔｙ）を提供するために、高ノイズ余裕度および高速保護を有するゲートドライバによって、開示されたパワーモジュール１００をサポートすることができる。

いくつかの態様では、ＡＣ出力端子を、モジュール式のサブアセンブリとして設計および実施することができる。これは、インバータが、４３０Ａ_RMS以上の出力および６つ以上の電流センサを有する２重３相インバータとして、または８６０Ａ_RMS以上の出力電流および３つ以上の電流センサを有する単一の３相インバータとして構成されることを可能にする。

開示された両面コールドプレートアセンブリは、ガスケットシールを用いて頂面および底面に装着された本明細書に記載された直接冷却式のパワーモジュール１００、ならびにセンサ、モジュール、コールドプレートおよびキャパシタを含むインバータとともに実施することができる。

システムの高性能性を確認するため、周波数領域と時間領域の両方で構成要素を評価した。いくつかの態様では、小信号寄生抽出（ｓｍａｌｌ－ｓｉｇｎａｌｐａｒａｓｉｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）が、漂遊インダクタンスを最小化するための反復設計過程で利用することができる寄生要素の正確な測定を可能にする。オーバシュート電圧とリンギングの両方に対するスイッチング波形の品質を、パワーモジュールごとに、モジュールおよびＤＣリンクキャパシタの８００Ｖと６００Ａでのダブルパルス試験によって確認した。いくつかの態様では、電流密度のバランスをとり、漂遊インダクタンスを最小化するような最適な端子間隔および配置を有するＤＣリンクキャパシタ設計を実施することができる。

これに応じて、本開示は、熱に対処し、出力電流能力を増大させるように構成されたパワーモジュール１００および関連システムであって、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて改良されたパワーモジュール１００および関連システムを説明した。さらに、開示されたパワーモジュール１００は、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成、３相構成および他の同種の構成を含む数多くのトポロジで実施することができる。パワーモジュール１００の用途は、電力システム、モータシステム、自動車モータシステム、充電システム、自動車充電システム、車両システム、産業用モータドライブ、埋込みモータドライブ、無停電電源、ＡＣ－ＤＣ電源、溶接機電源、軍用システム、インバータ、風力タービン用、ソーラーパワーパネル用、潮力発電所用および電気自動車（ＥＶ）用のインバータ、コンバータ、ならびに他の同種のものを含むことができる。

これに応じて、本開示はさらに、安定性を増大させ、スイッチング損失を減らし、ＥＭＩを低減させ、システム構成要素に対するストレスを制限するために、ループインダクタンスなどの寄生インピーダンスに対処するように構成された、改良されたパワーモジュール１００および関連システムを説明した。具体的には、開示されたパワーモジュールは、開示された配置とともに、インダクタンスを低減させる能力、いくつかの態様ではインダクタンスを１０％も低減させる能力を有する。さらに、開示されたパワーモジュール１００は、ハーフブリッジ構成、フルブリッジ構成、共通ソース構成、共通ドレイン構成、中性点クランプ構成および３相構成を含む数多くのトポロジで実施することができる。パワーモジュール１００の用途は、モータドライブ、ソーラーインバータ、回路遮断器、保護回路、ＤＣ－ＤＣコンバータおよび他の同種の用途を含む。

本開示のパワーモジュール１００は、所与の用途に対して固有の電力処理ニーズならびにサイズおよび重量制限の範囲内にある大部分のシステムに対して適合可能である。本開示に記載されたパワーモジュール設計およびシステムレベル構造は、高いレベルの電力密度および体積利用率が達成されることを可能にする。

以上に、本開示の態様を、本開示の態様が示された添付図面を参照して説明した。しかしながら、多くの異なる形態で本開示を実施することができること、および本開示が上で説明した態様に限定されると解釈すべきでないことが理解される。これらの態様はむしろ、本開示が徹底的かつ完全なものとなり、本開示が、本開示の範囲を当業者に十分に伝えるものになるように提供される。さらに、記載されたさまざまな態様は別々に実施することができる。さらに、記載されたさまざまな態様のうちの１つまたは複数の態様を組み合わせることができる。全体を通じて、同じ符号は同じ要素を指す。

本明細書の全体を通じて、さまざまな要素を記述するために第１、第２などの用語が使用されているが、それらの要素はこれらの用語によって限定されないことが理解される。これらの用語は、１つの要素を別の要素から識別するために使用されているだけである。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素が第２の要素と呼ばれることがあり、同様に第２の要素が第１の要素と呼ばれることもある。用語「および／または」は、列挙された関連項目のうちの１つまたは複数の項目のあらゆる組合せを含む。

本明細書で使用されている用語は、特定の態様を記述することだけを目的としており、それらの用語が本開示を限定することは意図されていない。文脈からそうでないことが明らかである場合を除き、本明細書で使用されているとき、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は複数形も含むことが意図されている。本明細書で使用されるとき、用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」および／または「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、明示された特徴、完全体（ｉｎｔｅｇｅｒ）、ステップ、動作、要素および／または構成要素の存在を指定するが、他の１つまたは複数の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しないことも理解される。

層、領域または基板などの要素が別の要素「上に」ある、または別の要素「上に」延びていると書かれているとき、その要素は、この別の要素上に直接にあること、またはこの別の要素上に直接に延びていることがあり、あるいは介在要素が存在することもあることが理解される。反対に、１つの要素が別の要素「上に直接に」ある、または別の要素「上に直接に」延びていると書かれているとき、介在要素は存在しない。また、１つの要素が別の要素に「接続されている」または「結合されている」と書かれているとき、その要素は、この別の要素に直接に接続されていること、またはこの別の要素に直接に結合されていることがあり、あるいは介在要素が存在することもあることも理解される。反対に、１つの要素が別の要素に「直接に接続されている」または「直接に結合されている」と書かれているとき、介在要素は存在しない。

本明細書では、図に示されている１つの要素、層または領域と別の要素、層または領域との関係を記述するために、「下方（ｂｅｌｏｗ）」もしくは「上方（ａｂｏｖｅ）」または「上側（ｕｐｐｅｒ）」もしくは「下側（ｌｏｗｅｒ）」または「頂（ｔｏｐ）」もしくは「底（ｂｏｔｔｏｍ）」などの相対語が使用されていることがある。これらの用語は、図に示された向きに加えて、デバイスの異なる向きを包含することが意図されていることが理解される。

本明細書では、本開示の態様が、本開示の理想化された実施形態（および中間構造体）の概略図である断面図を参照して説明されている。分かりやすくするため、図面中の層および領域の厚さが誇張されていることがある。さらに、例えば製造技法および／または製作公差の結果として、図示の形状からの変動が予想される。

図面および明細書には本開示の典型的な態様が開示されている。特定の用語が使用されているが、それらの用語は、一般的な説明的意味でのみ使用されており、限定のために使用されているわけではない。本開示の範囲は、以下の特許請求項に記載されている。

本開示の態様は、通信チャネルによる有線／無線通信機能を有する、例えばデスクトップコンピュータ、パーソナルコンピュータ、ラップトップ／モバイルコンピュータ、パーソナルデータアシスタント（ＰＤＡ）、移動電話、タブレットコンピュータ、クラウドコンピューティングデバイスおよび他の同種のものなどの、任意のタイプのコンピューティングデバイス内で実施することができる。

さらに、本開示のさまざまな態様によれば、本明細書に記載された方法は、限定はされないが、ＰＣ、ＰＤＡ、半導体、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理アレイ、クラウドコンピューティングデバイスおよび他のハードウェアデバイスを含む、本明細書に記載された方法を実施するように構築された専用ハードウェア実施態様によって機能することが意図されている。

本明細書に記載された本開示のソフトウェア実施態様は、有形のストレージ媒体、例えば、１つもしくは複数のリードオンリー（不揮発性）メモリ、ランダムアクセスメモリもしくは他の再書込み可能（揮発性）メモリを収容した、ディスクもしくはテープなどの磁気媒体、ディスクなどの光磁気もしくは光学媒体、またはメモリカードもしくは他のパッケージなどの固体状態媒体に記憶されていてもよいことにも留意すべきである。電子メールのディジタル添付ファイル、または他の独立情報アーカイブもしくはアーカイブのセットは、有形のストレージ媒体と等価の配布媒体とみなされる。したがって、本開示は、本明細書のソフトウェア実施態様が記憶された、本明細書に挙げられた有形のストレージ媒体または配布媒体、ならびに当技術分野で認められている等価物および後継媒体を含むとみなされる。

さらに、本開示のさまざまな態様を、一般的でないコンピュータ実施態様で実施することもできる。さらに、本明細書の開示から明らかなとおり、本明細書に記載された本開示のさまざまな態様は、システムの機能を向上させる。さらに、本開示のさまざまな態様は、本開示が対処する複雑な問題を解決するように特にプログラムされたコンピュータハードウェアを含む。したがって、本開示のさまざまな態様は、本開示によって記載された方法を実行する、特許請求項によって定義されたその特定の実施態様において、システムの機能を全体的に向上させる。

例示的な態様に関して本発明を説明してきたが、添付の特許請求項の趣旨および範囲に含まれる変更を加えて、本開示を実施することができることを当業者は理解するであろう。上に示されたこれらの例は例示だけを目的としており、それらの例が、本開示の可能な全ての設計、態様、用途または変更の網羅的なリストであることは意図されていない。この点に関して、さまざまな態様、特徴、構成要素、要素、モジュール、配置、回路および他の同種のものが、相互に交換可能であること、混合されること、整合されること、組み合わされること、および他の同種のことが企図とされる。この点に関して、本開示のさまざまな特徴はモジュールであり、それらの特徴を互いに混合すること、および互いに整合させることができる。

Claims

パワーモジュールであって、
少なくとも１つの導電性パワー基板と、
前記少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続された第１の端子と、
第２の端子と、
前記少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続された第３の端子と、
前記少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置され、かつ前記少なくとも１つの導電性パワー基板に接続された複数のパワーデバイスと、
ベースプレートおよび前記ベースプレート上に配置された前記少なくとも１つの導電性パワー基板と、
前記ベースプレートの底面に配置された複数のピンフィンであって、前記パワーモジュールに直接冷却を提供するように構成され、エーロフォイル形断面形状および／または翼形断面形状を備える、複数のピンフィンと、
を備え、
前記複数のピンフィンが、基部、終端面、および１つまたは複数の表面を含み、前記１つまたは複数の表面が、前記基部から前記終端面まで延び、次第に狭くなる、
パワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、前記ベースプレートの底面に配置されており、
前記複数のピンフィンが、前記複数のピンフィン間に流路を形成するように構築および配置されており、
前記流路が、前記パワーモジュールの第１の軸および第２の軸に対して平行であり、
前記第１の端子が、前記ハウジング上に位置する接触面を備え、
前記第２の端子が、前記ハウジング上に位置する接触面を備え、
前記第３の端子が、前記複数のパワーデバイスのうちの少なくとも１つのパワーデバイスに電気的に接続されている、
請求項１に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンのうちのそれぞれのピンフィンが前記ベースプレートと一体に形成されており、前記ベースプレートと同じ材料を含み、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
前記基部が、前記終端面の断面形状とは異なる断面形状を有する、請求項１に記載のパワーモジュール。
前記終端面が、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、非対称断面形状、エーロフォイル形断面形状および翼形断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項４に記載のパワーモジュール。
前記基部が、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、正方形断面形状、長方形断面形状、円形断面形状、楕円断面形状および対称断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項４に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、前記ベースプレートに取り付けられた前記基部と、前記ベースプレートおよび前記基部から遠ざかるように延びる少なくとも１つの表面と、前記少なくとも１つの表面に接続された前記終端面とを含み、
前記少なくとも１つの表面が前記ベースプレートから遠ざかるように延びており、前記少なくとも１つの表面が前記終端面まで延びるにつれて、前記少なくとも１つの表面が次第に狭くなっている、
請求項１に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を５％～４０％増加させるように構成されており、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を１５％増加させるように構成されており、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
請求項１に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、コールドプレートをさらに備えるシステム。
請求項１に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、コールドプレート、ならびにインバータ、電力システム、モータシステム、コンバータおよびＡＣ－ＤＣ電源のうちの少なくとも１つをさらに備えるシステム。
パワーモジュールであって、
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に配置された少なくとも１つのパワー基板と、
前記少なくとも１つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第１の端子と、
第２の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第３の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたゲート－ソースボードと、
前記ベースプレートの底面に配置された複数のピンフィンであって、前記パワーモジュールに直接冷却を提供するように構成され、エーロフォイル形断面形状および／または翼形断面形状を備える、複数のピンフィンと、
を備え、
前記複数のピンフィンが、基部および終端面を含み、前記基部が、前記終端面の断面形状とは異なる断面形状を有する、
パワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、前記ベースプレートの底面に配置されており、
前記複数のピンフィンが、前記複数のピンフィン間に流路を形成するように構築および配置されており、
前記流路が、前記パワーモジュールの第１の軸および第２の軸に対して平行である、
請求項１２に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンのうちのそれぞれのピンフィンが前記ベースプレートと一体に形成されており、前記ベースプレートと同じ材料を含み、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項１２に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、前記基部、前記終端面、および１つまたは複数の表面を含み、前記１つまたは複数の表面が、前記基部から前記終端面まで延びている、請求項１２に記載のパワーモジュール。
前記終端面が、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、非対称断面形状、エーロフォイル形断面形状および翼形断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項１５に記載のパワーモジュール。
前記基部が、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、正方形断面形状、長方形断面形状、円形断面形状、楕円形断面形状および対称断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項１５に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、輪郭断面形状、円形断面形状、正方形断面形状および長方形断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項１２に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、前記ベースプレートに取り付けられた前記基部と、前記ベースプレートおよび前記基部から遠ざかるように延びる少なくとも１つの表面と、前記少なくとも１つの表面に接続された前記終端面とを含み、
前記少なくとも１つの表面が前記ベースプレートから遠ざかるように延びており、前記少なくとも１つの表面が前記終端面まで延びるにつれて、前記少なくとも１つの表面が次第に狭くなっている、
請求項１２に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を５％～４０％増加させるように構成されており、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項１２に記載のパワーモジュール。
前記複数のピンフィンが、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を１５％増加させるように構成されており、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項１２に記載のパワーモジュール。
請求項１２に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、コールドプレートをさらに備えるシステム。
請求項１２に記載のパワーモジュールを備えるシステムであって、コールドプレート、ならびにインバータ、電力システム、モータシステム、コンバータおよびＡＣ－ＤＣ電源のうちの少なくとも１つをさらに備えるシステム。
パワーモジュールを構成する方法であって、
少なくとも１つのパワー基板を提供すること、
前記少なくとも１つのパワー基板上にハウジングを配置すること、
前記少なくとも１つのパワー基板に第１の端子を電気的に接続すること、
第２の端子を提供すること、
前記少なくとも１つのパワー基板に第３の端子を電気的に接続すること、
前記少なくとも１つのパワー基板に複数のパワーデバイスを電気的に接続すること、
前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたゲート－ソースボードを装着すること、
を含み、
前記ゲート－ソースボードが、少なくとも１つの電気信号を受け取るように構成されており、前記方法がさらに、
ベースプレートを提供すること、
前記ベースプレート上に前記少なくとも１つのパワー基板を配置すること、
前記ベースプレートの底面に配置され、エーロフォイル形断面形状および／または翼形断面形状を備える、複数のピンフィンを提供すること、および
前記複数のピンフィンを、前記パワーモジュールの少なくとも１つの構成要素を冷却するように構成すること、
を含み、
前記複数のピンフィンが、基部および終端面を含み、前記基部が、前記終端面の断面形状とは異なる断面形状を有する、
パワーモジュールを構成する方法。
前記複数のピンフィンを、前記パワーモジュールに直接冷却を提供するように構成すること、
前記複数のピンフィンを、前記ベースプレートの底面に配置すること、
前記複数のピンフィンを、前記複数のピンフィン間に流路を形成するように配置すること、
をさらに含み、
前記流路が、前記パワーモジュールの第１の軸および第２の軸に対して平行である、
請求項２４に記載のパワーモジュールを構成する方法。
前記複数のピンフィンを、前記基部、前記終端面、および１つまたは複数の表面を含むように構成することをさらに含み、前記１つまたは複数の表面が、前記基部から前記終端面まで延びている、請求項２４に記載のパワーモジュールを構成する方法。
前記終端面が、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、非対称断面形状、エーロフォイル形断面形状および翼形断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項２６に記載のパワーモジュールを構成する方法。
前記基部が、前記ベースプレートの表面に対して平行な平面に関する断面形状を含み、
前記断面形状が、正方形断面形状、長方形断面形状、円形断面形状、楕円形断面形状および対称断面形状のうちの少なくとも１つの断面形状を含む、
請求項２６に記載のパワーモジュールを構成する方法。
前記複数のピンフィンが、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を５％～４０％増加させるように構成されており、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項２６に記載のパワーモジュールを構成する方法。
前記複数のピンフィンが、直接冷却式でないパワーモジュールに比べて出力電流能力を１５％増加させるように構成されており、前記複数のピンフィンの隣り合う実装が、前記パワーモジュールの第１の軸または第２の軸に対して平行に配置されている、請求項２６に記載のパワーモジュールを構成する方法。
請求項２４に記載のパワーモジュールを構成する方法を含む、パワーモジュールを構成および試験する方法であって、
パワーモジュール構成体を提供することおよび前記パワーモジュール構成体を備える前記パワーモジュールを配置すること、
少なくとも１つのバスバー、ドライバ、コントローラ、少なくとも１つのキャパシタ、コールドプレートおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つを含む少なくとも１つの構成要素を備える前記パワーモジュール構成体を提供すること、
前記パワーモジュールおよび前記少なくとも１つの構成要素を収容し、囲うように構成体ハウジングを配置すること、
前記パワーモジュール構成体を用いて前記パワーモジュールおよび前記少なくとも１つの構成要素を動作すること、
前記パワーモジュール構成体の少なくとも１つの動作パラメータを測定すること、
前記パワーモジュール構成体から前記少なくとも１つの動作パラメータを出力すること、
をさらに含む、パワーモジュールを構成および試験する方法。
前記パワーモジュール構成体が、インバータ、電力システム、モータシステムおよび充電システムのうちの少なくとも１つを備える、請求項３１に記載のパワーモジュールを構成および試験する方法。
前記パワーモジュールを提供することが、
少なくとも１つのパワー基板と、
前記少なくとも１つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第１の端子と、
第２の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
を提供することを含み、
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールのスイッチング速度を増大させるように構築、配置および構成されており、
前記パワーモジュールの前記スイッチング速度が、１００（Ａ／ナノ秒）よりも小さい、
請求項３１に記載のパワーモジュールを構成および試験する方法。
前記パワーモジュールを提供することが、
少なくとも１つのパワー基板と、
前記少なくとも１つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第１の端子と、
第２の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
を提供することを含み、
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールのスイッチング速度を増大させるように構築、配置および構成されており、
前記パワーモジュールの前記スイッチング速度が、８０（Ｖ／ナノ秒）よりも小さい、
請求項３１に記載のパワーモジュールを構成および試験する方法。
電気インタフェースを通して、前記ドライバ、前記コントローラおよび前記少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つとデータを交換することをさらに含み、
前記少なくとも１つの構成要素が、前記少なくとも１つのバスバー、前記ドライバ、前記コントローラ、前記少なくとも１つのキャパシタ、前記コールドプレートおよび前記少なくとも１つのセンサを備える、
請求項３１に記載のパワーモジュールを構成および試験する方法。
前記パワーモジュール構成体を用いる特定の用途向けの前記パワーモジュールの実施態様を試験することをさらに含み、
前記特定の用途が、インバータ、電力システム、モータシステムおよび充電システムのうちの少なくとも１つを備える、
請求項３１に記載のパワーモジュールを構成および試験する方法。
電気インタフェースを通して、前記ドライバ、前記コントローラおよび前記少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つに接続すること、
前記パワーモジュール構成体を用いる特定の用途向けの前記パワーモジュールの実施態様を試験すること、
をさらに含み、
前記特定の用途が、インバータ、電力システム、モータシステムおよび充電システムのうちの少なくとも１つを備える、
請求項３１に記載のパワーモジュールを構成および試験する方法。
冷却ファンを用いて、前記構成体ハウジング内を通り抜けるように空気を移動させることをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
請求項１に記載のパワーモジュールを備えるパワーモジュール構成体を試験するように構成された試験構成体であって、
前記パワーモジュールを含むパワーモジュール構成体と、
少なくとも１つのバスバー、ドライバ、コントローラ、少なくとも１つのキャパシタ、コールドプレートおよび少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つを備える少なくとも１つの構成要素をさらに備える前記パワーモジュール構成体と、
前記パワーモジュールおよび前記少なくとも１つの構成要素を収容し、囲うための構成体ハウジングと、
前記パワーモジュールおよび前記少なくとも１つの構成要素を動作するように構成された前記パワーモジュール構成体と、
前記パワーモジュール構成体の少なくとも１つの動作パラメータを測定するように構成された前記パワーモジュール構成体と、
前記パワーモジュール構成体から前記少なくとも１つの動作パラメータを出力するように構成された前記パワーモジュール構成体と、
を備える、試験構成体。
前記パワーモジュールが、
少なくとも１つのパワー基板と、
前記少なくとも１つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第１の端子と、
第２の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第３の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
のうちの少なくとも１つを備え、
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールのスイッチング速度を増大するように構築、配置および構成されており、
前記パワーモジュールの前記スイッチング速度が、１００（Ａ／ナノ秒）よりも小さい、
請求項３９に記載の試験構成体。
前記パワーモジュールの前記スイッチング速度が、８０（Ｖ／ナノ秒）よりも小さい、請求項４０に記載の試験構成体。
前記パワーモジュールが、
少なくとも１つのパワー基板と、
前記少なくとも１つのパワー基板上に配置されたハウジングと、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された第１の端子と、
第２の端子と、
前記少なくとも１つのパワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
を備え、
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールのスイッチング速度を増大するように構築、配置および構成されており、
前記パワーモジュールの前記スイッチング速度が、１００（Ａ／ナノ秒）よりも小さい、
請求項３９に記載の試験構成体。
前記ドライバ、前記コントローラおよび前記少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つに接続され、前記ドライバ、前記コントローラおよび前記少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つとデータを交換するように構成された電気インタフェースをさらに備える、請求項３９に記載の試験構成体。
前記パワーモジュール構成体が、特定の用途向けの前記パワーモジュールの実施態様を試験するように構成され、
前記特定の用途が、インバータ、電力システム、モータシステムおよび充電システム
のうちの少なくとも１つを備える、
請求項３９に記載の試験構成体。
電気インタフェースを通して、前記ドライバ、前記コントローラおよび前記少なくとも１つのセンサのうちの少なくとも１つに接続すること、
前記構成体を用いる特定の用途のための前記パワーモジュールの実施態様を試験すること、
をさらに含む、請求項３９に記載の試験構成体。
前記構成体ハウジング内を通り抜けるように空気を移動させるよう構成された冷却ファンをさらに備える、請求項３９に記載の試験構成体。
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールの高さを低減するように構築、配置および構成されており、
前記パワーモジュールの前記高さが、７ｍｍ～３０ｍｍの範囲を含む、
請求項１に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールの前記高さが、９ｍｍ～１１ｍｍの範囲を含む、請求項４７に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールの前記高さが、１５ｍｍ～１７ｍｍの範囲を含む、請求項４７に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールの前記高さが、２３ｍｍ～２７ｍｍの範囲を含む、請求項４７に記載のパワーモジュール。
前記第１の端子が、前記ハウジングよりも高い、第１の高さのところに位置する接触面を備え、
前記第２の端子が、前記ハウジングよりも高い、前記第１の高さとは異なる第２の高さのところに位置する接触面を備える、
請求項４７に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールのクリティカルパワースイッチングループの全漂遊インダクタンス値が１２（ｎＨ）～２（ｎＨ）の範囲を含む、請求項４７に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールの端子利用率を増大させるように構築、配置および構成されており、
前記端子利用率が、パワーモジュールベースの幅に対する前記端子の全接触幅を含むベース比を含み、
前記ベース比が、７０％～９５％の範囲にある、
請求項１に記載のパワーモジュール。
前記ベース比が７０％～８０％の範囲にある、請求項５３に記載のパワーモジュール。
前記ベース比が８０％～９０％の範囲にある、請求項５３に記載のパワーモジュール。
前記ベース比が９０％～９５％の範囲にある、請求項５３に記載のパワーモジュール。
パワーモジュールベースの前記幅が前記少なくとも１つの導電性パワー基板の幅を含む、請求項５３に記載のパワーモジュール。
前記第１の端子が、前記ハウジングよりも高い、第１の高さのところに位置する接触面を備え、
前記第２の端子が、前記ハウジングよりも高い、前記第１の高さとは異なる第２の高さのところに位置する接触面を備える、
請求項５３に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールのクリティカルパワースイッチングループの全漂遊インダクタンス値が１２（ｎＨ）～２（ｎＨ）の範囲を含む、請求項５３に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールが、前記パワーモジュールの端子面積を増大させるように構築、配置および構成されており、
前記端子面積が、全パワーモジュール面積に対する全接触面積を含む端子面積比を含み、前記端子面積比が１５％～５０％の範囲を有する、
請求項１に記載のパワーモジュール。
前記端子面積比が、２０％～４０％の範囲を有する、請求項６０に記載のパワーモジュール。
前記端子面積比が２０％～２５％の範囲を有する、請求項６１に記載のパワーモジュール。
前記端子面積比が２５％～３０％の範囲を有する、請求項６１に記載のパワーモジュール。
前記端子面積比が３０％～３５％の範囲を有する、請求項６１に記載のパワーモジュール。
前記第１の端子が、前記ハウジングよりも高い、第１の高さのところに位置する接触面を備え、
前記第２の端子が、前記ハウジングよりも高い、前記第１の高さとは異なる第２の高さのところに位置する接触面を備える、
請求項６０に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールのクリティカルパワースイッチングループの全漂遊インダクタンス値が１２（ｎＨ）～２（ｎＨ）の範囲を含む、請求項６０に記載のパワーモジュール。
前記パワーモジュールが、０．５（ｍＪ／Ａ）から０．２５（ｍＪ／Ａ）の範囲のスイッチング損失を有するように構築、配置および構成されている、請求項１に記載のパワーモジュール。