這種雙面冷卻可實現更好的熱性能，從而實現更高的功率密度和效率。DSC 電源模塊通常在模塊的每一側使用銅板進行冷卻，它們還可能具有額外的功能，例如溫度感應二極管和電流感應 IGBT。

圖一：DSC與單面電源模塊對比（：1）

單面冷卻模塊存在一些局限性，包括：

高寄生電感 （15-20 nH）

高熱阻 （0.1-0.8 K/W）

引線鍵合是一種主要的失效模式。

這些問題可以使用基于 DSC 的電源模塊來解決，該模塊具有以下特點：

低寄生電感（小于 10 nH）

熱阻降低高達 50%

無焊線，更可靠

延長壽命（按數量級）

增加電流能力和更高的功率密度。

多年來，阿肯色大學開發了不同架構的DSC功率模塊，從直接焊錫連接的高壓功率模塊封裝（2012年）到多層LTCC基板堆疊功率模塊（2020年）。

建議的解決方案

UA Power Group 針對牽引驅動應用提出的解決方案是集成 DSC 功率模塊，目標功率密度為 100 kW/L。

擬議的設計（其分解圖如圖 2 所示）具有以下特點：

設計新穎：

金字塔形或45度垂直連接塊，提供散熱路徑

基于 LTCC 的中介層。該解決方案提供電氣隔離和機械強度，便于上下基板對齊

基于 LTCC / PCB 的交流電源端子，有助于電流感測

可靠的技術：

銀燒結

無焊線

綜合特點：

去耦電容

基于 SOI 或 SiC 的柵極驅動器

GMR 或霍爾效應電流傳感器

溫度感應器

圖 2：建議的 DSC 電源模塊解決方案的分解圖（：1）

底部包含焊接到 DBC 基板的 50 μm 銅金屬平面。頂部提供用于 SOIC-8 封裝焊接的金屬焊盤和用于引線鍵合到 PCB 的連接跡線。引入去耦電容器（參見圖 2）有助于顯著降低電源環路電感（1.5nH，相對于沒有電容器的設計的 11nH 電感）。此外，800V、160A 時的電壓過沖減少了 65%（60V 相對于 110V）并且器件應力更小，從而實現更可靠的設計。

柵極驅動器可基于 XFAB 的 180 nm 絕緣體上硅 （SOI） CMOS 工藝構建，具有系統保護功能，如有源米勒鉗位、過流檢測和欠壓鎖定。除了極低的柵極環路電感（小于 10 nH）外，該柵極驅動器的柵極驅動器管芯面積很小，約為 3.14 mm x 3.14 mm。對于高溫功率模塊（高達 175℃），可以集成基于碳化硅 （SiC） 的柵極驅動器。因此，柵極驅動器有兩種選擇：基于 SOI 或基于 SiC。

電流傳感器可以通過 GMR 電流傳感器（放置在載流導體頂部）或霍爾效應電流傳感器（放置在載流導體附近）來實現。在這兩種情況下，傳感器都必須位于電源模塊的底部開關基板上（交流電位）。PCB 有助于路由來自 AC 端子的 I/O 信號。

底部開關基板上還放置了NTC溫度傳感器，需要離功率器件很近。PCB 將柵極驅動器、電流傳感器電路和溫度傳感器引腳路由到頂部開關柵極驅動器板上的 I/O 端子（見圖 2）。電流密度模擬表明，通過將電流傳感器放置在交流端子上，可以實現交流端子上和周圍的電流密度。

使用 SolidWorks 熱模擬器軟件對建議的設計進行了完整的熱模擬。建模的觸點組包括附件銀燒結膏（TC= 60 W/mK，50 μm）和熱界面材料（TC= 9.6 W/mK，0.5 mm），而結到環境的熱阻 （K/W）為 0.06 K/W。

應用的邊界條件如下：

對流系數：10，000 W/m 2 K

環境溫度：65°C

每個芯片的估計功率損耗：120 W。

將六個建議的功率模塊集成到 200 kW 分段兩級三相逆變器中，并在 EV 系統中使用 PM 牽引電機，實現了 100 kW/L 的體積系統功率密度 （PD）。該值比用于帶 DSC 功率模塊的牽引驅動的體積 PD（約 30 kW/L）要好得多。