特表 2023-527801 小型変換器システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-30

(54)【発明の名称】小型変換器システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20230623BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022572405

(86)(22)【出願日】2021-05-10

(85)【翻訳文提出日】2023-01-20

(86)【国際出願番号】 US2021031539

(87)【国際公開番号】W WO2021236367

(87)【国際公開日】2021-11-25

(31)【優先権主張番号】63/028,883

(32)【優先日】2020-05-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/191,805

(32)【優先日】2021-03-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/186,295

(32)【優先日】2021-05-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/191,816

(32)【優先日】2021-03-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/178,918

(32)【優先日】2021-04-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/044,763

(32)【優先日】2020-06-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/136,406

(32)【優先日】2021-01-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522456671

【氏名又は名称】マレル パワー ソリューションズ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100067013

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 文昭

(74)【代理人】

【識別番号】100086771

【弁理士】

【氏名又は名称】西島 孝喜

(74)【代理人】

【識別番号】100109335

【弁理士】

【氏名又は名称】上杉 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100120525

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100139712

【弁理士】

【氏名又は名称】那須 威夫

(74)【代理人】

【識別番号】100121979

【弁理士】

【氏名又は名称】岩崎 吉信

(72)【発明者】

【氏名】ハレル ジャン－クロード

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA01

5H770DA03

5H770DA41

5H770EA01

5H770HA02Y

5H770HA06X

5H770JA19X

5H770PA22

5H770PA42

5H770QA12

(57)【要約】

小型変換器システムはバスバーを含む。バスバーは、ＤＣ電圧サプライの正端子への接続のための端子を含む。小型変換器はまた、ヒートシンクと、第１のトランジスタと、第２のトランジスタとを含む。第１のトランジスタは、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第１のトランジスタを制御する第１のゲート端子とを有する。第１のトランジスタの第１の端子は、バスバーに熱的及び電気的に接続される。第２のトランジスタは、第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第２のトランジスタを制御する第２のゲート端子とを有する。第２のトランジスタの第１の端子は、ヒートシンクに熱的及び電気的に接続される。第１及び第２のトランジスタは、バスバーとヒートシンクの間に位置決めされる。第１のトランジスタは、第２のトランジスタとバスバーの間に位置決めされる。第２のトランジスタは、第１のトランジスタとヒートシンクの間に位置決めされる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換器であって、
ＤＣ電圧サプライの正端子への接続のための端子を備えるバスバーと、
第１のヒートシンクと、
第１のトランジスタであって、該第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第１のトランジスタを制御する第１のゲート端子とを備え、該第１のトランジスタの該第１の端子が前記バスバーに熱的及び電気的に接続される前記第１のトランジスタと、
第２のトランジスタであって、該第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、該第２のトランジスタを制御する第２のゲート端子とを備え、該第２のトランジスタの該第１の端子が前記第１のヒートシンクに熱的及び電気的に接続される前記第２のトランジスタと、
を備え、
前記第１及び第２のトランジスタは、前記バスバーと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされ、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされる、
ことを特徴とする電力変換器。

【請求項2】

第２のヒートシンクと、
第３のトランジスタであって、該第３のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第３のトランジスタを制御する第３のゲート端子とを備え、該第３のトランジスタの該第１の端子が前記バスバーに熱的及び電気的に接続される前記第３のトランジスタと、
第４のトランジスタであって、該第４のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、該第４のトランジスタを制御する第４のゲート端子とを備え、該第４のトランジスタの該第１の端子が前記第２のヒートシンクに熱的及び電気的に接続される前記第４のトランジスタと、
を更に備え、
前記第３及び第４のトランジスタは、前記バスバーと前記第２のヒートシンクの間に位置決めされ、
前記第３のトランジスタは、前記第４のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、
前記第４のトランジスタは、前記第３のトランジスタと前記第２のヒートシンクの間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。

【請求項3】

前記第１のトランジスタの前記第１の端子は、前記バスバーと該第１のトランジスタの前記第２の端子の間に位置決めされ、
前記第２のトランジスタの前記第１の端子は、前記第１のヒートシンクと該第２のトランジスタの前記第２の端子の間に位置決めされ、
前記第１のトランジスタの前記第２の端子は、前前記第２のトランジスタの前記第２の端子と該第１のトランジスタの前記第１の端子の間に位置決めされ、
前記第２のトランジスタの前記第２の端子は、前記第１のトランジスタの前記第２の端子と該第２のトランジスタの前記第１の端子の間に位置決めされ、
前記第３のトランジスタの前記第１の端子は、前記バスバーと該第３のトランジスタの前記第２の端子の間に位置決めされ、
前記第４のトランジスタの前記第１の端子は、前記第２のヒートシンクと該第４のトランジスタの前記第２の端子の間に位置決めされ、
前記第３のトランジスタの前記第２の端子は、前記第４のトランジスタの前記第２の端子と該第３のトランジスタの前記第１の端子の間に位置決めされ、
前記第４のトランジスタの前記第２の端子は、前記第３のトランジスタの前記第２の端子と該第４のトランジスタの前記第１の端子の間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換器。

【請求項4】

前記第１のトランジスタの前記第２の端子と前記第２のトランジスタの前記第１の端子とに接続された第２のバスバーと、
前記ＤＣサプライ電圧の負端子への接続のための端子を備える第３のバスバーと、
を更に備え、
前記第３のバスバーは、前記第２のトランジスタの前記第２の端子に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換器。

【請求項5】

電力変換器であって、
流体がそれを通って流れることができる円筒形チャネルを備えるバスバーと、
前記流体を前記バスバーから電気的に隔離する誘電体と、
第１のトランジスタであって、該第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第１のトランジスタを制御する第１のゲート端子とを備える前記第１のトランジスタと、
を備え、
前記第１の端子は、前記バスバーに熱的及び電気的に接続される、
ことを特徴とする電力変換器。

【請求項6】

前記円筒形チャネルに位置決めされて前記流体をその端部間で伝達するように構成された導管、
を更に備え、
前記誘電体は、前記導管の外面と前記バスバーの間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。

【請求項7】

前記円筒形チャネルは、壁を備え、
前記誘電体は、前記壁に接触する、
ことを特徴とする請求項６に記載の電力変換器。

【請求項8】

流体がそれを通って流れることができる第１のチャネルを備える第１のヒートシンクと、
第２のトランジスタであって、該第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第２のトランジスタを制御する第２のゲート端子とを備える前記第２のトランジスタと、
を更に備え、
前記第２のトランジスタの前記第１の端子は、前記第１のヒートシンクに熱的及び電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換器。

【請求項9】

前記第１及び第２のトランジスタは、前記バスバーと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされることを特徴とする請求項８に記載の電力変換器。

【請求項10】

前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換器。

【請求項11】

第３のトランジスタであって、該第３のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第３のトランジスタを制御する第３のゲート端子とを備える前記第３のトランジスタと、
第４のトランジスタであって、該第４のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第４のトランジスタを制御する第４のゲート端子とを備える前記第４のトランジスタと、
流体がそれを通って流れることができる第２のチャネルを備える第２のヒートシンクと、
を更に備え、
前記第３のトランジスタの前記第１の端子は、前記バスバーに熱的及び電気的に接続され、
前記第４のトランジスタの前記第１の端子は、前記第２のヒートシンクに熱的及び電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換器。

【請求項12】

前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第３のトランジスタ、前記第４のトランジスタ、及び前記バスバーは、前記第１及び第２のヒートシンク間に位置決めされることを特徴とする請求項１１に記載の電力変換器。

【請求項13】

前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、該第２のトランジスタは、該第１のトランジスタと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされ、
前記第３のトランジスタは、前記第４のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、該第４のトランジスタは、該第３のトランジスタと前記第２のヒートシンクの間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換器。

【請求項14】

チャネルを備えるバスバーと、
第１のトランジスタであって、該第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第１のトランジスタを制御する第１のゲート端子とを備え、該第１の端子が前記バスバーに熱的及び電気的に接続される前記第１のトランジスタと、
前記チャネルに位置決めされて流体をその端部間で伝達するように構成された導管と、
を備えることを特徴とする電力変換器。

【請求項15】

流体がそれを通って流れることができる第１のチャネルを備える第１のヒートシンクと、
第２のトランジスタであって、該第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第２のトランジスタを制御する第２のゲート端子とを備え、該第２のトランジスタの該第１の端子が前記第１のヒートシンクに熱的及び電気的に接続される前記第２のトランジスタと、
を更に備えることを特徴とする請求項１４に記載の電力変換器。

【請求項16】

前記第１及び第２のトランジスタは、前記バスバーと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされ、
前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、
前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１５に記載の電力変換器。

【請求項17】

第３のトランジスタであって、該第３のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第３のトランジスタを制御する第３のゲート端子とを備える前記第３のトランジスタと、
第４のトランジスタであって、該第４のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と該第４のトランジスタを制御する第４のゲート端子とを備える前記第４のトランジスタと、
流体がそれを通って流れることができる第２のチャネルを備える第２のヒートシンクと、
を更に備え、
前記第３のトランジスタの前記第１の端子は、前記バスバーに熱的及び電気的に接続され、
前記第４のトランジスタの前記第１の端子は、前記第２のヒートシンクに熱的及び電気的に接続される、
ことを特徴とする請求項１５に記載の電力変換器。

【請求項18】

前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第３のトランジスタ、前記第４のトランジスタ、及び前記バスバーは、前記第１及び第２のヒートシンク間に位置決めされることを特徴とする請求項１７に記載の電力変換器。

【請求項19】

前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、該第２のトランジスタは、該第１のトランジスタと前記第１のヒートシンクの間に位置決めされ、
前記第３のトランジスタは、前記第４のトランジスタと前記バスバーの間に位置決めされ、該第４のトランジスタは、該第３のトランジスタと前記第２のヒートシンクの間に位置決めされる、
ことを特徴とする請求項１８に記載の電力変換器。

【請求項20】

前記第１のトランジスタの前記第２の端子に接続された第２のバスバーと、
前記第２のトランジスタの前記第２の端子に接続された第３のバスバーと、
を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の電力変換器。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

電気モータ（例えば、誘導モータ）は、産業送風機、ポンプ、電気車両などに使用される。誘導モータは、トルクを生成するのに必要な回転子内の電流が固定子巻線の磁場から電磁誘導によって取得される交流（ＡＣ）電気モータである。電気車両では、トルクは、電気車両を推進するシャフトに印加される。

【発明の概要】

【0002】

マイクロコントローラ又は他のデータ処理デバイス（例えば、システムオンチップ）は、電力変換器システムを通じて電気モータを制御する。要するに、電力変換器システムは、バッテリ、燃料電池、又は他のソースからの直流（ＤＣ）電力をＡＣ電力に変化させる。電力変換器システムは、ＡＣ電力をＤＣ電力に変えるように逆に作動させることができる。電力変換器システムは、１、３、６、９、又はそれよりも多い位相を含むことができる。一般的に、電力変換器システムの各位相は、少なくとも１つの「ローサイド」スイッチに接続された少なくとも１つの「ハイサイド」スイッチを含む。１対の接続されたハイサイド及びローサイドスイッチは、「ハーフブリッジ」と呼ばれる。

【0003】

本発明の開示は、ＥＶの電気モータに対してＤＣ電力をＡＣ電力に変換するための３相電力変換器システムを参照して以下に説明するが、本発明の開示は、それに限定してはならないことは理解されるものとする。

【0004】

本発明の技術は、添付図面を参照することによってより良く理解され、その数々の目的、特徴、及び利点を当業者に明らかにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0005】

【図1a】例示的３相電力変換器の関連構成要素を示す図である。

【図1b】図１ａの３相電力変換器内で使用されるゲート制御信号を示す例示的タイミング図である。

【図2a-1】例示的パッケージ式スイッチの等角投影図である。

【図2a-2】例示的パッケージ式スイッチの逆等角投影図である。

【図2b-1】例示的パッケージ式ハーフブリッジの等角投影図である。

【図2b-2】例示的パッケージ式ハーフブリッジの逆等角投影図である。

【図3a-1】面から見た時の図２ａ－１及び図２ａ－２に示すパッケージ式スイッチの例の関連構成要素を示す概略図である。

【図3a-2】側面から見た時の図２ａ－１及び図２ａ－２に示すパッケージ式スイッチの例の関連構成要素を示す概略図である。

【図3a-3】背面から見た時の図２ａ－１及び図２ａ－２に示すパッケージ式スイッチの例の関連構成要素を示す概略図である。

【図3a-4】例示的スイッチコントローラの関連構成要素を示す概略図である。

【図3a-5】例示的スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3a-6】例示的スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3a-7】例示的ゲートドライバの関連構成要素を示す概略図である。

【図3b-1】上面から見た時の別の例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3b-2】側面から見た時の図３ｂ－１に示す例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3b-3】背面から見た時の図３ｂ－１に示す例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3c-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3c-2】背面から見た時の図３ｃ－１に示す例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3d-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3d-2】背面から見た時の図３ｄ－１に示す例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3e-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3e-2】背面から見た時の図３ｅ－１に示す例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3f-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3f-2】背面から見た時の図３ｆ－１に示す例示的パッケージ式スイッチの関連構成要素を示す概略図である。

【図3g-1】図２ｂ－１及び図２ｂ－２に示す例示的パッケージ式ハーフブリッジを側面から見た時のその関連構成要素を示す概略図である。

【図3g-2】背面から見た時の図２ｂ－１及び図２ｂ－２に示す例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3h-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3h-2】背面から見た時の図３ｈ－１に示す例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3i-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3i-2】背面から見た時の図３ｉ－１に示す例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3k-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3k-2】背面から見た時の図３ｋ－１に示す例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3l-1】側面から見た時の別の例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3l-2】背面から見た時の図３ｌ－１に示す例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図3j】側面から見た時の別の例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図4a-1】側面から見た時の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4a-2】背面から見た時の図４ａ－１の小型変換器システムの概略図である。

【図4a-3】小型変換器システムに使用することができる例示的パイプの断面図である。

【図4a-4】小型変換器システムに使用することができる例示的パイプの断面図である。

【図4a-5】小型変換器システムに使用することができる例示的パイプの断面図である。

【図4a-6】小型変換器システムに使用することができる例示的パイプの断面図である。

【図4b-1】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4b-2】背面から見た時の図４ｂ－１の小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4b-3】図４ｂ－１に示す小型変換器システムの位相から受信する又はそこに送信する例示的信号を示す図である。

【図4c-1】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4d-1】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4d-2】図４ｄ－１に示す小型変換器システムの位相から受信する又はそこに送信する例示的信号を示す図である。

【図4e】上面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4f】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4g】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4h】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4i】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4j】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4k】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4l】側面から見た時の別の例示的小型変換器システムの関連構成要素を示す概略図である。

【図4m-1】背面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図4m-2】側面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素を示す概略図である。

【図5】例示的信号フレーム基板をそこから形成することができる薄い金属のエンボスシートの等角投影図である。

【図6】図５に示すエンボスシートのそれが切断された後の逆等角投影図である。

【図7】いくつかの非隔離信号リードが曲げられた後の図６に示す切断シートの等角投影図である。

【図8】図７の信号フレーム基板のそれにゲートドライバ回路のリードが接続された後の上面図である。

【図9a】例示的ダイ基板の上面図である。

【図9b】図９ａに示すダイ基板の面上に受け入れられた例示的スイッチを示す図である。

【図9c】図９ｂに示す構造体の部分断面図である。

【図10】図８に示す信号フレーム基板に位置合わせされた図９ａのダイ基板の上面図である。

【図11a】例示的ダイクリップの等角投影図である。

【図11b】例示的ダイクリップの逆等角投影図である。

【図11c】図１０のダイ基板及び信号フレーム基板に位置合わせされた時の図１１ａ及び図１１ｂに示すダイクリップの上面図である。

【図11d】図１０のダイ基板及び信号フレーム基板に位置合わせされた時の図１１ａ及び図１１ｂに示すダイクリップの底面図である。

【図11e】側面から見た時の図１１Ｃ及び図１１ｄの構造体を部分的に示す等角投影図である。

【図11f】追加の構成要素を有する図１１ｃ及び図１１ｄに示す構造体の上面図である。

【図11g】追加の構成要素を有する図１１ｃ及び図１１ｄに示す構造体の等角投影図である。

【図12a】成形プラスチック本体を有する図１１ｆ及び図１１ｇに示す構造体の等角投影図である。

【図12b】成形プラスチック本体を有する図１１ｆ及び図１１ｇに示す構造体の逆等角投影図である。

【図13a】例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素の側面図である。

【図13b】例示的パッケージ式ハーフブリッジの関連構成要素の等角投影図である。

【図14a】図４ｄ－１の小型変換器システムに使用される例示的Ｖ＋バスバーの等角投影図である。

【図14b】図４ｄ－１の小型変換器システムに使用される例示的Ｖ＋バスバーの端面図である。

【図15a】図１４のＶ＋バスバーのそれが例示的パッケージ式ハーフブリッジを受け入れた後の等角投影図である。

【図15b】図１４のＶ＋バスバーのそれが例示的パッケージ式ハーフブリッジを受け入れた後の側面図である。

【図16a】図４ｄ－１の小型変換器システムに使用することができる例示的クランプの等角投影図である。

【図16b】図１６ａに示すクランプの端面図である。

【図16c】図１６ａに示すクランプの端面図である。

【図17a】図１５ａ及び図１５ｂ内に示して図１６ａ－ｃのクランプを有する構造体の等角投影図である。

【図17b】図１５ａ及び図１５ｂ内に示して図１６ａ－ｃのクランプを有する構造体の端面図である。

【図18a】追加のヒートシンクを有する図１７ａ及び図１７ｂ内に示す構造体の等角投影図である。

【図18b】追加のヒートシンクを有する図１７ａ及び図１７ｂ内に示す構造体の側面図である。

【図18c】追加のヒートシンクを有する図１７ａ及び図１７ｂ内に示す構造体の端面図である。

【図19a】追加のクランプ、ハーフブリッジ、及びヒートシンクを有する図１８ａ－１８ｃに示す構造体の等角投影図である。

【図19b】追加のクランプ、ハーフブリッジ、及びヒートシンクを有する図１８ａ－１８ｃに示す構造体の側面図である。

【図20a】図４ｄ－１の小型変換器システムに使用される例示的Ｖ－バスバーの等角投影図である。

【図20b】図４ｄ－１の小型変換器システムに使用される例示的Ｖ－バスバーの上面図である。

【図20c】図４ｄ－１の小型変換器システムに使用される例示的Ｖ－バスバーの端面図である。

【図20d】減結合コンデンサのアレイをそこに受け入れた図２０ａ－２０ｃに示す例示的Ｖ－バスバーの側面図である。

【図21】Ｖ－バス及び追加の構成要素を有する図１９ａ及び図１９ｂに示す構造体の端面図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

異なる図面での同じ参照符号の使用は、同様又は同一品目を示している。

【0007】

図１ａは、例示的３相電力変換器システム（以下では変換器システム）１００の関連構成要素を示している。各位相は、ハーフブリッジ、すなわち、ローサイドスイッチに接続されたハイサイドスイッチを含む。各ハイサイドスイッチは、ダイオードＤＨｘと並列に接続されたトランジスタＴＨｘと、ダイオードＤＬｘと並列に接続されたトランジスタＴＬｘとを含む。トランジスタＴＨ１－ＴＨ３及びＴＬ１－ＴＬ３は、絶縁ゲート双極トランジスタ（ＩＧＢＴ）の形態を取る。

【0008】

ハイサイドトランジスタＴＨ１－ＴＨ３は、電気モータのワイヤ巻線Ｗａ－Ｗｃのそれぞれの端子にその後に接続されるノードＮ１－Ｎ３をそれぞれ通じてローサイドトランジスタＴＬ１－ＴＬ３とそれぞれ直列に接続される。ＴＨ１－ＴＨ３のコレクターとＤＨ１－ＤＨ３のカソードは、互いにかつ正電圧Ｖ＋（例えば、５０Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖ、又はそれよりも高い）を提供するバッテリの端子に接続され、一方でトランジスタＴＬ１－ＴＬ３のエミッタとダイオードＤＬ１－ＤＬ３のアノードは、互いにかつ復帰又は負電圧Ｖ－を提供するバッテリの別の端子に接続される。

【0009】

ハイサイドトランジスタＴＨ１－ＴＨ３及びローサイドトランジスタＴＬ１－ＴＬ３は、マイクロコントローラ１１０によってそれぞれゲートドライバＨ１０１－Ｈ１０３及びＬ１０１－Ｌ１０３を通じて制御される。ゲートドライバは、デバイス（例えば、マイクロプロセッサ）から低電力入力信号を受け入れ、高電流出力信号を生成してＩＧＢＴ又は金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなトランジスタのゲートを制御する回路である。

【0010】

トランジスタの制御は比較的簡単である。ハイサイドゲートドライバＨ１０１－Ｈ１０３及びローサイドゲートドライバＬ１０１－Ｌ１０３は、マイクロコントローラ１１０から低電力ドライバ制御信号（すなわち、パルス幅変調信号ＰＷＭ－Ｈ１～ＰＷＭ－Ｈ３及びＰＷＭ－Ｌ１～ＰＷＭ－Ｌ３）を受信する。ハイサイドゲートドライバＨ１０１－Ｈ１０３は、ＰＷＭ－Ｈ１～ＰＷＭ－Ｈ３の信号がそれぞれアサートされた時に高電流ゲート制御信号ＶｇＨ１－ＶｇＨ３をそれぞれアサートすることによってハイサイドトランジスタＴＨ１－ＴＨ３をそれぞれ起動する。更に、ローサイドゲートドライバＬ１０１－Ｌ１０３は、ＰＷＭ－Ｌ１～ＰＷＭ－Ｌ３の信号がそれぞれアサートされた時に高電流ゲート制御信号ＶｇＬ１－ＶｇＬ３をそれぞれアサートすることによってローサイドトランジスタＴＬ１－ＴＬ３をそれぞれ起動する。トランジスタＴＨ１－ＴＨ３及びＴＬ１－ＴＬ３の各々は、起動された時に、接続された巻線Ｗに又はそこから電流を伝導する。

【0011】

接続されたハイサイドトランジスタ及びローサイドトランジスタの調整された起動により、巻線Ｗ内を流れる電流の方向が連続的かつ規則的に反転される（電流は巻線の中に進行し、次に突然逆転して流れ出て戻る）。図１ｂは、ゲート制御信号ＶｇＨ１－ＶｇＨ３及びＶｇＬ１－ＶｇＬ３に関する例示的タイミング図を示している。駆動シャフト（図示せず）に結合されたモータの回転子（図示せず）の磁場とワイヤ巻線Ｗａ－Ｗｃ内で変化する電流との間の相互作用は、ＥＶを推進する力を生成する。

【0012】

マイクロコントローラ１１０は、ハイサイドトランジスタＴＨ１－ＴＨ３及びローサイドトランジスタＴＬ１－ＴＬ３をそれぞれＰＷＭ－Ｈ１～ＰＷＭ－Ｈ３及びＰＷＭ－Ｌ１～ＰＷＭ－Ｌ３の信号を用いて制御する。マイクロコントローラ１１０のようなマイクロコントローラは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、ＣＰＵによって実行可能な命令を格納するメモリと、タイマー、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポートなどのような周辺機器とを含む。ＣＰＵは、メモリに格納された命令に従ってタイマーをプログラムする。プログラムされて開始された状態で、これらのタイマーは、ＰＷＭ－Ｈ１～ＰＷＭ－Ｈ３及びＰＷＭ－Ｌ１～ＰＷＭ－Ｌ３の信号を自律的に発生することができる。ゲートドライバＨ１０１－Ｈ１０３は、ＰＷＭ－Ｈ１～ＰＷＭ－Ｈ３の信号に基づいてＶｇＨ１－ＶｇＨ３の信号を発生し、ゲートドライバＬ１０１－Ｌ１０３は、ＰＷＭ－Ｌ１～ＰＷＭ－Ｌ３の信号に基づいてＶｇＬ１－ＶｇＬ３の信号を発生する。ＣＰＵは、負荷サイクル及び／又はＰＷＭ信号の周期を調節するためにタイマーをプログラムし直すことができ、それによってＥＶの駆動シャフトの回転速度が調節される。

【0013】

従来の変換器システムは、大型、嵩高、高価、非効率、その他である。例えば、４００ＫＷのピーク電力を電気モータに送出することができる従来の変換器システムは、１１リットルよりも大きい体積を占有する。従来の変換器システムの多くの問題に対処する「小型電力変換器システム」（以下では小型変換器システム）を開示する。例えば、下記の図２０ｄで説明するものと類似のセラミック減結合コンデンサを含む小型変換器システムは、４００ｋＷのピーク電力を送出し、依然として０．２５リットルよりも小さい体積しか占有しないことが可能である。小型変換器のサイズは、セラミック減結合コンデンサの代わりに薄膜減結合コンデンサが使用される場合、又はセラミック減結合コンデンサと共に薄膜減結合コンデンサが追加される場合に拡大することができる。最終的に、本発明の開示の小型コンバータシステムの電力密度（電力／体積）は、従来の変換器システムを遥かに超える。

【0014】

パッケージ式スイッチモジュール
「パッケージ式スイッチモジュール」を開示する。本発明の開示の小型変換器システムは、パッケージ式スイッチモジュールを使用するが、これらのパッケージ式スイッチモジュールは、例えば、ＡＣ－ＤＣコンバータ、ＤＣ－ＤＣコンバータシステム、整流器、光電流変換システム、充電ステーションのような様々な他のシステムに使用することができることは理解されるものとする。

【0015】

パッケージ式スイッチモジュールは、その名称が示すように、１又は２以上の「スイッチモジュール」を含有する。スイッチモジュールは、「スイッチ」と「スイッチコントローラ」とを含むが、追加の構成要素を含むことができることは理解されるものとする。スイッチは、スイッチをモニタ及び／又は制御する（すなわち、スイッチを起動又は解除する）。１つのスイッチモジュールのみを含有するパッケージ式スイッチモジュールを「パッケージ式スイッチ」と呼び、２つのスイッチモジュールを含有するパッケージ式スイッチモジュールを「パッケージ式ハーフブリッジ」と呼ぶ。

【0016】

パッケージ式スイッチ及びパッケージ式ハーフブリッジは、６つの側、すなわち、上面、底面、前面、後面、左面、及び右面を有する直方体形とすることができる。これらの側は、一実施形態では実質的に平坦である。図２ａ－１及び図２ａ－２は、例示的パッケージ式スイッチ２００の等角投影図及び逆等角投影図である。図２ｂ－１及び図２ｂ－２は、例示的パッケージ式ハーフブリッジ２５０の等角投影図及び逆等角投影図である。パッケージ式スイッチ及びハーフブリッジは、小さい形状因子を用いて製造することができる。例えば、パッケージ式スイッチ２００は、測定サイズが２５ｍｍ×２５ｍｍ×６ｍｍとすることができ、パッケージ式ハーフブリッジ２５０は、測定サイズが２５ｍｍ×２５ｍｍ×１２ｍｍとすることができる。本発明の開示で説明する全てのパッケージ式スイッチのサイズ（例えば、２５ｍｍ×２５ｍｍ×６ｍｍ）及び形状は、実質的に類似とすることができる。本発明の開示で説明する全てのパッケージ式ハーフブリッジのサイズ（例えば、２５ｍｍ×２５ｍｍ×１２ｍｍ）及び形状（例えば、直方体）は、実質的に類似とすることができる。

【0017】

パッケージ式スイッチ及びパッケージ式ハーフブリッジは、中実ガラス、プラスチック、又はセラミックのケースを有する。単なる説明目的で、ケースはプラスチック（例えば、エポキシ樹脂）であると仮定する。図２ａ－１及び図２ａ－２は、プラスチックケース２０２を有するパッケージ式スイッチ２００を示し、図２ｂ－１及び図２ｂ－２は、プラスチックケース２５２を有するパッケージ式ハーフブリッジ２５０を示している。プラスチックケースの面は、殆どの実施形態では実質的に平坦である。

【0018】

プラスチックケースは、スイッチ、スイッチコントローラなどのような構成要素を隔離、保護、及び／又は支持する。プラスチックケースはまた、「信号リード」を支持する。信号リードは、２つの場所を電気的に接続するように設計された長さの「ワイヤ」又は金属パッドから構成される導体又は電気接続部である。信号リードは、内部構成要素間（例えば、スイッチコントローラとスイッチの間）、又は内部構成要素（例えば、スイッチコントローラ）と外部構成要素（例えば、マイクロコントローラ、電圧調整器など）の間で信号（例えば、ＰＷＭ信号、ゲート制御信号など）又は電圧（例えば、サプライ電圧又は正電圧、接地復帰電圧又は負電圧など）を搬送する。図２ａ－１及び図２ａ－２は、例示的信号リード２０４及び２０６を示している。信号リード２０４は、低電力ＰＷＭ信号のような信号を内部構成要素（例えば、スイッチコントローラ）に搬送することができ、一方で信号リード２０６は、サプライ電圧を同じか又は異なる内部構成要素に搬送することができる。パッケージ式ハーフブリッジ２５０は、類似の信号リード２０４Ｈ、２０４Ｌ、２０６Ｈ、及び２０６Ｌを有する。

【0019】

信号リードは、図示の実施形態では実質的に平坦な面を有する。特に断らない限り、信号リード面は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジのプラスチックケース面と実質的に面一である。しかし、他の実施形態では、平坦面は、プラスチックケースの面の下方に実質的に陥入させることができ、又はプラスチックケースの面の上方に実質的に突出することができる。図２ａ－１は、パッケージ式スイッチ２００の上面と実質的に面一の平坦面を有する例示的信号リード２０４及び２０６を示している。図２ａ－２も、パッケージ式スイッチ２００の前面と実質的に面一の平坦面を有する例示的信号リードを示している。信号リードは、端子（すなわち、物理的インタフェース）を提供することができる。パッケージ式スイッチ２００の前面にある信号リードは、送受信する信号又は電圧を通す端子を提供する。例えば、信号リード２０４は、マイクロコントローラから低電力ＰＷＭ信号のような信号を受信することができる端子を提供し、一方で信号リード２０６は、パワーマネージメント集積回路（ＰＭＩＣ）からサプライ電圧を受信するための端子を提供する。代替実施形態では、上面にある信号リードは、信号又は電圧を送受信するための端子を提供することができる。説明目的でパッケージ式スイッチの前面のみか信号及び電圧を送受信するための信号リードを提供するが、代替実施形態では上面上の信号リードが端子を提供することができることは理解されるものとする。図２ｂ－１及び図２ｂ－２は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の前面、上面、及び底面と実質的に面一の類似の信号リード２０４及び２０６を示している。説明目的でパッケージ式ハーフブリッジの前面にある信号リード２０４Ｈ、２０４Ｌ、２０６Ｈ、及び２０６Ｌのような信号リードのみが送受信することができる信号又は電圧が通る端子を提供するが、代替実施形態では上面及び底面上の信号リードが端子を提供することができることは理解されるものとする。

【0020】

スイッチは、１又は２以上の電力トランジスタ（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴなど）を含む。電力トランジスタは、２つの電流端子（ＩＧＢＴ内のコレクター及びエミッタ、ＭＯＳＦＥＴ内のソース及びドレインなど）と、制御端子又はゲート端子とを有する。スイッチ内の複数の電力トランジスタを並列に接続し、これらのトランジスタをそのゲートで共通信号によって制御することができる。スイッチは、その内部のトランジスタのサイズ（すなわち、ゲートの幅及び長さ）、タイプ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）、半導体材料（例えば、ＧａＮ）、及び個数（例えば、３つ）に依存して実質的なレベルの電流を高いスイッチング速度で失敗することなく伝達することができる。電力トランジスタは、電流を高いスイッチング速度（例えば、ＳｉのＩＧＢＴでは１００ｋＨｚまで、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴでは５００ｋＨｚまで、ＧａＮのＭＯＳＦＥＴでは１．０ＧＨｚまで）で電流を伝達することができる。ヒートシンクに熱的に接続されている時に、下記で説明するように、電力トランジスタは、より多くの電流をより高いスイッチング速度で失敗することなく伝達することができる。

【0021】

スイッチは、「ダイ基板」及び「ダイクリップ」と呼ぶ別々の金属導体間に挟まれる。より具体的には、スイッチ内の各トランジスタの第１の電流端子（例えば、コレクター又はドレイン）及び第２の電流端子（例えば、エミッタ又はソース）は、それぞれダイ基板及びダイクリップに接続される（例えば、焼結、半田付け、ろう付けなど）。スイッチ内の各トランジスタのゲートは、スイッチコントローラに接続され、それによって制御される。

【0022】

ダイ基板及びダイクリップ端子
ダイ基板及びダイクリップは電流を伝導する。電流を伝導するのに加えて、ダイ基板は熱を伝導する。ダイ基板は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に熱を伝達するための端子を有する。同じダイ基板端子は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの内外に電流を伝達することができる。ダイクリップは、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの内外に電流を伝達するための少なくとも１つの端子を有する。この端子は、一部の熱をパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に伝達することができるが、その主要目的は電流を伝達することである。一部の実施形態では、ダイクリップは、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に熱を伝達することに適するように構成された追加の端子を有することができる。

【0023】

ダイ基板端子は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの面を通って延びることができる。同様に、ダイクリップ端子も、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの面を通って延びることができる。他に言及しない限り、ダイ基板端子及びダイクリップ端子は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジのプラスチックケース面と実質的に面一の実質的に平坦な面を有する。しかし、他の実施形態では、これらの平坦面は、プラスチックケースの面の下方に実質的に陥入させることができ、又はプラスチックケースの面の上方に実質的に突出することができる。図２ａ－１は、パッケージ式スイッチ２００の上面と実質的に面一の実質的に平坦な面を有する例示的ダイ基板端子２３０を示している。更に、図２ａ－１は、パッケージ式スイッチ２００の側面と面一の実質的に平坦な面を有する例示的ダイクリップ端子２３２を示している。図２ｂ－１及び図２ｂ－２は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の上面、底面、及び側面と面一の面を有するダイ基板端子２３０Ｈ及び２３０Ｌ、並びにダイクリップ端子２３２Ｈ及び２３０Ｌを示している。ダイクリップ端子は、より良い電気接続を容易にするために外部導体（例えば、下記でより完全に説明するＶ－バスバー又はクランプ）の延長部に嵌合することができるいくつかの凹部を含むことができる。

【0024】

図２ａ－１及び図２ａ－２は、プラスチックケース２０２の面と実質的に面一の実質的に平坦な面を有する例示的ダイ基板端子２３０及びダイクリップ端子２３２を示している。図２ｂ－１及び図２ｂ－２は、プラスチックケース２５２の面と実質的に面一の実質的に平坦な面を有する類似のダイ基板端子２３０及びダイクリップ端子２３２を示している。ダイクリップ及び基板端子は、図２ａ－１、図２ａ－２、図２ｂ－１、及び図２ｂ－２内に示すものに限定されるものではないことは理解されるものとする。代替実施形態では、ダイクリップ端子及び基板端子は、異なる形態、形状、及びサイズを取ることができる。ダイクリップ及び／又はダイ基板は、プラスチックケース２０２又は２５２の面を含む平行平面の実質的に上方又は下方にある平面に面を有する端子を有するように構成することができる。

【0025】

電流は、ダイ基板端子を通ってパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジに流入し、その後に、ダイクリップ端子を通って流出することができ、又はパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジを逆方向に貫流することができるが、逆方向の電流の流れは、それほど効率的ではない場合がある。例示するために、電流は、ダイ基板端子２３０を通ってパッケージ式スイッチ２００に流入し、ダイ基板、起動されたスイッチ、ダイクリップを貫流し、次に、ダイクリップ端子２３２を通ってパッケージ式スイッチ２００から流出することができる。類似の方式で、電流は、ハイサイドダイ基板端子２３０Ｈを通ってパッケージ式ハーフブリッジ２５０に流入し、ハイサイドダイ基板、起動されたハイサイドスイッチ、ハイサイドダイクリップを貫流し、次に、ハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈを通ってパッケージ式ハーフブリッジ２５０から流出することができる。更に、電流は、ローサイドダイ基板端子２３０Ｌを通ってパッケージ式ハーフブリッジ２５０に流入し、ローサイドダイ基板、起動されたローサイドスイッチ、ローサイドダイクリップを貫流し、次に、ダイのローサイドダイクリップ端子２３２Ｌを通ってパッケージ式ハーフブリッジ２５０から流出することができる。

【0026】

ダイ基板及びダイクリップは、その構成（例えば、厚み、端子の幅及び長さ、金属のタイプなど）に依存して高レベルの電流をその接続されたスイッチに又はそこから伝達することができる。例えば、２４ｍｍの幅と１１．２ｍｍの長さとを有する端子２３０を有する銅系ダイ基板は、４００Ａ又はそれよりも多い電流を伝達することができ、１．６ｍｍの幅と１１．４ｍｍの長さとを有する端子２３２を有する銅ダイクリップは、４００Ａ又はそれよりも多い電流を伝達することができる。

【0027】

スイッチは、特に高いスイッチング速度で電流を伝導する時に高温になる。ダイ基板は、その厚みを含む構成に依存してダイ基板端子を通じてパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に大量の熱（例えば、１０Ｗ、２０Ｗ、５０Ｗ、１００Ｗ、３００－７５０Ｗ、又はそれよりも多い）を伝導することができる。ダイ基板は、厚くすることができ（例えば、０．１ｍｍ－６．０ｍｍ厚）、厚いほど、より大きい熱キャパシタンスを与え、これは、取り付けられたスイッチからの突然の熱増大を吸収するのに重要である場合がある。ダイ基板は、その端子がヒートシンクに熱的に接続されている時に、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に一層多くの熱を伝達することができる。ダイ基板と同様に、ダイクリップは厚くすることができ（例えば、０．１ｍｍ－６．０ｍｍ厚）、厚いほど、大きい熱キャパシタンスを与える。一実施形態では、上述したように、ダイクリップは、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの内外に電流を伝導するための第１の端子と、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に熱を伝導するための第２の端子とを有することができる。第２の端子は、ヒートシンクに熱的に接続されている時に、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外に一層多くの熱を伝達することができる。一般的に、１対の構成要素間の接続は、直接的なものとすることができ（例えば、構成要素の面間が互いに接触する）、又は半田、第３の金属構成要素、半田と第３の金属構成要素との組合せ、導電性接着剤、銀のような焼結材料、熱グリース、ワイヤ結合などのような介在する伝熱材料及び／又は電気材料を通じた間接的なものとすることができる。接続は、構成要素間で熱、電流、又はこれら両方を伝導することができる。

【0028】

例示的パッケージ式スイッチ
図２ａ－１の参照を続けると共に、図３ａ－１、図３ａ－２、及び図３ａ－３は、例示的パッケージ式スイッチ２００のそのいくつかの関連構成要素を示す概略図である。図３ａ－１、図３ａ－２、及び図３ａ－３は、それぞれパッケージ式スイッチ２００を上面、側面、及び背面から見た時のある一定の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式スイッチ２００は、図３ａ－１に示すように例示的スイッチモジュール３００を含む。パッケージ式ハーフブリッジは、下記でより完全に説明するように、スイッチモジュール３００のような１対のスイッチモジュールを含むことができる。

【0029】

スイッチモジュール３００は、マイクロコントローラ又は類似のプロセッサベースのデバイスから受信した低電力ＰＷＭ信号及び／又は他の信号に基づいてスイッチ３０４を制御するスイッチコントローラ３０２を含む。スイッチ３０４は、両方共に抽象的に表しているダイ基板３１２とダイクリップ３１６とに接続され、かつこれらの間に位置決めされる。ダイ基板３１２及びダイクリップ３１６は、大電流を伝導する。これらの図では、ダイクリップ３１６によって外に伝達される熱の量と比較して相対的に多くの熱をパッケージ式スイッチ２００の外に伝導するようにも構成されることを示すために、ダイ基板３１２を太めの線で表している。スイッチモジュール３００はまた、スイッチ３０４の近くの温度を感知するための温度センサ回路Ｔ_Ｓｅｎｓｅと、スイッチ３０４によって伝達される電流を感知するための電流センサ回路Ｉ_Ｓｅｎｓｅとを含む。スイッチモジュールは、図に示すものよりも少ないか又は多い構成要素を含有することができる。例えば、スイッチモジュール３００はまた、別の実施形態ではスイッチ３０４の電流端子間にわたる電圧を感知する電圧センサ回路を含む場合がある。

【0030】

図３ａ－１、図３ａ－２、及び図３ａ－３は、互いに対する構成要素の相対的な位置決めを示している。図３ａ－２に見られるように、ダイ基板３１２、スイッチ３０４、及びダイクリップ３１６は、上面Ｔと底面Ｂの間で垂直に積み重ねられる。これらの構成要素を積み重ねることにより、高さが低減し、従って、パッケージ式スイッチ２００の体積が低減する。スイッチコントローラ３０２は、パッケージ式スイッチ２００の前面Ｆの近くに位置決めされ、一方でスイッチ３０４は、パッケージ式スイッチ２００の後面Ｂｋの近くに位置決めされる。

【0031】

例示及び説明を容易にするために、これらの図ではダイ基板端子２３０を正方形として抽象的に表している。視線に依存して、これらの図ではダイクリップ端子２３２を六角形又は八角形として抽象的に表している。例えば、図３ａ－１及び図３ａ－３の上面図及び背面図では、それぞれダイクリップ端子２３２を六角形として抽象的に表している。図３ａ－２の側面図では、ダイクリップ端子２３２を八角形として表している。

【0032】

図３ａ－２及び図３ａ－３では、ダイ基板端子２３０は、それがパッケージ式スイッチ２００の上面と面一であることを示すように位置決めされ、図３ａ－１及び図３ａ－３では、ダイクリップ端子２３２は、それがパッケージ式スイッチ２００の左側面と面一であることを示すように位置決めされる。図３ａ－２では、ダイクリップ端子２３２は、電流がパッケージ式スイッチ２００にその左側を通って出入りすることを示す中心ドットを有するように示している。図３ｂ－１、図３ｂ－２、及び図３ｂ－３は、パッケージ式スイッチ２００と類似の代替パッケージ式スイッチ２０１を示すが、図３ｂ－１及び図３ｂ－３では、ダイクリップ端子２３２は、右側面と面一であることを示すように位置決めされている。図３ｂ－２では、ダイクリップ端子２３２は、電流がパッケージ式スイッチ２０１の右側に出入りすることを示す中心ドットなしで示している。他の実施形態では、ダイ基板端子又はダイクリップ端子は、意図的にパッケージ式スイッチ面又はパッケージ式ハーフブリッジ面の下方に陥入させるか又は上方に突出することができることに注意されたい。

【0033】

図３ａ－１、図３ａ－２、及び図３ａ－３の参照を続けると共に、図３ａ－４は、ゲートドライバ３０６と、抵抗器Ｒ１及びＲ２と、ダイオード３０８及び３１０とを含む例示的スイッチコントローラ３０２を示す概略図である。スイッチコントローラは、この図に示すものよりも少ないか又は多い構成要素を含有することができる。図３ａ－４は、スイッチ３０４を示すが、ダイ基板３１２及びダイクリップ３１６を示していない。この図には示していないが、ダイオード３０８のカソードは、ダイ基板３１２に接続される。

【0034】

従来技術の変換器システムは、図１ａのゲートドライバＨ１０１－Ｈ１０３及びＬ１０１－Ｌ１０３のようなゲートドライバを大きくかつ高価なプリント回路基板（ＰＣＢ）上に装着する。これらのＰＣＢ上の長い導電性トレースは、ゲートドライバとＰＣＢの外部にある電力トランジスタ（例えば、ＩＧＢＴ）との間で信号を搬送する。ゲートドライバとトランジスタの間である長いトレースは、寄生誘導及び／又は寄生キャパシタンスを増大させ、更にこれらの増大は、望ましくない電力消費及び信号遅延を増大させる。より長いトレース上で伝達される信号はノイズを受け易い。それとは対照的に、ゲートドライバ３０６を含有するスイッチコントローラ３０２は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの内側に閉じ込められ、スイッチ３０４の近くに位置決めされる。従来技術の変換器システムと比較した場合により短い導電線（例えば、５ｍｍ又はそれ未満）が、ゲートドライバ３０６の制御信号出力とスイッチ３０４のゲートとを接続する。より短い導電線は、寄生誘導、信号遅延、ノイズに起因する信号劣化、及び／又は上述のＰＣＢ上に装着されたゲートドライバに関する他の問題を低減する。ゲートドライバ３０６は、ゲートを駆動する間に少ない電力しか消費しない。更に、ゲートドライバ３０６は、スイッチ３０４のゲートをより高速に駆動することができる。

【0035】

一般的に、スイッチ３０４は、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＢＪＴなどのような１又は２以上のトランジスタを含む。スイッチ３０４は、ダイオードのような追加の構成要素を含むことができる。スイッチ３０４内のトランジスタ及び／又は追加の構成要素は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＯのような多くの異なるタイプの半導体材料のうちのいずれか１つから製造することができる。図３ａ－５及び図３ａ－６は、例示的スイッチ３０４を示す概略図である。図３ａ－５では、スイッチ３０４は、ダイオードＤと並列に接続された電力ＩＧＢＴを含む。コレクターｃ及びダイオードのカソードは、ダイ基板３１２に接続又は取り付けられ（例えば、焼結、半田付けなど）、一方でエミッタｅ及びダイオードのアノードは、ダイクリップ３１６に接続又は取り付けられる（例えば、焼結、半田付けなど）。一部の実施形態では、ＩＧＢＴは、１つのエミッタのみを有するが、いくつかのエミッタ端子を有することもできる。これらの実施形態では、エミッタ端子の各々は、ダイクリップ３１６に取り付けられる。図３ａ－６では、スイッチ３０４は、並列結合された電力ＭＯＳＦＥＴ（例えば、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴ、ＧａＮのＭＯＳＦＥＴ、又はＧａＯのような他の半導体材料を用いて製造されたＭＯＳＦＥＴ）を含む。ＭＯＳＦＥＴ Ｎ１及びＮ２のドレインｄは、ダイ基板３１２に取り付けられ（例えば、焼結、半田付けなど）、一方でソースｓは、ダイクリップ３１６に取り付けられる（例えば、焼結、半田付けなど）。一部の実施形態では、ＭＯＳＦＥＴは、１つのソースを有するが、いくつかのソース端子を有することもできる。これらの実施形態では、ソース端子の各々は、ダイクリップ３１６に取り付けられる。各ゲートｇは、ドライバ３０６からの高電流ゲート制御信号Ｖｇによって制御される。代替実施形態では、これらの図に示すスイッチ３０４以外のスイッチを使用することができる。

【0036】

図３ａ－１及び図３ａ－４の参照を続けると、構成要素は、抽象的に示す信号リード（例えば、２０４－２０８）に接続される。信号リードは、スイッチモジュール内の構成要素（例えば、ゲートドライバ３０６及び抵抗器Ｒ１）間を接続する。更に、信号リードは、スイッチモジュール内の構成要素（例えば、ゲートドライバ３０６）とスイッチモジュールの外部にある構成要素（例えば、マイクロコントローラ、電圧調整器など）とを接続する。図３ａ－１及び図３ａ－４には、例示を容易にするために、いくつかの信号リードは示していない。スイッチモジュールの一部の構成要素は、追加のワイヤ又は導体を通じて信号リードに接続することができる。例えば、スイッチ３０４のゲートｇは、抵抗器Ｒ２にその後に接続される信号リードに接続するのにワイヤ結合又は他のタイプの接続方法を使用することができる。

【0037】

一部のスイッチモジュール構成要素は、正規の機器製造業者から購入することができるパッケージ式デバイス又は裸半導体ダイの形態を取ることができる。パッケージ式デバイスは、信号リードに接続（例えば、半田付け）されたリードを有する。裸半導体ダイは、信号リードにワイヤ結合することができるパッドを有する。他に言及しない限り、スイッチモジュール構成要素は、それぞれの信号リードに接続（例えば、半田付け）することができるリードを延ばすパッケージ式デバイスの形態を取ると仮定する。例えば、ゲートドライバ３０６は、信号リード２０４及び２０６のような信号リードに半田付けされるリードを有する集積回路パッケージの形態を取ることができる。Ｉ_Ｓｅｎｓｅ回路又はＩ－Ｔｅｍｐ回路も、可撓性平坦ケーブル（フレックスＰＣＢのようなＦＦＣ、図示していない）を通じて信号リードに接続されるリードを有する集積回路パッケージの形態を取ることができる。ＦＦＣは、平坦であり、それと共に可撓性を有し、平坦な導体又はトレースが可撓性基板上に形成されたいずれかのタイプの電気ケーブルを意味する。抵抗器Ｒ１及びＲ２、並びにダイオード３０８及び３１０は、半田で信号リードに接続されたリードを有するパッケージ式構成要素とすることができる。

【0038】

信号リード（例えば、信号リード２０４－２０８）は、下記で例をより完全に説明する「信号フレーム基板」と呼ぶ金属構造体から構成することができる。信号リードは、代わりの方法を用いて製造することができる。例えば、液晶ポリマーをモールドの中に注入して剛性基板を生成することができる。次に、トレースを基板上にパターン化して信号リードを形成することができる。しかし、説明目的で、残りの開示は、信号フレーム基板からの信号リードの構成を仮定する。一般的に、信号フレーム基板は、半導体パッケージ組み立て中にデバイスを取り付ける薄い金属フレームである「リードフレーム」と同様である。信号フレーム基板内にある間は、信号リードは、互いに電気的に隔離されない。パッケージ式ゲートドライバ３０６（又は裸半導体ダイゲートドライバ３０６）の導電性リードの後に、ダイオード３０８及び他の構成要素が信号フレーム基板に取り付けられ、その組合せがプラスチック内にカプセル封入される。プラスチック及び信号フレーム基板は、切り取られて、例えば、図２ａ－１、図２ａ－２、図２ｂ－１、及び図２ｂ－２に示すパッケージ式スイッチ２００又はパッケージ式ハーフブリッジ２５０を生成することができる。より具体的には、信号フレーム基板及びプラスチックの一部分は、成形後に切り取られてプラスチックケース（例えば、ケース２０２及び２５２）及び信号リード（例えば、２０４及び２０６）がもたらされる。切り取り後に、信号リードは互いに隔離されるが、プラスチックケースによって予め決められた位置に剛的に保持される。重要な点として、信号フレーム基板は、スイッチモジュールの構成要素の多くの異なる組合せ、タイプ、形状、配置などを受け入れるように設計することができる。

【0039】

図３ａ－５及び図３ａ－６の参照を続けると、スイッチ３０４は、ダイ基板に電気的及び熱的に接続される。一実施形態では、スイッチ３０４内の各トランジスタの第１の電流端子（例えば、コレクター、ドレインなど）は、銀のような高導電性焼結材料の層を通じてダイ基板３１２に焼結される。図示の実施形態では、スイッチ３０４とダイ基板端子の間に誘電体が存在しないように、スイッチ３０４とダイ基板端子の間には誘電体が存在しない。ダイ基板端子は、外部デバイスへの直接的又は間接的な接続に適するように構成される。例えば、ダイ基板端子２３０は、直接的に又はＤＣ－ＤＣコンバータのようなデバイスを通じて間接的にそのいずれかでＶ＋バッテリに接続された「Ｖ＋バスバー」に接続することができる。一般的に、バスバーは、高電流分配に使用される金属要素である。バスバー又はその要素の材料組成及び断面サイズは、安全に搬送することができる電流の最大量を決定する。Ｖ＋バスバーは、流体（例えば、空気又は水とエチレングリコールとの混合物のような液体）が貫流することができる１又は２以上のチャネルを有するヒートシンクとして作用することができる。これに代えて、ダイ基板端子２３０は、巻線Ｗの端子に接続されたＡＣバスバー又は「位相バスバー」に接続することができる。位相バスバー（以下では位相バー）は、ダイ基板端子に係合する金属クランプを含むことができる。電力ケーブルは、金属クランプを巻線端子に接続することができる。電力ケーブルの一端はクランプに接続され、一方で他端は巻線端子に接続される。

【0040】

図２ａ－１では、ダイ基板端子２３０は、パッケージ式スイッチ２００のプラスチックケース内の開口部を通じて露出された平坦面を有する。図２ｂ－１及び図２ｂ－２のパッケージ式ハーフブリッジ２５０は、類似のダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈを有する。露出端子２３０の寸法（例えば、幅及び長さ）は、実質的な電流及び熱を伝達するように構成される。一実施形態では、ダイ基板端子２３０は、第１の電流端子（例えば、コレクター、ドレインなど）が取り付けられたダイ基板３１２の少なくとも１つの面と平行であるが、反対（すなわち、１８０度）に向く。

【0041】

スイッチ３０４は、ダイクリップに電気的及び熱的に接続される。例えば、スイッチ３０４内の各トランジスタの第２の電流端子（例えば、エミッタ、ソースなど）は、銀のような高導電性焼結材料の層を通じてダイクリップ３１６に焼結される。図示の実施形態では、スイッチ３０４とダイクリップ端子の間に誘電体が存在しないように、スイッチ３０４とダイクリップ端子の間には誘電体が存在しない。ダイクリップ端子は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの外部にあるデバイスへの直接的又は間接的な接続を確立するのに適するように構成される。ダイクリップ端子２３２は、電力ケーブルを通じて巻線の端子に接続される上述のクランプに接続することができる。これに代えて、ダイクリップ端子２３２は、Ｖ－バッテリの端子に接続された「Ｖ－バスバー」に接続することができる。一部の実施形態では、Ｖ－バスバーは、空気のような流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネルを有するヒートシンクとして作用することができる。

【0042】

図２ａ－１の参照を続けると、ダイクリップ端子２３２は、パッケージ式スイッチ２００のプラスチックケース内の開口部を通じて露出された実質的に平坦な面区域を有する。図２ｂ－１及び図２ｂ－２のパッケージ式ハーフブリッジ２５０は、類似のダイクリップ端子２３２Ｌ及び２３２Ｈを有する。露出端子２３２の寸法（例えば、幅及び長さ）は、実質的な電流を伝達するように構成される。

【0043】

スイッチモジュールのゲートドライバは、マイクロコントローラ、それぞれのマイクロコントローラ、又は類似のプロセッサベースのデバイスから信号を受信することができる。例えば、図３ａ－４のゲートドライバ回路３０６は、図１ａを参照して説明したＰＷＭ信号のうちの１つと類似の低電力ＰＷＭドライバ制御信号を受信することができる。ゲートドライバ３０６はまた、マイクロコントローラ又は他のデバイスから低電力リセット信号を受信することができる。ゲートドライバ回路３０６は、アサートされたリセット信号を受信した後に高電流のゲート制御信号Ｖｇをアサートすることにより、それが受信するＰＷＭ信号のアサートに応答してスイッチ３０４を選択的に起動することができる。寄生インダクタンス、寄生キャパシタンス、ノイズなどに起因するゲート制御信号Ｖｇに対する悪影響を軽減するために、ゲートドライバ３０６の出力とスイッチ３０４の１又は複数のゲートの間の距離を短くしなければならない。ゲートドライバは、マイクロコントローラ又は類似のプロセッサベースのデバイスに信号を送信することができる。例えば、ゲートドライバ回路３０６は、スイッチ３０４を通る過度な電流伝導のような故障が検出された時にスイッチ３０４を無効にし（すなわち、スイッチを解除状態に維持し）、故障信号をアサートすることができる。マイクロコントローラ又は類似のプロセッサデバイスは、故障信号を受信して処理することができる。Ｉ_Ｓｅｎｓｅ回路及びＴｅｍｐ_Ｓｅｎｓｅ回路のような他の構成要素は、スイッチ３０４を通る電流の流れ及びスイッチ３０４の温度を表す信号を送信することができる。含められる場合に、電圧感知回路は、追加される場合に、スイッチ３０４の両端の電圧を表す信号を同じく送信することができる。マイクロプロセッサ又は類似のプロセッサベースのデバイスは、これらの他の構成要素によって提供される信号を受信して処理することができる。例えば、マイクロプロセッサは、温度を表す信号を第１の閾値と比較し、閾値を超えた場合にゲートドライバ回路３０６に提供されるＰＷＭ制御信号の周波数又は負荷サイクルを変えるか、又は閾値を超えた場合にゲートドライバ回路３０６に提供されるＰＷＭ制御信号を継続的にデアサートすることができ、それによってスイッチ３０４が非アクティブ状態に維持される。

【0044】

図３ａ－７は、ガルバーニ隔離回路３２４を通じて高電圧出力段３２０とデータ通信している低電押込力段３２０を含む例示的ゲートドライバ３０６を示している。ガルバーニ隔離は、２又は３以上の回路が通信しなければならないが、これらの回路の接地が異なる電位にある場合に使用される。ガルバーニ隔離回路は、回路間の隔離をもたらすために変圧器、コンデンサ、光学カプラ、又は他のデバイスを使用することができる。単なる説明目的で、ガルバーニ隔離回路３２４は、ガルバーニ隔離を実施するために変圧デバイスを使用する。低電押込力段３２２は、第１のサプライ電圧ＶＤＤＩ及び第１の接地ＧＩを受け入れるように結合され、ＰＷＭ信号及びリセット信号を受信する論理回路３３０を含む。高電圧出力段３２２は、第２のサプライ電圧ＶＤＤＯ＋、第３のサプライ電圧ＶＤＤＯ－、及び第２の接地ＧＯを受け入れるように結合され、論理回路３３０からガルバーニ隔離回路３２４を通じて制御信号を受信する論理回路３３２を含む。高電圧出力段３３２は、論理回路３３２からの出力信号によって制御されるバッファ３４０を更に含む。バッファは、隔離回路３２４の制御信号出力がアサートされた時にＶｇをアサートする。他のタイプのゲートドライバ３０６が考えられている。

【0045】

図３ａ－１の参照を続けると、Ｉ_ｓｅｎｓｅは、スイッチ３０４を貫流する電流に比例する強度を有する電圧信号Ｖｉを発生する。Ｉ_ｓｅｎｓｅは、一般的に、スイッチ３０４を貫流し、特にダイクリップを貫流する電流によって達成される磁場を測定する誘導電流センサを含むことができる。図３ａ－３に示すように、例示的ダイクリップ３１６は、水平及び垂直の部分を含む。Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路は、水平部分の狭窄部分（図示せず）を貫流する電流を測定することができる。Ｉ_ｓｅｎｓｅは、マイクロコントローラによるその後の使用に向けて誘導電流センサの信号出力を調整する。この誘導センサは、トランジスタＴからガルバーニ隔離される。

【0046】

Ｔ_ｓｅｎｓｅは、スイッチ３０４の近くの温度に比例する強度を有する電圧信号Ｖｔを発生することができるサーミスタを含むことができる。サーミスタは、温度に依存する抵抗を有し、抵抗と温度の間の関係が線形であるタイプの抵抗器である。Ｔ_ｓｅｎｓｅは、マイクロコントローラによる使用に向けてサーミスタの信号出力を調整する。サーミスタは、トランジスタＴからガルバーニ隔離される。

【0047】

Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路及びＴ_ｓｅｎｓｅ回路からのアナログ信号Ｖｉ及びＶｔは、それぞれデジタルの均等物へのその後の変換に向けてマイクロコントローラに伝達することができる。可撓性平坦ケーブル配線（例えば、フレックスＰＣＢ、図示していない）内のトレースのような導体を用いて、スイッチモジュール３００のそれぞれの信号リード端子とマイクロコントローラとの間でＰＣＢのトレース（図示せず）を通じてＶｉ、Ｖｔ、及び故障を含む信号を伝達することができる。マイクロコントローラに信号を伝達するのに他のタイプの導体を使用することができる。他に言及しない限り、本発明の開示は、フレックスＰＣＢのような可撓性平坦ケーブルの使用が考えられている。可撓性平坦ケーブル配線を用いて、他の信号（例えば、ＰＷＭ及びリセット）及び電圧（例えば、ＶＤＤＩ、ＶＤＤＯ＋、ＧＬなど）をスイッチモジュール３００に伝達することができる。マイクロコントローラは、メモリに格納された命令に従って受信する信号（例えば、故障、Ｖｉ、及びＶｔ）のデジタル均等物を処理することができる。マイクロコントローラは、Ｖｉ及びＶｔのデジタル均等物に基づいてドライバ制御信号ＰＷＭの負荷サイクル及び／又は周期を調節することができる。スイッチの両端の電圧をモニタするための回路を含む電力モジュールパッケージの実施形態では、電圧を表すアナログ信号Ｖｖをメモリに格納された命令に従う処理に向けて電圧モニタ回路からマイクロプロセッサに提供することができる。

【0048】

図３ｃ－１及び図３ｃ－２は、代替パッケージ式スイッチ２０３の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。図３ｃ－１及び図３ｃ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式スイッチ２０３の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式スイッチ２００と同様に、パッケージ式スイッチ２０３は、スイッチコントローラ３０２によって制御されるスイッチ３０４を含む。スイッチ３０４は、ダイ基板３１２と、ダイクリップ端子３４４を含むダイクリップ３４２とにこれらの間で接続（例えば、焼結）される。ダイクリップ３４２及びダイクリップ端子３４４は象徴的に示している。ダイ基板３１２とダイクリップ３４２の両方が実質的な電流及び実質的な熱を伝達するように構成されることを示すために、これらを太線で表している。ダイクリップ３４２及びその端子３４４の形状及び形態は、ダイクリップ３１６及びその端子２３２とは実質的に異なる。ダイ基板３１２とダイクリップ３４２は、それぞれ実質的に同じダイ基板及びダイクリップ端子２３０及び３４４を有して実質的に同じとすることができる。

【0049】

図３ｃ－１及び図３ｃ－２は、構成要素の互いに対する相対的な位置決めを示している。ダイ基板３１２、スイッチ３０４、及びダイクリップ３４２は、パッケージ式スイッチ２０３の上面Ｔと底面Ｂの間で垂直に積み重ねられる。スイッチコントローラ３０２は、パッケージ式スイッチ２０３の前面Ｆの近くに位置決めされ、一方でスイッチ３０４は、後面Ｂｋの近くに位置決めされる。これらの図では、ダイ基板端子２３０は、それがパッケージ式スイッチ２０５の上面と面一であることを示すように位置決めされ、同じくダイクリップ端子３４４は、それが底面と面一であることを示すように位置決めされる。

【0050】

図３ｄ－１及び図３ｄ－２は、代替パッケージ式スイッチ２０５の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。図３ｄ－１及び図３ｄ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式スイッチ２０５の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式スイッチ２００と同様に、パッケージ式スイッチ２０５は、スイッチコントローラ３０２によって制御されるスイッチ３０４を含む。スイッチ３０４は、ダイ基板３１２と、ダイクリップ端子２３２を含むダイクリップ３４６とにこれらの間で接続（例えば、焼結）される。ダイクリップ３４６は象徴的に示している。ダイクリップ端子２３２は、後面と面一である。主として熱ではなく電流を伝達するように構成されることを示すために、ダイクリップ３４６を細線で表している。ダイクリップ３１６と３４６は、形状及び形態が実質的に異なるが、類似の端子２３２を有する。

【0051】

図３ｄ－１及び図３ｄ－２は、構成要素の互いに対する相対的な位置決めを示している。ダイ基板３１２、スイッチ３０４、及びダイクリップ３４６は、パッケージ式スイッチ２０５の上面Ｔと底面Ｂの間に垂直に積み重ねられる。スイッチコントローラ３０２は、パッケージ式スイッチ２０５の前面Ｆの近くに位置決めされ、一方でスイッチ３０４は、後面Ｂｋの近くに位置決めされる。これらの図では、ダイ基板端子２３０は、それがパッケージ式スイッチ２０３の上面と面一であることを示すように位置決めされ、図３ｄ－１では、ダイクリップ端子３２４は、それが後面と面一であることを示すように位置決めされる。

【0052】

図３ｅ－１及び図３ｅ－２は、代替パッケージ式スイッチ２０７の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。図３ｅ－１及び図３ｅ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式スイッチ２０５の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式スイッチ２００と同様に、パッケージ式スイッチ２０７は、スイッチコントローラ３０２によって制御されるスイッチ３０４を含む。スイッチ３０４は、ダイ基板３１２と１対のダイクリップ端子２３２及び３４４を含むダイクリップ３４５との間に接続（例えば、焼結）される。ダイクリップ３４５及びその端子２３２及び３４４は象徴的に示している。ダイクリップ３４５は、第１及び第２の部分３４８及び３５０と、図示のように第１及び第２の部分から垂直に延びる第３の部分３５４とを含む。主として電流を伝達するように構成されることを示すために、第３の部分３５４を細めに示しており、一方で熱を伝達するようにも構成されることを示すために、第１及び第２の部分３４８及び３５０を太めに示している。しかし、第２の部分３５０は、電気的に隔離されたヒートシンクのような電気的に隔離されたデバイスに接続された場合にのみ熱を伝導することになる。図３ｅ－２は、第３の部分３５４を通じて伝達される電流を感知するための電流センサ回路Ｉ_ｓｅｎｓｅを示している。

【0053】

図３ｅ－１及び図ｅ－２は、構成要素の互いに対する相対的な位置決めを示している。ダイ基板３１２、スイッチ３０４、及びダイクリップ３４５は、パッケージ式スイッチ２０７の上面Ｔと底面Ｂの間に垂直に積み重ねられる。スイッチコントローラ３０２は、パッケージ式スイッチ２０７の前面Ｆの近くに位置決めされる。スイッチ３０４は、後面Ｂｋの近くに位置決めされる。これらの図では、ダイ基板端子２３０は、それがパッケージ式スイッチ２０７の上面と面一であることを示すように位置決めされ、同じくダイクリップ端子２３２は、それが左側面と面一であることを示すように位置決めされ、更にダイクリップ端子３４４は、それが底面と面一であることを示すように位置決めされる。

【0054】

図３ｆ－１及び図３ｆ－２は、代替パッケージ式スイッチ２０９の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。図３ｆ－１及び図３ｆ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式スイッチ２０９の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式スイッチ２０７と２０９は、互いに実質的に同一である。しかし、パッケージ式スイッチ２０７内のダイクリップ端子２３２は、それが左側面と面一であることを示すように位置決めされているのに対して、図３ｆ－２に示すように、パッケージ式スイッチ２０９内のダイクリップ端子２３２は、それが右側面と面一であることを示すように位置決めされる。

【0055】

例示的パッケージ式ハーフブリッジ
パッケージ式ハーフブリッジは、１対のスイッチモジュールを含むことができる。図２ｂ－１、図２ｂ－２の参照を続けると共に、図３ｇ－１及び図３ｇ－２は、例示的パッケージ式スイッチ２５０の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。図３ｇ－１及び図３ｇ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジ２５０のある一定の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式ハーフブリッジ２５０は、図３ａ－１に示すものと類似のスイッチモジュール３００を１対含有する。より具体的には、パッケージ式ハーフブリッジ２５０は、ハイサイドスイッチモジュール３００Ｈとローサイドスイッチモジュール３００Ｌとを含む。スイッチモジュールは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の内側で互いに向き合い、ハイサイドスイッチモジュール３００Ｈは、反転されてローサイドスイッチモジュール３００Ｌの下方に位置決めされる。例示を容易にするために、図３ａ－１に示す殆どの信号リードを図３ｇ－１及び図３ｇ－２から除外した。

【0056】

図３ｇ－１及び図３ｇ－２は、ハーフブリッジ２５０のある一定の構成要素の互いに対する相対的な位置決めを示している。ダイ基板３１２、スイッチ３０４、及びダイクリップ３１６は、上面Ｔと底面Ｂの間に積み重ねられる。スイッチコントローラ３０２もまた、上面Ｔと底面Ｂの間に積み重ねられる。スイッチコントローラ３０２は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の前面Ｆの近くに位置決めされ、一方でスイッチ３０４は、後面Ｂｋの近くに位置決めされる。ダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈは、それぞれパッケージ式ハーフブリッジ２５０の上面Ｔ及び底面Ｂ上でプラスチックケースを通じてアクセス可能であり、ダイクリップ端子２３２Ｌ及び２３２Ｈは、それぞれパッケージ式ハーフブリッジ２５０の右側面及び左側面の面上でプラスチックケースを通じてアクセス可能である。これらの図では、ダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈは、これらがそれぞれ上面Ｔ及び底面Ｂと面一であることを示すように位置決めされ、図３ｇ－２では、ダイクリップ端子２３２Ｌ及び２３２Ｈは、これらが右側面及び左側面の面と面一であることを示すように位置決めされる。

【0057】

ハイサイドスイッチ３０４Ｈは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の外部にあるデバイスへの接続を確立するための端子２３０Ｈを有するハイサイドダイ基板３１２Ｈに接続される。例えば、端子２３０Ｈは、Ｖ＋バスバーに接続することができ、又はその位相バー又は構成要素（例えば、クランプ）に接続することができる。ハイサイドスイッチ３０４Ｈは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の外部にあるデバイスへの接続を確立するための端子２３２Ｈを有するハイサイドダイクリップ３１６Ｈにも接続される。例えば、端子２３２Ｈは、位相バー又はＶ－バスバーに接続することができる。ローサイドスイッチ３０４Ｌは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の外部にあるデバイスへの接続を確立するための端子２３０Ｌを有するローサイドダイ基板３１２Ｌに接続される。例えば、ローサイドダイ基板端子２３０Ｌは、ハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈが接続されたものと同じ位相バーに接続することができ、又はヒートシンクに接続することができる。ローサイドスイッチ３０４Ｌは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の外部にあるデバイスへの接続を確立するための端子２３２Ｌを有するダイクリップ３１６Ｌに接続される。例えば、端子２３２Ｌは、Ｖ－バスバー又は位相バスバーに接続することができる。

【0058】

図３ｈ－１及び図３ｈ－２は、代替パッケージ式ハーフブリッジ２５１の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。ハーフブリッジ２５１は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０と同様であるが、図示のようにダイクリップ３１６Ｌが１８０度回転されている。図３ｈ－１及び図３ｈ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジ２５１のある一定の構成要素の相対位置を示している。ダイクリップ３１６は、１８０度回転を受け入れるように若干修正することができる。図３ｈ－２は、左側面と面一であることを示すように位置決めされたローサイドダイクリップ端子２３２Ｌ及びハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈを示している。

【0059】

図３ｉ－１及び図３ｉ－２は、更に代替のパッケージ式ハーフブリッジ２５３の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。図３ｉ－１及び図３ｉ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジ２５３の構成要素の相対位置を示している。パッケージ式ハーフブリッジ２５３は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０と同様であるが、図示のように両方のダイクリップ端子３１６が１８０度回転されている。図３ｉ－２は、ローサイドダイクリップ端子２３２Ｌが、それが右側面と面一であることを示すように位置決めされ、ハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈが、それが左側面と面一であることを示すように位置決めされている場所を示している。

【0060】

図３ｋ－１及び図３ｋ－２は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０と同様であるが、ダイクリップ３１６Ｈ及び３１６Ｌが、統合されてスイッチ３０４Ｈ及び３０４Ｌに取り付けられた（例えば、焼結）ダイクリップ３１５で置換された追加のパッケージ式ハーフブリッジ２５５の側面図及び背面図を示す概略図である。ダイクリップ３１５は、ダイクリップ３１６のダイクリップ端子２３２と同じ端子２３２を有する。図３ｋ－２では、ダイクリップ端子２３２は、それが右側面と面一であることを示すように位置決めされる。

【0061】

図３ｌ－１及び図３ｌ－２は、別のパッケージ式ハーフブリッジ２５９の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。ハーフブリッジ２５９は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０と同様であるが、ダイクリップ３１６Ｌ及び３１６Ｈは、それぞれダイクリップ３１７Ｌ及び３１７Ｈで置換されている。図３ｌ－１及び図３ｌ－２は、それぞれ側面及び背面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジ２５９のある一定の構成要素の相対位置を示している。図３ｌ－２は、右側面と面一であることを示すように位置決めされたローサイドダイクリップ端子２３２Ｌ及びハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈを示している。ダイクリップ３１７と３１６は、多くの特徴に関して同様である。例えば、ダイクリップ３１６と同様に、ダイクリップ３１７は、水平部分と垂直部分を含む。図３ｌ－１は、ダイクリップ３１７の垂直部分しか示していない。ダイクリップ３１６と３１７の間には少なくとも１つの実質的な違いが存在し、ダイクリップ３１７の水平部分は、対向し合うダイクリップ端子２３２と２３３の間に延ばされ、かつ位置決めされる。両方のダイクリップ端子２３２と２３３は、パッケージ式ハーフブリッジ２５９のプラスチックケースを通じてアクセス可能である。ダイクリップ端子２３２及び２３３は、図示のように、パッケージ式ハーフブリッジ２５９の両側面と面一である。ダイクリップ端子２３２と２３３は、形状及びサイズが類似であり、かつ高電流をパッケージ式ハーフブリッジ２５９の内外に伝達するように構成することができる。

【0062】

図３ｊは、更に別のパッケージ式ハーフブリッジ２６１の概略図であり、そのいくつかの構成要素を示している。ハーフブリッジ２６１は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０と同様であるが、ダイクリップ３１６Ｌ及び３１６Ｈは、それぞれダイクリップ３１９Ｌ及び３１９Ｈで置換されている。図３ｊは、側面から見た時のパッケージ式ハーフブリッジ２６１のある一定の構成要素の相対位置を示している。図３ｊは、後面と面一であることを示すように位置決めされたローサイドダイクリップ端子２３２Ｌ及びハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈを示している。

【0063】

例示的小型変換器システム
小型変換器システムは、従来の変換器システムと比較して高い電力密度を有する。例えば、小型変換器システムは、４００ｋＷ又はそれよりも高いピーク電力を電気モータ又は他のデバイスに送出しながら０．２５リットル又はそれ未満の体積しか占有しないことが可能である。パッケージ式スイッチ、パッケージ式ハーフブリッジ、ヒートシンク、バスバーなどを互いに重ねて位置決めされることに部分的に起因して空間が節約される。

【0064】

図４ａ－１は、例示的小型変換器システム４００の側面図を示す概略図である。変換器システム４００は、図３ｇ－１に示すものと類似のパッケージ式ハーフブリッジ２５０を含む。例示を容易にするために、スイッチコントローラ、Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路、Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路、及び信号リードを示していない。

【0065】

小型変換器システム４００は、ａ－ｃと表示する３つの位相を含む。位相ａ－ｃは、巻線Ｗａ－Ｗｃにその後に接続される位相バーＰＢａ－ＰＢｃにそれぞれ接続されたパッケージ式ハーフブリッジ２５０ａ－２５０ｃをそれぞれ含む。小型変換器システム４００内の位相バーＰＢと、下記で説明する他の小型変換器システム内の位相バーＰＢは、小型変換器設計の差を受け入れるために異なる構成を有することができると考えられる。しかし、説明を容易にするために、様々な小型変換器システム実施形態の位相バーの差に関しては、他に言及しない限り議論しない。

【0066】

ダイ基板端子２３０Ｌａ－２３０Ｌｃは、それぞれヒートシンク４０２ａ－４０２ｃに接続される。ヒートシンク４０２ａ－４０２ｃは、互いに電気的に隔離される。各ヒートシンク４０２は、電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図４ａ－１には示していない）を有する。ダイ基板端子２３０Ｈは、電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図４ａ－１には示していない）を有するヒートシンクとしても作用するＶ＋バスバー４０４に接続される。図４ａ－２は、位相ａの背面図である。この図は、ヒートシンク４０２ａ及びＶ＋バスバー４０４の例示的チャネル４０を示している。熱伝達を改善するために、これらのバスバーの各々内のチャネル４０は、図示のようにダイ基板端子２３０に接触する面の近くに位置決めすることができる。

【0067】

一般的に、図４ａ－１及び図４ａ－２に示すように本発明の開示の小型変換器システムに使用されるヒートシンク及び／又はＶ＋バスバーは、チャネル４０を含有する。一部のＶ－バスバーも、チャネル４０を含有することができる。チャネル４０は、冷却流体がそれを通って流れることができる独自のチャネルを有する導管（例えば、パイプ）を保持するように構成される。説明目的で、全てのヒートシンク及びＶ＋バスバーは、導管を含有するチャネル４０を有すると仮定する。更に、ヒートシンクとしても作用する全てのＶ－バスバーも、導管を含有するチャネル４０を有すると仮定する。更に、チャネル４０の断面が円形であり、導管が円筒形パイプであると仮定しているが、本発明の開示をこれらに限定すべきではないことは理解されるものとする。代替実施形態では、チャネル４０の断面を矩形又は正方形とすることができると考えられる。

【0068】

図４ａ－３～図４ａ－６は、それぞれ例示的円筒形パイプ４２０ａ－４２０ｄの断面図である。パイプ４２０ａ－４２０ｄの外面は、本明細書に開示するヒートシンク、Ｖ＋バスバー、又はある一定のＶ－バスバーのいずれか１又は２以上の円筒形チャネルの面に接触する。図示の例示的パイプ４２０ａ－４２０ｃは、パイプの外面を被覆する誘電体（例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、化学気相蒸着ダイヤモンドコーティングなど）の薄層（例えば、０．１－１．０ｍｍ）を含む。代替実施形態では、誘電体の薄層が、パイプの内面を被覆する。説明の目的で、本発明の開示は、全ての薄層４２２は、パイプの外面に付加されてそれを被覆すると仮定する。この実施形態では、誘電体層４２２は、チャネルの内面に接触する。構成中に、パイプは、例えば液体窒素を用いて冷却することができる。パイプは、温かくなると、そのチャネルの内側で膨張して誘電体層４２２とチャネルの円筒壁の間のより良好な接触を保証する。チャネルが閉じ込められたヒートシンク又はバスバーは、同時に冷却することができると考えられる。理想的には、誘電体層４２２は、存在する場合に、スイッチ３０４とパイプ内の流体との間の熱経路内で唯一の誘電体でなければならない。誘電体層がパイプの内壁に付加される代替実施形態では、この層は、スイッチ３０４とパイプ内の流体との間の熱経路内で唯一の誘電体でなければならない。

【0069】

層４２２内の誘電材料は、０－１０ｋＶの強度を有するべきである。図４ａ－３～図４ａ－６では、誘電体層４２２は、０．２ｍｍであると仮定する。誘電体層４２２の厚み及び材料は、パイプの熱伝達に影響を及ぼす。

【0070】

下記の表は、異なる材料及び厚みの誘電体層４２２に関して計算された伝熱量Ｗを含む。ｋが熱伝導度、Ａが面積、Ｔ１－Ｔ２＝７０が誘電体層にわたる温度差、ｄが、マイクロメートルを単位とする厚みである時に、Ｗは、ｋ・Ａ・（Ｔ１－Ｔ２）／ｄに比例する。誘電体にわたって４０００ボルトを仮定する。

【表1】

【0071】

誘電体４２２は、パイプが閉じ込められたバスバー又はヒートシンクのチャネル面に直接に係合する。各パイプは、冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネルを含む。これらのパイプチャネルは、図示のように異なる断面形状を有する。パイプ４２０ａ及び４２０ｂは単一のチャネルを含み、一方でパイプ４２０ｃ及び４２０ｄは複数のチャネルを含む。パイプ４２０ａは滑らかな内壁を有する。代替実施形態では、パイプ４２０ａは、施条された内壁を有することができる。施条は、流体乱流又は分子接触を発生するか又は高める目的でパイプの内面に螺旋状の溝を削り込む工程である。多くの場合に、施条は、それが１つの完全な周回を完了するのに要する距離を示す捩れ率によって表される。一実施形態では、施条されたパイプ４２０ａの内壁は、最大内径と、最小内径と、各々が均等又は不均等な幅を有する１又は２以上のリブと、捩れ率とを有する。パイプ４２０ｂのチャネルは、実質的に同じ断面を有する複数の小さい円筒形サブチャネルのリングを有し、このリング内のこれらのサブチャネルが、その断面と比較した場合に大きい断面とすることができる中心に位置する円筒形サブチャネルと流体連通している「花」形である。それぞれのスポークサブチャネルが、リング内の各円筒形サブチャネルと中心に位置する円筒形サブチャネルの間の流体連通を可能にする。各スポークサブチャネルは、多くの断面形状のうちのいずれか１つを有することができる。図示の実施形態では、各スポークサブチャネルは、断面が実質的に矩形であるが、正方形又は円形の断面も考えられる。パイプ４２０ｃは、実質的に類似の寸法の複数の小さい円筒形チャネルを含む。パイプ４２０ｄは、パイプ４２０ｂと４２０ｃとの混成体である。誘電体層４２２は、各パイプを電気的に隔離し、従って、パイプの１つのチャネル、複数のチャネル、又は複数のサブチャネル内の流体を電気的に隔離する。しかし、誘電体層４２２は、パイプチャネルを貫流する冷却流体に熱を伝達する。代替実施形態では、誘電体（例えば、層４２２）は、冷却流体とスイッチ３０４の間に存在する。しかし、この代替実施形態では、冷却流体は誘電体でなければならない。バスバー又はヒートシンク内のパイプの直径は、互いに等しい必要はない。パイプ４２０ａ－４２０ｄの個数、位置、及び／又は直径は、１又は２以上の変数に基づくことができる。例えば、パイプの個数、位置、及び／又は直径は、パイプが閉じ込められたバスバー又はヒートシンクの望ましい熱キャパシタンスに基づくことができる。これに代えて、パイプの個数、位置、及び／又は直径は、スイッチ３０４とパイプのうちの１又は２以上内の流体との間の望ましい熱抵抗に基づくことができる。これに代えて、個数、位置、及び／又は直径は、望ましい熱抵抗に基づいて熱キャパシタンスを最適化すること、又は望ましい熱キャパシタンスに基づいて熱抵抗を最適化することに基づくことができる。

【0072】

小型変換器システムのこれらの概略図には示していないが、全てのダイ基板端子２３０は、ヒートシンク、Ｖ＋バスバー、位相バー、又はＶ－バスバー上の対応する台座に接続される。台座は、実質的に平坦な面を有することができる。より具体的には、各台座は、ダイ基板端子に接続される平坦面を有することができる。台座面は、それが接続されるダイ基板端子とサイズ及び形状が実質的に類似である。ダイ基板端子とその接続された台座との間で熱及び／又は電流が伝達される。必要ではないが、ダイ基板端子と台座面の間の電気的な伝導性を高めるために、熱的に及び／又は電気的に伝導性のグリースが、ダイ基板端子を台座面に接続することができる。台座は、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの信号リードとＶ－バスバー、ヒートシンク、位相バー、又はＶ＋バスバーとの間に空隙を生成するように構成することができる。空隙は、信号リードをヒートシンク、Ｖ－バスバー、位相バー、又はＶ＋バスバーから電気的に隔離する。代替実施形態では、ヒートシンク、Ｖ－バスバー、位相バー、又はＶ＋バスバーからの信号リードの電気的隔離を保証するために、空隙内に誘電体層を置くことができる。小型変換器システムの正常に機能していないパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジをより簡単に置換することができるように、クランプ、ボルト、及び他のそのようなファスナを用いてパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジを台座に解除可能に接続することができる。

【0073】

図４ａ－１に戻ると、位相バーＰＢａ－ＰＢｃが象徴的に示されている。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、巻線Ｗａ－Ｗｃそれぞれとパッケージ式ハーフブリッジ２５０ａ－２５０ｃそれぞれとの間で電流を伝導する。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、ハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈａ－２３２Ｈｃに接続された端子をそれぞれ有し、ヒートシンク４０２ａ－４０２ｃに接続された別々の端子をそれぞれ有する。ローサイドダイクリップ端子２３２Ｌａ－２３２ｃは、Ｖ－バッテリの端子にその後に結合されるＶ－バスバー４０１に接続される。小型変換器システム４００は概略で示したものであるが、各位相のハーフブリッジ２５０とヒートシンク４０２とＶ＋バスバー４０４との互いに対する垂直位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。この図では、Ｖ－バスバー４０１は、象徴的に示しており、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の背後に位置決めされる。

【0074】

図４ａ－１は、ある瞬間での変換器システム４００を通る電流の流れを表す電流記号を含む。より具体的には、図４ａ－１は、位相ｂ及びｃのローサイドスイッチ３０４Ｌが起動されてＶ－バスバー４０１を通じて電流をＶ－に伝導している間に位相ａの起動されたハイサイドスイッチ３０４Ｈを通る電流の流れを示している。この図では、全ての他のスイッチは解除されている。重要な点として、全てのダイ基板端子２３０は、Ｖ＋バスバーヒートシンク、ヒートシンク４０２ａ、ヒートシンク４０２ｂ、又はヒートシンク４０２ｃに熱的及び電気的に接続される。図示していないが、複数の減結合コンデンサをＶ＋バスバー４０４とＶ－バスバー４０１の間に並列結合することができる。

【0075】

図４ｂ－１は、別の小型変換器システム４０６の側面図を示す概略図である。このシステム内の位相ａ－ｃの各々は、図３ｇ－１に示すものと類似のパッケージ式ハーフブリッジ２５０と、図３ｉ－１に示すものと類似のパッケージ式ハーフブリッジ２５３とを含む。例示を容易にするために、スイッチコントローラ、Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路、Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路、及び信号リードを示していない。

【0076】

各位相でのパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３は、それぞれの位相バーＰＢに接続される。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、巻線Ｗａ－Ｗｃそれぞれと位相ａ－ｃでのパッケージ式ハーフブリッジそれぞれとの間で電流を伝導する。各位相バーＰＢは、金属延長部４０９－１及び４０９－２を含む。各位相で、ダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈは、それぞれ金属延長部４０９－１及び４０９－２に接続される。更に、各位相で、金属ヒートシンク４０２－１及び４０２－２は、金属延長部４０９－１及び４０９－２に接続される。金属延長部４０９は、熱的及び電気的伝導性の金属で形成される。各位相での位相バー金属延長部４０９－１及び４０９－２は、ダイ基板端子２３０Ｌ１及び２３０Ｈ２それぞれからヒートシンク４０２－１及び４０２－２それぞれに熱を伝導する。位相バーＰＢは、各位相でダイクリップ端子２３２Ｈ１及び２３２Ｌ２に接続された延長部又は端子を更に有する。各位相でのダイクリップ端子２３２Ｈ１及び２３２Ｌ２は、Ｖ＋バスバー４１５に接続される。各位相でのダイクリップ端子２３２Ｌ１及び２３２Ｈ２は、Ｖ－バスバーに接続される。図示していないが、複数のコンデンサをＶ＋バスバーとＶ－バスバーの間に並列結合することができる。

【0077】

図４ｂ－２は、位相ａの背面図である。この図は、ヒートシンク４０２－１ａ、４０２－２ａ、及びＶ＋バスバー４１５の中にあり、冷却流体がそれを通って流れることができる例示的チャネル４０を示している。熱放散を改善するために、ヒートシンク内のチャネルは、図示の実施形態では延長部４０９に接触する面の近くに位置決めされる。代替実施形態では、チャネルは、いずれか他の場所に位置決めすることができる。図４ｂ－２のＶ＋バスバー４１５は、図４ａ－２に示すＶ＋バスバーよりも多いチャネルを有する。小型変換器システム４０６は概略で示したものであるが、図４ｂ－１及び図４ｂ－２には、各位相のパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３、ヒートシンク４０２、及びＶ＋バスバー４１５は、これらの構成要素の互いに対する垂直位置決めを示すように示している。

【0078】

図４ｃ－１は、別の小型変換器システム４１１の側面図を示す概略図である。小型変換器システム４０６と４１１は同様である。しかし、１つの実質的な違いが存在し、図４ｃ－１の各位相での位相バーＰＢは、パッケージ式ハーフブリッジとヒートシンク４０の間に位置決めされた延長部４０９－１及び４０９－２を欠いている。この実施形態では、各位相バーＰＢは、ヒートシンク４０２－１及び４０２－２それぞれを通じてダイ基板２３０Ｌ１及び２３０Ｈ１に接続される。

【0079】

図４ｂ－１及び図４ｃ－１は、ある瞬間での変換器システム４０６及び４１１を通る電流の流れを表す電流記号を含む。より具体的には、各図は、位相ａのスイッチ３０４Ｈ１及び３０４Ｌ２が起動されてＶ＋バスバー４１５からの電流を伝導しており、位相ｂ及びｃ内の全てのスイッチ３０４Ｌ１及び３０４Ｈ２が起動されてＶ－バスバーを通じてＶ－に電流を伝導している時の電流の流れを示している。これらの図では、全ての他のスイッチは解除されている。

【0080】

図４ｂ－３は、図４ｂ－１の位相ａが受信するＰＷＭ信号及びリセット信号を示している。図４ｂ－３は、位相ａからの故障出力、Ｖｉ出力、及びＶｔ出力も例示している。ある位相での各パッケージ式ハーフブリッジ２５０又は２５３は、ＰＷＭ及びリセット信号の別々のセットによって制御される。代替実施形態では、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３それぞれのハイサイドゲートドライバ及びローサイドゲートドライバは、マイクロコントローラからの第１のＰＷＭ信号によって制御することができ、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３それぞれのローサイドゲートドライバ及びハイサイドゲートドライバは、マイクロコントローラからの第２のＰＷＭ信号によって制御することができる。

【0081】

図４ａ－１、図４ｂ－１、及び図４ｃ－１の例示的小型変換器システムの各位相は、１つ又は２つのパッケージ式ハーフブリッジを有する。小型変換器システムは、これに限定すべきではない。小型変換器システムは、３つ、４つ、又は５つ以上のパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジを有することができる。更に別の小型変換器システムを積み重ねて並列に接続することができる。図４ｄ－１は、更に別の小型変換器システム４０８の側面図を示す概略図である。この実施形態では、位相ａ－ｃの各々は、４つのパッケージ式ハーフブリッジ、すなわち、２つのパッケージ式ハーフブリッジ２５０－１及び２５０－２と、２つのパッケージ式ハーフブリッジ２５３－１及び２５３－２とを含む。例示を容易にするために、図４ｄ－１には、スイッチコントローラ、Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路、Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路、及び信号リードを示していない。

【0082】

位相バーＰＢａ－ＰＢｃは象徴的に示している。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、巻線Ｗａ－Ｗｃそれぞれと位相ａ－ｃでのパッケージ式ハーフブリッジそれぞれとの間で電流を伝導する。各位相バーは、金属延長部４１１－１及び４１１－２を含む。各位相でのパッケージ式ハーフブリッジ２５０のダイ基板端子２３０Ｌは、金属ヒートシンク４１９－１にその後に接続される延長部４１１－１に接続される。更に、パッケージ式ハーフブリッジ２５３のダイ基板端子２３０Ｈは、金属ヒートシンク４１９－２にその後に接続される延長部４１１－２に接続される。位相バー延長部４１１は、熱的及び電気的に伝導性の金属で形成される。各位相での位相バー延長部４１１－１は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０のダイ基板端子２３０Ｌからヒートシンク４１９－１に熱を伝導し、各位相での位相バー延長部４１１－２は、パッケージ式ハーフブリッジ２５３のダイ基板端子２３０Ｈからヒートシンク４１９－２に熱を伝導する。各位相での位相バーは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０内のダイクリップ端子２３２Ｈと、パッケージ式ハーフブリッジ２５３内のダイクリップ端子２３２Ｌとに接続された端子を更に含む。各位相でのパッケージ式ハーフブリッジ２５０のダイ基板端子２３０Ｈとパッケージ式ハーフブリッジ２５３のダイ基板端子２３０Ｌは、図４ｂ－１に示すＶ＋バスバーの細長バージョンであるＶ＋バスバー４１７に接続される。図示していないが、複数のコンデンサは、Ｖ＋バスバー４１７とＶ－バスバー４０７の間に並列結合することができる。

【0083】

ネジ切りボルト又は他のそのようなファスナを用いて、図示のように、パッケージ式ハーフブリッジ２５０、２５３と、Ｖ＋バスバー４１７と、延長部４１１と、ヒートシンク４１９とを互いに解除可能に接続することができる。代替実施形態では、焼結を用いて、パッケージ式ハーフブリッジ２５０、２５３と、Ｖ＋バスバー４１７と、延長部４１１と、ヒートシンク４１９とを互いに固定的に接続することができる。しかし、これらの構成要素が解除可能に接続され、その結果、正常に機能していないパッケージ式ハーフブリッジをより簡単に置換することができると仮定する。一実施形態では、各位相バーＰＢは、延長部４１１－１及び４１１－２を含むＣ字形クランプを含むことができる。各位相でのハーフブリッジ２５０、２５３とＶ＋バスバー４１７は、Ｃ字形クランプ及びファスナによって互いに解除可能に接続される。この実施形態では、ダイ基板２３０は、延長部４１１の面又はＶ＋バスバー４１７の面に直接に接触する。図４ｄ－２のヒートシンク４１９は、図４ａ－１のヒートシンク４０２の細長バージョンである。ネジ切りボルト又は他のそのようなファスナを用いて、ヒートシンク４１９を延長部４１１に接続することができる。この実施形態では、金属ヒートシンク４０９の面は、延長部４１１の面に直接に接触する。別の実施形態では、パッケージ式ハーフブリッジ２５０、２５３と、Ｖ＋バスバー４１７と、延長部４１１と、ヒートシンク４１９とは、互いに半田付け又は焼結することができる。

【0084】

小型変換器システム４０８は概略で示したものであるが、各位相のハーフブリッジ２５０及び２５３とヒートシンク４１９とＰＢ延長部４１１とＶ＋バスバー４１７との互いに対する垂直及び水平の位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。

【0085】

図４ｄ－２は、図４ｄ－１の位相ａが受信するＰＷＭ信号及びリセット信号を示している。図４ｄ－２は、位相ａからの故障出力、Ｖｉ出力、及びＶｔ出力も例示している。ある位相での各パッケージ式ハーフブリッジ２５０又は２５３は、ＰＷＭ及びリセット信号の明確に異なるセットによって制御される。代替実施形態では、パッケージ式ハーフブリッジ２５０－１及び２５０－２のハイサイドゲートドライバとパッケージ式ハーフブリッジ２５３－１及び２５３－２のローサイドゲートドライバとは、マイクロコントローラからの単一ハイサイドＰＷＭ－Ｈ信号によって制御することができ、一方でパッケージ式ハーフブリッジ２５０－１及び２５０－２のローサイドゲートドライバとパッケージ式ハーフブリッジ２５３のハイサイドゲートドライバとは、マイクロコントローラからの単一ローサイドＰＷＭ－Ｌ信号によって制御することができる。更に別の実施形態では、パッケージ式ハーフブリッジ２５０－１及び２５０－２のハイサイドゲートドライバは、第１のハイサイドＰＷＭ－Ｈ信号によって制御することができ、一方でパッケージ式ハーフブリッジ２５３－１及び２５３－２のローサイドゲートドライバは、第２のハイサイドＰＷＭ－Ｈによって制御され、更にパッケージ式ハーフブリッジ２５０－１及び２５０－２のローサイドゲートドライバは、第１のローサイドＰＷＭ－Ｌ信号によって制御することができ、一方でパッケージ式ハーフブリッジ２５３－１及び２５３－２のハイサイドゲートドライバは、第２のローサイドＰＷＭ－Ｌ信号によって制御される。

【0086】

図４ｅは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３を含む更に別の小型変換器システム４３０の上面図を示す概略図である。小型変換器システム４３０は、位相バーＰＢａ－ＰＢｃにそれぞれ接続された３つの位相ａ－ｃを含む。各位相は、金属ヒートシンク４０３（透過図に示す）とＶ＋バスバー４０５の間に接続されたパッケージ式ハーフブリッジ２５０及びパッケージ式ハーフブリッジ２５３を含む。より具体的には、各位相でのダイ基板端子２３０Ｈ（図示せず）及び２３０Ｌは、Ｖ＋バスバー４０５及び対応するヒートシンク４０３にそれぞれ接続される。各位相での位相バーＰＢは、ヒートシンク４０３とハイサイドダイクリップ端子２３２Ｈとに接続される。ローサイドダイクリップ端子２３２Ｌは、Ｖ－バスバー４１３に接続される。電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図示せず）を各々が有するヒートシンク４０３ａ－４０３ｃは、互いに電気的に隔離される。Ｖ＋バスバー４０５は、電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図示せず）を有するヒートシンクとして作用する。

【0087】

図４ｆは、図３ｈ－１に示すパッケージ式ハーフブリッジ２５１を使用する更に別の小型変換器システム４１０の側面図を示す概略図である。変換器システム４００と４１０の間には多くの類似点がある。しかし、いくつかの違いが存在する。位相ａ－ｃは、３つのパッケージ式ハーフブリッジ２５１ａ－２５１ｃをそれぞれ含む。ローサイドダイ基板端子２３０Ｌ及びハイサイドダイ基板端子２３０Ｈは、Ｖ－バスバー４１２及びＶ＋バスバー４０４にそれぞれ接続される。Ｖ－バスバー４１２は、冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図４ｆには示していない）を有するヒートシンクとしても作用する。図示していないが、複数の減結合コンデンサを並列にＶ＋バスバーとＶ－バスバーの間に結合することができる。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、図示のように、位相ａ－ｃでのダイクリップ端子２３２にそれぞれ接続される。小型変換器システム４１０は概略で示したものであるが、各位相のハーフブリッジ２５１とＶ＋バスバー４０４とＶ－バスバー４１２との互いに対する垂直位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。

【0088】

図４ｆは、ある瞬間での変換器システム４１０を通る電流の流れを表す電流記号を含む。より具体的には、図４ｆは、位相ｂ及びｃのローサイドスイッチ３０４Ｌが起動されて電流を伝導している間に位相ａのハイサイドスイッチ３０４Ｈが起動されて電流を伝導している時の変換器システム４１０を通る電流の流れを示している。この図では、全ての他のスイッチは解除されている。重要な点として、起動されたスイッチは、Ｖ＋バスバー４０４又はＶ－バスバー４１２に熱的に接続される。

【0089】

図４ｇは、図３ｈ－１に示すものと類似のパッケージ式ハーフブリッジ２５１を使用する更に別の小型変換器システム４１２の側面図を示す概略図である。位相ａ－ｃの各々は、ダイクリップ端子２３２に接続された対応する位相バーＰＢを含む。各位相でのダイ基板端子２３０Ｌ１及び２３０Ｈ２は、金属Ｖ－バスバー４１２－１及び４１２－２にそれぞれ接続される。Ｖ－バスバー４１２－１及び４１２－２は、冷却流体がそれを通って流れることができるチャネルを含むことができる。各位相でのダイ基板端子２３０Ｈ１及び２３０Ｌ２は、Ｖ＋バスバー４１５に接続される。図示していないが、複数の減結合コンデンサを並列にＶ－バスバー４１２－１とＶ＋バスバー４１５の間に結合することができ、更に並列にＶ－バスバー４１２－２とＶ＋バスバー４１５の間に結合することができる。小型変換器システム４１２は概略図であるが、各位相のハーフブリッジ２５１とヒートシンク／バスバー４１２とヒートシンク／バスバー４１５との互いに対する垂直位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。

【0090】

図４ｇは、ある瞬間での変換器システム４１２を通る電流の流れを表す電流記号を含む。より具体的には、図４ｇは、位相ｂ及びｃのスイッチ３０４Ｌ１及び３０４Ｈ２が起動されて電流をＶ－に伝導している間に位相ａのスイッチ３０４Ｈ１及び３０４Ｌ２が起動されて電流を伝導している時の変換器システム４１２を通る電流の流れを示している。この図では、全ての他のスイッチは解除されている。重要な点として、起動されたスイッチは、Ｖ＋バスバー４１５、Ｖ－バスバー４１２－１、Ｖ－バスバー４１２－２に熱的及び電気的に接続される。

【0091】

図４ｈは、更に別の小型変換器システム４１４の側面図を示す概略図である。位相ａ－ｃの各々は、図３ｃ－１に示すものと類似のパッケージ式スイッチ２０３を４つ含む。ヒートシンク４１８－ａ－４１８－ｃは、巻線Ｗａ－Ｗｃにその後にそれぞれ接続される位相バーＰＢａ－ＰＢｃにそれぞれ接続される。ヒートシンク４１８－ａ－４１８－ｃは互いに電気的に隔離され、電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図示せず）を有する。各位相でのダイ基板端子２３０は、ヒートシンク４１８に接続される。各位相でのパッケージ式スイッチ２０３－１及び２０３－２のダイクリップ端子３４４は、Ｖ＋バスバー４０４に接続され、各位相でのパッケージ式スイッチ２０３－３及び２０３－４のダイクリップ端子３４４は、Ｖ－バスバー４１２に接続される。バスバー４０４及び４１２の各々は、冷却流体が貫流する１又は２以上のチャネルを含む。図示していないが、複数の減結合コンデンサを並列にＶ＋バスバー４０４とＶ－バスバー４１２の間に結合することができる。

【0092】

小型変換器システム４１４は概略で示したものであるが、各位相のパッケージ式スイッチ２０３とＶ＋バスバー４０４とヒートシンク４１８とＶ－バスバー４１２との互いに対する垂直位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。

【0093】

図４ｈは、ある瞬間での変換器システム４１４を通る電流の流れを表す電流記号を含む。より具体的には、図４ｈは、位相ｂ及びｃのスイッチ２０３－３及び２０３－４が起動されてＶ－バスバー４１２を通じて電流をＶ－に伝導している間に位相ａのスイッチ２０３－１及び２０３－２が起動されてＶ＋バスバー４０４からの電流を伝導している時の変換器システム４１４を通る電流の流れを示している。

【0094】

図４ｉは、図３ｅ－１に示すパッケージ式スイッチ２０７と図３ｆ－１に示すパッケージ式スイッチ２０９とを使用する更に別の小型変換器システム４１６の側面図を示す概略図である。位相ａ－ｃの各々は、１対のパッケージ式スイッチ２０９と１対のパッケージ式スイッチ２０７とを含む。各位相でのダイクリップ端子３４４は、対応するヒートシンク４１８に接続される。ヒートシンク４１８－ａ－４１８－ｃは互いに電気的に隔離され、電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネル（図示せず）を有する。電流は、電気的に隔離されていることでヒートシンク４１８を貫流しない。各位相では、パッケージ式スイッチ２０９内の端子２３０がＶ＋バスバー４０４に接続され、パッケージ式スイッチ２０７内の端子２３０がＶ－バスバー４１２に接続される。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、位相ａ－ｃでのダイクリップ端子２３２にそれぞれ接続される。小型変換器システム４１６は概略で示したものであるが、ヒートシンク４１８とパッケージ式スイッチ２０７及び２０９とＶ＋バスバー４０４とＶ－バスバー４１２との互いに対する垂直及び水平の位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。図示していないが、複数の減結合コンデンサを並列にＶ＋バスバー４０４とＶ－バスバー４１２の間に結合することができる。

【0095】

図４ｉは、ある瞬間での変換器システム４１６を通る電流の流れを表す電流記号を含む。より具体的には、図４ｉは、位相ａ及びｃでのパッケージ式スイッチ２０７のスイッチ３０４が起動されてＶ－バスバー４１２を通じて電流をＶ－に伝導している間に位相ｂ内のパッケージ式スイッチ２０９のスイッチ３０４が起動されて電流を伝導している時の変換器システム４１６を通る電流の流れを示している。

【0096】

図４ａ－１、図４ａ－２、及び図４ｂ－１～図４ｉの変換器の各々内のパッケージ式スイッチは、これらのパッケージの前面Ｆが同じ方向線に向く状態に向けられる。言い換えれば、パッケージ式スイッチの前面Ｆは、互いに実質的に平行なそれぞれの平面に含まれる。代替実施形態では、図４ａ－１、図４ａ－２、及び図４ｂ－１～図４ｉの変換器の各々内のパッケージ式スイッチは、これらのパッケージの前面Ｆが１つの平面に実質的に含有され、後面Ｂｋが、前面を含有するこの１つの平面と平行な別の１つの平面に実質的に含有されるように９０度回転させることができる。９０度回転させることにより、これらのパッケージ式スイッチは、互いの近くに位置決めすることができ、それによってこれらのパッケージ式スイッチを含む変換器によって占有される全体積を低減することができる。更に、下記でより完全に説明するように１又は２以上のマイクロコントローラ及び１又は２以上のパワーマネージメント集積回路を装着する制御プリント回路基板（ＰＣＢ）のそれぞれの端子にそれぞれのパッケージ式スイッチの前面Ｆにある信号リード端子を接続するために、より短く、より簡単で（例えば、傾斜した曲げを有するＦＦＣとは対照的に真っ直ぐなＦＦＣ）、より廉価である及び／又はより小型のＦＦＣ又は他の接続デバイスを使用することができる。ＦＦＣ又は他の接続デバイスは、パッケージ式スイッチと制御ＰＣＢとの間で電圧及び信号を搬送することができる。より短くてより小型のＦＦＣ又は他の接続デバイスは、パッケージ式スイッチと制御ＰＣＢ上のマイクロコントローラとの間で伝達される信号に関連付けられた遅延及び他の伝達問題を低減することができる。位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、パッケージ式スイッチの９０度回転を受け入れるための再構成を必要とする場合がある。

【0097】

例示目的で、図４ｊは、小型変換器システム４２３の側面図を示す概略図である。小型変換器システム４２３と図４ａ－１に示す小型変換器システム４００との間には類似点が存在する。しかし、少なくとも１つの実質的な違いが存在し、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の後面Ｂｋ及び前面Ｆが変換器システム４２３のそれぞれの側に向かないようにパッケージ式ハーフブリッジ２５０が９０度回転されている。言い換えれば、複数の後面Ｂｋが１つの平面に実質的に含有され、複数の前面Ｆが、後面Ｂｋを含有するこの１つの平面と平行な別の１つの平面に実質的に含有される。この構成では、これらのパッケージ式ハーフブリッジ２５０は、互いの近くに位置決めすることができ、それによって変換器４００と比較した場合に変換器４２３によって占有される全体積を低減することができる。更に、それぞれのパッケージ式ハーフブリッジ２５０の前面Ｆにある信号リード端子を制御ＰＣＢのそれぞれの端子に接続するために、より短く、より簡単で、より廉価である及び／又はより小型のＦＦＣ又は他の接続デバイスを使用することができる。

【0098】

図４ｋは、更に別の小型変換器システム４２５の側面図を示す概略図である。小型変換器システム４２５と図４ｂ－１に示す小型変換器システム４０６との間には類似点が存在する。少なくとも１つの実質的な違いが存在し、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３の後面Ｂｋ及び前面Ｆが変換器システム４２３のそれぞれの側面に向かないようにパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３が９０度回転されている。

【0099】

図４ｌは、更に別の小型変換器システム４２６の側面図を示す概略図である。小型変換器システム４２６と図４ｆに示す小型変換器システム４１０との間には類似点が存在する。少なくとも２つの実質的な違いが存在し、パッケージ式ハーフブリッジ２５１がパッケージ式ハーフブリッジ２５０で置換されており、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の後面Ｂｋ及び前面Ｆが変換器システム４２６のそれぞれの側面に向かないようにパッケージ式ハーフブリッジ２５０は９０度回転されている。

【0100】

図４ｍ－１は、ヒートシンク４２７及び４２８それぞれの間に接続されたパッケージ式ハーフブリッジ２５０の背面図を示す概略図である。説明目的で、図示のようにヒートシンク４２７及び４２８がバッテリのＶ＋端子及びＶ－端子に接続されており、その結果、ヒートシンク４２７及び４２８は、Ｖ－バスバー及びＶ＋バスバー４２７及び４２８とも呼ぶ。例示を容易にするために、パッケージ式ハーフブリッジ２５０のスイッチコントローラ、Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路、Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路、及び信号リードを示していない。

【0101】

ダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈは、それぞれＶ－バスバー及びＶ－バスバー４２７及び４２８に接続される。各バスバーは、電気的に隔離された冷却流体がそれを通って流れることができる１又は２以上のチャネルを有する。図４ｍ－２は、図４ｍ－１に示すシステムの側面図である。この図は、Ｖ－バスバー及びＶ－バスバー４２７及び４２８の例示的チャネル４０を示している。熱伝達を改善するために、これらのバスバーの各々内のチャネルは、図示のようにダイ基板端子２３０に接触する面の近くに位置決めすることができる。チャネル４０は、図４ａ－３－図４ａ－６に示すパイプのうちのいずれか１つと同様であるが長さが短いパイプを保持するように構成される。各パイプは、冷却流体がそれを通って流れることができる独自のチャネルを１又は複数有する。

【0102】

この概略図には示していないが、ダイ基板端子２３０は、Ｖ＋バスバー及びＶ－バスバー、位相バー、又はバスバー上の対応する台座に接続される。台座は、実質的に平坦な面を有することができる。より具体的には、各台座は、ダイ基板端子に接続された平坦面を有することができる。台座面は、それが接続されるダイ基板端子とサイズ及び形状が実質的に類似とすることができる。ダイ基板端子とその接続された台座との間で熱及び／又は電流が伝達される。必要ではないが、ダイ基板端子と台座面の間の電気的な伝導性を高めるために、熱的及び／又は電気的に伝導性のグリースが、ダイ基板端子を台座面に接続することができる。台座は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０の信号リードとバスバー４２７及び４２８との間に空隙を生成するように構成することができる。空隙は、信号リードをバスバーから電気的に隔離する。

【0103】

図４ｍ－２に示すシステムは概略で示したものであるが、ハーフブリッジ２５０とＶ－バスバー４２７とＶ＋バスバー４２８との互いに対する垂直位置決めを示すために、これらの構成要素を側面図に示している。

【0104】

例示的パッケージ式スイッチ２００
例示的信号フレーム基板
パッケージ式スイッチは、スイッチモジュールを含有し、これは、次に、ダイクリップとダイ基板、ゲートドライバなどとの間に接続されたスイッチのような構成要素を含有する。例示的パッケージ式スイッチ２００は、図３ａ－１に示すスイッチモジュール３００を含む。

【0105】

組み立て中に、ゲートドライバのようなスイッチモジュール構成要素は、信号フレーム基板に取り付けられる（接合、半田付けなど）。図５は、例示的信号フレーム基板をそこから形成することができる薄い（例えば、０．１ｍｍ－１．０ｍｍ）金属（例えば、銅）のエンボスシート５００の等角投影図である。単なる説明目的で、エンボスシート５００は、０．２５ｍｍ厚の銅シートから形成される。エンボスシート５００は、平坦な金属シートを雌の金属ダイとその反対の雄の金属ダイとの間で押圧することによって達成される。エンボス加工は、非隔離信号リードを生成する。図６は、切断された後のエンボスシート５００の逆等角投影図である。図６は、非隔離信号リード２０４、２０６、６０４、及び６０８をより明確に示している。図６の信号リード２０４、２０６、６０４、及び６０８のような信号リードは、エンボス未加工部分６１０を通じて接続されていることで非隔離のものである。非隔離信号リードは、エンボス未加工部分６１０を含有する「ネガティブ層」とも呼ぶ平面と平行な平面に含有される。最終的に、ネガティブ層６１０は、信号リードを互いに電気的に隔離する上述の切り取り工程によって除去することができる。

【0106】

いくつかの非隔離信号リードは、曲げて図７に示す信号フレーム基板７００を生成することができる。信号フレーム基板７００は、位置合わせ開口７０１を有する骨組みを含む。これらの開口は、図３ａ－１に示すスイッチモジュール３００の構成中に信号フレーム基板とダイ基板とダイクリップとを位置合わせする際に支援する。

【0107】

図３ａ－１及び図３ａ－４の参照を続けると共に、図８は、ゲートドライバ回路３０６のリード８０２がそれぞれの非隔離信号リードに接続（例えば、半田接合）された後の信号フレーム基板７００の上面図である。信号フレーム基板７００は、スイッチモジュール３００の追加の構成要素（例えば、図３ａ－４の抵抗器Ｒ１及びＲ２、並びにダイオード３０８及び３１０）を受け入れることができる。例示を容易にするために、図８には、追加の構成要素を示していない。

【0108】

例示的ダイ基板及びダイクリップ
図３ａ－２及び図３ａ－３に見られるように、スイッチモジュール３００は、ダイ基板３１２とダイクリップ３１６の間に挟まれたスイッチ３０４を含有する。ダイ基板及びダイクリップは、銅のような金属の薄いシートから打ち抜きプレス機又は類似のツールを用いて形成することができる。図９ａは、銅の薄い（例えば、０．１ｍｍ－６．０ｍｍの）シートから形成された例示的ダイ基板３１２の等角投影図である。ある一定のタイプのスイッチ（ＭＯＳＦＥＴベースのスイッチ）は、他のタイプのスイッチ（例えば、ＩＧＢＴベースのスイッチ）よりも急速に昇温する。ダイ基板の厚みは、それが昇温する速度の差を受け入れるためにスイッチのタイプに基づくことができる。一実施形態では、ＳｉＣのＭＯＳＦＥＴを使用するスイッチに対して１．６ｍｍ厚のダイ基板を使用することができ、一方でＩＧＢＴを使用するスイッチに対して４．０ｍｍ厚のダイ基板を使用することができる。下記でより完全に説明するように、ダイ基板３１２は、それぞれの信号フレーム基板開口７０１との位置合わせに適するように構成された開口９０１を含むフレーム間に接続される。ダイ基板３１２は、対向し合う平坦面を有する。一方の面上にスイッチを装着することができ、一方で対向する面は、ダイ基板端子２３０を形成する。

【0109】

図９ｂは、面９０２に焼結されたスイッチ３０４（すなわち、図３ａ－５のＩＧＢＴ及びダイオードＤ）を有するダイ基板３１２を示している。単なる説明目的で、全てのスイッチは、ダイ基板及びダイクリップに焼結されると仮定する。スイッチは、それがダイ基板に焼結される前又はその後にダイクリップに焼結するか、又はスイッチがダイクリップに焼結される前又はその後にダイ基板に焼結することができる。説明目的で、ダイクリップとスイッチは、スイッチがダイ基板に焼結された後に互いに焼結される。

【0110】

焼結は、焼結材料を液化点まで融解させることなく熱及び／又は圧力の印加によって固体塊を形成する工程である。スイッチがダイ基板又はダイクリップに焼結される前に、ダイ基板又はダイクリップの面に焼結材料（例えば、銀）の薄層が付加される。これに代えて、焼結材料の薄層は、スイッチがダイ基板又はダイクリップに焼結される前にスイッチに付加される。焼結工程中に、焼結材料内の原子は、焼結される品目の境界を超えて拡散し、これらの焼結材料と焼結されることになる品目とが融合されて固体片を提供する。焼結温度が焼結材料の融点に達することも、互いに焼結されることになる品目（例えば、ダイ基板及びＩＧＢＴのコレクター材料）の融点に達することも必要ではない。更に、その結果、半田付けとは異なり、焼結は、品目（例えば、スイッチ及びダイ基板）間の熱伝導度及び電気伝導度に悪影響を及ぼす可能性がある気泡又は他の空隙を発生させない。言い換えれば、焼結は、スイッチとそのダイ基板及び／又はダイクリップとの間により良好な熱接続及び電気接続を与えることができる。スイッチをダイ基板又はダイ基板に取り付ける他の方法を使用することができるが、特に半田接合と比較した場合に機械的により強い接合を発生することで焼結が好ましい。強力な接合は、厳しい環境応力（例えば、熱応力及び機械的応力）に露出される時に特に重要である。例えば、結合部は、移動している電気車両の路面振動によって引き起こされる重度の機械的応力に露出される場合がある。更に、焼結材料の融点は、半田付け、ろう付け、エポキシ接合、焼結、又はパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの構成に使用される他の工程に使用される温度よりも高いので、これらの工程がスイッチとダイ基板の間、及びスイッチとダイクリップの間の焼結接続を妨害することにはならない。

【0111】

図９ｂに戻ると、ダイオードＤは、アノード端子９０４を含む。対向するカソード端子（図示せず）は、焼結材料の薄層を用いてダイ基板面９０２に焼結される。図示の実施形態では、ＩＧＢＴ９０５は、１つのエミッタのみを有するが、示す実施形態にはいくつかのエミッタ端子９０６がある。ＩＧＢＴは、ゲート端子９１２を更に含む。対向するコレクター端子（図示せず）が、焼結材料の薄層を通じてダイ基板面９０２に焼結される。図９ｃは、図９ｂの線Ａ－Ａに沿って取ったダイ基板面９０２及びＩＧＢＴ９０５の拡大断面図を示している。焼結材料の薄層９２０が、ＩＧＢＴ９０５のコレクター端子とダイ基板面９０２の間に位置決めされてこれらの中に組み込まれる。図９ｂに示すアノード端子９０４及びエミッタ端子９０６は、ダイクリップに接続（例えば、焼結）されるように構成される。ゲート９１２は、ゲートドライバ３０６の出力にその後に結合される信号フレーム基板７００の非隔離信号リードへの接続に適するように構成される。この種の接続は、ゲート９１２の特性に基づくことができる。例えば、アルミニウム又はベースアルミニウムを有する複合材（例えば、Ａｌ／Ｃｕ（０．５％）／Ｓｉ（１％））から形成されたゲートは急速に酸化する場合がある。酸化は、半田接合の使用を排除する場合がある。ゲート９１２がアルミニウム又はベースアルミニウムを有する複合材から形成される場合に、接続は、ワイヤ結合を必要とする場合があり、ワイヤの一端がゲート９１２に接続される。ゲート９１２が銀、銅、又は金、又はこれらの金属を有する複合材から形成される場合に、ゲート９１２への半田接合接続を使用することができる。

【0112】

ダイ基板３１２は、信号フレーム基板７００に接続することができる。図１０は、図８に示す信号フレーム基板７００に位置合わせされたダイ基板３１２の上面図である。開口９０１が開口７０１に位置合わせされた状態で、ダイ基板３１２は、信号フレーム基板７００に接続することができる。例えば、ダイ基板３１２の側壁は、曲げた信号リード６０４に半田付けすることができる。この接続は、ダイオード３０８（図３ａ－５を参照されたい）とＩＧＢＴ９０５のコレクターｃとの間に電気経路を生成する。ゲート９１２は、信号リードを通じてゲートドライバ３０６に接続することができる。例えば、ゲート９１２をゲートドライバ３０６の出力リードにもその後に接続される信号フレーム基板７００の信号リードに接続するために、ワイヤ結合及び／又は他の導体（例えば、可撓性平坦ケーブル）を追加することができる。

【0113】

図１１ａ及び図１１ｂは、薄い（例えば、０．１ｍｍ－４．０ｍｍの）銅シートから形成された例示的ダイクリップ３１６の等角投影図及び逆等角投影図である。ダイクリップ３１６は、位置合わせ開口１１０１を含むフレーム間に接続される。ダイクリップ３１６は、打ち抜きプレス又は類似のツールを用いて形成することができる台座１１０４を含む。一実施形態では、１１０４台座の生成によって残る凹部１１０２に熱的及び電気的に伝導性の材料を充填することができる。ダイクリップ３１６は、ダイクリップ端子２３２を形成する面を含む。更に、ダイクリップ３１６は、凹部１１０２と端子２３２の間に位置決めされた狭窄部分１１０８を含む。スイッチ３０４がダイクリップ３１６に接続された時のスイッチ３０４への又はそこからの電流の流れを測定するために、狭窄部分１１０８の上にＩ_ｓｅｎｓｅ回路を位置決めすることができる。

【0114】

図１０、図１１ａ、及び図１１ｂの参照を続けると、台座１１０４の端面をそれぞれのエミッタ端子９０６及びアノード端子９０４に焼結することができる。台座１１０４の端面は、エミッタ端子９０６の面と実質的に類似であるが、それよりも若干小さい形状及びサイズを有して平坦でなければならない。これは、エミッタ端子９０６によって占有された区域の外側で台座１１０４がＩＧＢＴ９０５に接触しないこと、更に場合によってそれを損壊しないことを保証する。台座１１０４の端面の上述のサイズ及び形状も、台座１１０４とエミッタ端子９０６の間の狭窄点接続部を通る集中した電流の流れに起因して望ましくない高温点が提供される可能性を低減する。台座は、互いに焼結された時に、ＩＧＢＴ９０５とダイクリップ３１６の間に空隙を生成する。交流がダイクリップを貫流する時に、この交流は、ＩＧＢＴ９０５の作動に悪影響を及ぼす場合がある電磁場を生成する。空隙は、ＩＧＢＴ９０５の作動に対する有害な電磁効果を低減する。

【0115】

図１１ｃ及び図１１ｄは、位置合わせ状態にあるダイクリップ３１６、ダイ基板３１２、及び信号フレーム基板７００の上面図及び底面図を示している。より具体的には、開口１１０１は、それぞれのダイ基板開口９０１及び信号フレーム基板開口７０１に位置合わせされる。位置合わせされた時に、ダイクリップ３１６の台座１１０４の端面は、スイッチのそれぞれの端子（例えば、ＩＧＢＴ９０５のエミッタ端子９０６及びダイオード９０４のアノード端子９０４）に焼結することができる。図１１ｅは、台座１１０４の端部に焼結されたアノード端子９０４及びエミッタ端子９０６を示す部分等角投影図である。更に、ダイクリップ３１６は、信号フレーム基板７００に接続することができる。例えば、ダイクリップ３１２の側面は、信号リード６０８に半田付けすることができる。

【0116】

図１１ｃに示す部分的に構成されたスイッチモジュール３００に図３ａ－１のＴ_Ｓｅｎｓｅ回路及びＩ_ｓｅｎｓｅ回路を追加することができる。Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路及びＩ_ｓｅｎｓｅ回路を信号フレーム基板の信号リードに接続するために、ＦＦＣを使用することができる。ＦＦＣは、ゲートドライバ３０６の出力を信号リードを通じてスイッチのゲートに接続するのに使用することができる。図１１ｆは、パッケージ式Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路１１１２及びパッケージ式Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路１１１４がＦＦＣ１１１６上に装着された部分的に構成されたスイッチモジュール３００を示している。ＦＦＣ１１１６の１つの部分は、ゲート９１２にわたって位置決めされる。Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路１１１２は、ダイクリップ３１２の狭窄セクション１１０８にわたってその後に位置決めされるＦＦＣ１１１６の別の部分上に位置決めされる。図１１ｇは、図１１ｆに示すスイッチモジュール３００の等角投影図である。

【0117】

ＦＦＣ１１１６は、第１の端子と第２の端子の間を延びる導電性トレースを含む。第１のトレース端子は、信号フレーム基板７００の信号リードそれぞれに半田付けすることができる。第２のトレース端子は、パッケージ式Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路１１１２及びパッケージ式Ｔ_Ｓｅｎｓｅ回路１１１４のそれぞれのリードに半田付けすることができる。Ｉ_ｓｅｎｓｅ回路１１１２及びＴ_Ｓｅｎｓｅ回路１１１４それぞれから出力アナログ信号Ｖｉ及びＶｔを伝達するのに加えて、ＦＦＣ１１１６は、これらの構成要素にサプライ電圧及び接地電圧を提供することができる。

【0118】

ＦＦＣ１１１６は、少なくとも１つのトレースを含み、その第２の端子は、ＩＧＢＴ９０５のゲート９１２に半田付けされる。このＦＦＣトレースは、ゲートドライバ３０６とゲート９１２の間でゲート制御信号Ｖｇを伝達することができる。図示の実施形態は、ゲート９１２が半田接合に適合し、その結果、ゲート９１２がＦＦＣ１１１６の１又は２以上のトレースに半田付けされると仮定する。代替実施形態では、ゲート９１２は、そこまで延びるがそれを覆わないＦＦＣ１１１６のトレース端子にワイヤ結合される。ゲートドライバ３０６にも接続される信号リードにゲート９１２を接続するための他の方法が考えられている。

【0119】

図１１ｆに示すスイッチモジュール３００をモールド内に置くことができる。次に、液体プラスチック（例えば、エポキシ樹脂）がモールドの中に注入される。硬化した後に、液体プラスチックは塑性体を形成する。スイッチモジュール３００及び硬化した塑性体は、モールドから取り出されて切り取られる。図１２ａは、モールドからの取り出し後の成形塑性体１２００を有するスイッチモジュール３００の等角投影図である。代替実施形態では、塑性体を生成する上でトランスファー成形を使用することができると考えられる。いずれの実施形態でも、信号リード２０４及び２０６を含む信号フレーム基板７００の湾曲した信号リードは、成形塑性体１２００の前面を通じて露出される。図１２ａは、成形塑性体１２００の側面を通じて露出されたダイクリップ端子２３２も例示している。図１２ｂは、信号フレーム基板７００のネガティブ層６１０を示す逆等角投影図である。ネガティブ層６１０と成形塑性体１２００の一部分とを多くの異なる切り取りツール又は切り取り技術（例えば、研削）のうちのいずれか１つを用いて切り取って除去することができる。ダイ基板端子２３０は露出され、信号リードは、切り取り工程によって隔離される。図２ａ－１及び図２ａ－２は、切り取り工程後のパッケージ式スイッチを示している。

【0120】

例示的パッケージ式ハーフブリッジ２５０
例示的パッケージ式ハーフブリッジ２５０を生成するために、図１１ｆに示すものと類似のスイッチモジュールを積み重ねることができる。図１３ａ及び図１３ｂは、図１１ｆに示すスイッチモジュール３００が２つある側面図及び等角投影図である。より具体的には、図１３ａ及び図１３ｂは、ハイサイドスイッチモジュール３００Ｈとローサイドスイッチモジュール３００Ｌとを示している。スイッチモジュール３００Ｈは、モールド（図示せず）の内側で反転され、スイッチモジュール３００Ｌの上方に位置決めされる。例示を容易にするために、図１３ａ及び図１３ｂには、開口７０１、９０１、及び１１０１を有するフレームを示していない。しかし、これらの開口を用いて、対向し合うスイッチモジュール３００Ｈと３００Ｌとをこれらがモールドの内側に位置決めされている間に位置合わせすることができる。塑性体を形成するために、液体プラスチックをモールドの中に注入して硬化させることができる。対向し合うスイッチモジュール３００Ｈと３００Ｌ及び硬化した塑性体は、モールドから取り出されて切り取られる。塑性体の一部分とネガティブ層６１０Ｌ及び６１０Ｈとを多くの異なる切り取りツール又は切り取り技術のうちのいずれか１つを用いて除去することができる。ダイ基板端子２３０Ｈ及び２３０Ｌが露出され、信号リードが切り取り工程によって隔離される。ダイ基板端子２３０Ｈ及び２３０Ｌは、切り取って除去された塑性体の量に依存して上面及び底面のプラスチック面から突出することができる。図２ｂ－１及び図２ｂ－２は、切り取り工程後のパッケージ式ハーフブリッジを示している。

【0121】

例示的小型変換器システム４０８
小型変換器システムは、垂直積み重ね構成要素を含む。例えば、図４ｄ－１は、互いに上下に積み重ねられたパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３と、ヒートシンク４１９と、位相バー延長部４１１と、Ｖ＋バスバー４１７とを含む小型変換器システム４０８を示している。

【0122】

図１４ａ及び図１４ｂは、それぞれ、銅のような金属から形成することができる例示的Ｖ＋バスバー４１７の等角投影図及び端面図である。Ｖ＋バスバー４１７は、パッケージ式ハーフブリッジとバッテリの間で電流を伝導する。図示していないが、金属ケーブルが、バッテリのＶ＋端子をＶ＋バスバー４１７の１又は２以上の端子構造体に接続することができる。バッテリとＶ＋バスバー４１７の間に、バスバー４１７に提供されるＤＣ電圧を増大又は低減するＤＣ－ＤＣコンバータを接続することができる。端面図１４ｂに示す幅Ｗ及び高さＨは、実施形態に依存して異なる場合がある。図示の実施形態では、Ｈ＝１６ｍｍ及びＷ＝２９ｍｍである。

【0123】

Ｖ＋バスバー４１７の対向する面上の台座は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３を受け入れる。図１４ａ及び図１４ｂは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３のダイ基板端子２３０に係合するための実質的に平坦な面１４０５を有する例示的台座１４０２を示している。各台座１４０２は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０又は２５３の左側面及び右側面に係合することができる対向し合う短いストップ壁１４０３間に位置決めすることができる。ストップ壁１４０３は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０又は２５３が台座１４０２によって受け入れられる時にこれらのパッケージ式ハーフブリッジの横移動を抑制する。図示の実施形態では、台座面１４０５は、ストップ壁１４０３間を完全に延びる。代替実施形態では、台座１４０２は、パッケージ式ハーフブリッジのプラスチックケース面と面一の又はその下方に陥入したダイ基板端子２３０に係合することができるように、ダイ基板端子２３０と同様であるが、それよりも小さめに成形された平坦面を有することができる。例示的変換器システム４０８を説明するために、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３は、そのプラスチックケース面から若干突出したダイ基板端子２３０を有すると仮定する。更に、ダイ基板端子２３０が台座面１４０５に直接に接続されると仮定するが、他の実施形態では、ダイ基板端子２３０は、半田又はグリースのような熱的及び電気的に伝導性の材料を通じて台座面１４０５に間接的に接続することができる。ダイ基板端子２３０が台座１４０２の面１４０５によって受け入れられる時に、パッケージ式ハーフブリッジの信号リード（例えば、図２ｂ－１の信号リードを参照されたい）とＶ＋バスバー４１７の間に空隙が生成される。

【0124】

図１４ｂを参照すると、Ｖ＋バスバー４１７は、図４ａ－３に示すパイプ４２０ａを受け入れるチャネルを含む。代替実施形態では、図４ａ－４－図４ａ－６にそれぞれ示すパイプ４２０ｂ－４２０ｄを含む他のパイプを使用することができる。先に上述のように、各パイプ４２０ａの外側円筒形面は、酸化アルミニウムのような誘電体の薄層４２２で被覆することができる。誘電体層４２２は、パイプ４２０ａ内の流体をＶ＋バスバー４１７から電気的に隔離する。誘電体層４２２は、流体とＶ＋バスバー４１７との間で実質的な熱を伝導する。

【0125】

図４ｄ－１及び図１４ａの参照を続けると共に、図１５ａは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３を有するＶ＋バスバー４１７の等角投影図である。この図には示していないが、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３のダイ基板２３０Ｈ及び２３０Ｌは、それぞれ、Ｖ＋バスバー４１７の対向し合う側面上のそれぞれの台座１４０２の面１４０５と直接に接触している。図１５ｂは、Ｖ＋バスバー４１７とパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３の信号リード（例えば、図２ｂ－１の信号リードを参照されたい）との間である小さい空隙を示す側面図である。これらの部分空隙は、Ｖ＋バスバー４１７と、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３の各底面及び上面上の信号リードとを隔離する。図１５ｂの側面図に示す長さＬは、実施形態に依存して異なる場合がある。図示の実施形態では、Ｌ＝２００ｍｍである。

【0126】

図４ｄ－１の参照を続けると、変換器システム４０８の位相バーＰＢａ－ＰＢｃは、巻線Ｗａ－Ｗｃそれぞれと位相ａ－ｃでのパッケージ式ハーフブリッジそれぞれとの間で電流を伝導する。各位相バーは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３それぞれのヒートシンク４１９－１及び４１９－２それぞれとダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈそれぞれとの間に接続された金属延長部４１１－１及び４１１－２を含む。一実施形態では、各位相バーＰＢは、Ｃ字形クランプと金属ケーブルとを含むことができる。クランプは、金属延長部４１１－１及び４１１－２と端子構造体とを含む。ケーブルの一端は端子構造体に接続され、一方でケーブルの他端はワイヤ巻線に接続される。

【0127】

図１６ａ、図１６ｂ、及び図１６ｃは、例示的Ｃ字形クランプ１６０４の等角投影図及び端面図である。延長部４１１－１及び４１１－２が、図１６ａに示す共通ベース１６０２から延びる。各延長部４１１は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３それぞれの対応するダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈに係合するように構成された面１６０７を有する１対の台座１６０６を含む。代替実施形態では、台座１６０６は、パッケージ式ハーフブリッジのプラスチック面と面一の又はその下方に若干陥入したダイ基板端子に係合することができるように、ダイ基板端子と同様であるが、それよりも小さめに成形された平坦面１６０７を有することができる。ダイ基板端子２３０が台座１６０６の面１６０７によって受け入れられる時に、クランプ１６０４とパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３の信号リード（例えば、図２ｂ－１の信号リードを参照されたい）との間に空隙が生成される。

【0128】

図１６ａの参照を続けると、クランプ１６０４は、ファスナ１６１１（例えばネジ切りボルト）によってベース１６０２に機械的に接続された金属端子構造体１６１０を更に含む。ファスナ１６１１は、ベース１６０２と端子構造体１６１０との電気接続を保証する。端子構造体１６１０は、上述の金属ケーブルの一端を受け入れるように構成されたチャネル１６１２を含む。ファスナ１６１４は、端子構造体１６１０の開口を通って延び、かつケーブルとチャネル１６１２の間の電気接続を保証するためにケーブルをチャネル１６１２の壁に対して押圧するように構成される。

【0129】

図１６ｂを参照すると、クランプ１６０４は、ベース１６０２に接続されてそこから延びる端子１６１５を含む。これらの端子は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３それぞれのダイクリップ端子２３２Ｈ及び２３２Ｌに係合してこれらの間に電気接続を確立することができる実質的に平坦な端面１６１９を有する。クランプ１６０４は、それが取り付けられるケーブルとパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３との間で端子１６１５を通じて実質的な電流を伝導する。

【0130】

クランプ１６０４は、延長部４１１の横端にファスナ（例えばネジ切りボルト）１６２０を含む。これらのファスナは、延長部４１１の開口を通って延び、クランプ１６０４を誘電体ブロック（図示せず）に固定させるように構成される。延長部４１１の端部とファスナ１６２０の間に位置決めされた誘電体ブロックが締められると、クランプは、ダイ基板端子２３０を台座面１４０５及び１６０７、Ｖ＋バスバー４１７、及びクランプ１６０４それぞれに対して押圧する。

【0131】

図１７ａは、クランプ１６０４の延長部４１１－１と４１１－２の間に位置決めされたパッケージ式ハーフブリッジ２５０－２と、Ｖ＋バスバー４１７と、パッケージ式ハーフブリッジ２５３－２とを示している。この図には示していないが、パッケージ式ハーフブリッジ２５０のダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈは、それぞれ、クランプ１６０４のそれぞれの台座面１６０７及び１４０５、及びＶ＋バスバー４１７に解除可能に接続され、パッケージ式ハーフブリッジ２５３のダイ基板端子２３０Ｌ及び２３０Ｈは、それぞれ、Ｖ＋バスバー４１７の台座面１４０５及び１６０７、及びクランプ１６０４に解除可能に接続される。ファスナ１６２０が上述の誘電体ブロック（図示せず）に係合した状態で、クランプ１６０４は、ダイ基板端子と台座面とを互いに堅固な接触状態に維持する。図１７ｂは、図１７ａに示すアセンブリの端面図である。この図には明確に示していないが、端子１６１５の端面１６１９は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３のそれぞれのダイクリップ端子２３２Ｈ及び２３２Ｌに係合する。

【0132】

図４ｄ－１は、各位相での延長部４１１－１及び４１１－２にそれぞれ接続されたヒートシンク４１９－１及び４１９－２を示している。図４ｄ－１の参照を続けるのに併せて、図１８ａ－１８ｃは、例示的ヒートシンク４１９－１及び４１９－２が追加された図１７ａ及び図１７ｂに示すアセンブリの等角投影図、側面図、及び端面図をそれぞれ例示している。この実施形態では、ヒートシンク４１９－１と４１９－２は実質的に類似である。これらのヒートシンクの各々は、パイプ４２０ａのようなパイプを受け入れるチャネルを有する。ヒートシンク４１９－１及び４１９－２は、クランプ１６０４に解除可能に接続される。より具体的には、ファスナ（例えば、図示していないネジ切りボルト）が開口を通って延び、ヒートシンク４１９－１及び４１９－２をクランプ１６０４に締結する。ヒートシンク４１９－１及び４１９－２の面とクランプ１６０４の面は、これらのファスナによって堅固な接続状態に維持される。この接続は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０－２及び２５３－２からヒートシンク４１９－１及び４１９－２それぞれへのクランプ１６０４の延長部４１１－１及び４１１－２それぞれを通じた熱伝達を可能にする。別の実施形態では、ヒートシンク４１９－１及び４１９－２とクランプ延長部４１１－１及び４１１－２との間でそれぞれ半田付け、焼結、又は熱グリースが使用される。

【0133】

図１９ａ及び図１９ｂは、追加のクランプ１６０４とヒートシンク４１９とパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３とを有する図１８ａ－１８ｃの構造体の等角投影図及び側面図である。ヒートシンク４１９－１ａ～４１９－１ｃ及び４１９－２ａ～４１９－２ｃは互いに同様である。同様に、クランプ１６０４ａ－１６０４ｃも、互いにかつ図１６ａ－図１６ｃに示すものと同様である。ヒートシンク４１９－１ａ～４１９－１ｃによって受け入れられたパイプ４２０ａは、それを通じて流体を移動する。ヒートシンク４１９－１ａ～４１９－１ｃによって受け入れられたパイプ４２０ａは、それを通じて流体を移動する。ヒートシンク４１９－１ａ～４１９－１ｃは、電気的隔離を維持するために互いに隔離される。同じくシンク４１９－２ａ～４１９－２ｃも、電気的隔離を維持するために互いに隔離される。しかし、ヒートシンク４１９－１ａ～４１９－１ｃは、共通のパイプ４２０ａによって互いに熱的に接続される。同じくヒートシンク４１９－２ａ～４１９－２ｃも、共通のパイプ４２０ａによって互いに熱的に接続される。

【0134】

図４ｄ－１は、Ｖ－バスバー４０７を示している。ブリッジパッケージ２５０のダイクリップ端子２３２Ｌ及びパッケージ式ハーフブリッジ２５３のダイクリップ端子２３２Ｈは、Ｖ－バスバー４０７に接続される。図４ｄ－１の参照を続けると、図２０ａ、図２０ｂ、及び図２０ｃは、銅のような金属から形成された例示的Ｖ－バスバー４０７の等角投影図、上面図、及び端面図を示している。ファスナ（例えばネジ切りボルト）１６１６が、端子構造体１６３０をベース１６１８の端部に機械的に接続する。ファスナは、端子構造体１６３０とベース１６１８の間の電気接続を維持する。端子構造体１６３０は、金属ケーブル（図示せず）の端部を受け入れるように構成されたチャネル１６１７を有する。これらの金属ケーブルの他端は、Ｖ－バッテリの端子（図示せず）に直接又は間接的に接続することができる。ファスナ１６２２（例えばネジ切りボルト）は、端子構造体１６３０の開口を通って延び、受け入れられた金属ケーブルの端部に係合し、かつそれをチャネル１６１７の壁に対して押圧するように構成される。ファスナ１６２２は、金属ケーブルとＶ－バスバー４０７の間の電気接続を保証する。開口部１６３４は、減結合コンデンサのＸ×Ｙアレイが装着されたＰＣＢを受け入れるように構成される。図２０ｄは、ＰＣＢ１６３６が開口部１６３４内に受け入れられたＶ－バスバー４０７の側面図である。各ＰＣＰ１６３６は、コンデンサ１６３８の３×１３アレイを含む。描かれた実施形態では、セラミックコンデンサがＰＣＢ１６３６上に装着される。他の実施形態では、薄膜コンデンサ又は電解コンデンサを使用することができる。更に他の実施形態では、複数のコンデンサタイプの組合せを使用することができる。セラミックコンデンサは薄膜コンデンサよりも小さく、セラミックコンデンサの使用は、例示的小型変換器システム４０８によって占有される全体積を低減することができることで有利とすることができる。各減結合コンデンサ１６３８は、一方がＶ－バスバー４０７に接続され、一方で他方がＶ＋バスバー４１７に接続された１対のリードと共にパッケージ内に含めることができる。ＰＣＢ１６３６のトレースは、Ｖ－バスバー４０７とＶ＋バスバー４１７との接続を可能にする。セラミックコンデンサ１６３８が故障し、Ｖ－バスバー４０７とＶ＋バスバー４１７の間の短絡をもたらすことになるコンデンサ端子間の短絡をもたらす場合がある。セラミックコンデンサ１６３８を有するＰＣＢ１６３６は、セラミックコンデンサが故障した場合にＶ－バスバー４０７とＶ＋バスバー４１７の間の電流の流れを遮断するように各々が位置決めされた１又は２以上のヒューズ付き又は可融性の接続部を含まなければならない。減結合コンデンサ１６３８のアレイは、７８μＦ又はそれよりも高い集合的な減結合キャパシタンスを与えることができ、他の小型変換器システム実施形態では、それよりも低いか又は高い減結合キャパシタンスを使用することができることは理解されるものとする。

【0135】

減結合コンデンサ１６３８は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３内のスイッチ（例えば、ＩＧＢＴ）３０４の電流端子での電圧スパイク、リップル電流、又は他の望ましくないＡＣ電圧成分を低減する。スイッチとバッテリ又は他の電圧ソースとの間に接続された導体は、寄生インダクタンスを有し、又はスイッチと電気モータの巻線との間の導体が寄生インダクタンスを有する。幅狭で長い導体は、短くて幅広の導体よりも大きい寄生インダクタンスを有する。寄生インダクタンスはまた、導体によって搬送される電流の増加と共に増加する。寄生インダクタンスは、スイッチ３０４にいくつかのリスクを与える。例えば、スイッチ３０４を解除する処理では、急勾配の電流低下に起因してスイッチの電流端子で電圧スパイクが発生することになる。この電圧スパイクは、スイッチとバッテリの間の導体の寄生インダクタンスとして蓄積されたエネルギの解放に起因する。スイッチ３０４は、その正常作動範囲外にある電圧スパイクに露出される可能性があると考えられる。従って、より高い電圧レベルを有するスイッチを使用する必要がある可能性があるが、より高い電圧レベルを有するスイッチは、それほど効率的ではなく、より高価である場合がある。ＰＣＢ１６３６が開口部１６３４に位置決めされることにより、減結合コンデンサ１６３８は、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３内のスイッチの電流端子の近く（例えば、１ｃｍ又はそれ未満）に置かれる。これは、導電線の寄生誘導によって解放された電流の多くが、減結合コンデンサ１６３８によって受け入れられて蓄積され、更にそれによってスイッチの端子での電圧スパイクが低減することを保証する。スイッチ３０４への減結合コンデンサ１６３８の近接性の結果としてパッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３内でより効率的なスイッチ３０４を使用することができる。

【0136】

図２０ｂ及び図２０ｃに示すように、Ｖ－バスバー４０７は、ベース１６１８に接続されてそこから延びる端子１６４０を有する。端子１６４０－Ｌは、パッケージ式ハーフブリッジ２５０のダイクリップ端子２３２Ｌに係合するための平坦な端面を有し、端子１６４０－Ｈは、パッケージ式ハーフブリッジ２５３のダイクリップ端子２３２Ｈに係合するための平坦な端面を有する。Ｖ－バスバー４０７とＶ＋バスバーは、互いに電気的に隔離しなければならない。図２１は、Ｖ－バスバー４０７がそこに追加された図１９に示すアセンブリの端面図である。クランプ１６０４ａの延長部４１１とＶ－バスバー４０７の間には、これらの間の電気的隔離を保証するための空隙が存在する。この図では見ることができないが、端子１６４０の端面は、対応するダイクリップ端子２３２Ｌ及び２３２Ｈにそれぞれ解除可能に接続される。

【0137】

小型変換器システムは、１又は２以上の制御ＰＣＢを含むことができ、又は１又は２以上の制御ＰＣＢに接続することができる。例えば、１又は２以上のパワーマネージメント集積回路パッケージ（ＰＭＩＣ）、１又は２以上のマイクロコントローラなどのような構成要素は、制御ＰＣＢ上に装着（例えば、半田付け）することができる。ＰＭＩＣは、パッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジの構成要素（例えば、ゲートドライバ）に対して安定したサプライ電圧を提供する電圧調整器を含有する。マイクロコントローラは、制御信号（例えば、ＰＷＭ信号）を１又は２以上のパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジに提供する。更に、マイクロコントローラは、１又は２以上のパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジから信号（例えば、故障信号）を受信する。制御ＰＣＢは、小型変換器システムのパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジにそれぞれのＦＦＣを通じて接続することができる。ＦＦＣは、制御ＰＣＢとパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジとの間で電圧及び信号を搬送する。

【0138】

制御ＰＣＢは、対応するＦＦＣのそれぞれの第１のインタフェースへの接続に適するように各々が構成されたいくつかのインタフェースを有することができる。ＦＦＣの第２のインタフェースは、それぞれのパッケージ式スイッチ又はパッケージ式ハーフブリッジへの接続に適するように構成される。一実施形態では、ＦＦＣの第２のインタフェースは、それぞれのパッケージ式ハーフブリッジ又はパッケージ式スイッチの信号リードの端子に接続される。図２１は、ＰＭＩＣ１６５２がそこに装着された例示的制御ＰＣＢ１６５０を示している。この図には示していないが、パッケージ式ハーフブリッジ２５０及び２５３に対する１又は２以上のマイクロコントローラをＰＣＢ１６５０上に装着することができる。

【0139】

数々の方法及び装置を開示している。例えば、第１のケースと、第１及び第２の面を備える第１の金属構造体と、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と第１のトランジスタを制御する第１の制御端子とを備え、第１の端子が第１の面に焼結される第１のトランジスタと、第１のケースを貫通して第２の面を露出させる第１の開口部とを備える第１のデバイスを備える第１の装置を開示する。第１のデバイスはまた、第１及び第２の面を備える第２の金属構造体と、第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と第２のトランジスタを制御するための第２の制御端子とを備え、第２のトランジスタの第１の端子が第２の金属構成要素の第１の面に焼結される第２のトランジスタと、第２の金属構造体の第２の面を露出させるために第１のケースを貫通する第２の開口部とを備える。第１のデバイスはまた、第１のトランジスタの第２の端子が第１の金属要素の第１の面に焼結される第１及び第２の面を備え、第２のトランジスタの第２の端子が第１及び第２の面を備える第２の金属要素の第１の面に焼結される第１の金属要素と、第１の金属要素の第２の面を露出させるために第１のケースを貫通する第３の開口部と、第２の金属要素の第２の面を露出させるために第１のケースを貫通する第４の開口部とを備える。第１の装置はまた、第２のケースと、対向し合う第１の面と第２の面とを備える第３の金属構造体と、第３のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第３のトランジスタを制御する第３の制御端子とを備え、第３のトランジスタの第１の端子が第３の金属構造体の第１の面に焼結される第３のトランジスタと、第２のケースを貫通して第３の金属構造体の第２の面を露出させる第１の開口部と、第１及び第２の対向し合う面を備える第４の金属構造体と、第４のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第４のトランジスタを制御するための第４の制御端子とを備え、第４のトランジスタの第１の端子が第４の金属構造体の第１の面に焼結される第４のトランジスタと、第４の金属構造体の第２の面を露出させるために第２のケースを貫通する第２の開口部と、第１の金属構造体の第２の面に直接に接続され、かつ流体がそれを通って流れることができるチャネルを備える第３の金属構造体の第２の面に直接に接続された第１のバスバーと、を備える第２のデバイスを備えることができる。第２のデバイスはまた、第３のトランジスタの第２の端子が、第１及び第２の面を備える第３の金属要素の第１の面に接続される第３の金属要素と、第４のトランジスタの第２の端子が、第１及び第２の面を備える第４の金属要素の第１の面に接続される第４の金属要素と、第３の金属要素の第２の面を露出させるために第２のケースを貫通する第３の開口部と、第４の金属要素の第２の面を露出させるために第２のケースを貫通する第４の開口部とを備えることができる。

【0140】

開示するのは第２の装置であり、これは、第１のケースと、第１及び第２の面を備える第１の金属構造体と、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第１のトランジスタを制御する第１の制御端子とを備え、第１の端子が第１の面に焼結される第１のトランジスタと、第１のケースを貫通して第２の面を露出させる第１の開口部と、第１及び第２の面を備える第２の金属構造体と、第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第２のトランジスタを制御するための第２の制御端子と、を備え、第２のトランジスタの第１の端子が第２の金属構成要素の第１の面に焼結される第２のトランジスタと、第２の金属構造体の第２の面を露出させるために第１のケースを貫通する第２の開口部とを備える第１のデバイスを備える。第２の装置はまた、流体がそれを通って流れることができるチャネルを備える第１の金属構造体の第２の面に接続された第１のバスバーと、流体がそれを通って流れることができるチャネルを備える第２の金属構造体の第２の面に接続されたヒートシンクと、第１のバスバーをそのチャネルを貫流する流体から電気的に隔離する第１の誘電体層と、金属ヒートシンクをそのチャネルを貫流する流体から電気的に隔離する第２の誘電体層とを備えることができる。第２の装置は、ヒートシンクに電気的に接続された別のバスバーを更に備えることができる。

【0141】

開示するのは第３の装置であり、これは、第１のケースと、第１及び第２の面を備える第１の金属構造体と、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第１のトランジスタを制御する第１の制御端子とを備え、第１の端子が第１の面に焼結される第１のトランジスタと、第１のケースを貫通して第２の面を露出させる第１の開口部と、第１及び第２の面を備える第２の金属構造体と、第２のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第２のトランジスタを制御するための第２の制御端子と、を備え、第２のトランジスタの第１の端子が第２の金属構成要素の第１の面に焼結される第２のトランジスタと、第２の金属構造体の第２の面を露出させるために第１のケースを貫通する第２の開口部と、第１のトランジスタを制御するための第１の回路と、第２のトランジスタを制御するための第２の回路とを備える第１のデバイスを備える。

【0142】

開示するのは第４の装置であり、これは、第１のケースと、第１及び第２の面を備える第１の金属構造体と、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第１のトランジスタを制御する第１の制御端子とを備え、第１の端子が第１の面に焼結される第１のトランジスタと、第１のケースを貫通して第２の面を露出させる第１の開口部と、第２の端子が第１の金属要素の第１の面に焼結される第１及び第２の面を備える第１の金属要素と、第１の金属要素の第２の面を露出させるために第１のケースを貫通する第２の開口部と、を備える第１のデバイスを備える。

【0143】

開示するのは第５の装置であり、これは、第１のケースと、第１及び第２の面を備える第１の金属構造体と、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第１のトランジスタを制御する第１の制御端子とを備え、第１の端子が第１の面に焼結される第１のトランジスタと、第１のケースを貫通して第２の面を露出させる第１の開口部とを更に備える第１のデバイスを備え、更に、流体がそれを通って流れることができるチャネルを備える第１の金属構造体の第２の面に熱的及び電気的に接続された第１のバスバーを備える。第５の装置は、流体を第１のバスバーから電気的に隔離する誘電体層を更に備えることができる。

【0144】

開示するのは第６の装置であり、これは、第１のケースと、第１及び第２の面を備える第１の金属構造体と、第１のトランジスタが起動された時に電流がその間で伝達される第１及び第２の端子と、第１のトランジスタを制御する第１の制御端子とを備え、第１の端子が第１の面に焼結される第１のトランジスタと、第１のケースを貫通して第２の面を露出させる第１の開口部と、第１のトランジスタを制御するための第１の回路とを備える第１のデバイスを備える。

【0145】

本発明をいくつかの実施形態に関して説明したが、本発明は、本明細書で陳述する特定の形態に限定されるように意図したものではない。逆に、そのような代替物、修正物、及び均等物を添付の特許請求の範囲によって定められる本発明に合理的に含むことができるように網羅するように意図している。

【符号の説明】

【0146】

２０４、２０６、６０４、６０８ 信号リード
６１０ エンボス未加工部分

【図1a】

【図1b】

【図2a-1】

【図2a-2】

【図2b-1】

【図2b-2】

【図3a-1】

【図3a-2】

【図3a-3】

【図3a-4】

【図3a-5】

【図3a-6】

【図3a-7】

【図3b-1】

【図3b-2】

【図3b-3】

【図3c-1】

【図3c-2】

【図3d-1】

【図3d-2】

【図3e-1】

【図3e-2】

【図3f-1】

【図3f-2】

【図3g-1】

【図3g-2】

【図3h-1】

【図3h-2】

【図3i-1】

【図3i-2】

【図3j】

【図3k-1】

【図3k-2】

【図3l-1】

【図3l-2】

【図4a-1】

【図4a-2】

【図4a-3】

【図4a-4】

【図4a-5】

【図4a-6】

【図4b-1】

【図4b-2】

【図4b-3】

【図4c-1】

【図4d-1】

【図4d-2】

【図4e】

【図4f】

【図4g】

【図4h】

【図4i】

【図4j】

【図4k】

【図4l】

【図4m-1】

【図4m-2】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9a】

【図9b】

【図9c】

【図10】

【図11a】

【図11b】

【図11c】

【図11d】

【図11e】

【図11f】

【図11g】

【図12a】

【図12b】

【図13a】

【図13b】

【図14a】

【図14b】

【図15a】

【図15b】

【図16a】

【図16b】

【図16c】

【図17a】

【図17b】

【図18a】

【図18b】

【図18c】

【図19a】

【図19b】

【図20a】

【図20b】

【図20c】

【図20d】

【図21】

【国際調査報告】