BRPI1004830B1 - Módulo de potência - Google Patents

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BRPI1004830B1
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BR
Brazil
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power semiconductor
terminal
conductors
positive
negative
Prior art date
Application number
BRPI1004830-8A
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English (en)
Inventor
Richard Alfred Beaupre
Eladio Clemente Delgado
Ljubisa Dragoljub Stevanovic
Original Assignee
General Electric Company
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Publication date
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Abstract

dispositivo. trata-se de um dispositivo fornecido que inclui um primeiro substrato condutivo (102) e um segundo substrato condutivo (104). um primeiro componente de semicondutor de potência (118a) que tem uma primeira espessura pode ser eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo. um segundo componente de semicondutor de potência (118b) que tem uma segunda espessura pode ser eletricamente acoplado ao dito segundo substrato condutivo. um terminal positivo (142) também pode ser eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo, enquanto um terminal negativo (144) pode ser eletricamente acoplado ao segundo componente de semicondutor de potência, e um terminal de saída (146) pode ser eletricamente acoplado ao primeiro componente de semicondutor de potência e ao segundo substrato condutivo. os terminais, os componentes de semicondutor de potência, e os substratos condutivos podem ser, desse modo, incorporados em uma alça de circuito comum, e podem ser, juntos, configurados de tal modo que uma largura da alça de circuito em pelo menos uma direção seja definida por pelo menos uma dentre a primeira espessura ou a segunda espessura.

Description

“MÓDULO DE POTÊNCIA”
Campo da Invenção [001] As realizações da invenção se referem, em geral, a módulos de potência e, mais particularmente, módulos de potência que tem indutância parasita reduzida.
Antecedentes da Invenção [002] Os módulos de semicondutor de potência, ou módulos de potência, são usados para diversas aplicações de conversão de potência. Tais aplicações incluem, por exemplo, aplicações de inversão para converter potência de corrente contínua (CC - Corrente Contínua) para potência de corrente alternada (CA - Corrente Alternada), aplicações de retificação para converter potência CA para CC, aplicações de conversão de tensão para converter Potência CC de uma tensão para outra, e aplicações de conversão de frequência para converter potência CA de uma frequência de oscilação para outra. Um método comum para efetuar qualquer uma das conversões de potência acima é comutar um transistor de potência entre um estado condutivo e um estado não condutivo com um ciclo de trabalho variável cuja média é a tensão de saída desejada.
[003] Como as estruturas de comutação no módulo são repetidamente comutadas, a indutância devido à configuração do circuito (“indutância parasita”) pode levar a perdas de potência aumentada resultantes de uma maior oscilação de tensão e corrente e confiabilidade reduzida devido a tensões maiores de sobretensão aplicadas aos semicondutores de potência (IGBTs - Insulated Gate Bipolar Transistor, MOSFETs - Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor, diodos, etc.). Portanto, pode ser desejável, em alguns casos, minimizar a indutância parasita do módulo de
Petição 870190126695, de 02/12/2019, pág. 11/54
2/16 potência.
Descrição da Invenção [004] Em um aspecto, um dispositivo, como um módulo de potência, é fornecido. O dispositivo pode incluir um primeiro substrato condutivo e um segundo substrato condutivo. Um primeiro componente de semicondutor de potência que tem uma primeira espessura pode ser eletricamente acoplado a (e possivelmente disposto em) o primeiro substrato condutivo. Um segundo componente de semicondutor de potência que tem uma segunda espessura pode ser eletricamente acoplado a (e possivelmente disposto em) o segundo substrato condutivo. Por exemplo, o primeiro e o segundo componentes de semicondutor de potência podem incluir superfícies frontal e posterior opostas, e a superfície posterior do primeiro componente de semicondutor de potência pode ser eletricamente acoplada ao primeiro substrato condutivo e a superfície posterior do segundo componente de semicondutor de potência é eletricamente acoplada ao segundo substrato condutivo. O primeiro e o segundo componentes de semicondutor de potência podem ser formados de carbureto de silício, e podem incluir respectivamente pelo menos um de um dentre um transistor bipolar de desbloqueio isolado, um transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor, um diodo, e/ou um tiristor.
[005] Um terminal positivo também pode ser eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo, enquanto um terminal negativo pode ser eletricamente acoplado ao segundo componente de semicondutor de potência, e um terminal de saída pode ser eletricamente acoplado ao primeiro componente de semicondutor de potência e ao segundo substrato condutivo. Os terminais positivos, negativo e de saída podem, por exemplo, ser configurados para suportar uma corrente elétrica instantânea de pelo menos cerca de 10 A. O terminal negativo pode opor substancialmente o terminal
Petição 870190126695, de 02/12/2019, pág. 12/54
3/16 positivo, por exemplo, onde os terminais positivos e negativos estão contíguos a lados opostos de uma camada isolante de potência. Os terminais positivos e negativos podem ser substancialmente planos. O terminal de saída e o terminal positivo estão contíguos a lados opostos de uma camada isolante de saída e o terminal de saída e o terminal negativo também podem estar contíguos a lados opostos da camada isolante de saída.
[006] O dispositivo também pode incluir uma placa de base substancialmente plana. O primeiro e o segundo substratos condutivos podem ser respectivamente dispostos na placa de base e os terminais positivo e negativo podem se estender substancialmente de modo perpendicular se distanciando da placa de base. Um diodo respectivo conectado em uma disposição antiparalela através de cada um dentre o primeiro e o segundo componentes de semicondutor de potência também pode ser incluído.
[007] Condutores positivos (por exemplo, ligações por fio) podem atuar para acoplar eletricamente o terminal positivo e o primeiro substrato condutivo. Os condutores negativos (por exemplo, ligações por fio) podem acoplar eletricamente o terminal negativo e o segundo componente de semicondutor de potência. Os primeiros condutores de saída (por exemplo, ligações por fio) podem acoplar eletricamente o terminal de saída e o primeiro componente de semicondutor de potência. Os segundos condutores de saída (por exemplo, ligações por fio) podem acoplar eletricamente o terminal de saída e o segundo substrato condutivo. Cada um dos condutores positivos pode estar próximo a um primeiro condutor de saída respectivo substancialmente ao longo de um comprimento do condutor positivo respectivo, e cada um dos segundos condutores de saída pode ser próximo a um condutor negativo respectivo substancialmente ao longo de um comprimento do segundo condutor de saída respectivo.
[008] O terminal positivo e negativo, o primeiro e o segundo
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4/16 componentes de semicondutor de potência, e o primeiro e o segundo substratos condutivos podem ser, desse modo, incorporados a uma malha de circuito, e podem ser, juntos, configurados de tal modo que uma largura da malha de circuito em pelo menos uma direção seja definida por pelo menos uma dentre a primeira espessura ou a segunda espessura. Em uma realização, a primeira largura da malha de circuito em pelo menos uma direção pode ser quase igual à primeira espessura e a segunda largura da malha de circuito em pelo menos uma direção pode ser quase igual à segunda espessura, e a malha de circuito em qualquer lugar pode ter uma largura que é menor do que ou quase igual à maior dentre a primeira espessura e da segunda espessura. Em outra realização, a primeira largura da malha de circuito em pelo menos uma direção pode ser definida pela primeira espessura e a segunda largura da malha de circuito em pelo menos uma direção pode ser definida pela segunda espessura.
[009] O dispositivo pode incluir, ainda, um conector configurado para acoplar eletricamente os terminais positivo e negativo a barras de distribuição respectivas. Por exemplo, o conector pode incluir eletrodos opostos configurados para estabelecer contato elétrico respectivo com os terminais positivo e negativo. Uma distância de separação entre os eletrodos opostos pode ser substancialmente similar a uma espessura agregada dos terminais positivo e negativo e de uma camada isolante de potência disposta entre os mesmos.
Breve Descrição dos Desenhos [0010] Esses e outros recursos, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem compreendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência aos desenhos em anexo, nos quais caracteres iguais representam partes iguais ao longo dos desenhos, nos quais:
a figura 1 é uma vista em perspectiva de um módulo de potência
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5/16 configurado de acordo com uma realização exemplificativa;
a figura 2 é uma vista lateral do módulo de potência da figura 1;
a figura 3 é uma vista lateral ampliada da região identificada na figura 2;
a figura 4 é uma vista esquemática do módulo de potência da figura 1 que mostra o circuito formado pelos componentes do mesmo;
a figura 5 é uma vista lateral do módulo de potência da figura 1 que ilustra o trajeto ao longo do qual a corrente flui quando as estruturas de comutação do módulo estão em um estado de condução;
a figura 6 é uma vista lateral do módulo de potência da figura 1 que ilustra a área definida pelo trajeto ao longo do qual a corrente flui quando as estruturas de comutação do módulo estão em um estado de condução;
a figura 7 é uma vista plana do módulo de potência da figura 1;
a figura 8 é uma vista em perspectiva do módulo de potência da figura 1 e um conector associado;
a figura 9 é uma vista lateral do módulo e do conector da figura 8;
a figura 10 é uma vista esquemática do módulo de potência e do conector da figura 8 que mostra o acoplamento do conector e do módulo de potência;
a figura 10 é uma vista em perspectiva do módulo de potência acoplado e do conector da figura 9 e um conector associado;
a figura 11 é uma vista lateral do módulo de potência acoplado e do conector da figura 9;
a figura 12 é uma vista em seção transversal do módulo de potência acoplado e do conector da figura 9;
a figura 13 é uma vista em perspectiva de um módulo de potência configurado de acordo com outra realização exemplificativa;
a figura 14 é uma vista em seção transversal do módulo de
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6/16 potência da figura13; e a figura 15 é uma vista em perspectiva de um módulo de potência configurado de acordo com ainda outra realização exemplificativa.
Descrição de Realizações da Invenção [0011] As realizações exemplificativas da presente invenção são descritas abaixo em detalhe com referência aos desenhos em anexo, nos quais os mesmos numerais de referência denotam as mesmas partes ao longo dos desenhos. Algumas dessas realizações podem abordar as necessidades acima e outras necessidades.
[0012] Referindo-se às figuras 1 e 2, aqui é mostrado um dispositivo, como um módulo de potência 100, configurado de acordo com uma realização exemplificativa. O módulo de potência 100 pode incluir um primeiro e um segundo substrato condutivo 102, 104. Por exemplo, cada um dentre o primeiro e o segundo substratos condutivos 102, 104 pode incluir uma camada de cobre padronizada respectiva, sendo que as camadas podem ser dispostas em ladrilhos de cerâmica respectivos 106, 108 com o objetivo de formar partes de substratos eletrônicos de potência respectivos, como um substrato de cobre diretamente ligado 110, 112. O primeiro e o segundo substratos condutivos 102, 104 (e, em geral, quaisquer porções associadas dos substratos de cobre diretamente ligados 110, 112 dentro das quais os substratos condutivos podem ser integrados) podem ser dispostos em uma placa de base 114, sendo que tal placa de base pode ser substancialmente plana.
[0013] O módulo 100 também pode incluir uma variedade de componentes de semicondutor de potência 116. Por exemplo, o módulo 100 pode incluir um ou mais transistores bipolares de desbloqueio isolado (IGBTs) 118 e um ou mais Diodos de Barreira Schottky (SBDs - Schottky Barrier Diodes) 120. Os componentes de semicondutor de potência podem ser formados por um material de semicondução, como, por exemplo, silício e/ou
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7/16 carbureto de silício. Um primeiro conjunto 116a de IGBTs 118a e SBDs 120a pode ser eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo 102, enquanto um segundo conjunto 116b de IGBTs 118b e SBDs 120b pode ser eletricamente acoplado ao segundo substrato condutivo 104.
[0014] O primeiro conjunto 116a de IGBTs 118a e SBDs 120a também pode ser disposto no primeiro substrato condutivo 102, e o segundo conjunto 116b de IGBTs 118b e SBDs 120b pode ser disposto no segundo substrato condutivo 104. Por exemplo, referindo-se às figuras 2 e 3, o IGBTs 118 e o SBDs 120 pode incluir respectivamente os contatos de dispositivo (“contatos inferiores”) 122, 124 em uma superfície 126, 128 do componente respectivo, sendo que os contatos inferiores podem ser conectados ao substrato condutivo associado 102, 104 através do soldador 130. As superfícies 126, 128 são denominadas como “superfícies posteriores” com base no fato de que essas superfícies são obscuras a partir da vista quando acopladas ao substrato condutivo 102, 104.Os IGBTs 118 e os SBDs 120 também podem incluir respectivamente contatos de dispositivo (“contatos superiores”) 132, 134 em uma superfície oposta 136, 138 do componente respectivo, em que os contatos superiores podem estabelecer contato através de ligações por fio 140b (a interconexão de dispositivos com o uso, por exemplo ligações por fio, é discutida mais abaixo).
[0015] Cada tipo de componente de semicondutor de potência 116 pode ter uma espessura. Por exemplo, os IGBTs 118 podem ser associados a uma espessura de componente característica íigbt, enquanto os SBDs 120 podem ser associados a uma terceira espessura de componente característica ísbd que pode ser diferente de íigbt. Alternativamente, cada componente de semicondutor 116 pode ser associado a uma espessura de componente exclusiva.
[0016] Referindo-se novamente às figuras 1 e 2, o módulo 100
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8/16 também pode incluir um terminal positivo 142 e um terminal negativo 144, o qual pode ser configurado para se acoplado a barras de distribuição positiva e negativa (não mostradas), respectivamente. A maneira com a qual o terminal positivo 142 e o terminal negativo 144 se acoplam às barras de distribuição respectivas é discutida mais abaixo. Observa-se que é esperado que os terminais “positivo” e “negativo” e/ou as barras de distribuição, em operação, estejam em diferentes potenciais elétricos em relação um ao outro, porém, não restritos a uma polaridade específica.
[0017] Um terminal de saída 146 também pode ser incluído, sendo que o terminal de saída pode ser configurado para se acoplar a uma carga elétrica (não mostrada) para a qual potência é fornecida por meio do módulo 100. Por exemplo, o terminal de saída 146 pode incluir um flange 147 ao qual a porta de uma carga elétrica pode ser fisicamente fixado. Em algumas realizações, os terminais 142, 144, 146 podem ser configurados para suportar uma corrente elétrica instantânea de pelo menos cerca de 10A (por exemplo, onde o módulo 100 é usado para fornecer potência para um motor de cavalovapor relativamente mais baixo), e, em outras realizações, podem ser configurados para suportar uma corrente elétrica instantânea de pelo menos cerca de 100A (por exemplo, onde o módulo é usado para fornecer potência a um motor de cavalo-vapor relativamente mais alto).
[0018] Os terminais positivo e negativo 142, 144 podem substancialmente ser opostos entre si, de tal modo que os terminais estejam em uma proximidade relativa através substancialmente de todos os terminais. Por exemplo, os terminais positivo e negativo 142, 144 podem ser contíguos a lados opostos de uma camada isolante de potência 148, sendo que a camada isolante de potência pode ter uma espessura t+/-. Em algumas realizações, os terminais positivo e negativo 142, 144 podem se estender substancialmente de modo perpendicular se distanciando da placa de base 114, e pode incluir
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9/16 flanges respectivos 150, 152 que fornecem uma área para ligação aos mesmos. O terminal de saída 146 pode ser disposto em uma proximidade relativa aos terminais positivo e negativo 142, 144. Por exemplo, o terminal de saída 146 e o terminal positivo 142 pode estar contíguos aos lados opostos de uma camada isolante de saída 154, assim como o terminal de saída e o terminal negativo 144, sendo que a camada isolante de saída tem uma espessura tout.
[0019] O terminal positivo 142 pode ser eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo 102, enquanto o terminal negativo 144 pode ser eletricamente acoplado a um ou mais dos IGBTs 118b e SBDs 120b. O terminal de saída 146 pode ser eletricamente acoplado a um ou mais dos IGBTs 118a e SBDs 120a e também ao segundo substrato condutivo 104. Por exemplo, os condutores (“condutores positivos”), como ligações por fio 140a, podem acoplar eletricamente o terminal positivo 142 e o primeiro substrato condutivo 102, enquanto outros condutores (“condutores negativos”), como ligações por fio 140b, podem acoplar eletricamente o terminal negativo 144 e um ou mais componentes a partir do segundo conjunto de componentes de semicondutor de potência 116b. Ainda outros condutores (“primeiros condutores de saída”), como ligações por fio 140c, podem acoplar eletricamente o terminal de saída 146 e um ou mais componentes a partir do primeiro conjunto de componentes de semicondutor de potência 116a. Ainda outros condutores (“segundos condutores de saída”), como ligações por fio 140d, podem acoplar eletricamente o terminal de saída 146 e o segundo substrato condutivo 104. Dessa maneira, cada um dos IGBTs 118a, 118b pode ter conectado em si, em uma disposição antiparalela, um SBD 120a, 120b respectivo.
[0020] Referindo-se às figuras 1, 2, e 4 a 6, uma vez que os substratos condutivos 102, 104, os componentes de semicondutor de potência
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116 e os terminais 142, 144, 146 são interconectados, conforme descrito acima, os mesmos tendem a formar um circuito 156 que inclui uma estrutura de comutação “superior” 158 e uma estrutura de comutação “inferior” 160 (cada estrutura de comutação inclui, por exemplo, IGBTs 118 e SBDs associados 120). Na operação, os terminais 142, 144, e 146 podem ser conectados, respectivamente, a uma barra de distribuição positiva (por exemplo, mantida a cerca de 120V CC), uma barra de distribuição negativa (por exemplo, mantida a cerca de 0V CC), e uma carga elétrica que requer uma tensão diferente daquela fornecida pelas barras de distribuição (por exemplo, 120V, 60Hz CA). Os IGBTs 118a, 118b podem comutados entre um estado condutivo e um não condutivo (“regulado”). Através da escolha apropriada da taxa de regulação dos IGBT 118a, 118b, a tensão de saída adequada para fornecer a carga pode ser fornecida no terminal de saída 146. Os SBDs 120, sendo conectados através de e de modo antiparalelo aos IGBTs 118 respectivos, podem fornecer um trajeto para a corrente de carga indutiva de pico que pode ser produzida quando os IGBTs são comutados a partir de um estado condutivo para um estado não condutivo.
[0021] Em um estado de condução das estruturas de comutação 158, 160 (isto é, em um estado de condução dos IGBTs 118), a corrente no módulo 100 flui sequencialmente (a partir de uma barra de distribuição externa que estabelece contato elétrico com o terminal positivo 142) para o terminal positivo, então, para o primeiro substrato condutivo 102 (por meio dos condutores positivos 140a), em seguida, para o IGBT 118a da comutação superior 158, depois para o terminal de saída 146 (por meio dos primeiros condutores de saída 140c), então, para o segundo substrato condutivo 104 (por meio dos segundos condutores de saída 140d), em seguida, para o IGBT 118b da comutação inferior 160 e, depois, (por meio dos condutores negativos 140b) para o terminal negativo 144 (e, finalmente, para outra barra de distribuição
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11/16 externa que estabelece contato elétrico com o terminal negativo). Como tal, quando as estruturas de comutação superior e inferior 158, 160 estão em estados de condução, os substratos condutivos 102, 104, os IGBTs 118 e os terminais 142, 144, 146, junto com as ligações por fio 140a-d, podem formar pelo menos parcialmente uma malha L ao longo da qual a corrente flui.
[0022] A malha L inclui uma área A. Em geral, conforme a magnitude da área A aumenta, a indutância parasita associada ao circuito156 aumenta de modo proporcional. Como tal, pode ser desejável minimizar a área A. Com os componentes de semicondutor de potência 116 sendo diretamente ligados aos substratos condutivos subjacentes 102, 104, e com os terminais positivo e negativo 142, 144 sendo dispostos em oposição um ao outro e separados somente por uma fina camada isolante de potência 148, e, ainda, com o terminal de saída 146 sendo disposto diretamente abaixo dos terminais positivo e negativo e separados entre si por uma fina camada isolante de saída 154, a malha L tende a ser compactada até os limites estabelecidos pelas dimensões físicas dos componentes constituintes do circuito 156. Ou seja, a área A tem uma largura wm ao longo de uma direção principal da área, porém, tem uma largura menor wi ao longo de uma direção transversal nos arredores dos IGBTs 118, sendo que a largura wi é quase igual à espessura íigbt do IGBT, e outra largura relativamente pequena W2 ao longo de uma direção transversal nos arredores dos SBDs 120, sendo que tal largura W2 é quase igual à espessura ísbd do SBD. Desse modo, a primeira largura wi é definida pela espessura íigbt, já que a largura wi é virtualmente responsabilizada, de modo integral, pela espessura do IGBT, e a segunda largura w2 é similarmente definida pela espessura ísbd.
[0023] Quando os IGBTs 118 e os SBDs 120 são componentes de semicondutor, as espessuras íigbt e ísbd tendem a ser relativamente pequenas (na ordem de 100 a 1000 pm). Ademais, um sistema de isolamento
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12/16 de alto desempenho pode ser empregado como a camada isolante de potência 148 e como a camada isolante de saída 154, sendo que o sistema de isolamento de alto desempenho fornecería um isolamento elétrico por meio de uma camada de isolamento fina, mantendo, desse modo, as espessuras respectivas t+/- e tout da camada isolante de potência 148 e da camada isolante de saída 154 relativamente pequenas. Os exemplos de tais sistemas de isolamento de alto desempenho incluem, por exemplo, poliimida (por exemplo, o filme de poliimida comercializado pela empresa E. I. Du Pont de Nemours e Company (Wilmington, Delaware) sob a designação comercial KAPTON). Em algumas realizações, espera-se que as espessuras t+/- e tout, respectivamente, sejam menores do que alguma das espessuras tiGBT e tsBD tendem a ser, e na ordem de 100 a 1000pm. Em geral, conforme as espessuras tiGBT, tsBD, t+/-, e tout são reduzidas, a área A se aproxima de uma estrutura unidimensional (ou um agregado de estruturas unidimensionais), sendo que A se aproxima, de modo correspondente, a zero.
[0024] A magnitude da área A também será determinada pelo espaçamento relativo das ligações por fio 140a a d. Como tal, referindo-se às figuras 1, 2 e 7, os condutores positivos 140a que acoplam o terminal positivo 142 e o primeiro substrato condutivo 102 pode ser configurado de tal modo que cada condutor positivo esteja próximo a um primeiro condutor de saída respectivo 140c substancialmente ao longo de um comprimento do condutor positivo respectivo. Por exemplo, os condutores positivos 140a podem ter um formato alongado (como seria esperado em ligações por fio) com um comprimento longitudinal li, e um primeiro condutor de saída 140c pode ser respectivamente disposto próximo e substancialmente paralelo a cada um dos condutores positivos, de tal modo que, em cada ponto ao longo do comprimento li, a distância dpi entre cada condutor positivo e o primeiro condutor de saída correspondente seja pequena. De modo similar, os
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13/16 segundos condutores de saída 140d podem ter um formato alongado com um comprimento longitudinal I2, e um condutor negativo 140b pode ser respectivamente disposto próximo e substancialmente paralelo a cada um dos segundos condutores de saída, de tal modo que, em cada ponto ao longo do comprimento I2, a distância dn2 entre cada condutor negativo e o segundo condutor de saída correspondente seja pequena.
[0025] Através da redução da área A e, portanto, a indutância parasita do circuito 156, algumas realizações, podem atuar para reduzir a quantidade de tensão excessiva de tensão que é produzida pelo circuito durante os eventos de comutação (durante os quais se espera que a alteração na corrente em relação ao tempo seja alta). Tal redução na tensão excessiva de tensão pode resultar, ainda, em reduções correspondentes tanto nas perdas de potência quanto nas tensões de tensão nos dispositivos envolvidos.
[0026] Referindo-se às figuras 8 a 12, um conector 170 também pode ser incluído. O conector 170 pode ser configurado para acoplar eletricamente cada um dos terminais positivo e negativo 142, 144 a barras de distribuição positiva e negativa respectiva 190, 192. As barras de distribuição 190, 192 podem ser separadas por uma camada fina de isolamento de barra de distribuição 194. O conector 170 pode incluir eletrodos opostos 172, 174. As estruturas resilientes 176 podem ser usadas para fornecer contato físico e elétrico entre os eletrodos 172, 174 e os terminais 142, 144. O conector 170 pode ser, então, ajustado sobre os terminais 142, 144 para estabelecer as conexões elétricas entre os eletrodos 172, 174 e os terminais 142, 144 (por exemplo, conforme mostrado nas figuras 10 a 12). Os eletrodos 172, 174 podem incluir flanges 178 para facilitar o acoplamento de eletrodos às barras de distribuição respectivas 190, 192, por exemplo, com parafusos 180. As barras de distribuição 190, 192 podem ser desviadas umas das outras, e um calço metálico 182 pode ser usado para garantir que ambos os eletrodos 172,
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174 estabelecem contato com a barra de distribuição adequada. Os eletrodos 172, 174 e as estruturas resilientes 176 podem ser envolvidos no interior de um alojamento 179. Uma conexão separada pode ser feita ao terminal de saída 146 através de aferrolhamento a um flange 147 incluído no mesmo. Em outras realizações, um conector (não mostrado) similar ao conector 170 pode ser usado para estabelecer contato com o terminal de saída 146.
[0027] As estruturas resilientes 176 podem ser configuradas para se projetarem apenas levemente das superfícies dos eletrodos opostos 172, 174 com a qual se conectam respectivamente. Desse modo, a distância de separação eficaz de entre os eletrodos é substancialmente similar a uma espessura agregada tagg dos terminais positivo e negativo 142, 144 e a camada isolante de potência 148 entre os mesmos. Em outras realizações, as estruturas resilientes 176 podem ser eliminadas totalmente, e os eletrodos 172, 174 podem ser configurados para estabelecer um contato compressivo com os terminais 142, 144.
[0028] Conectar o módulo 100 às barras de distribuição 190, 192 através do conector 170 pode reduzir a indutância da malha do circuito geral definido pelas barras de distribuição e pelo módulo relativo às soluções existentes. No entanto, uma variedade de opções para fornecer potência ao módulo 100 está disponível, além do conector 170 descrito acima. Por exemplo, referindo-se às figuras 13 e 14, aqui é mostrado um módulo 200 configurado de acordo com outra realização exemplificativa. O módulo pode incluir uma estrutura de soquete 271 que inclui terminais positivo e negativo 242, 244 do módulo 200. Por exemplo, uma placa de cobertura 294 pode ser incluída no módulo 200, e a estrutura de soquete 271 pode incluir um alojamento 279 que é fixado à placa de cobertura e envolve os terminais 242, 244. As estruturas resilientes 276 podem ser incluídas, por exemplo, nos terminais 242, 244. Um conector 270 que inclui eletrodos opostos 272, 274
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15/16 pode ser, então, engatado de modo seletivo à estrutura de soquete 271 através do deslizamento do conector na estrutura de soquete, sendo que as estruturas resilientes 276 garantem o contato compressivo entre os eletrodos e terminais 242, 244. Novamente, uma conexão separada pode ser fornecida para o terminal de saída por meio de um flange 247 conectado ao mesmo.
[0029] Referindo-se à figura 15, aqui é mostrado um módulo 300 configurado de acordo com ainda outra realização exemplificativa. O módulo 300 pode incluir um terminal positivo 342 e um terminal negativo 344. Um terminal de saída 346 também pode ser incluído, sendo que o terminal de saída pode incluir um flange 347 ao qual a porta de uma carga elétrica pode ser fisicamente aparafusada. O terminal positivo 342, o terminal negativo 344 e o terminal de saída 346 podem ser todos eletricamente acoplados aos substratos condutivos 302, 304 e a um ou mais IGBTs 318b e SBDs 320b, conforme descrito acima em conjunto com o módulo 100. O terminal positivo 342 pode incluir um flange 390, ao qual uma barra de distribuição positiva externa (não mostrada) pode ser fisicamente aparafusada. Similarmente, o terminal negativo 344 pode incluir um flange 392 para conexão física a uma barra de distribuição negativa externa (não mostrada). Um método de conexão, conforme ilustrado na figura 15, pode introduzir uma quantidade maior de indutância parasita do que aquele exibido, por exemplo, nas figuras 8 a 14, porém, ainda pode apresentar um desempenho adequado em algumas aplicações.
[0030] Embora somente determinadas características da invenção tenham sido ilustradas e descritas aqui, muitas modificações e alterações podem ser feitas por técnicos no assunto. Por exemplo, embora as realizações descritas acima tenham incluído IGBTs e SBDs, observa-se que os componentes de semicondutor de potência (por exemplo, 116 na figura 1) podem incluir adicional ou alternativamente um ou mais transistores de efeito de campo de metal-óxido-semicondutor (MOSFETs) e/ou tiristores. Por
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16/16 exemplo, em algumas realizações, os MOSFETs podem ser substituídos pelos IGBTs. Alternativamente, os tiristores também podem ser usados, como quando o módulo de potência associado é usado para aplicações de retificação. De ser compreendido, portanto, que as reivindicações em anexo são destinadas a abranger todas as modificações e alterações que estejam dentro do verdadeiro espírito da invenção.

Claims (5)

  1. Reivindicações
    1. MÓDULO DE POTÊNCIA (100, 200, 300), caracterizado por compreender:
    um primeiro substrato condutivo (102);
    um segundo substrato condutivo (104);
    um primeiro componente de semicondutor de potência (118a) que tem uma primeira espessura e é eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo (102);
    um segundo componente de semicondutor de potência (118b) que tem uma segunda espessura e é eletricamente acoplado ao segundo substrato condutivo (104);
    um terminal positivo (142) eletricamente acoplado ao primeiro substrato condutivo (102);
    um terminal negativo (144) eletricamente acoplado ao segundo componente de semicondutor de potência (118b) através de um condutor que se estende ao longo de uma direção de conexão;
    o terminal positivo (142) e o terminal negativo (144) sendo contíguos a lados opostos de uma camada isolante de potência (148);
    um terminal de saída (146) eletricamente acoplado ao primeiro componente de semicondutor de potência (118a) e ao segundo substrato condutivo (104);
    uma camada isolante de saída (154), em que o terminal de saída (146) e o terminal positivo (142) são contíguos a lados opostos da camada isolante de saída (154), e o terminal de saída (146) e o terminal negativo (144) são contíguos a lados opostos da camada isolante de saída (154);
    primeiro e segundo diodos (120a, 120b) compreendendo uma terceira espessura (tSBD) e conectados em uma disposição antiparalela através de cada um dentre o primeiro e o segundo componentes de semicondutor de
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  2. 2/4 potência (118a, 118b), cada diodo (120a, 120b) fisicamente posicionado entre seu respectivo primeiro ou segundo componente de semicondutor de potência (118a, 118b) e o terminal de saída (146);
    condutores positivos (140a), condutores negativos (140b), primeiros condutores de saída (140c) e segundos condutores de saída (140d), em que:
    os condutores positivos (140a) acoplam eletricamente o terminal positivo (142) e o primeiro substrato condutivo (102);
    os condutores negativos (140b) acoplam eletricamente o terminal negativo (144), o segundo componente de semicondutor de potência (118b) e o segundo diodo (120b) conectado através do segundo componente de semicondutor de potência (118b);
    os primeiros condutores de saída (140c) acoplam eletricamente o terminal de saída (146), o primeiro componente de semicondutor de potência (118a) e o primeiro diodo (120a) conectado através do primeiro componente de semicondutor de potência (118a);
    os segundos condutores de saída (140d) acoplam eletricamente o terminal de saída (146) e o segundo substrato condutivo (104), em que cada um dos condutores positivos (140a) e os respectivos primeiros condutores de saída (140c) são paralelos entre si ao longo de pelo menos parte de seu comprimento e cada um dos condutores negativos (140b) e os respectivos segundos condutores de saída (140d) são paralelos entre si ao longo de pelo menos parte de seu comprimento;
    em que os terminais positivo (142) e negativo (144), os primeiro (118a) e segundo (118b) componentes de semicondutor de potência, os primeiro (102) e segundo (104) substratos condutivos, os condutores positivos (140a), os condutores negativos (140b), os primeiros condutores de saída (140c), os segundos condutores de saída (140d) e o terminal de saída (146)
    Petição 870190126695, de 02/12/2019, pág. 28/54
  3. 3/4 são incorporados em uma malha de circuito comum e são configurados de tal modo que uma área (A) da malha de circuito compreende uma primeira largura (wi) em uma direção transversal aos primeiro e segundo componentes de semicondutor de potência (118a, 118b) definida por pelo menos uma dentre a primeira espessura ou a segunda espessura, e a área (A) da malha de circuito compreende uma segunda largura (w2) em uma direção transversal ao primeiro e segundo diodos (120a, 120b) definida pela terceira espessura (Isbd);
    a espessura de cada um dentre os primeiro e segundo componentes de semicondutor de potência (118a, 118b), a camada isolante de potência (148) e a camada isolante de saída (154) sendo na faixa entre 100 a 1000 pm;
    em que os primeiro (118a) e segundo (118b) componentes de semicondutor de potência são dispostos, respectivamente, de lados opostos ao terminal positivo (142) e ao terminal negativo (144) e o primeiro (118a) e segundo (118b) componentes de semicondutor de potência são dispostos de modo a estarem alinhados ao longo da direção de conexão.
    2. MÓDULO DE POTÊNCIA (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos terminais positivo (142), negativo (144) e de saída serem configurados para suportar uma corrente elétrica instantânea de pelo menos 10 A.
    3. MÓDULO DE POTÊNCIA (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente uma placa de base plana (114), e em que os primeiro (118a) e segundo (118b) substratos condutivos são respectivamente dispostos na placa de base (114) e os terminais positivo (142) e negativo (144) se estendem de modo perpendicular se distanciando da placa de base (114).
  4. 4. MÓDULO DE POTÊNCIA (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos primeiro (118a) e segundo (118b)
    Petição 870190126695, de 02/12/2019, pág. 29/54
    4/4 componentes de semicondutor de potência serem respectivamente dispostos no primeiro (102) e segundo (104) substratos condutivos.
  5. 5. MÓDULO DE POTÊNCIA (100, 200, 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por cada um dentre os primeiro (118a) e segundo (118b) componentes de semicondutor de potência incluírem superfícies frontal (136, 138) e posterior (126, 128) opostas, sendo que a superfície posterior (126, 128) do primeiro componente de semicondutor de potência (118a) é eletricamente acoplada ao primeiro substrato condutivo (102) e a superfície posterior (126, 128) do segundo componente de semicondutor de potência (118b) é eletricamente acoplada ao segundo substrato condutivo (104).
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