JP2023544138A - 統合信号ボードを備えたエレベーテッドパワープレーンを有するパワーモジュール及びその実装プロセス - Google Patents

Abstract

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、少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置され、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、を含む。パワーモジュールは、複数のパワーデバイスに電気的に接続された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素、及び／又は少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続され、複数のパワーデバイスに電気的に接続された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを更に含む。

Description

当業者によって認識されるように、パワーモジュールは、様々な形態において知られている。パワーモジュールは、パワー構成要素、通常はパワー半導体デバイスのための物理的封じ込めを提供する。これらのパワー半導体は、典型的には、パワー電子基板にはんだ付け又は焼結される。パワーモジュールは、典型的には、パワー半導体を担持し、電気的及び熱的接触を提供し、電気的絶縁を含む。

給電における現在の傾向として、パワーモジュールと関連付けられたパワー半導体デバイス、パワー電子部品などを含む、パワーモジュールに対する要求が高まっている。例えば、向上した効率、向上した動作、及びより高いパワー密度である。こうした要求は、システムレベルから構成要素レベルへと広がっている。しかしながら、パワーモジュール内の構成要素を実装するための領域は制限されており、したがって、向上した効率、向上した動作、及びパワー密度の増加が制限されている。

したがって、向上した効率、向上した動作、より高いパワー密度などを有するように構成されたパワーモジュールが必要である。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを含み、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、少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置され、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、を含み得、パワーモジュールは、複数のパワーデバイスに電気的に接続され、少なくとも１つの導電性パワー基板より上に配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素、及び少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続され、複数のパワーデバイスに電気的に接続され、少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン、のうちの少なくとも１つを含み得る。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを構成するプロセスを含み、プロセスは、少なくとも１つの導電性パワー基板を提供することと、複数のパワーデバイスを少なくとも１つの導電性パワー基板に配置して、複数のパワーデバイスを少なくとも１つの導電性パワー基板に接続することと、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続して、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、を含み得、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンは、少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置される。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを含み、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、少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置され、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、複数のパワーデバイスに電気的に接続された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素と、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、複数のパワーデバイスに電気的に接続された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンと、を含み得、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンは、少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置され、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされて配置される。

１つの一般的な態様は、パワーモジュールを含み、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、少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置され、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、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、複数のパワーデバイスに電気的に接続され、少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンと、を含み得る。

本開示の追加的な特徴、利点、及び態様は、以下の詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲に記載され得るか、又は以下の詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲の検討から明らかになり得る。更に、本開示の前述の概要及び以下の詳細な説明は、どちらも例示的なものであり、特許請求される本開示の範囲を限定することなく、更なる説明を提供することを意図するものであることを理解されたい。

本開示の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する添付図面は、本開示の態様を例示し、詳細な説明とともに本開示の原理を説明する役割を果たす。本開示及び本開示が実践され得る様々な方法の基本的な理解のために必要であり得るよりも詳細に本開示の構造的詳細を示そうとするものではない。

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例示する。 図１Ａのパワーモジュールの内部のＤＣリンクコンデンサとスイッチ位置との間の電流ループを例示する。 本開示の態様による、様々な相互接続及び関連するインピーダンスを例示する。 本開示の態様による、スイッチ位置の様々な相互接続及び関連するインピーダンスを例示する。 本開示の一態様による、パワーモジュールの上面概略図を例示する。 本開示の態様による、並列構成における複数の単相モジュールを例示する。 本開示の態様による、第１のパワーモジュール構成を例示する。 本開示の態様による、第２のパワーモジュール構成を例示する。 本開示の態様による、フルブリッジ構成における複数のパワーモジュールを例示する。 本開示の態様による、三相構成の複数のパワーモジュールを例示する。 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例示する。 本開示の態様による、パワーモジュールの部分透視内観図を例示する。 図１０のパワーモジュールの部分透視内観図を例示する。 図１１のパワーモジュールの部分側面図を例示する。 図１２のパワーモジュールの部分側面図を例示する。 図１２のパワーモジュールの部分側面図を例示する。 図１２のパワーモジュールの部分側面図を例示する。 図１０のパワーモジュールの部分内観図を例示する。 図１０のパワーモジュールの部分内観図を例示する。 図１０のパワーモジュールの部分内観図を例示する。 本開示の態様による、パワーモジュールの部分内観図を例示する。 図１０のパワーモジュールを流れる電流を例示する。 図１０のパワーモジュールを流れる電流を例示する。 本開示による、パワーモジュールを実装するプロセスを例示する。

添付図面に記載及び／又は示され、以下の説明で詳述される非限定的な態様及び実施例を参照することで、本開示の態様、並びにそれらの様々な特徴及び好都合な詳細がより完全に説明される。本明細書に明確に記載されていない場合であっても、図面に例示された特徴が必ずしも原寸に比例して描かれていないこと、及び１つの態様の特徴が、当業者が認識するような他の態様ともに用いられ得ることに留意するべきである。本開示の態様を不必要に不明瞭にしないように、周知の構成要素及び処理技術の説明は省略され得る。本明細書で使用される実施例は、単に、本開示が実践され得る方法の理解を容易にすること、更には当業者が本開示の態様を実践することを可能にすることを意図するものである。したがって、本明細書の実施例及び態様は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではなく、本開示の範囲は、単に、添付の特許請求の範囲及び適用法によって定義される。更に、図面のいくつかの図を通じて、同じ参照番号が同様の部品を表すことに留意されたい。

本開示は、エレベーテッドパワープレーンを有するパワーモジュールを対象とする。本開示は、更に、エレベーテッドパワープレーンを有するパワーモジュールを実装するプロセスを対象とする。本開示は、更に、エレベーテッド信号ボードを有するパワーモジュールを対象とする。本開示は、更に、エレベーテッド信号ボードを有するパワーモジュールを実装するプロセスを対象とする。本開示は、更に、エレベーテッドパワープレーン及びエレベーテッド信号ボードを有するパワーモジュールを対象とする。本開示は、更に、エレベーテッドパワープレーン及びエレベーテッド信号ボードを有するパワーモジュールを実装するプロセスを対象とする。本開示は、更に、統合信号ボードを備えたエレベーテッドパワープレーンを有するパワーモジュールを対象とする。本開示は、更に、統合信号ボードを備えたエレベーテッドパワープレーンを有するパワーモジュールを実装するプロセスを対象とする。

開示されるパワーモジュールは、標準的なパッケージング手法よりも大幅に低いループインダクタンスで、デバイスの大規模なアレイの間で均一に電流を分配するように構成され得る。本パワーモジュールのレイアウトは、高度に構成可能であり、パワーエレクトロニクス産業に共通の大部分のパワー回路トポロジを採用するように構成され得る。

パワーモジュールのパワーデバイスの構造及び目的は、広範囲にわたる。「パワーデバイス」という用語は、高電圧及び高電流用に設計された様々な形態のトランジスタ及びダイオードを指す。そうしたトランジスタは、（デバイスのタイプに応じて）一方向又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り得、一方で、そうしたダイオードは、一方向の電流フローを可能にし得るが、制御可能ではない場合がある。トランジスタのタイプとしては、金属酸化膜電界効果トランジスタ（Metal Oxide Field Effect Transistor、ＭＯＳＦＥＴ）、接合電界効果トランジスタ（Junction Field Effect Transistor、ＪＦＥＴ）、バイポーラ接合トランジスタ（Bipolar Junction Transistor、ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor、ＩＧＢＴ）などが挙げられ得るが、これらに限定されない。

本開示は、更に、窒化ガリウム（Gallium Nitride、ＧａＮ）、炭化ケイ素（Silicon Carbide、ＳｉＣ）などの最先端のワイドバンドギャップパワー半導体デバイス用に最適化された構造を含み得るパワーモジュールを説明し、これらは、確立された技術と比較して、より多くの電流及び電圧を搬送し、かつより高速でスイッチングすることができる。従来のパワー電子パッケージは、シリコン（Silicon、Ｓｉ）デバイス技術を意図する内部レイアウトを有するこれらの半導体のためのそうした機能に限定される。

パワーデバイスは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などを含む、ワイドバンドギャップ（Wide Band Gap、ＷＢＧ）半導体を含み得、パワーデバイス用の材料として従来のシリコン（Ｓｉ）に勝る数多くの利点を提供し得る。それでもなお、本開示の様々な態様は、Ｓｉ型パワーデバイスを利用して、本明細書に記載された利点のうちのいくつかを達成し得る。ＷＢＧ半導体の鍵となるメトリックは、以下の非限定的な態様、すなわち、より高い電圧阻止、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、向上した熱的性能、より低いオン抵抗（低減された伝導損失）、より低いターンオン及びターンオフエネルギー、低減されたスイッチング損失などのうちの１つ以上を含み得る。本開示のいくつかの態様では、ＷＢＧ半導体のこれらの上述した鍵となるメトリックが必要とされないこと、及び実装され得ないことが理解されるべきである。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称される）が用いられる。

パワーモジュールのための本技術は、単層のセラミック絶縁材－同様の厚さ（すなわち、基板）の直接接合又は活性金属ろう付け銅を使用した、金属被覆頂部及び底部－に大いに依存しており、パワーデバイスのための機械的支持に加えて、回路のノードをパターン化するための頂部金属層、パワーデバイスとベースプレートとの間の熱導管を提供する。

パワーデバイスが存在するセラミックの頂部金属層は、電気的短絡を伴わずに電流をパワーデバイスへ／からルーティングするようにエッチングされる。これらの供給経路及び戻り経路は、パワーモジュールを適切に機能させるために、領域を費やし、互いの周りに、かつ他の構成要素の周りにルーティングすることが必要である。本開示によって説明されるように、本明細書に記載された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４及び／又は少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を利用して、パワーデバイスより上にエレベーテッド及びサポーテッド金属層を配置することによって、基板上の領域が解放されて、より多くのパワーデバイス、追加的な構成要素（例えば、熱センサ、電流センサ、コンデンサなど）、より多くの電流を搬送するためのより大きい金属面、より簡単なレイアウトジオメトリ、部品が配置される場所のより高い柔軟性、又はこれらの任意の組み合わせが加えられ、より高密度のパワーモジュールパッケージがもたらされる。

本明細書で説明される少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を利用するエレベーテッド信号ボードは、標準的なプリント回路基板（printed circuit board、ＰＣＢ）、より硬い絶縁金属基板（insulated metal substrate、ＩＭＳ）技術、高電圧プロトタイプモジュール用の他のバリエーションなどを使用して実装され得る。例えば、高電圧プロトタイプモジュールの他のバリエーションは、主に電圧分離の理由から、基板レイアウトをより単純にする、より高いパワー密度モジュールを可能にする、などのために実装され得る。

本明細書で説明される、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４及び／又は少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を利用したエレベーテッド信号ボード及びエレベーテッドパワープレーンの統合は、基板の頂部の元の導電プレーンのジオメトリを更に簡略化する。この統合は、パワーデバイスへのパワー経路及び信号経路をルーティングする際の、より高い柔軟性の設計を可能にする。加えて、ＩＭＳ又は類似の技術を使用した一実施形態では、信号経路が実際にパワー導体上に直接プリント又は積層される場合、全体的な部品数及び組み立ての複雑さを低減することができる（場合によっては、コストを低減する）。効果的には、パワーモジュールに追加的な金属層を導入することで、パワーモジュールの全体的な電流容量を増加させることもできる。

デバイスのレイアウト／位置のより広い選択の幅と結び付けられた、信号及びパワー経路のルーティングの追加的な選択の幅は、より低いデバイス密度又はより良好な熱的性能及びより低いパッケージインダクタンスの位置決めを可能にするといった観点から、追加的な利点を有することができる。

パッケージインダクタンスを低下させる場合、元の基板パワープレーンより上のエレベーテッドパワープレーンの層状平面ジオメトリは、ほぼ理想的な低インダクタンスループジオメトリ（小さい導体の切り離し、短い合計経路、及び広い電流経路）を提供する。

より具体的には、本開示は、パワーモジュールの残部からベースプレートを分離させて信号及び／又はパワー伝導のいずれかをルーティングするために使用されるセラミック基板に構築されたレベルよりも上に上昇させた別個のレベルにある導電プレーンを使用する。この「ホバーボード」又は「リフテッド」又は「エレベーテッド」手法は、その機能の一部をパッケージ内の別のエレベーテッドプレーン上に（すなわち、２Ｄから３Ｄに）移動させることによって、追加的なパワーデバイス、センサ、コネクタ、導電パワー及び信号経路などを配置するための限られた／有限の基板領域の問題を解決するのを補助する。

本開示の一態様は、パワーダイのドレイン側が、それらが装着される基板の金属被覆に電気的に接続される、パワーモジュールを含むことができる。しかしながら、ソースワイヤボンドは、同じセラミック基板上の別の金属パッドに接続されないが、その代わりに、例えば、ダイより上のそのプレーンの孔を通して、金属層に接続され、これが次に、パワーモジュールの外部パワー端子（可能性として、それと同じ金属片でさえあり得る）に接続され得る。

本開示の一態様は、導電性パワープレーンの最上部に載置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）要素を少なくとも１つの側に含む、パワーモジュールを含み得る。これは、更に別の導電プレーン（又は一組のプレーン）に制御及び感知信号をルーティングする方法を表すためのものである。このＰＣＢは、本開示の図に例示されるようにパワープレーンより上又は下に装着することができる。同様の回路レイヤ構成要素（又は示されるものの拡張部）もまた、パワーモジュールの別の側に配置して、パワーモジュールの側に制御及び／又は感知を提供することができる。

本開示の一態様は、信号プレーンの統合バージョンを含む、パワーモジュールを含み得る。信号プレーンの統合バージョンは、回路基板の絶縁層及び導電層がパワープレーンの表面に直接作製／構築／プリントされた回路基板層が厚膜構造、プリント構造、及び／又は積層構造（絶縁金属基板（ＩＭＳ）など）に低減された一実施形態であり得る。ＩＭＳ実装の場合、これは、パワー及び信号層の全てを１つに統合する、単一の購入部品をもたらす。それは、パワーモジュール内に位置決めされ得、次いで、パワー及び信号ワイヤボンドを配置することができる。次いで、構造全体を、封入し、試験して、出荷することができる。

ＩＭＳは、通常アルミニウム又は銅製であり、通常ベースプレートとして使用され、したがって、接地電位である、底部金属層を含み得ることに留意されたい。しかしながら、本開示の態様では、ＩＭＳ底部金属層が、ゲート－ケルビン補助端子分配ネットワークなどの高電流導体として及び／又は他の内部回路のキャリアとして、又は温度、電流、若しくは電圧などのセンサとして、新規な方法で使用され得る。

本開示の更なる態様は、パワーモジュールの実装に関するものであり、金属酸化膜電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）ダイなどの全てのトランジスタのドレイン（又は絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のコレクタ）が、それらが装着される基板の頂部金属被覆に電気的に接続される。しかしながら、ソースパワーワイヤボンドは、典型的であるように、同じセラミック基板上の別の金属パッドに接続されるのではなく、代わりに、それらは、エレベーテッド金属層への電気的接続を作製する（例えば、この場合、ダイより上のエレベーテッド金属層に配置された孔を通り、それが次に、パワーモジュールの外部パワー端子に－直接的又は間接的に－接続される）。

パワーモジュールの一方の側では、信号分配要素が、厚い金属導電性パワープレーン上へ積層され得る。これは、更に別の導電プレーン（又は場合によっては、複数の導電プレーン）に補助制御及び／又は感知信号をルーティングする方法を表す。この信号分配要素構造は、ワイヤボンドの電気的接続を容易に行うためにパワープレーンより上に装着される可能性が最も高いが、所与の実装においてその配向に対する１つ以上の利点が存在する場合は、それより下に装着することも可能である。同様の統合構成要素がパワーモジュールの別の側に実装されて、その側に補助制御及び／又は感知信号を提供し得る。

信号プレーンの（例えば、ハイサイド及びローサイドスイッチ位置の上の信号プレーンの）「統合バージョン」は、リフテッド信号分配要素層が、実際には、回路基板の絶縁層及び導電層がパワープレーンの表面に直接作製／構築／プリント／接着／配置される、厚膜構造、プリント構造、及び／又は積層構造（例えば、絶縁金属基板（ＩＭＳ）回路基板技術、又はフレキシブル回路技術など）に低減された、一実施形態である。ＩＭＳ実施形態の場合、これは、パワー及び信号層並びに／又は制御層の全てを１つに統合し得る、単一の購入部品をもたらし得る。一態様では、それは、パワー及び信号ワイヤボンドを配置する前に、最初にモジュール内に物理的に位置決めされ得る。その後に、結果として生じた構造には、封入、封止、完成品試験などが行われ得る。

１）エレベーテッド低パワー信号分配要素、及び２）エレベーテッド高パワープレーンの統合は、ジオメトリ、トレース密度を更に簡略化し、元の頂部導電性セラミック基板プレーンの利用度を増加させる。この統合は、頂部金属被覆プレーンから以前に存在した低パワー要素及び高パワー要素を本質的に減らし／除去し、より多くのパワー半導体（すなわち、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣジャンクションバリアショットキー（Junction Barrier Schottky、ＪＢＳ）ダイオード、ＳｉＣ ＩＧＢＴ、ＳｉパワーＭＯＳＦＥＴ、Ｓｉ ＩＧＢＴなど）のための「占有領域」の増加を可能にする。これは、理論的には、同じ基板占有面積に対する電流容量の増加を可能にするか、又は他の用途の回路（例えば、温度センサ、電流センサなど）の統合を可能にする。この統合はまた、１つの追加的な次元を加えること（すなわち、２Ｄから３Ｄに移行すること）で設計の自由度を加えることを可能にするので、パワー半導体デバイスにパワー及び信号経路をルーティングする際に、モジュール設計者がより柔軟に設計することを可能にする。

加えて、信号経路がパワー導体の中又は上へ直接プリント又は積層されるＩＭＳ回路基板又は同様の技術を使用する一実施形態では、全体的な部品数、組み立ての複雑さ、及びコストが低減され得る。

また、内部ゲート－ソース－ケルビン（gate-source-Kelvin、ＧＳＫ）プリント回路基板を利用するいくつかのパワーモジュール内に受動デバイス－ゲート又はソース抵抗器、コンデンサなど－を配置するための機会も存在する。その低パワー信号分配回路を高パワー導電プレーンと直接統合することは、そうでない場合には適合し得ない、又は容易に接続され得ない温度センサ又は電流センサなどのセンサを容易に位置付けて接続する機会を提供する。これで信号層がパワープレーンの直上にあるので、リフテッドパワープレーンの周りに、その上に、又はその直近に誘導センサ、ホール効果センサ、及び／又は抵抗性シャント電流センサを配置して接続することを非常に簡単にする。

熱センサの場合、パワーモジュール内の最高温度を感知するために、これらは通常、最も高温のパワーデバイスに最も近い金属被覆セラミック基板の頂部に直接配置される。これは通常、不適合な電圧、センササイズ、及び接続ルーティング経路のため、設計上の妥協点のリストを必要とする。集積回路を有することで、必要とされるワイヤボンドの長さ又はパワー基板上で費やされる信号経路空間を低減することによって、又は発熱パワーデバイスに熱的に密に結合された場所（リフテッドパワープレーンが基板に接続された場所など）において集積回路層にセンサを直接装着することによって、接続の複雑さを大幅に簡略化することができる。

統合信号層に関して留意するべき重要なことは、本開示のいくつかの実装は、別個であるが接続されている要素（パワーモジュールの外側の構成要素の内部部品に接続するための、又はそこに給電するためのフレキシブルリボンケーブルなど）として、又は下層のパワープレーン金属に作製された湾曲部に沿って、信号層をプレーンの外へ曲げることを可能にすることである。標準的な平面回路基板の使用とは異なり、この柔軟性は、例えば、いずれかの内部信号経路をルーティングして接続することに関して、又はゲートドライバボードへの外部接続行うことに関して、設計選択肢の幅を大幅に広げることを可能にする。

最後に、組み立てプロセスにおいてそうした湾曲部が作製されるときに事前の考慮を適切に加えることで、高度に自動化された方法で標準的なプリント回路基板及びそれらの構成要素が装着されるのと同じように、受動構成要素（例えば、抵抗器、センサ、ソケット、ピン、ブレードなど）を回路に配置して、大量に処理することができる。この組み立てステップは、場合によっては、非常に低いコストで標準的なボード会社に外注することができ、次いで、最終的な組み立ての前又はその間に加えることができる。

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例示する。

具体的には、図１Ａは、多くのスイッチングパワーコンバータにおける基本的なビルディングブロックとみなされ得るハーフブリッジベースのトポロジが実装されたパワーモジュール１００を例示する。モータドライブ、インバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータなどに関して、これらのトポロジは、典型的には、ＤＣ電源１１２に接続され、それらの間には、中間接続としてＤＣリンクコンデンサ１０２を伴う。しかしながら、本開示のパワーモジュール１００は、ＤＣリンクコンデンサ１０２を伴わずに実装され得る。

ＤＣリンクコンデンサ１０２は、ライン上のリップルをフィルタリングして、電流経路内のインダクタンスの影響に対処するように作用し得る。並列な２つのハーフブリッジは、完全なブリッジを形成し得、一方で、並列な３つの場合は、三相トポロジを形成し得る。三相トポロジは、しばしば、６パックとも称され、三相レグの中の６つのスイッチ位置を示す。更に、共通ソース、共通ドレイン、中性点クランプなどを含むパワーモジュールに関して、他のトポロジが想到される。

図１Ａは、１つ以上のスイッチ位置１０４を有するパワーモジュール１００を更に例示する。パワーモジュール１００は、第１の端子１０６と、第２の端子１０８と、第３の端子１１０と、を含み得る。

図１Ｂは、図１Ａのパワーモジュールの内部のＤＣリンクコンデンサ１０２とスイッチ位置１０４との間の電流ループを例示する。ＤＣリンクコンデンサ１０２とパワーモジュール１００の内部のスイッチ位置１０４との間の電流ループ１１４は、本システムにおいて非常に重要であり、半導体のスイッチング性能に相当な影響を有する。

いかなるシステムも完全でなく、例えば、任意の電気システムには、望ましくない寄生抵抗、寄生容量、及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、それらが低減又は軽減されない限り、性能及び信頼性に悪影響をもたらす。抵抗及び静電容量は、各相互接続と関連付けられ得るが、パワーデバイスのスイッチングに最も影響を及ぼすものは、寄生インダクタンスであり得る。インダクタンスが高くなるほど、磁場の貯蔵エネルギーがより高くなり、これは、スイッチング移行中の電圧オーバーシュート及びリンギングを生じさせる。

図２は、本開示の態様による、様々な相互接続及び関連するインピーダンスを例示する。

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パワー変換システムに関して、ＤＣリンクコンデンサ１０２、バスシステム、及びパワーモジュール１００などを含む各構成要素内に、並びにそれらの間の物理的相互接続部には、インピーダンス２０４が存在する。これは、インダクタンスに関して図２に示されている。より多くの機能的要素及び関連するインピーダンスが、しばしばパワーコンバータ内に存在するが、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り得る。

大部分のパワーコンバータでは、これらのインダクタンスは、システム設計において慎重に考慮しなければならない。しばしば、これは、寄生効果に対処するために、より多くのＤＣリンクコンデンサ１０２を加えること、又はスイッチング速度を遅くすることを必要とする。これらは効果的ではあるが、（高電流及び高電圧の両方が存在する、より低速のスイッチング事象により）より高い損失を伴うより嵩高いシステム（より大きくて重いコンデンサ）をもたらす。

Ｓｉデバイスを目的とするパワーパッケージでは、Ｓｉ ＩＧＢＴに典型的なターンオン及びターンオフ時間は、本質的に、内部パワーループに遭遇するインダクタンスが十分に低くなるように十分に遅くなる。しかしながら、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴなどのワイドバンドギャップデバイスの極めて高速スイッチングに関して、従来のパッケージのインダクタンスは、数百ボルトの電圧オーバーシュートをもたらし得る。

パワーモジュール１００内の高電流レベルに到達するには多数のＳｉＣデバイスを一緒に並列にすることが必要であるため、こうした問題が更に増幅される。様々な組み合わせのパワースイッチ及びダイオード（全てのスイッチ、全てのダイオード、インターリーブダイオード、エッジダイオードなど）の並列アレイは、「位置」又は「スイッチ位置」と称される。スイッチ位置１０４の各スイッチは、単一の有効なスイッチとして一緒に作用し、回路が処理することができる電流量を増加させるか、又は有効抵抗を低くすることによって、全体的な損失を低減させる。

図３は、本開示の態様による、スイッチ位置の様々な相互接続及び関連するインピーダンスを例示する。

スイッチ位置１０４では、各スイッチ又はパワーデバイス３０２は、構造内にそれら自体の個々の電流経路を有する。図３に例示されるように、各相互接続は、関連するインピーダンス２０４を有する。図３に更に示されるように、スイッチ位置１０４は、矢印３０４で示される記号によって示されるように、任意の数のパワーデバイス３０２を含み得る。パワーデバイス３０２の各々が整合したインダクタンスを見出すように、パワーデバイスの間の有効な電流経路が等化されることを確実にするように配慮しなければならない。そうでない場合、スイッチング移行中に遭遇する電流及び電圧は、スイッチ位置１０４を横断するパワーデバイス３０２の間で等しく分配されず、構成要素に不均一に応力を加えて、スイッチング損失を増加させ得る。これは、熱的影響によって悪化し、不均一な電流負荷及びスイッチング事象は、不均一な熱上昇を生じさせ、これは、半導体特性のドリフト、及び並列スイッチ位置１０４全体のより大きな不安定性をもたらす。

従来のパワーパッケージは、典型的には、単一のＳｉ ＩＧＢＴ又は少数のこれらのデバイス（通常４つ以下）について設計されている。その結果、それらは、クリーンで十分に制御されたスイッチングをもたらす様式で、多数のＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ及びダイオード（又は同様のワイドバンドギャップデバイス）の並列化には適していない。

図４は、本開示の一態様による、パワーモジュールの上面概略図を例示する。

具体的には、図４には、パワーモジュール１００のハーフブリッジ構成が例示されている。開示されるパワーモジュール１００は、カスタム設計のパワーレイアウト及び関連する構造によって、上で列記した懸念事項の各々に対処して、各スイッチ位置１０４が等化の低インダクタンスの電流経路を保有する最も一般的なブリッジトポロジを容易にする。第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び第３の端子１１０は、ＤＣリンクコンデンサ１０２への接続部などの外部接続部への経路が、対応して同様に低インダクタンスを有し得るように配置され得る。例えば、接続部は、バスバーへの接続部を含み得、下でより詳細に説明されるように、いかなる湾曲部又は特別な設計特徴も必要としない単純な積層バスバーを含み得る。

図４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。これに関して、第１の端子１０６は、Ｖ＋端子であり得、第２の端子１０８は、Ｖ－端子であり得、第３の端子１１０は、出力端子であり得る。しかしながら、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び第３の端子１１０は、任意のタイプの端子、端子接続部、端子機能、入力機能、出力機能、パワー機能などを提供するように構成されている。パワーモジュール１００は、信号端子５０２、５０４を含み得る。信号端子５０２、５０４の特定のピン配列は、モジュール式であり得、必要に応じて修正され得る。信号端子５０２、５０４は、差動信号転送のための信号ピンによって実装され得る。当然ながら、本開示と併せて説明される機能を提供するために、任意の数の信号ピン及び任意の数の信号端子が実装され得る。

各スイッチ位置１０４は、最適な制御のためのゲート信号及びソースケルビンのために、信号端子５０２、５０４を備えた一対のピンを利用し得る。信号端子５０２、５０４の他のピン対は、内部温度センサ、過電流感知のために、又は他の診断信号のために使用され得る。また、電圧分離の問題をもたらさない限り、必要に応じて、より多い又はより少ないピン、及び／又はより多い又はより少ない信号端子も加えられ得ることが想到される。いくつかの態様では、他の診断信号は、振動を感知する歪みゲージなどを含み得る診断センサから生成され得る。診断センサは、湿度を決定することもできる。更に、診断センサは、任意の環境又はデバイス特性を感知し得る。

図５は、本開示の態様による、並列構成における複数の単相モジュールを例示する。

これに関して、パワーモジュール１００は、モジュール性が基本となるように構成され得る。単相構成のパワーモジュール１００は、より高い電流に到達するように容易に並列化され得る。図５に例示されるように、３つのパワーモジュール１００が例示されているが、このように構成することができる数には制限がない。これに関して、矢印５１０は、パワーモジュール１００の追加的な構成が並列に配置され得ることを示す。並列化された場合、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び第３の端子１１０のうちの対応する各々が、パワーモジュール１００の各々の間に電気的に接続され得る。

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例示し、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例示する。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、パワーモジュール１００は、開示されるパワーモジュール１００のスケーラビリティが利用され得、それに応じて別の特徴を定義するものであり得るように構成され得る。これは、図６Ａ及び図６Ｂに示されている。図６Ｂに示されるように、パワーモジュール１００の幅は、図６Ａに示されるパワーモジュール１００と比較して、スイッチ位置１０４ごとにより多くのデバイスを収容するように拡張され得る。パワーモジュール１００は、例えば、低いインダクタンス、クリーンなスイッチング、高出力密度などを含む本開示の利点を犠牲にすることなく大部分のパワーレベルを整合させるように、図５に示されるものであり得るか、又は図６Ｂに示されるようにスケーリングされ得ることに留意することが重要である。

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を例示し、図８は、本開示の態様による三相構成のパワーモジュールを例示し、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例示する。いくつかの態様では、モジュール性はまた、パワーモジュール１００の２つのフルブリッジ構成に関する図７及び３つのパワーモジュール１００の三相構成に関する図８などの、様々な電気的トポロジの形成においても見出され得る。これらのトポロジに関して、第１の端子１０６は、Ｖ＋端子として機能し得、第２の端子１０８は、Ｖ－端子として機能し得、これらは相互接続され得るが、第３の端子１１０によって実装される位相出力端子は、別個のままであり得る。図７及び図８の構成はまた、単一のハウジング内に配置され得、図９に例示される共有ベースプレートとともに構成され得、これは、より高いユニットの複雑さ及びコストの可能なトレードオフによって、パワー密度を高め得る。

パワーモジュール１００の様々な配置、構成、及び幅のスケーリングされたバージョンは、様々な用途及びパワーレベルを網羅するが、中心的な内部構成要素及びレイアウトは、同一のままであり得る、整合し得る、複製され得る、などであり得る。これは、開示されるパワーモジュール１００の有益なモジュール性を強化する。この構造は、高レベルの性能を示し、一方で、顧客に特有のシステムの範囲で使用及び拡張が容易である、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部分透視内観図を例示する。

図１１は、図１０のパワーモジュールの部分透視内観図を例示する。

図１２は、図１１のパワーモジュールの部分側面図を例示する。

具体的には、図１０は、パワーモジュール１００のいくつかの内部要素を例示する。パワーモジュール１００の内部要素は、ベースプレート６０２、１つ以上のパワー基板６０６、第１の端子１０６、第２の端子１０８、第３の端子１１０、１つ以上のスイッチ位置１０４、パワーデバイス３０２、信号端子５０２、５０４などのうちの１つ以上含み得る。更に、パワーモジュール１００は、本明細書に記載された要素よりも多い、少ない、又はそれとは異なる要素を含み得ることが想到される。

追加的に、パワーモジュール１００は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び／又は少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を含み得る。具体的には、パワーモジュール１００は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の実装を伴わない少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を含む実装を含み得、パワーモジュール１００は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の実装を伴わない少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を含む実装を含み得、パワーモジュール１００は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を含む実装を含み得る。追加的に、パワーモジュール１００は、別個の構造、別個の接続構造、別個の直接接続構造、組み合わせた構造、及び／又は統合構造であり得る、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を含む実装を含み得る。

具体的には、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、第１のエレベーテッド信号要素１２０と、第２のエレベーテッド信号要素１２２と、を含み得る。しかしながら、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、任意の数のエレベーテッド信号要素を含み得る。一態様では、第１のエレベーテッド信号要素１２０は、１つ以上のパワー基板６０６のうちの第１のもの、及び／又はスイッチ位置１０４のうちの第１のものより上に配置され得、第２のエレベーテッド信号要素１２２は、１つ以上のパワー基板６０６のうちの第２のもの、及び／又はスイッチ位置１０４のうちの第２のものより上に配置され得る。本明細書で使用される場合、「より上」という相対的な用語は、図に例示される１つの要素と別の要素との関係を説明することに留意されたい。「より上」という相対的な用語は、図に示される位置及び／又は配向に加えて、要素の異なる位置及び／又は配向を包含することを意図していることが理解されるであろう。これに関して、本明細書で使用される場合、「より上」という相対的な用語は、要素の垂直配置、垂直オフセット、相対的な垂直位置決め、空間的配置、空間オフセット、相対的な空間位置決め、などを説明し得、図に示される配向に限定され得ない。

少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６と、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８と、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０と、を含み得る。しかしながら、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、任意の数のエレベーテッドパワープレーンを含み得る。一態様では、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６は、１つ以上のパワー基板６０６のうちの第１のもの、及び／又はスイッチ位置１０４のうちの第１のものより上に配置され得、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８は、１つ以上のパワー基板６０６のうちの第２のもの、及び／又はスイッチ位置１０４のうちの第２のものより上に配置され得る。一態様では、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、絶縁材料、絶縁層などを含み得る。一態様では、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、パワーモジュール１００の幅の大部分の距離をｚ軸に沿って延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。特定の態様では、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、ｚ軸に沿ったパワーモジュール１００の幅の距離の６０％～１００％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％、及び／又は９０％～１００％に延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。

これに関して、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４及び少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８をパワーデバイス３０２より上に配置することによって、パワー基板６０６上の領域が解放されて、より多くのパワーデバイス、追加的な構成要素（例えば、熱センサ、電流センサ、コンデンサ、など）、より多くの電流を搬送するためのより大きい金属面、より簡単なレイアウトジオメトリ、部品が配置される場所のより高い柔軟性などが加えられ、パワーモジュール１００のためのより高密度のパワーモジュールパッケージがもたらされる。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、標準的なプリント回路基板（ＰＣＢ）、より硬い絶縁金属基板（ＩＭＳ）技術、高電圧プロトタイプモジュールの他のバリエーションなどを使用して実装され得る。例えば、高電圧プロトタイプモジュールの他のバリエーションは、主に電圧分離の理由から、基板レイアウトをより単純にする、より高いパワー密度モジュールを可能にする、などのために実装され得る。一態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、絶縁材料、絶縁層などを含み得る。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の統合は、パワー基板６０６の頂部の導電プレーンのジオメトリを更に簡略化する。この統合は、パワーデバイス３０２へのパワー経路及び信号経路をルーティングする際の、より高い柔軟性の設計を可能にする。加えて、ＩＭＳ構成又は類似の技術を使用した一実施形態では、信号経路が実際に少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４上に直接プリント又は積層される場合、全体的な部品数及び組み立ての複雑さを低減することができる（場合によっては、コストを低減する）。効果的には、パワーモジュール１００に追加的な金属層を導入することで、パワーモジュール１００の全体的な電流容量を増加させることもできる。

デバイスのレイアウト／位置のより広い選択の幅と結び付けられた、本開示の少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を伴う信号及びパワー経路のルーティングの追加的な選択の幅は、より低いデバイス密度又はより良好な熱的性能及びより低いパッケージインダクタンスの位置決めを可能にするといった観点から、追加的な利点を有することができる。

パッケージインダクタンスを低下させる場合、パワー基板６０６より上の少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の層状平面ジオメトリは、ほぼ理想的な低インダクタンスループジオメトリ（小さい導体の切り離し、短い合計経路、及び広い電流経路）を提供する。

より具体的には、本開示は、パワーモジュール１００の残部からベースプレート６０２を分離させて信号及び／又はパワー伝導のいずれかをルーティングするためにベースプレート６０２及び／又はパワー基板６０６より上に別個のレベルで上昇させて、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４及び／又は少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を導電プレーンとして使用する。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、「ホバーボード」又は「リフテッド」又は「エレベーテッド」構成又は手法によって実装され得、これは、その機能の一部をパワーモジュール１００内の少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び／又は少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を利用する別のエレベーテッドプレーン上に（すなわち、２Ｄから３Ｄに）移動させることによって、追加的なパワーデバイス、センサ、コネクタ、導電パワー及び信号経路などを配置するためのベースプレート６０２及び／又はパワー基板６０６の限られた／有限の基板領域の問題を解決するのを補助する。

本開示の一態様は、パワーデバイス３０２のドレイン側が、パワーデバイス３０２が装着されるパワー基板６０６の金属被覆に電気的に接続される、パワーモジュール１００を含み得る。パワー接続部６２８は、例えば、パワーデバイス３０２より上の少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の正方形の孔を通して、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４によって実装された金属層に接続され得、これが次に、パワーモジュール１００の第１の端子１０６、第２の端子１０８、又は第３の端子１１０（可能性として、それと同じ金属片でさえあり得る）に接続され得る。

本開示の一態様は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４より上に、そこから垂直にオフセットされて、その上に、その直上に、それより下に、その直下に、そこから空間的にオフセットされてなど、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を実装するパワーモジュール１００を含み得る。本開示の一態様は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の最上部に載置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）要素とともに及び／又はその少なくとも１つの側に、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を実装するパワーモジュール１００を含み得る。

本開示の一態様は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８と、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の統合バージョンと、を含み得る。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の統合バージョンは、回路基板の絶縁層及び導電層が少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の表面に直接作製、構築、プリントされた回路基板層が厚膜構造、プリント構造、及び／又は積層構造（絶縁金属基板（ＩＭＳ）など）に低減され得る一実施形態であり得る。ＩＭＳ実装の場合、これは、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４のパワー及び信号層の全てを１つに統合することになる、単一の購入部品をもたらし得る。それは、パワーモジュール１００内に位置決めされ、次いで、信号接続部６２６及びパワー接続部６２８が、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の統合構成に接続され得る。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、通常アルミニウム又は銅製であり、通常ベースプレートとして使用され、したがって、接地電位である、ＩＭＳ底部金属層を実装し得ることに留意されたい。しかしながら、本開示の態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８が、ゲート－ケルビン補助端子分配ネットワークの高電流導体として及び／又はキャリアとして、新規な方法でＩＭＳ底部金属層を実装し得る。

一態様では、パワーモジュール１００は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８を実装し得、これは、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の厚い金属の導電性パワープレーン実装物の上へ積層され得る。これは、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８及び／又は少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を含み得る更に別の導電プレーン（又は場合によっては、複数の導電プレーン）上でパワーモジュール１００の補助制御及び／又は感知信号をルーティングする方法を表す。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、ワイヤボンドの電気的接続を容易に行うために少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４より上に装着され得るが、その配向に対する１つ以上の利点が見出される場合も、それが可能である。信号プレーンの（すなわち、ハイサイド及びローサイドスイッチ位置の上の信号プレーンの）「統合バージョン」は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の回路基板の絶縁層及び導電層が少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の中又は上に直接作製／構築／プリント／接着／配置される厚膜構造、プリント構造、及び／又は積層構造（例えば、絶縁金属基板（ＩＭＳ）回路基板技術、又はフレキシブル回路技術など）として、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８が実装され得る、一実施形態である。ＩＭＳ実施形態の場合、これは、パワー及び信号層並びに／又は制御層の全てを１つに統合し得る、単一の購入部品をもたらし得る。一態様では、それは、パワー及び信号ワイヤボンドを配置する前に、最初にモジュール内に物理的に位置決めされ得る。その後に、結果として生じた構造には、封入、封止、完成品試験などが行われ得る。

１）少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８のエレベーテッド実装、及び２）少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４のエレベーテッド実装の統合は、ジオメトリ、トレース密度を更に簡略化し、元の頂部導電性セラミック基板プレーンの利用度を増加させる。この統合は、頂部金属被覆プレーンから以前に存在した低パワー要素及び高パワー要素を本質的に減らし／除去し、より多くのパワー半導体（すなわち、ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＳｉＣジャンクションバリアショットキー（ＪＢＳ）ダイオード、ＳｉＣ ＩＧＢＴ、ＳｉパワーＭＯＳＦＥＴ、Ｓｉ ＩＧＢＴなど）のための「占有領域」の増加を可能にする。これは、理論的には、同じ基板占有面積に対する電流容量の増加を可能にするか、又は他の用途の回路（例えば、温度センサ、電流センサ、など）の統合を可能にする。この統合はまた、１つの追加的な次元を加えること（すなわち、２Ｄから３Ｄに移行すること）で設計の自由度を加えることを可能にするので、パワー半導体デバイスにパワー及び信号経路をルーティングする際に、モジュール設計者がより柔軟に設計することを可能にする。

加えて、信号経路がパワー導体の中又は上へ直接プリント又は積層されるＩＭＳ回路基板又は同様の技術を使用する少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の一実施形態では、全体的な部品数、組み立ての複雑さ、及びコストが低減され得る。

また、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の内部ゲート－ソース－ケルビン（ＧＳＫ）プリント回路基板の実装を利用するいくつかのパワーモジュール内に、受動デバイス－ゲート又はソース抵抗器、コンデンサなど－を配置するための機会も存在する。その少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８内の低パワー信号分配回路を少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の高パワー導電プレーンと直接統合することは、そうでない場合には適合し得ない、又は容易に接続され得ない温度センサ又は電流センサなどのセンサを容易に位置付けて接続する機会を提供する。これで少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の信号層が少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の直上にあるので、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の周りに、その上に、又はその直近に誘導センサ、ホール効果センサ、及び／又は抵抗性シャント電流センサを配置して接続することを非常に簡単にする。

熱センサの場合、パワーモジュール内の最高温度を感知するために、これらは通常、最も高温のパワーデバイスに最も近い金属被覆セラミック基板の頂部に直接配置される。これは通常、不適合な電圧、センササイズ、及び接続ルーティング経路のため、設計上の妥協点のリストを必要とする。集積回路を有することで、必要とされるワイヤボンドの長さ又はパワー基板上で費やされる信号経路空間を低減することによって、又は発熱パワーデバイスに熱的に密に結合された場所（リフテッドパワープレーンが基板に接続された場所など）において集積回路層にセンサを直接装着することによって、接続の複雑さを大幅に簡略化することができる。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の統合信号層に関して留意するべき重要なことは、本開示のいくつかの実装が、別個であるが接続されている要素（パワーモジュールの外側の構成要素の内部部品に接続するための、又はそこに給電するためのフレキシブルリボンケーブルなど）として、又は下層のパワープレーン金属に作製された湾曲部に沿って、信号層をプレーンの外へ曲げることを可能にすることである。標準的な平面回路基板の使用とは異なり、この柔軟性は、いずれかの内部信号経路をルーティングして接続することに関して、又はゲートドライバボードへの外部接続を行うことに関して、設計選択肢の幅を大幅に広げることを可能にする。

最後に、組み立てプロセスにおいてそうした湾曲部が作製されるときに事前の考慮を適切に加えることで、高度に自動化された方法で標準的なプリント回路基板及びそれらの構成要素が装着されるのと同じように、受動構成要素（例えば、抵抗器、センサ、ソケット、ピン、ブレードなど）を少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の回路に配置して、大量に処理することができる。この組み立てステップは、場合によっては、非常に低いコストで標準的なボード会社に外注することができ、次いで、最終的な組み立ての前又はその間に加えることができる。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、信号接点、信号端子５０２、信号端子５０４などからパワーデバイス３０２への電気的接続を容易にする、小型の信号回路ボードであり得る。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、ゲート及びソースケルビン接続、並びに追加的なノード又は内部感知要素への接続を可能にし得る。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、パワーデバイス３０２ごとの個々のゲート抵抗を可能にし得る。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、パワーモジュール１００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、フレックス回路ボード、埋設金属ストリップなどであり得る。一態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、複数のアセンブリを含み得る。一態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、複数のアセンブリを含み、スイッチ位置１０４ごとに１つであり得る。

少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０のうちの１つに接続され得るか、又はその一部であり得る。具体的には、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０の各々は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４のうちのそれぞれの１つに接続され得、及び／又はその一部であり得る。これに関して、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０のうちのそれぞれの１つとともに、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４のうちのそれぞれの１つが、外部システムと１つ以上のパワー基板６０６との間に高電流経路を作成し得る。一態様では、第１の端子１０６は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６に接続され得るか、又はその一部であり得、第２の端子１０８は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８に接続され得るか、又はその一部であり得、第３の端子１１０は、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０に接続され得るか、又はその一部であり得る。

少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４、並びに第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０のうちのそれぞれの１つは、エッチングプロセス、スタンピング動作などを通じてシートメタルから製造され得る。１つの態様では、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０のうちのそれぞれの１つとともに、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４を、パワー基板６０６に直接はんだ付けすること、超音波溶接することなどができる。少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ニッケル、銀、金などの金属めっきを有し得る。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、厚膜分離部として少なくとも部分的に実装され得る。厚膜分離部として実装される少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の直上のプリント厚膜誘電体を利用し得、電圧阻止を提供し得る。信号接続部６２６は、エポキシ、誘電体フィルムの頂部にプリントされた金属厚膜の薄層への直接はんだ付けなどを通じて、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８の厚膜分離部に取り付けられ得る。

他の態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、吊設分離部を含み得る。この態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の上の十分な距離に吊設され得、パワーモジュール１００のハウジングに取り付けられ得る。これに関して、パワーモジュール１００を満たすゲル封入物は、誘電体分離を提供し得る。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、ゲート制御及び感知信号を提供するように構成され得、これは、パワーモジュール１００のスイッチングの性能において深く考慮され得、並列スイッチ位置１０４に特に重要であり得る。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、高性能、堅牢性、及び均一な電流共有のためにパワーモジュール１００において最適化され得る信号ループを用いて構成され得る。パワーループと同様に、経路は、長さが制限され、断面が広くなるように構成され得、関連する外部構成要素は、信号端子５０２、５０４に物理的にできる限り近付けて配置され得る。

トランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴ、などのパワーデバイス３０２の並列アレイに関して、ゲート電流のタイミング及び大きさは、一貫したターンオン及びターンオフ状態をもたらすようにバランスをとらなければならない。パワーモジュール１００の少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、個々のバラスト抵抗を利用し得、これは、パワーデバイス３０２のゲートに近接して配置され得、信号接続部６２６などのゲートワイヤボンドによってのみ切り離され得る。これらの構成要素は、低抵抗であり得、各個々のパワーデバイス３０２に流れる電流のバッファリングを支援し得る。これらの構成要素は、パワーデバイス３０２のゲートを結合解除するように作用し、発振を防止し、また、パワーデバイス３０２の並列構成のための等化ターンオン信号を確実にするのを補助する。単一の外部抵抗は、スイッチ位置１０４のターンオン速度を制御するために利用されて、これらの並列抵抗器に接続され得る。

少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、用途に応じて、表面実装パッケージ、統合厚膜層、プリント厚膜、ワイヤ接合可能チップなどを含む、いくつかの異なる方法で、ゲート抵抗を実装し得る。

具体的には、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８が、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４に配置され得る。少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、信号端子５０２、５０４に接続され得る。これらの接続部は、温度測定又は他の形態の内部感知に使用され得る。いくつかの態様では、内部感知は、振動を感知する歪みゲージ、湿度を感知するセンサなどを含み得る診断センサから生成され得る診断信号を含む、診断感知を含み得る。更に、診断センサは、任意の環境又はデバイス特性を感知し得る。

この信号ループ又は少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８のこの実装は、パワーデバイス３０２の並列構成の任意の組み合わせでスイッチ位置１０４に実装され得る。標準的なＰＣＢボード間コネクタは、外部ゲートドライバ及び制御回路への容易な接続を可能にし得る。

パワーモジュール１００は、ベースプレート６０２を含み得る。一態様では、ベースプレート６０２は、金属を含み得る。一態様では、金属は、銅を含み得る。ベースプレート６０２は、パワーモジュール１００に構造的支持を提供し得、並びに、パワーモジュール１００の熱管理のための熱拡散を容易にし得る。ベースプレート６０２は、銅、アルミニウムなどの卑金属、又は熱的に生成される応力を低減させるような熱膨張率（coefficient of thermal expansion、ＣＴＥ）整合を提供し得る金属基複合材料（metal matrix composite、ＭＭＣ）を含み得る。一態様では、ＭＭＣ材料は、銅、アルミニウムなどの高導電性金属の複合物と、モリブデン、ベリリウム、タングステンなどの低ＣＴＥ金属及び／又はダイヤモンド、炭化ケイ素、酸化ベリリウム、グラファイト、埋め込み熱分解グラファイトなどの非金属のいずれかとの複合物であり得る。材料に応じて、ベースプレート６０２は、機械加工、鋳造、スタンピングなどによって形成され得る。ベースプレート６０２は、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、ニッケル、銀、金などの金属めっきを有し得る。一態様では、ベースプレート６０２は、平坦な裏面を有し得る。一態様では、ベースプレート６０２は、リフロー後の平面性を向上させるために、凸状プロファイルを有し得る。一態様では、ベースプレート６０２は、直接冷却するためのピンフィンを有し得る。一態様では、ベースプレート６０２は、絶縁材料、絶縁層などを含み得る。

パワーモジュール１００は、１つ以上のパワー基板６０６を含み得る。１つ以上のパワー基板６０６は、パワーデバイス３０２のための電気的相互接続、電圧分離、熱伝達などを提供し得る。１つ以上のパワー基板６０６は、直接接合銅（direct bond copper、ＤＢＣ）、活性金属ろう付け（active metal braze、ＡＭＢ）、絶縁金属基板（ＩＭＳ）などとして構築され得る。ＩＭＳ構造の場合、１つ以上のパワー基板６０６及びベースプレート６０２は、同じ要素として統合され得る。いくつかの態様では、１つ以上のパワー基板６０６は、はんだ、熱伝導性エポキシ、焼結などによってベースプレート６０２に取り付けられ得る。一態様では、スイッチ位置１０４ごとに１つずつ、２つのパワー基板６０６が存在し得る。一態様では、パワー基板６０６は、絶縁材料、絶縁層などを含み得る。一態様では、高熱伝導性であり得る電気絶縁層は、ベースプレート６０２と、パワーデバイス３０２が機械的に取り付けられるパワー基板６０６との間で利用され得る。追加的に、別の電気絶縁材料は、パワーモジュール１００の他の構成要素を取り囲み得る。

パワーモジュール１００は、１つ以上のパワー接点を含み得る。１つ以上のパワー接点の１つの表面は、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０を形成し得る。１つ以上のパワー接点は、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０によって実装され得、外部システムと１つ以上のパワー基板６０６との間に高電流経路を作成し得る。第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０によって実装された１つ以上のエッジパワー接点は、エッチングプロセス、スタンピング動作などを通じてシートメタルから製造され得る。一態様では、第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０によって実装された１つ以上のエッジパワー接点は、パワー基板６０６に直接はんだ付け、超音波溶接などされ得る。第１の端子１０６、第２の端子１０８、及び／又は第３の端子１１０によって実装される１つ以上のパワー接点は、表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ニッケル、銀、金などの金属めっきを有し得る。

図１２を参照すると、パワーデバイス３０２は、１つ以上のパワー基板６０６上に位置し得る。追加的に、パワーデバイス３０２は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４にパワーデバイス３０２を接続する、パワー接続部６２８を含み得る。ゲート及びソースを含む、パワーデバイス３０２上の上部パッドは、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８へのパワー接続部６２８及び／又は信号接続部６２６によって、それらのそれぞれの場所にワイヤボンディングされ得る。パワー接続部６２８は、ワイヤ構造、リボン構造などを実装する、アルミニウム、アルミニウム合金、金、銅などの材料を含み得、両足部で超音波溶接などされて２つの金属パッドの間に導電性アーチを形成し得る。信号接続部６２６は、ワイヤ構造、リボン構造などを実装する、アルミニウム、アルミニウム合金、金、銅などの材料を含み得、両足部で超音波溶接などされて２つの金属パッドの間に導電性アーチを形成し得る。

図１３は、図１２のパワーモジュールの部分側面図を例示する。

具体的には、図１３は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の詳細を例示する。第１のエレベーテッドパワープレーン１２６は、第１の端子１０６を含み得、及び／又は第１の端子１０６に接続し得る。第１のエレベーテッドパワープレーン１２６は、第１のパワープレーン部分１５０、第２のパワープレーン部分１５２、第３のパワープレーン部分１５４、第４のパワープレーン部分１５６、第５のパワープレーン部分１５８、第６のパワープレーン部分１６０、及び第７のパワープレーン部分１６２、のうちの１つ以上を更に含み得る。

第１のパワープレーン部分１５０、第２のパワープレーン部分１５２、第３のパワープレーン部分１５４、第４のパワープレーン部分１５６、第５のパワープレーン部分１５８、第６のパワープレーン部分１６０、及び第７のパワープレーン部分１６２、のうちの１つ以上は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の一部であり得る１つ以上の接続部分と接続され得る。第１のパワープレーン部分１５０、第２のパワープレーン部分１５２、第３のパワープレーン部分１５４、第４のパワープレーン部分１５６、第５のパワープレーン部分１５８、第６のパワープレーン部分１６０、及び第７のパワープレーン部分１６２、のうちの１つ以上は、外部システムと１つ以上のパワー基板６０６及び／又はパワーデバイス３０２との間に高電流経路を作成し得、エッチングプロセス、スタンピング動作などを通じてシートメタルから製造され得、並びに／又は表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ニッケル、銀、金などの金属めっきを有し得る。

第１のパワープレーン部分１５０は、第１の端子１０６に接続し得るか、又はその一部であり得る。第１のパワープレーン部分１５０は、図１３に例示されるように、Ｘ軸に対して略水平又は略平行に延在し得る。概して、本明細書では、１０°以内であると定義される。

第１のパワープレーン部分１５０は、第２のパワープレーン部分１５２に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第２のパワープレーン部分１５２は、Ｙ軸に対して略垂直又は略平行に配置され得る。更に、第２のパワープレーン部分１５２は、第１のパワープレーン部分１５０及び／又は第１の端子１０６より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。特定の態様において、第２のパワープレーン部分１５２は、ｚ軸に沿ったパワーモジュール１００の幅の距離の６０％～１００％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％、及び／又は９０％～１００％に延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。

第２のパワープレーン部分１５２は、第３のパワープレーン部分１５４に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第３のパワープレーン部分１５４は、Ｘ軸に対してある角度で配置され得る、Ｘ軸に対して傾斜され得る、ｙ軸に対してある角度であり得る、ｙ軸に対して傾斜され得る、などである。更に、第３のパワープレーン部分１５４は、第２のパワープレーン部分１５２、第１のパワープレーン部分１５０、及び／又は第１の端子１０６より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。特定の態様では、第３のパワープレーン部分１５４は、ｚ軸に沿ったパワーモジュール１００の幅の距離の６０％～１００％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％、及び／又は９０％～１００％に延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。

第３のパワープレーン部分１５４は、第４のパワープレーン部分１５６に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第４のパワープレーン部分１５６は、Ｙ軸に対して略垂直又は略平行に配置され得る。更に、第４のパワープレーン部分１５６は、第１のパワープレーン部分１５０、第２のパワープレーン部分１５２、第３のパワープレーン部分１５４、及び／又は第１の端子１０６より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。特定の態様において、第４のパワープレーン部分１５６は、ｚ軸に沿ったパワーモジュール１００の幅の距離の６０％～１００％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％、及び／又は９０％～１００％に延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。

第５のパワープレーン部分１５８は、第４のパワープレーン部分１５６に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第５のパワープレーン部分１５８は、Ｘ軸に対してある角度で配置され得る、Ｘ軸に対して傾斜され得る、ｙ軸に対してある角度であり得る、ｙ軸に対して傾斜され得る、などである。更に、第５のパワープレーン部分１５８は、第４のパワープレーン部分１５６、第３のパワープレーン部分１５４、第２のパワープレーン部分１５２、第１のパワープレーン部分１５０、及び／又は第１の端子１０６より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。

第５のパワープレーン部分１５８は、第６のパワープレーン部分１６０に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第６のパワープレーン部分１６０は、Ｘ軸と略平行に、及び／又は第２の１つ以上のパワー基板６０６の上面に対して略平行に配置され得る。更に、第６のパワープレーン部分１６０は、第５のパワープレーン部分１５８、第４のパワープレーン部分１５６、第３のパワープレーン部分１５４、第２のパワープレーン部分１５２、第１のパワープレーン部分１５０、及び／又は第１の端子１０６より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。

第６のパワープレーン部分１６０は、１つ以上のパワー基板６０６に接続し得る。具体的には、第１のパワープレーン部分１５０は、第７のパワープレーン部分１６２がその上に位置決めされる１つ以上のパワー基板６０６と隣接する１つ以上のパワー基板６０６に接続し得る。一態様では、第６のパワープレーン部分１６０は、１つ以上のパワー基板６０６への取り付けプロセスを支援するように足部に分離され得る。第６のパワープレーン部分１６０は、表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ニッケル、銀、及び／又は金などの金属めっきを有し得る。

第４のパワープレーン部分１５６は、第７のパワープレーン部分１６２に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第７のパワープレーン部分１６２は、Ｘ軸と略平行に配置され得、及び／又は略水平であり得る。更に、第７のパワープレーン部分１６２は、第４のパワープレーン部分１５６、第３のパワープレーン部分１５４、第２のパワープレーン部分１５２、第１のパワープレーン部分１５０、及び／又は第１の端子１０６より垂直方向下にあってもよい。第７のパワープレーン部分１６２は、パワー接続部６２８に接続し得る。パワー接続部６２８は、パワーデバイス３０２に接続し得る。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。

図１３に更に示されるように、第１のエレベーテッド信号要素１２０は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の第７のパワープレーン部分１６２より上に配置され得る。一態様では、第１のエレベーテッド信号要素１２０は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の第７のパワープレーン部分１６２より上に配置され、そこから切り離され得る。一態様では、第１のエレベーテッド信号要素１２０は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の第７のパワープレーン部分１６２より上に、かつその上に配置され得る。一態様では、第１のエレベーテッド信号要素１２０は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の第７のパワープレーン部分１６２より上に、かつその直上に配置され得る。しかしながら、他の態様では、第１のエレベーテッド信号要素１２０はまた、第７のパワープレーン部分１６２より下にも配置され得る。特定の態様では、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、ｚ軸に沿ったパワーモジュール１００の幅の距離の６０％～１００％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％、及び／又は９０％～１００％に延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。

パワーモジュール１００は、１つ以上のスイッチ位置１０４を更に含み得る。１つ以上のスイッチ位置１０４は、電流、電圧、及び効率の要件を満たすように並列に配置された制御可能なスイッチ及びダイオードの任意の組み合わせを含み得る、パワーデバイス３０２を含み得る。パワーデバイス３０２は、はんだ、導電性エポキシ、焼結材料などによって取り付けられ得る。

ゲート及びソースを含む、パワーデバイス３０２上の上部パッドは、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４のうちのそれぞれの１つへのパワー接続部６２８によって、それらのそれぞれの場所にワイヤボンディングされ得る。パワー接続部６２８は、ワイヤ構造、リボン構造などを実装する、アルミニウム、アルミニウム合金、金、銅などの材料を含み得、両足部で超音波溶接などされて２つの金属パッドの間に導電性アーチを形成し得る。

信号接続部６２６は、ワイヤ構造、リボン構造などを実装する、アルミニウム、アルミニウム合金、金、銅などの材料を含み得、両足部で超音波溶接などされて２つの金属パッドの間に導電性アーチを形成し得る。いくつかの態様では、信号接続部６２６のワイヤの直径は、パワー接続部６２８のワイヤよりも小さくなり得る。

図１４は、図１２のパワーモジュールの部分側面図を例示する。

具体的には、図１４は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の詳細を例示する。第２のエレベーテッドパワープレーン１２８は、第２の端子１０８を含み得、及び／又は第２の端子１０８に接続し得る。第２のエレベーテッドパワープレーン１２８は、第１のパワープレーン部分１５０、第２のパワープレーン部分１５２、第３のパワープレーン部分１５４、第４のパワープレーン部分１５６、第５のパワープレーン部分１５８、第６のパワープレーン部分１６０、及び第７のパワープレーン部分１６２、のうちの１つ以上を更に含み得る。

第１のパワープレーン部分１５０、第２のパワープレーン部分１５２、第３のパワープレーン部分１５４、第４のパワープレーン部分１５６、第５のパワープレーン部分１５８、第６のパワープレーン部分１６０、及び第７のパワープレーン部分１６２を実装する第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の構成及び動作は、図１３と併せて説明されるような第１のエレベーテッドパワープレーン１２６と合致し得る。しかしながら、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８のいくつかの態様は、第５のパワープレーン部分１５８及び／又は第６のパワープレーン部分１６０を含まない場合がある。しかしながら、他の態様では、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８は、第５のパワープレーン部分１５８及び／又は第６のパワープレーン部分１６０を含み得る。

図１４に更に示されるように、第２のエレベーテッド信号要素１２２は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の第７のパワープレーン部分１６２より上に配置され得る。一態様では、第２のエレベーテッド信号要素１２２は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の第７のパワープレーン部分１６２より上に配置され、そこから切り離され得る。一態様では、第２のエレベーテッド信号要素１２２は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の第７のパワープレーン部分１６２より上に、かつその上に配置され得る。一態様では、第２のエレベーテッド信号要素１２２は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の第７のパワープレーン部分１６２より上に、かつその直上に配置され得る。しかしながら、他の態様では、第２のエレベーテッド信号要素１２２はまた、第７のパワープレーン部分１６２より下にも配置され得る。

図１５は、図１２のパワーモジュールの部分側面図を例示する。

具体的には、図１５は、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０の詳細を例示する。第３のエレベーテッドパワープレーン１３０は、第２の端子１０８を含み得、及び／又は第２の端子１０８に接続し得る。第３のエレベーテッドパワープレーン１３０は、第１のパワープレーン部分１７０、第２のパワープレーン部分１７２、第３のパワープレーン部分１７４、第４のパワープレーン部分１７６、及び第５のパワープレーン部分１７８、のうちの１つ以上を更に含み得る。

第１のパワープレーン部分１７０、第２のパワープレーン部分１７２、第３のパワープレーン部分１７４、第４のパワープレーン部分１７６、及び第５のパワープレーン部分１７８、のうちの１つ以上は、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０の一部であり得る１つ以上の接続部分と接続され得る。第１のパワープレーン部分１７０、第２のパワープレーン部分１７２、第３のパワープレーン部分１７４、第４のパワープレーン部分１７６、及び第５のパワープレーン部分１７８、のうちの１つ以上は、外部システムと１つ以上のパワー基板６０６及び／又はパワーデバイス３０２との間に高電流経路を作成し得、エッチングプロセス、スタンピング動作などを通じてシートメタルから製造され得、並びに／又は表面を保護する及び／又ははんだ付け性を向上させるために、ニッケル、銀、金などの金属めっきを有し得る。

第１のパワープレーン部分１７０は、第２の端子１０８に接続し得るか、又はその一部であり得る。第１のパワープレーン部分１７０は、図１５に例示されるように、Ｘ軸に対して略水平又は略平行に延在し得る。概して、本明細書では、１０°以内であると定義される。

第１のパワープレーン部分１７０は、第２のパワープレーン部分１７２に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第２のパワープレーン部分１７２は、Ｙ軸に対して略垂直又は略平行に配置され得る。更に、第２のパワープレーン部分１７２は、第１のパワープレーン部分１７０及び／又は第２の端子１０８より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。

第２のパワープレーン部分１７２は、第３のパワープレーン部分１７４に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第３のパワープレーン部分１７４は、Ｘ軸に対してある角度で配置され得る、Ｘ軸に対して傾斜され得る、ｙ軸に対してある角度であり得る、ｙ軸に対して傾斜され得る、などである。更に、第３のパワープレーン部分１７４は、第２のパワープレーン部分１７２、第１のパワープレーン部分１７０、及び／又は第２の端子１０８より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。特定の態様では、第３のパワープレーン部分１７４は、ｚ軸に沿ったパワーモジュール１００の幅の距離の６０％～１００％、６０％～７０％、７０％～８０％、８０％～９０％、及び／又は９０％～１００％に延在する、少なくとも１つの平面構造で形成され得る。

第３のパワープレーン部分１７４は、第４のパワープレーン部分１７６に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第４のパワープレーン部分１７６は、Ｘ軸に対してある角度で配置され得る、Ｘ軸に対して傾斜され得る、ｙ軸に対してある角度であり得る、ｙ軸に対して傾斜され得る、などである。更に、第４のパワープレーン部分１７６は、第３のパワープレーン部分１７４、第２のパワープレーン部分１７２、第１のパワープレーン部分１７０、及び／又は第２の端子１０８より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。

第４のパワープレーン部分１７６は、第５のパワープレーン部分１７８に接続し得る。これに関して、接続部は、湾曲部、溶接部分、はんだ付け部分などであり得る。第５のパワープレーン部分１７８は、Ｘ軸と略平行に、及び／又は第２の１つ以上のパワー基板６０６の上面に対して略平行に配置され得る。更に、第５のパワープレーン部分１７８は、第４のパワープレーン部分１７６、第３のパワープレーン部分１７４、第２のパワープレーン部分１７２、第１のパワープレーン部分１７０、及び／又は第２の端子１０８より垂直方向下にあってもよい。接続部は、２つの異なる要素の間に角度を形成し得る。この角度は、２つの異なる要素の間で２０°～１６０°、２０°～６０°、６０°～１００°、１００°～１４０°、又は１４０°～１６０°であり得る。

第５のパワープレーン部分１７８は、１つ以上のパワー基板６０６に接続し得る。具体的には、第１のパワープレーン部分１７０は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６がその上に位置決めされる１つ以上のパワー基板６０６と隣接する１つ以上のパワー基板６０６に接続し得る。一態様では、第５のパワープレーン部分１７８は、１つ以上のパワー基板６０６への取り付けプロセスを支援するように足部に分離され得る。第５のパワープレーン部分１７８は、表面を保護し、はんだ付け性を向上させるために、ニッケル、銀、及び／又は金などの金属めっきを有し得る。

図１６は、図１０のパワーモジュールの部分内観図を例示する。

具体的には、図１６は、パワーモジュール１００の１つ以上のパワー基板６０６上のパワーデバイス３０２の例示的な配置を例示する。更に、図１６は、パワーデバイス３０２から第２のエレベーテッドパワープレーン１２８まで延在する、１つ以上のパワー基板６０６及びパワー接続部６２８のうちの第１のものの上の第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の配置を例示する。

追加的に、パワーモジュール１００は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８及び第１のエレベーテッドパワープレーン１２６内に配置され得る複数の窓３０６を含み得る。これに関して、複数の窓３０６は、丸み付き、長方形形状、正方形形状、多角形形状などであり得る。一態様では、パワーデバイス３０２ごとに、複数の窓３０６のうちのそれぞれの１つが存在し得る。他の態様では、パワーデバイス３０２のうちの２つ以上が、複数の窓３０６のうちのそれぞれの１つと関連付けられ得る。複数の窓３０６は、パワー接続部６２８が、パワーデバイス３０２から第２のエレベーテッドパワープレーン１２８及び／又は第１のエレベーテッドパワープレーン１２６まで垂直方向上方へ延在することを可能にするように構成されている。複数の窓３０６は、信号接続部６２６が、パワーデバイス３０２から少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８、第２のエレベーテッド信号要素１２２、及び／又は第１のエレベーテッド信号要素１２０まで垂直方向上方へ延在することを可能にするように更に構成されている。

追加的に、パワーモジュール１００は、複数のパワーデバイス３０２を含み得る。具体的には、１つ以上のパワー基板６０６ごとに、Ｘ軸に沿って延在するパワーデバイス３０２の複数の列が存在し得、１つ以上のパワー基板６０６ごとに、Ｙ軸に沿って延在するパワーデバイス３０２の複数の列が存在し得る。図１６に示されるように、Ｘ軸に沿って延在する４列のパワーデバイス３０２が存在し得、１つ以上のパワー基板６０６ごとに、Ｙ軸に沿って延在する３列のパワーデバイス３０２が存在し得る。しかしながら、Ｘ軸に沿って延在する任意の列数のパワーデバイス３０２が存在し得、１つ以上のパワー基板６０６ごとに、Ｙ軸に沿って延在する任意の列数のパワーデバイス３０２が存在し得る。１つ以上のパワー基板６０６上のパワーデバイス３０２のこの配置は、パワーデバイス３０２のアレイとして定義され得る。追加的に、パワーデバイス３０２は、長方形グリッド又はアレイで配置される必要はなく、パワーデバイス３０２は、熱分配、パワー分配、インダクタンスバランシングなどの所望の特性の利点をもたらす、任意の配置の１つ以上のパワー基板６０６の表面の周りに分配され得る。

図１７は、図１０のパワーモジュールの部分内観図を例示する。

具体的には、図１７は、パワーデバイス３０２、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８、及び複数の窓３０６の配置を詳細に例示する。これに関して、図１７は、パワーデバイス３０２から、複数の窓３０６を通って上へ延在して、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の第２のエレベーテッドパワープレーン１２８及び／又は少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の第１のエレベーテッドパワープレーン１２６に接続する、パワー接続部６２８を例示する。

追加的に、パワーモジュール１００は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８内に配置され得る複数の窓３０８を含み得る。これに関して、複数の窓３０８は、丸み付き、長方形形状、正方形形状、多角形形状などであり得る。一態様では、パワーデバイス３０２ごとに、複数の窓３０８のうちのそれぞれの１つが存在し得る。他の態様では、パワーデバイス３０２のうちの２つ以上が、複数の窓３０８のうちのそれぞれの１つと関連付けられ得る。複数の窓３０８は、信号接続部６２６がパワーデバイス３０２から少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８まで垂直方向上方へ延在することを可能にするように構成されている。図１７に例示されるように、パワーデバイス３０２の２つ以上が、複数の窓３０８のうちのそれぞれの１つと関連付けられ得る。

図１８は、図１０のパワーモジュールの部分内観図を例示する。

具体的には、図１８は、パワーモジュール１００が１つ以上のセンサ６１０を更に含み得ることを例示する。具体的には、１つ以上のセンサ６１０は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４上に、又はその直上に配置され得る。いくつかの態様では、１つ以上のセンサ６１０は、第６のパワープレーン部分１６０に配置され得る。１つ以上のセンサ６１０は、はんだ、導電性エポキシ、焼結材料などによって、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４に取り付けられ得、次いで、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８に接続され得る。具体的には、１つ以上のセンサ６１０は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の第５のパワープレーン部分１５８に配置され得る。特定の態様では、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４に配置され得、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８に接続され得る。

一態様では、１つ以上のセンサ６１０は、１つ以上の温度センサであり得、抵抗性温度センサ要素によって実装され得、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４に直接取り付けられ得る。具体的には、１つ以上のセンサ６１０は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４上に、又はその直上に配置され得る。抵抗温度検出器（resistance temperature detector、ＲＤＴ）型センサ、負の温度係数（Negative Temperature Coefficient、ＮＴＣ）型センサ、光学型センサ、サーミスタ、熱電対などを含む、他のタイプの温度センサも想到される。

更に、１つ以上のセンサ６１０は、振動を感知する歪みゲージなどを含み得る１つ以上の診断センサを更に含み得る。診断センサは、湿度を決定することもできる。更に、診断センサは、任意の環境又はデバイス特性を感知し得る。１つ以上のセンサ６１０は、追加的又は代替的に、パワー基板６０６に直接取り付けられ得る。

図１９は、本開示の態様による、パワーモジュールの部分内観図を例示する。

具体的には、図１９は、パワーモジュール１００の別の態様を例示する。図１９の態様は、本開示の特徴の任意の１つ以上を含み得る。追加的に、図９は、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６の第２のパワープレーン部分１５２が、第７のパワープレーン部分１６２まで略垂直に下へ延在して、第７のパワープレーン部分１６２に接続し得ることを例示する。追加的に、図９は、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０の第２のパワープレーン部分１７２が、第３のパワープレーン部分１７４まで垂直に下方へ延在して、第３のパワープレーン部分１７４に接続し得ることを例示する。更に、図９は、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８の第２のパワープレーン部分１５２が、第７のパワープレーン部分１６２まで略垂直に下方へ延在して、第７のパワープレーン部分１６２に接続し得ることを例示する。

図２０は、図１０のパワーモジュールを流れる電流を例示する。

具体的には、図２０は、パワーデバイス３０２がそれに応じて制御されるときの、パワーモジュール１００を流れる例示的な電流を例示する。具体的には、パワーデバイス３０２は、パワーモジュール１００を流れる電流の複数のバリエーションに関して制御され得る。したがって、図２０に例示される電流フローは、パワーモジュール１００を流れる電流の多くの可能なフローのうちの１つに過ぎない。

図２０に例示されるように、電流は、第２の端子１０８から、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０を通って、１つ以上のパワー基板６０６の最右端の構成へと流れ得る。電流は、１つ以上のパワー基板６０６の最右端の構成から、そこを通って、１つ以上のパワー基板６０６の最右端の構成に配置されたパワーデバイス３０２へと流れる。その後に、電流は、１つ以上のパワー基板６０６の最右端の構成に配置されたパワーデバイス３０２から、パワー接続部６２８を通って、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６へと上方に流れ、その後に、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成へと流れる。

電流は、次いで、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成から、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成に配置されたパワーデバイス３０２へと流れる。その後で、電流は、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成に配置されたパワーデバイス３０２から、パワー接続部６２８のそれらのそれぞれ１つを通って、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８へと流れ、それが、第３の端子１１０へと流れる。

図２１は、図１０のパワーモジュールを流れる電流を例示する。

具体的には、図２１は、パワーデバイス３０２がそれに応じて制御されるときの、パワーモジュール１００を流れる例示的な電流を例示する。具体的には、パワーデバイス３０２は、パワーモジュール１００を流れる電流の複数のバリエーションに関して制御され得る。したがって、図２１に例示される電流フローは、パワーモジュール１００を流れる電流の多くの可能なフローのうちの１つに過ぎない。

図２１を参照すると、電流は、第３の端子１１０から、第４のパワープレーン部分１５６へと流れ、その後に、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成に配置されている第７のパワープレーン部分１６２へと流れ得る。その後に、電流は、第７のパワープレーン部分１６２を通って、パワー接続部６２８に、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成に配置されているパワーデバイス３０２へと流れ得る。電流は、次いで、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成に配置されているパワーデバイス３０２を通って、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成へと流れ得る。その後に、電流は、１つ以上のパワー基板６０６の最左端の構成を通って、第５のパワープレーン部分１５８へと流れ、続いて、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６及び第１の端子１０６へと流れ得る。

したがって、図２０及び図２１に例示されるように、パワーモジュール１００は、標準的なパッケージング手法よりも大幅に低いループインダクタンスで、パワーデバイス３０２の大きいアレイの間で均一に電流を分配するように構成され得る。パワーモジュール１００のレイアウトは、高度に構成可能であり、パワーエレクトロニクス産業に共通の大部分のパワー回路トポロジを採用するように構成され得る。

パッケージインダクタンスを低下させる場合、パワー基板６０６より上の少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４の層状平面ジオメトリは、ほぼ理想的な低インダクタンスループジオメトリ（小さい導体の切り離し、短い合計経路、及び広い電流経路）を提供する。

低い内部インダクタンスを達成するために、パワーモジュール１００の電流経路は、磁束相殺を達成することが可能な場合は常に、図２０及び図２１に例示されるように広くなり、長さが短くなり、かつ重なり得る。磁束相殺は、ループを通って進行する電流が近接して反対方向に移動するときに起こり、それらの関連する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、占有面積の幅全体が伝導に利用されることである。モジュール高さは、電流が構造を通して進行しなければならない長さを低減するために最小限にされ得る。

追加的に、パワーデバイス３０２は、第７のパワープレーン部分１６２に近接して配置され得、それらの関連するループインダクタンスのアンバランスを最小にし、かつ優れた熱的結合を確実にする。図２０、図２１に例示される特定された経路は、以下の因子、すなわち、
モジュールの低い高さ、
第７のパワープレーン部分１６２、第１の端子１０６、第２の端子１０８、第３の端子１１０、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４などに対するパワーデバイス３０２の近接性、全ての機能要素の密なパッキング、
パワーデバイス３０２ごとのパワー接続部６２８の最適化された並列実装、
パワーデバイス３０２の間の均一な電流共有、
ローサイドスイッチ位置で電流の方向が逆になったときの磁束相殺、により、低インダクタンスである。

全体として、この低インダクタンス高電流の相互接続構造が必要であり得、開示されるパワーモジュール設計によって可能になり得る。併せて、それらは、有効なかつ高度に統合された低インダクタンス経路をスイッチ位置１０４の間に形成する。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、非常に高周波のスイッチングを可能にする。

これらの利点は、全体として、より低いスイッチング損失、より高いスイッチング周波数、向上した制御性、及び低減されたＥＭＩを可能にする。最後に、これは、システム設計者が、より高いパワー密度、堅牢なパワー変換システムを達成するのを補助する。

図４に戻って参照すると、パワーモジュール１００は、ハウジング１９８などを更に含み得る。ハウジング１９８は、合成材料で形成され得る。一態様では、ハウジング１９８は、射出成型プラスチック要素であり得る。ハウジング１９８は電気的絶縁、電圧クリーページ及びクリアランス、構造的支持、及び電圧を保持するためのキャビティ、並びに水分遮断封入を提供し得る。一態様では、ハウジング１９８は、強化高温プラスチックによる射出成型プロセスで形成され得る。パワーモジュール１００及び／又はハウジング１９８は、ガスケットを含み得る。ガスケットは、液密シールを提供することによって封入プロセスを改善し得る。これに関して、パワーモジュール１００は、その中に誘電性封入物を含み得る。ガスケットは、射出成型、分注などが行われ得、溝に適用され得る。

パワーモジュール１００は、キャプティブファスナを更に含み得る。キャプティブファスナは、ハウジング１９８内に配置された六角ナットであり得、エッジパワー接点、第１の端子１０６、第２の端子１０８、第３の端子１１０などが折り畳まれた後に、それらの下に捕捉されたままであり得る。キャプティブファスナを実装するための他のタイプのファスナ又はコネクタが想到される。キャプティブファスナは、外部バスバー又はケーブルへの電気的接続を容易にし得る。キャプティブファスナは、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、及び第１の端子１０６、第２の端子１０８、第３の端子１１０などが、バッシングの中へ上方に引っ張られて、より良質の電気的接続を形成するように配置され得る。キャプティブファスナがハウジング１９８に固定された場合、それらは、バッシングをパワーモジュール１００内に引き下げるように作用し得、それは、バスバーの硬さにより、接続不良を形成し得る。

一態様では、キャプティブファスナが回転することを防止するために、ハウジング１９８は、蓋を含み得、ハウジング１９８は、キャプティブファスナの外部形状と一致する形状を有する開口部を含み得る。対応するファスナは、キャプティブファスナによって受容され得る。対応するファスナは、第１の端子１０６、第２の端子１０８、第３の端子１１０などのファスナ孔を通って延在して、外部バスバー又はケーブルへの電気的接続を容易にする。

開示されるパワーモジュール１００は、コールドプレートを含み得る。コールドプレートは、パワーモジュール１００から離れた別の場所（液体、空気など）に廃熱を伝達する役割を果たす、高性能液体コールドプレート、ヒートシンクなどであり得る。

トランジスタ、特にＭＯＳＦＥＴ、などのパワーデバイス３０２の並列アレイに関して、ゲート電流のタイミング及び大きさは、一貫したターンオン及びターンオフ状態をもたらすようにバランスをとらなければならない。パワーモジュール１００は、パワーデバイス３０２のゲートに近接して配置され、ゲートワイヤボンドによってのみ切り離され得る、個々のバラスト抵抗を利用し得る。個々のバラスト抵抗は、低い抵抗値のものであり得、各個々のパワーデバイス３０２に流れる電流のバッファリングを支援し得る。個々のバラスト抵抗は、パワーデバイス３０２のゲートを結合解除するように作用し、発振を防止し、パワーデバイス３０２の並列構成に関する等化ターンオン信号を確実にするのを補助する。単一の外部抵抗は、スイッチ位置１０４のターンオン速度を制御するために利用されて、これらの並列抵抗器に接続され得る。一態様では、バラスト抵抗は、各パワーデバイス３０２と関連付けられ得る。一態様では、個々のバラスト抵抗は、各個々のパワーデバイス３０２と関連付けられ得る。

追加的な態様では、パワーモジュール１００は、パワーデバイス３０２のソースケルビン接続に近接して配置され得る個々のバラストソースケルビン抵抗器を利用し得る。一態様では、ソースケルビン抵抗器は、ソースケルビンワイヤボンドによってのみ切り離され得る。一態様では、ソースケルビン抵抗器は、各パワーデバイス３０２と関連付けられ得る。一態様では、個々のソースケルビン抵抗器は、各個々のパワーデバイス３０２と関連付けられ得る。ソースケルビン抵抗器は、低抵抗値のものであり得、各個々のパワーデバイス３０２のソースケルビン接続部へと流れる電流のバッファリングを支援し得る。ソースケルビン抵抗器は、パワーデバイス３０２のソースケルビン接続を結合解除するように作用し得、発振を防止し、パワーデバイス３０２の並列構成に関する等化された信号を確実にするのを補助する。特定の態様では、ソースケルビン抵抗器は、個々のパワーデバイス３０２の任意の不整合、個々のパワーデバイス３０２のレイアウトなどに対処するように構成及び実装され得る。

特定の態様では、ソースケルビン抵抗器は、個々のパワーデバイス３０２間のフィードバック発振を防止又は低減すること、個々のパワーデバイス３０２間のフィードバック発振を弱めること、個々のパワーデバイス３０２間のソースケルビン信号を結合解除すること、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抑制すること、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こと、個々のパワーデバイス３０２を通って流れる電流を、電流経路を通して流れさせること、などを行うように構成及び実装され得る。更に、ソースケルビン抵抗器は、信号送信インダクタンスを低減すること、パワーデバイス３０２のゲート動作が遅くならないことを確実にすること、パワーデバイス３０２のゲート／ソースの過電圧を最小にすること、などを行い得る。

ソースケルビン抵抗器は、用途に応じて、表面実装パッケージ、統合厚膜層、プリント厚膜、ワイヤボンディング可能なチップ、「自然」抵抗経路（抵抗を加える材料／構造インターフェース）などであり得る。１つ以上の態様では、ソースケルビン抵抗器の抵抗値及び抵抗器は、等価であり得る。１つ以上の態様では、ソースケルビン抵抗器の抵抗値及び抵抗器は、異なり得る。

一態様では、パワーモジュール１００は、ハーフブリッジ、フルブリッジ、三相、ブースタ、チョッパ、ＤＣ－ＤＣコンバータなどの配置及び／又はトポロジを含む、多種多様なパワートポロジで実装され得る。

一態様では、パワーモジュール１００は、複数のピンフィンを含み得る。一態様では、複数のピンフィンは、パワーモジュール１００の１つ以上の構成要素からの熱を伝達するように構成され得る。一態様では、複数のピンフィンは、パワーモジュール１００の１つ以上の構成要素を冷却するように構成され得る。一態様では、複数のピンフィンは、パワーモジュール１００の１つ以上の構成要素を直接冷却するように構成され得る。一態様では、複数のピンフィンは、コールドプレートと連動してパワーモジュール１００の１つ以上の構成要素を直接冷却するように構成され得る。一態様では、複数のピンフィンは、冷却剤がピンフィンを通過することを可能にするように構成され得る。

一態様では、パワーモジュール１００は、用途に挿入すること、用途とともに実装すること、用途とともに構成されること、などが行われ得る。この用途は、パワーモジュール１００を実装するシステムであり得る。この用途は、パワーシステム、モータシステム、自動車用モータシステム、充電システム、自動車用充電システム、車両システム、産業用モータドライブ、埋め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、潮力発電プラント、及び電気車両（electric vehicle、ＥＶ）用インバータ、コンバータなどであり得る。

具体的には、パワーモジュール１００は、三相インバータとして実装され得る。態様では、インバータは、２つの別個の三相インバータ、１つの三相インバータ、１つのフルブリッジ、１つのハーフブリッジなどとして構成され得る。一態様では、インバータは、６つの専用のハーフブリッジとともに構成され得る。一態様では、上述した構成は、インバータの外側の接続部とともに構造化及び配置され得る。一態様では、上述した構成は、パワーモジュール１００の異なるバージョン及び／又は他の組み立て構成要素を含み得る。

図２２は、本開示による、パワーモジュールを実装するプロセスを例示する。

具体的には、図２２は、本明細書で説明されるパワーモジュール１００の実装、作製、製造、形成などに関連するパワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）を例示する。パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）の態様は、本明細書に記載される態様と一致する、異なる順序で行われ得ることに留意されたい。更に、パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）は、本明細書に開示される様々な態様と一致する、より多い又はより少ないプロセスを有するように変更され得る。

最初に、パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）は、少なくとも１つの導電性パワー基板を提供すること（ボックス４０２）を含み得る。より具体的には、１つ以上のパワー基板６０６は、本明細書で説明されるように構築、構成、及び／又は配置され得る。

１つ以上のパワー基板６０６は、パワーデバイス３０２のための電気的相互接続、電圧分離、熱伝達などを提供し得る。１つ以上のパワー基板６０６は、直接接合銅（ＤＢＣ）、活性金属ろう付け（ＡＭＢ）、絶縁金属基板（ＩＭＳ）などとして構築され得る。ＩＭＳ構造の場合、１つ以上のパワー基板６０６及びベースプレート６０２は、同じ要素として統合され得る。いくつかの態様では、１つ以上のパワー基板６０６は、はんだ、熱伝導性エポキシ、焼結などによってベースプレート６０２に取り付けられ得る。一態様では、スイッチ位置１０４ごとに１つずつ、２つのパワー基板６０６が存在し得る。一態様では、パワー基板６０６は、絶縁材料、絶縁層などを含み得る。

更に、パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）は、複数のパワーデバイスを少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置し、複数のパワーデバイスを少なくとも１つの導電性パワー基板に接続すること（ボックス４０４）を含み得る。より具体的には、パワーデバイス３０２は、本明細書で説明されるように１つ以上のパワー基板６０６に構築、構成、及び／又は配置され得る。

パワーデバイス３０２は、はんだ、導電性エポキシ、焼結材料などによって取り付けられ得る。パワーデバイス３０２は、熱分配、パワー分配、インダクタンスバランシングなどの所望の特性の利点をもたらす、任意の配置の１つ以上のパワー基板６０６の表面の周りに分配され得る。

追加的に、パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）は、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を複数のパワーデバイスに電気的に接続すること（ボックス４０６）を含み得る。より具体的には、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、本明細書で説明されるように構築、構成、及び／又は配置され得る。追加的に、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、信号接続部６２６によってパワーデバイス３０２に電気的に接続され得る。

具体的には、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、第１のエレベーテッド信号要素１２０と、第２のエレベーテッド信号要素１２２と、を含み得る。しかしながら、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、任意の数のエレベーテッド信号要素を含み得る。信号接続部６２６は、パワーデバイス３０２から少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８、第２のエレベーテッド信号要素１２２、及び／又は第１のエレベーテッド信号要素１２０まで垂直に上方へ延在し得る。

追加的に、パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）は、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続し、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを複数のパワーデバイスに電気的に接続すること（ボックス４０８）を含み得る。より具体的には、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、本明細書で説明されるように構築、構成、及び／又は配置され得る。追加的に、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、１つ以上のパワー基板６０６に電気的に接続され得る。これに関して、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０、第５のパワープレーン部分１７８、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８、第６のパワープレーン部分１６０などが、１つ以上のパワー基板６０６に接続され得る。

追加的に、少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４、第１のエレベーテッドパワープレーン１２６、第２のエレベーテッドパワープレーン１２８、第３のエレベーテッドパワープレーン１３０、第７のパワープレーン部分１６２などが、パワー接続部６２８によってパワーデバイス３０２に接続され得る。

追加的に、パワーモジュールを構成するプロセス（ボックス４００）は、明細書及び図面を含む、本開示と一致する追加的なプロセスを含み得る。

したがって、本開示は、基板上の領域が解放されて、より多くのパワーデバイス、追加的な構成要素（例えば、熱センサ、電流センサ、コンデンサなど）、より多くの電流を搬送するためのより大きい金属面、より簡単なレイアウトジオメトリ、部品が配置される場所のより高い柔軟性、又はこれらの任意の組み合わせが加えられ、より高密度のパワーモジュールパッケージがもたらされる、パワーデバイスより上のエレベーテッド及びサポーテッド金属層を含む、パワーモジュールを記載している。更に、本開示は、基板レイアウトをより単純にする、より高いパワー密度のモジュールを可能にする、などのパワーモジュールを記載している。

追加的に、本開示は、エレベーテッド信号ボード及び基板の頂部の導電プレーンのジオメトリを更に簡略化するエレベーテッドパワープレーンを備えたパワーモジュールを記載している。この統合は、パワーデバイスへのパワー経路及び信号経路をルーティングする際の、より高い柔軟性の設計を可能にする。効果的には、パワーモジュールに追加的な金属層を導入することで、パワーモジュールの全体的な電流容量を増加させることもできる。デバイスのレイアウト／位置設定のより広い選択の幅と結び付けられた、信号及びパワー経路のルーティングの追加的な選択の幅は、より低いデバイス密度又はより良好な熱的性能及びより低いパッケージインダクタンスの位置決めを可能にするといった観点から、追加的な利点を有することができる。

追加的に、本開示は、パッケージインダクタンスを低下させるように構成されたパワーモジュールを記載している。具体的には、基板パワープレーンより上方のエレベーテッドパワープレーンの層状平面ジオメトリは、ほぼ理想的な低インダクタンスループジオメトリ（小さい導体の切り離し、短い合計経路、及び広い電流経路）を提供する。

したがって、本開示はまた、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し、安定性を高め、スイッチング損失を減少させ、ＥＭＩを低減し、システム構成要素に対する応力を制限するように構成された、改善されたパワーモジュール１００及び関連するシステムも記載している。

具体的には、開示されるパワーモジュール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、及び三相構成を含む、多数のトポロジで実装され得る。パワーモジュール１００の用途としては、モータドライブ、ソーラーインバータ、回路ブレーカ、保護回路、ＤＣ－ＤＣコンバータなどが挙げられる。

本開示のパワーモジュール１００は、パワー処理のニーズ並びに所与の用途に特有のサイズ及び重量制限の範囲内で、大部分のシステムに適合可能である。本開示に記載されるパワーモジュール設計及びシステムレベル構造は、高レベルのパワー密度及び体積利用度を達成することを可能にする。

追加的に、本開示の様々な態様はまた、中電圧及び高電圧パッケージにもあてはまり得る。例えば、こうしたパッケージとしては、密封したプレスパックスタイルの（又は「ホッケーパック」）パッケージが挙げられ得る。例えば、パッケージは、１つ以上の整流器、１つ以上のファストリカバリダイオード、１つ以上のサイリスタなどを有するパッケージなどの、様々な電気的構成要素を含む。

これに関して、かかるパッケージング技術を利用する、本開示の用途は、非密封プラスチック筐体モジュールに勝る利点、すなわち、１）直接液浸（すなわち、操作された誘電流体の使用）を含むあらゆる冷却選択肢に適した気密パッケージ、２）より高い耐爆発性及び耐破裂性、３）高い耐熱サイクル性、４）両面冷却が可能であり得る、及び５）既存の装置及び設計を新しいＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、又はＧＴＯ技術にアップグレードすることを可能にするＧＴＯサイリスタ及び整流器との機械的互換性、を有する。また、プレスパックは、高い信頼性の電気的接続を達成するためのボンドレス構造（すなわち、機械的圧力）を使用する。これらの単一スイッチの気密パッケージは、次いで、より高い電圧動作又は多平面トポロジのために直列にスタックされ得る。一態様では、パッケージは、より高い電圧を達成するために直列に接続され得る。

一態様では、中電圧及び高電圧パッケージは、本開示の様々な態様のうちの１つ以上を含み得る。これに関して、電気的構成要素は、パワー基板６０６に配置され得る。少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン１２４は、パワー基板６０６の上に配置され得、電気的構成要素へのパワー接続部６２８を含み得る。追加的に、少なくとも１つのエレベーテッド信号要素１１８は、パワー基板６０６の上に配置され得、電気的構成要素への信号接続部６２６を含み得る。

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ながら上で説明してきた。しかしながら、本開示が多くの異なる形態で具現化され得ること、及び本開示が上で説明した態様に限定されるものと解釈されるべきではないことが理解されるであろう。むしろ、これらの態様は、本開示が徹底的かつ完全なものとなるように、及び本開示の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。追加的に、記載された様々な態様は、別個に実施され得る。更に、記載された１つ以上の様々な態様は、組み合わせられ得る。全体を通じて、同様の符号は、同様の要素を指す。

本明細書の全体を通じて、様々な要素を説明するために第１、第２、などの用語が使用されているが、そうした要素は、これらの用語によって限定されないことが理解されるであろう。これらの用語は、１つの要素を別の要素と区別するためにだけ使用される。例えば、本開示の範囲から逸脱することなく、第１の要素を第２の要素と称することができ、同様に、第２の要素を第１の要素と称することができる。「及び／又は」という用語は、列記された関連項目のうちの１つ以上のあらゆる組み合わせを含み得る。

本明細書で使用される専門用語は、特定の態様を説明することだけを目的とするものであり、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、別途文脈が明確に示していない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用されるとき、「備える（comprises）」、「備える（comprising）」、「含む（includes）」、及び／又は「含む（including）」という用語は、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はこれらの群の存在又は追加を排除しないことが更に理解されるであろう。

層、領域、又は基板などのある要素が別の要素の「上に」ある、又は他の要素の「上へ」延在すると称される場合、その要素は、他の要素の上に直接存在することができること、又は他の要素の上へ直接延在することができること、又は介在要素も存在し得ることが理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素の「直上に」ある、又は「直上へ」延在すると称される場合は、いかなる介在要素も存在しない。また、ある要素が別の要素に「接続されている」又は「結合されている」と言及される場合、その要素は、他の要素に直接接続又は直接結合することができること、又は介在要素が存在し得ることが理解されるであろう。対照的に、要素が別の要素に「直接接続されている」又は「直接結合されている」と言及されている場合は、いかなる介在要素も存在しない。

本明細書では、図に示される１つの要素、層、又は領域と別の要素、層、又は領域との関係を説明するために、「より下（below）」若しくは「より上（above）」、又は「上部（upper）」若しくは「下部（lower）」、又は「頂部（top）」若しくは「底部（bottom）」などの相対的な用語が使用され得る。これらの用語は、図に表された配向に加えて、デバイスの異なる配向を包含することを意図することが理解されるであろう。

本明細書では、本開示の態様が、本開示の理想とする実施形態（及び中間構造）の概略図である断面図を参照しながら説明されている。明確にするために、図中の層及び領域の厚さは誇張され得る。追加的に、例えば、製造技術及び／又は公差の結果として、示される形状から変形することが予想される。

図面及び明細書には、本開示の典型的な態様が開示されており、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においてだけ使用されており、限定を目的として使用されておらず、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲に記載されている。

例示的な態様に関して本開示を説明してきたが、当業者は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲内の修正によって、本開示を実践することができることを認識するであろう。上記のこれらの例は、単なる例示的なものであり、本開示の全ての可能な設計、態様、用途、又は修正の網羅的なリストであることを意味するものではない。これに関して、様々な態様、特徴、構成要素、要素、モジュール、配置、回路などが、交換可能であること、混合されること、整合されること、組み合わせられることなどが想到される。これに関して、本開示の異なる特徴は、モジュール式であり、混合すること、及び互いに整合させることができる。

Claims (52)

1. 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、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、を備え、
   前記パワーモジュールが、
   前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板より上に配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素、及び
   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、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンのうちの少なくとも１つを更に備える、パワーモジュール。
2. 前記パワーモジュールが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を備え、
   前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、第１のエレベーテッド信号要素と、第２のエレベーテッド信号要素と、を備える、
   請求項１に記載のパワーモジュール。
3. 前記パワーモジュールが、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを備え、
   前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、第１のエレベーテッドパワープレーンと、第２のエレベーテッドパワープレーンと、第３のエレベーテッドパワープレーンと、を備える、
   請求項１に記載のパワーモジュール。
4. 前記パワーモジュールが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を備え、
   前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は絶縁金属基板（ＩＭＳ）のうちの１つを備える、
   請求項１に記載のパワーモジュール。
5. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、高電流導体として構成された金属層を有する前記絶縁金属基板（ＩＭＳ）を備える、
   請求項４に記載のパワーモジュール。
6. 前記パワーモジュールが、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを備え、
   前記パワーデバイスが、前記パワーデバイスを前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンに接続するパワー接続部を備える、
   請求項１に記載のパワーモジュール。
7. 前記パワーモジュールが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素と、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンと、を備え、
   前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、切り離されること、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン上に配置されること、及び前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンの直上に配置されることのうちの１つで配置されている、
   請求項１に記載のパワーモジュール。
8. 前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを更に備え、
   前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、複数の第１の窓を備える、
   請求項１に記載のパワーモジュール。
9. 前記複数の第１の窓が、パワー接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンまで垂直に延在することを可能にするように構成されている、
   請求項８に記載のパワーモジュール。
10. 前記パワーデバイスが、前記少なくとも１つの導電性パワー基板上に、あるパターンで配置されている、請求項１に記載のパワーモジュール。
11. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を更に備え、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、複数の第２の窓を備える、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
12. 前記複数の第２の窓が、信号接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素まで垂直に延在することを可能にするように構成されている、
    請求項１１に記載のパワーモジュール。
13. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素と、
    １つ以上のセンサと、を更に備え、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン及び前記少なくとも１つの導電性パワー基板のうちの１つの上に配置され、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素に接続される、
    請求項１に記載のパワーモジュール。
14. パワーモジュールを構成するプロセスであって、
    少なくとも１つの導電性パワー基板を提供することと、
    複数のパワーデバイスを前記少なくとも１つの導電性パワー基板上に配置して、前記複数のパワーデバイスを前記少なくとも１つの導電性パワー基板に接続することと、
    少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを前記少なくとも１つの導電性パワー基板に電気的に接続して、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを前記複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、を含み、
    前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置される、パワーモジュールを構成するプロセス。
15. 少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を前記複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、
    第１のエレベーテッド信号要素と第２のエレベーテッド信号要素とを備えるように前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を構成することと、を更に含み、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされて配置される、
    請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
16. 第１のエレベーテッドパワープレーンと、第２のエレベーテッドパワープレーンと、第３のエレベーテッドパワープレーンとを備えるように前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンを構成すること、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
17. 少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を前記複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、
    プリント回路基板（ＰＣＢ）及び／又は絶縁金属基板（ＩＭＳ）のうちの１つを使用して、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を実装することと、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
18. 高電流導体として構成された金属層を有する前記絶縁金属基板（ＩＭＳ）として前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を実装すること、
    を更に含む、請求項１７に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
19. 前記パワーデバイスを前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンに接続するパワー接続部を備えるように前記パワーデバイスを構成すること、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
20. 少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を前記複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットさせ、切り離すこと、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットさせ、かつ前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン上に配置すること、及び前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットさせ、かつ前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンの直上に配置すること、のうちの１つで配置することと、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
21. 前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンに複数の第１の窓を配置すること、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
22. パワー接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンまで上方へ延在することを可能にするように前記複数の第１の窓を構成する、
    ことを更に含む、請求項２１に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
23. 前記少なくとも１つの導電性パワー基板上に、あるパターンで前記パワーデバイスを構成すること、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
24. 少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を前記複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素に複数の第２の窓を配置することと、
    を更に含む、請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
25. 信号接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素まで垂直に延在することを可能にするように前記複数の第２の窓を構成すること、
    を更に含む、請求項２４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
26. 少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を前記複数のパワーデバイスに電気的に接続することと、
    １つ以上のセンサを提供することと、を更に含み、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンに上配置され、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素に接続される、
    請求項１４に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
27. 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、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、
    前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素と、
    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、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンと、を備え、
    前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置され、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされて配置される、パワーモジュール。
28. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、第１のエレベーテッド信号要素と、第２のエレベーテッド信号要素と、
    を備える、請求項２７に記載のパワーモジュール。
29. 前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、第１のエレベーテッドパワープレーンと、第２のエレベーテッドパワープレーンと、第３のエレベーテッドパワープレーンと、
    を備える、請求項２７に記載のパワーモジュール。
30. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、プリント回路基板（ＰＣＢ）及び絶縁金属基板（ＩＭＳ）のうちの１つを使用して実装される、
    請求項２７に記載のパワーモジュール。
31. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、高電流導体として構成された底部金属層を有する前記絶縁金属基板（ＩＭＳ）を実装している、
    請求項３０に記載のパワーモジュール。
32. 前記パワーデバイスが、前記パワーデバイスを前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンに接続するパワー接続部を備える、
    請求項２７に記載のパワーモジュール。
33. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、切り離されること、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン上に配置されること、及び前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンの直上に配置されること、のうちの１つで配置されている、
    請求項２７に記載のパワーモジュール。
34. 前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、複数の第１の窓を備える、
    請求項２７に記載のパワーモジュール。
35. 前記複数の第１の窓が、パワー接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンまで垂直に延在することを可能にするように構成されている、
    請求項３４に記載のパワーモジュール。
36. 第１の軸に沿って延在する前記パワーデバイスの複数の列と、第２の軸に沿って延在する前記パワーデバイスの複数の列と、を更に含む、請求項２７に記載のパワーモジュール。
37. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素内に配置された複数の第２の窓を更に備える、
    請求項２７に記載のパワーモジュール。
38. 前記複数の第２の窓が、信号接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素まで垂直に延在することを可能にするように構成されている、
    請求項３７に記載のパワーモジュール。
39. １つ以上のセンサを更に備え、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン上に配置され、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素に接続される、請求項２７に記載のパワーモジュール。
40. 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、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、
    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、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンと、を備える、パワーモジュール。
41. 前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を更に備え、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、第１のエレベーテッド信号要素と、第２のエレベーテッド信号要素と、
    を備える、請求項４０に記載のパワーモジュール。
42. 前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、第１のエレベーテッドパワープレーンと、第２のエレベーテッドパワープレーンと、第３のエレベーテッドパワープレーンと、
    を備える、請求項４０に記載のパワーモジュール。
43. 前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を更に備え、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、プリント回路基板（ＰＣＢ）又は絶縁金属基板（ＩＭＳ）のうちの１つを備える、
    請求項４０に記載のパワーモジュール。
44. 前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、高電流導体として構成された金属層を有する前記絶縁金属基板（ＩＭＳ）を備える、
    請求項４３に記載のパワーモジュール。
45. 前記パワーデバイスが、前記パワーデバイスを前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンに接続するパワー接続部を備える、請求項４０に記載のパワーモジュール。
46. 前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を更に備え、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、切り離されること、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン上に配置されること、及び前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンから垂直にオフセットされ、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンの直上に配置されること、のうちの１つで配置されている、
    請求項４０に記載のパワーモジュール。
47. 前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンが、複数の第１の窓を備える、
    請求項４０に記載のパワーモジュール。
48. 前記複数の第１の窓が、パワー接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーンまで垂直に延在することを可能にするように構成されている、
    請求項４７に記載のパワーモジュール。
49. 前記パワーデバイスが、前記少なくとも１つの導電性パワー基板上に、あるパターンで配置されている、請求項４０に記載のパワーモジュール。
50. 前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素を更に備え、
    前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素が、複数の第２の窓を備える、
    請求項４０に記載のパワーモジュール。
51. 前記複数の第２の窓が、信号接続部が前記パワーデバイスから前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素まで垂直に延在することを可能にするように構成されている、
    請求項５０に記載のパワーモジュール。
52. 前記複数のパワーデバイスに電気的に接続され、前記少なくとも１つの導電性パワー基板から垂直にオフセットされて配置された少なくとも１つのエレベーテッド信号要素と、
    １つ以上のセンサと、を更に備え、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッドパワープレーン及び前記少なくとも１つの導電性パワー基板のうちの１つの上に配置され、
    前記１つ以上のセンサが、前記少なくとも１つのエレベーテッド信号要素に接続される、
    請求項４０に記載のパワーモジュール。

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