具有低电感和快速开关的功率模块以及系统的制作方法

本公开涉及用于并联功率装置的具有低电感和快速开关的高功率多层模块。此外，本公开涉及配置用于并联功率装置的具有低电感和快速开关的高功率多层模块的处理。

背景技术：

1、如本领域技术人员将理解的，功率模块以各种形式已知。功率模块为功率组件(通常是功率半导体装置)提供物理防护。这些功率半导体通常在功率电子基板上焊接或烧结。功率模块通常承载功率半导体，提供电接触和热接触，并且包括电绝缘。

2、当前的电气化趋势对包括与功率模块相关联的功率半导体装置、功率电子装置等的功率模块提出了日益增长的需求，例如，改进的效率和更高的功率密度。这些需求从系统级别延伸到组件级别。然而，满足这些需求的功率模块的操作导致功率模块内的热量生成增加。由于功率半导体装置、功率电子装置等的物理限制，增加的热量生成限制了功率模块操作的能力。具体地，包括功率半导体装置、功率电子装置等的功率模块的各种组件通常具有操作温度限制。

3、此外，功率模块中的寄生阻抗限制了这些装置在现有技术中的实际实现。具体地，开关事件期间的回路电感可以导致电压过冲和振铃。这降低了稳定性，增加了开关损耗，产生了电磁干扰(emi)，并且对系统组件造成了应力。最终，这些因素可以限制最大开关频率，这期望减小功率转换系统中的外部滤波器的尺寸。

4、因此，需要一种被配置为解决额外热量生成的功率模块。

5、此外，需要一种被配置为解决寄生阻抗(诸如，回路电感)以增加稳定性、降低开关损耗、减少emi和/或限制系统组件上的应力的功率模块。

技术实现思路

1、一个总体方面包括功率模块，包括：至少一个导电功率基板；壳体，布置在至少一个导电功率基板上；第一端子，电连接到至少一个导电功率基板，第一端子包括位于壳体上的接触表面；第二端子，包括位于壳体上的接触表面；第三端子，电连接到至少一个导电功率基板；多个功率装置，布置在至少一个导电功率基板上并连接到至少一个导电功率基板，第三端子电连接到多个功率装置中的至少一个功率装置；底板；以及多个钉状翅片(pinfins)，布置在底板上，并且多个钉状翅片被配置成为功率模块提供直接冷却。

2、一个总体方面包括功率模块，包括：底板；至少一个功率基板；壳体，布置在至少一个功率基板上；第一端子，电连接到至少一个功率基板；第二端子；第三端子，电连接到至少一个功率基板；多个功率装置，电连接到至少一个功率基板；栅极-源极板，电连接到多个功率装置；以及多个钉状翅片，布置在底板上，并且多个钉状翅片被配置成为功率模块提供直接冷却。

3、一个总体方面包括配置功率模块的处理，包括：设置至少一个功率基板；在至少一个功率基板上布置壳体；将第一端子连接到至少一个功率基板；设置第二端子；将第三端子电连接到至少一个功率基板；将多个功率装置连接到至少一个功率基板；安装电连接到多个功率装置的栅极-源极板，该栅极-源极板被配置为接收至少一个电信号；设置布置在底板上的多个钉状翅片；并且配置多个钉状翅片以冷却功率模块的至少一个组件。

4、本公开的额外特征、优点和方面可以从考虑以下详细描述、附图和权利要求中被阐述或显而易见。此外，应当理解，本公开的前述概述和以下详细描述两者都是示例性的，并且旨在提供进一步的解释，而不限制所要求保护的本公开的范围。

技术特征：

1.一种功率模块，包括：

2.根据权利要求1所述的功率模块，

3.根据权利要求2所述的功率模块，其中，所述多个电阻器中的每一个电阻器电连接到所述多个功率装置中的一个功率装置的栅极。

4.根据权利要求2所述的功率模块，

5.根据权利要求4所述的功率模块，其中，所述至少一个电信号包括栅极驱动信号。

6.根据权利要求5所述的功率模块，

7.根据权利要求1所述的功率模块，

8.一种配置，包括根据权利要求1所述的功率模块，所述配置进一步包括：

9.根据权利要求8所述的配置，进一步包括：电接口，被配置为连接到以下各项中的至少一个并与以下各项中的至少一个交换数据：所述至少一个汇流条、所述驱动器、所述控制器、所述至少一个电容器、所述冷板和所述至少一个传感器。

10.根据权利要求8所述的配置，其中，所述配置被配置为针对特定应用测试所述功率模块的实现。

11.根据权利要求8所述的配置，进一步包括：冷却风扇，被配置为使空气移动通过所述配置壳体。

12.根据权利要求1所述的功率模块，其中，所述功率模块包括以回路长度、电流分布、以及横截面面积实现的电流路径，所述回路长度、电流分布、以及横截面面积被构造、布置并且配置成减小电感，并且其中，所述功率模块的临界功率开关回路的总杂散电感值包括12(nh)至2(nh)的范围。

13.根据权利要求1所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有小于100(a/ns)的开关速度。

14.根据权利要求1所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有0.5(mj/a)至0.25(mj/a)的范围的开关损耗。

15.一种功率模块，包括：

16.根据权利要求15所述的功率模块，其中，所述源极开尔文连接被配置为将所述多个镇流源级开尔文电阻器连接到所述多个功率装置中的一个功率装置的源极。

17.根据权利要求15所述的功率模块，其中，所述多个镇流源级开尔文电阻器被配置为减少所述多个功率装置之间的反馈振荡和/或均衡所述多个功率装置的所述源极开尔文信号的电流。

18.根据权利要求15所述的功率模块，进一步包括：温度传感器，布置在所述壳体内的所述至少一个功率基板上并电连接到所述栅极-源极板，其中，所述温度传感器在所述至少一个功率基板上的布置被配置为隔离所述温度传感器并且增加所述温度传感器的准确度。

19.根据权利要求18所述的功率模块，

20.根据权利要求15所述的功率模块，

21.一种配置，包括根据权利要求15所述的功率模块，所述配置进一步包括：

22.根据权利要求21所述的配置，进一步包括：电接口，被配置为连接到以下各项中的至少一个并与以下各项中的至少一个交换数据：所述至少一个汇流条、所述驱动器、所述控制器、所述至少一个电容器、所述冷板和所述至少一个传感器。

23.根据权利要求21所述的配置，其中，所述配置被配置为针对特定应用测试所述功率模块的实现。

24.根据权利要求21所述的配置，进一步包括：冷却风扇，被配置为使空气移动通过所述配置壳体。

25.根据权利要求15所述的功率模块，其中，所述功率模块包括以回路长度、电流分布、以及横截面面积实现的电流路径，所述回路长度、所述电流分布、以及所述横截面面积被构造、布置并且配置成减小电感，并且其中，所述功率模块的临界功率开关回路的总杂散电感值包括12(nh)至2(nh)的范围。

26.根据权利要求15所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有小于100(a/ns)的开关速度。

27.根据权利要求15所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有0.5(mj/a)至0.25(mj/a)的范围的开关损耗。

28.一种功率模块，包括：

29.根据权利要求28所述的功率模块，

30.一种配置，包括根据权利要求28所述的功率模块，所述配置进一步包括：

31.根据权利要求28所述的功率模块，其中，所述功率模块包括以回路长度、电流分布、以及横截面面积实现的电流路径，所述回路长度、电流分布、以及横截面面积被构造、布置并且配置成减小电感，并且其中，所述功率模块的临界功率开关回路的总杂散电感值包括12(nh)至2(nh)的范围。

32.根据权利要求28所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有小于100(a/ns)的开关速度。

33.根据权利要求28所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有0.5(mj/a)至0.25(mj/a)的范围的开关损耗。

34.一种功率模块，包括：

35.根据权利要求34所述的功率模块，其中：

36.根据权利要求34所述的功率模块，其中，所述多个钉状翅片中的每一个钉状翅片与所述底板一体形成并且包括与所述底板相同的材料。

37.根据权利要求34所述的功率模块，其中，所述多个钉状翅片包括基部、终止表面和一个或多个表面，所述一个或多个表面从所述基部延伸到所述终止表面。

38.根据权利要求37所述的功率模块，其中：

39.根据权利要求37所述的功率模块，其中：

40.根据权利要求27所述的功率模块，其中，输出电流能力比非直接冷却的功率模块大5％至40％。

41.根据权利要求34所述的功率模块，其中，输出电流能力比非直接冷却的功率模块大15％。

42.一种系统，包括根据权利要求34所述的功率模块，并且进一步包括冷板。

43.一种系统，包括根据权利要求34所述的功率模块，并且进一步包括冷板和以下各项中的至少一个：逆变器、功率系统、电机系统、转换器和ac-dc电源。

44.根据权利要求34所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有小于100(a/ns)的开关速度。

45.根据权利要求34所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有0.5(mj/a)至0.25(mj/a)的范围的开关损耗。

46.一种功率模块，包括：

47.根据权利要求46所述的功率模块，其中：

48.根据权利要求46所述的功率模块，其中，所述多个钉状翅片中的每一个钉状翅片与所述底板一体形成并且包括与所述底板相同的材料。

49.根据权利要求46所述的功率模块，其中，所述多个钉状翅片包括基部、终止表面和一个或多个表面，所述一个或多个表面从所述基部延伸到所述终止表面。

50.根据权利要求49所述的功率模块，其中：

51.根据权利要求49所述的功率模块，其中：

52.根据权利要求46所述的功率模块，其中：

53.根据权利要求46所述的功率模块，其中：

54.根据权利要求46所述的功率模块，其中，输出电流能力比非直接冷却的功率模块大5％至40％。

55.根据权利要求46所述的功率模块，其中，输出电流能力比非直接冷却的功率模块大15％。

56.根据权利要求46所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有小于100(a/ns)的开关速度。

57.根据权利要求46所述的功率模块，其中，所述功率模块被构造、布置和配置成具有0.5(mj/a)至0.25(mj/a)的范围的开关损耗。

58.一种系统，包括根据权利要求46所述的功率模块，并且进一步包括冷板。

59.一种系统，包括根据权利要求46所述的功率模块，并且进一步包括冷板和以下各项中的至少一个：逆变器、功率系统、电机系统、转换器和ac-dc电源。

60.一种配置功率模块的处理，包括：

61.根据权利要求60所述的配置功率模块的处理，进一步包括：

62.根据权利要求60所述的配置功率模块的处理，其中：

63.根据权利要求60所述的配置功率模块的处理，其中：

64.根据权利要求60所述的配置功率模块的处理，其中，输出电流能力比非直接冷却的功率模块大5％至40％。

65.根据权利要求60所述的配置功率模块的处理，其中，输出电流能力比非直接冷却的功率模块大15％。

技术总结公开了具有低电感和快速开关的功率模块以及系统。一种功率模块，包括：至少一个基板；壳体，布置在至少一个功率基板上；第一端子，电连接到至少一个功率基板；第二端子，包括接触表面；第三端子，电连接到至少一个功率基板；多个功率装置，布置在至少一个功率基板上并连接到至少一个功率基板，并且第三端子电连接到多个功率装置中的至少一个功率装置。功率模块进一步包括底板和布置在底板上的多个钉状翅片，并且多个钉状翅片被配置成为功率模块提供直接冷却，其中多个钉状翅片包括基部、终止表面和一个或多个表面，并且其中一个或多个表面从基部向终止表面延伸并逐渐变细。技术研发人员：马托伊斯·富尔塔多,布赖斯·麦克弗森,丹尼尔·马丁,亚历山大·洛斯特尔受保护的技术使用者：沃孚半导体公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2