CN110707062A - Igbt模块封装结构及igbt芯片的温度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种IGBT模块封装结构及IGBT芯片的温度检测方法，包括：电性连接层，用于为设置其上的导体元件与外部元件提供电性连接媒介；芯片层，固定设置于电性连接层；端子；以及导线，用于实现电路互连；芯片层和端子经电性连接层由导线电性连接，连接于芯片层和端子之间的导线与电性连接层部分连接，和芯片层和端子经导线直接电性连接的连接方式相比，能够使芯片层产生的热量至少部分经导线和电性连接层接触的区域传导至绝缘基板，这样就减少了导线传导至端子的热量，降低了端子的温度，保证IGBT模块的正常工作，并减少了IGBT模块因过热而损毁的可能，增加了IGBT模块的使用寿命，解决因端子处的热量难于散发而导致IGBT模块可能因过热而损坏的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件封装技术领域，更详细地说，本发明涉及一种IGBT模块封装结构及IGBT芯片的温度检测方法。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管，是由一种由BJT(双极性三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，作为一种常见的电子器件已经广泛应用在各种电子设备上。由于温度过高会影响IGBT模块的性能，严重时甚至会导致IGBT模块损毁，IGBT模块中通常设置有温度传感元件，现有技术中，通常将NTC(Negative Temperature Coefficient)温度传感器安装在IGBT模块内以检测IGBT模块壳体的温度TC，或者将温度敏感二极管集成于IGBT芯片以直接检测IGBT芯片的结温Tj，由于NTC温度传感器的温度响应速度较慢，当IGBT芯片瞬间过热时，NTC温度传感器可能出现响应不及时的情况而导致用户无法及时发现问题，严重时可能会导致IGBT模块的损坏，而温度敏感二极管容易在温度骤升时发生热击穿，可靠性较差。
因此，有必要对现有IGBT模块封装结构加以改进。
发明内容
鉴于现有技术中，IGBT模块封装结构在IGBT芯片温度检测时容易出现温度传感元件响应较慢或温度传感元件自身的稳定性较差的问题，本发明提供了一种IGBT模块封装结构，包括：绝缘基板；IGBT芯片，设置于所述绝缘基板的一侧；以及温度传感元件，贴附于所述绝缘基板异于所述IGBT芯片的一侧并且隔着所述绝缘基板与所述IGBT芯片相对设置。
在该技术方案中，将温度传感元件，贴附于绝缘基板异于IGBT芯片的一侧并且隔着绝缘基板与IGBT芯片相对设置，能够使IGBT芯片的外壳的温度及时的传达至温度传感元件，使得温度传感元件能够在IGBT芯片的温度发生变化时迅速的作出相应的响应。
在本发明的较优技术方案中，IGBT模块封装结构还包括：温度检测端子，与所述温度传感元件相连接。
在该技术方案中，用户无需直接通过温度传感元件获取IGBT芯片的壳温TC，而可以通过温度传感元件传递给温度检测端子的信号间接获取IGBT芯片的壳温TC。
在本发明的较优技术方案中，所述温度检测端子至少部分设置于所述绝缘基板外部。
在该技术方案中，温度检测端子至少部分设置于所述绝缘基板的外部为用户自温度检测端子直接或间接获取温度传感元件传递的温度信号提供了便利。
在本发明的较优技术方案中，所述绝缘基板为DBC板，包括陶瓷基板以及包覆于所述陶瓷基板上、下表面的铜箔。
在本发明的较优技术方案中，所述温度检测端子与所述温度传感元件经由所述铜箔形成于所述陶瓷基板的线路层电性连接。
由于通过导线连接温度检测端子与温度传感元件，需要在金属基板上相应开设导线槽，不仅工艺复杂，成本较高，而且降低了IGBT模块封装的效率，而利用铜箔形成的线路层实现温度检测端子和温度传感元件的电性连接，不仅无需设置导线和开设导线槽，简化了工艺，而且提高了IGBT模块的稳定性。
在本发明的较优技术方案中，所述温度传感元件为绝缘热电偶。
采用热电偶作为温度传感元件具有以下优势，首先，热电偶的测量精度高：热电偶的工作模式是可以直接与被测量的物质接触，所以可以更加直接的感触到热电偶的温度，所以测量温度更加精准，在本发明中，绝缘热电偶与绝缘基板直接接触，以测量与其位置相对应的IGBT芯片的壳温TC；
其次，热电偶的测量范围比较大，热电偶有不同种类，有些热电偶耐高温，可以测量甚至超过2800℃的温度，有些热电偶因为其特殊材质耐低温也很强大，可以测量-269℃的温度，IGBT芯片通常因过热而产生问题，在温度骤升时，热电偶的安全性要高于温度敏感二极管和NTC温度传感器；
最后，热电偶比较稳定，因为其通常由导电性良好且稳定性较高的金属材质制成，因此其稳定性也比较好，可以更好的测量稳定的温度。
在本发明的较优技术方案中，IGBT模块封装结构还包括，金属基板，用于构成IGBT模块封装结构的底板，所述金属基板靠近所述IGBT芯片的一侧设置有用于***述温度传感元件的凹槽。
在该技术方案中，凹槽的设置为IGBT模块的封装提供了便利，由于温度传感元件可以收容在凹槽内，温度传感元件本身并未占用IGBT模块的内部空间，也可以满足IGBT模块小型化的设计需求。
在本发明的较优技术方案中，所述凹槽的深度设置为0.6～0.8毫米，宽度设置为1.0～1.2毫米。
在本发明的较优技术方案中，所述绝缘热电偶具有用于直接检测IGBT芯片的壳温的工作端以及用于向所述温度检测端子传递热电动势信息的自由端。
在本发明的较优技术方案中，所述自由端和所述温度检测端子之间由导线电性连接。
在本发明的较优技术方案中，所述金属基板上还开设有用于供所述导线收容其中的导线槽。
在该技术方案中，导线槽的设置为IGBT模块的封装提供了便利，由于导线可以收容在导线槽内，导线本身并未占用IGBT模块的内部空间，也可以满足IGBT模块小型化的设计需求，另外，导线收容于导线槽内也相当于对导线提供了一重保护，能够有效避免导线受损。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种IGBT芯片的温度检测方法，用于对上述的IGBT模块封装结构中的IGBT芯片进行温度检测，其特征在于，所述温度检测方法包括以下步骤：通过温度传感元件获得IGBT芯片的壳温TC；根据公式
计算出所述IGBT芯片的结温Tj；其中，Rth为所述IGBT芯片的外壳和所述IGBT芯片之间的热阻，P为所述IGBT芯片的热损耗值。
在该技术方案中，通过IGBT芯片的壳温获得IGBT芯片的结温Tj，计算量较小，变量较少，能够较为准确的体现IGBT芯片的真实结温Tj。
在本发明的较优技术方案中，所述温度传感元件的温度TC的获取方式为:通过与所述温度传感元件相连接的温度检测端子获取。
在本发明的较优技术方案中，当所述温度传感元件为绝缘热电偶时，IGBT芯片的壳温TC的获取方式为：首先通过检测温度传感元件的自由端的热电动势值，并通过该热电动势值获得温度传感元件检测到的IGBT芯片的壳温TC。
附图说明
图1是本发明的优选技术方案中IGBT模块封装结构的结构示意图；
图2是图1中的IGBT模块封装结构中，温度检测端子与温度传感元件经由线路层电性连接时的结构示意图。
附图说明：1-绝缘基板，11-陶瓷基板，12-铜箔；2-IGBT芯片；3-FWD芯片；4-温度传感元件，41-工作端，42-自由端；5-金属基板，51-凹槽；6-温度检测端子；7-导线；8-导线槽。
具体技术方案
下面参照附图来描述本发明的优选技术方案。本领域技术人员应当理解的是，这些技术方案仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本发明的优选实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或组成部分必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
现有技术中，通常将用于检测IGBT芯片2温度的元件设置在IGBT模块封装结构的内部，例如，使用NTC温度传感器或使用温度敏感二极管，而IGBT模块在实际使用过程中，可能因为电流的突然变化而瞬间升温，此时，不仅需要温度检测元件具有一定的响应速度，而且要求其对温度具有一定的耐受性，这样既能够及时反应IGBT芯片2温度的实时变化，又不会因温度的突然变化而导致温度检测元件本体的损坏，基于上述目的，本实施方式首先提供了如图1所示的一种IGBT模块封装结构，主要包括：绝缘基板1、IGBT芯片2、FWD芯片3、温度传感元件4以及金属基板5；其中，IGBT芯片2设置于绝缘基板1的一侧，温度传感元件4，贴附于绝缘基板1异于IGBT芯片2的一侧并且隔着绝缘基板1与IGBT芯片2相对设置，也即，温度传感元件4隔着绝缘基板1与IGBT芯片2对应位置以用于检测IGBT芯片2的壳温TC，金属基板5设置于绝缘基板1异于IGBT芯片2的一侧，以用于与IGBT模块的壳体(未图示)共同形成IGBT模块的外壳(未图示)，根据公式，可以计算出IGBT芯片的结温Tj，其中，Rth为温度传感元件和IGBT芯片之间的热阻(下文中简称结壳热阻)，P为IGBT芯片的热损耗值，具体地，得到IGBT芯片2的壳温TC后，可以利用仿真模块中的仿真软件如功耗仿真软件IPOSIM和热仿真软件Flotherm生成与温度TC相对应的热损耗值P，IGBT芯片2的结壳热阻Rth则可以通过查询对应的规格书获得，据此，可以计算出上述公式中唯一的未知量，也即IGBT芯片2的结温Tj。
在本实施方式中，将温度传感元件4，贴附于绝缘基板1异于IGBT芯片2的一侧并且隔着绝缘基板1与IGBT芯片2相对设置，能够使IGBT芯片2的外壳的温度及时的传达至温度传感元件4，使得温度传感元件4能够在IGBT芯片2的温度发生变化时迅速的作出相应的响应。
FWD(Freewheeling diode)即续流二极管，FWD在电路中一般用来保护元件不被感应电压击穿或烧坏，以并联的方式接到产生感应电动势的元件两端，并与其形成回路，使其产生的高电动势在回路以续电流方式消耗，从而起到保护电路中的元件不被损坏的作用，在本实施方式中，FWD芯片3与IGBT芯片2相连接以起到保护IGBT芯片2的作用,本实施方式中，给出了设置温度传感元件4以检测IGBT芯片2温度的示例，根据该示例，本领域技术人员容易相到，使用者也可以隔着绝缘基板1在与FWD芯片3相对应的位置设置温度传感元件4，以检测FWD芯片3的温度，以上实施方式均在本发明的保护范围内。
在本实施方式的较优技术方案中，由于铜的导热性和稳定性较好，所以金属基板5可以为铜基板，铜基板朝向绝缘基板1的一侧设置有与IGBT芯片2的位置相对应的凹槽51，凹槽51的尺寸与温度传感元件4的尺寸相对应，以在IGBT模块封装结构进行封装时能够收容温度传感元件4。
在该技术方案中，凹槽51的设置为IGBT模块的封装提供了便利，由于温度传感元件4可以收容在凹槽51内，温度传感元件4本身并未占用IGBT模块的内部空间，也可以满足IGBT模块小型化的设计需求。
在本实施方式的较优技术方案中，IGBT模块封装结构还包括：温度检测端子6，其与温度传感元件4相连接，用户无需直接通过温度传感元件4获取IGBT芯片2的壳温TC，而可以通过温度传感元件4传递给温度检测端子6的信号间接获取IGBT芯片2的壳温TC，本实施方式中，温度检测端子6和温度传感元件4的连接方式可以为电性连接，也可以根据温度传感元件4的类型选取而采取其它的连接方式，例如，通信连接。
当温度检测端子6和温度传感元件4之间的连接关系为电性连接时，金属基板5朝向绝缘基板1的一侧还设置有用于收容温度检测端子6和温度传感元件4之间的导线7的导线槽8，导线7的外表面包覆有绝缘层以与外部环境电性隔离，具体地，导线7的线芯可以采用铜、铝或其它金属材料制成，导线槽8的开设方式可以为使用修边机或开槽机进行开槽。
导线槽8的设置为IGBT模块的封装提供了便利，由于导线7可以收容在导线槽8内，导线7本身并未占用IGBT模块的内部空间，也可以满足IGBT模块小型化的设计需求，另外，导线7收容于导线槽8内也相当于对导线7提供了一重保护，能够有效避免导线受损。
在本实施方式的较优技术方案中，温度检测端子6至少部分设置于绝缘基板1外部，如此设置，为用户自温度检测端子6直接或间接获取温度传感元件4传递的温度信号提供了便利，需要说明的是，温度传感元件4向温度检测端子6传递的信号可以直接为温度信号，也可以为其它可以转化为温度信号的信号，例如，电信号。
具体地，在本实施方式的较优技术方案中，温度传感元件4为绝缘热电偶，热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号,通过测量仪表(未图示)转换成被测介质的温度，热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在Seebeck电动势——热电动势，这就是所谓的塞贝克效应。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端41，温度较低的一端为自由端42，自由端42通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系,制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0℃时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。在热电偶回路中接入第三种金属材料时,只要该材料两个接点的温度相同,热电偶所产生的热电动势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电动势后,即可知道被测介质的温度。
在本实施方式的较优技术方案中，所采用的热电偶为绝缘热电偶，以保证其与外部环境(例如金属基板5)的电性隔离，绝缘热电偶的工作端41的位置与IGBT芯片2的位置相对应，自由端42与温度检测端子6相连接以传递工作端41因温度变化而产生的热电动势，当需要对IGBT芯片2的壳温TC进行检测时，使用者可以在温度检测端子6上连接测量仪表，并通过测量仪表测得的热电动势，获得IGBT芯片2的温度，在一些实施方式中，测量仪表内部能够将热电动势值换算成温度值并显示。
采用热电偶作为温度传感元件4具有以下优势，首先，热电偶的测量精度高：热电偶的工作模式是可以直接与被测量的物质接触，所以可以更加直接的感触到热电偶的温度，所以测量温度更加精准，在本发明中，绝缘热电偶与绝缘基板直接接触，以测量与其位置相对应的IGBT芯片2的壳温TC；
其次，热电偶的测量范围比较大，热电偶有不同种类，有些热电偶耐高温，可以测量甚至超过2800℃的温度，有些热电偶因为其特殊材质耐低温也很强大，可以测量-269℃的温度，IGBT芯片2通常因过热而产生问题，在温度骤升时，热电偶的安全性要高于温度敏感二极管和NTC温度传感器；
最后，热电偶比较稳定，因为其通常由导电性良好且稳定性较高的金属材质制成，因此其稳定性也比较好，可以更好的测量稳定的温度。
具体地，当绝缘热电偶选择规格为TT-K-36-SLE的K型热电偶时，凹槽51的深度设置为0.6～0.8毫米，优选为0.6毫米，宽度设置为1.0～1.2毫米，优选为1.0毫米,当绝缘热电偶选择其它规格的热电偶时，凹槽51的尺寸也可以根据所选择的热电偶的尺寸进行适应性的调整。
需要说明的是，虽然上文中对采用NTC温度传感器作为温度传感元件4的局限做了一定的说明，但是，当温度传感元件4采用NTC温度传感器时，采用本实施方式所提供的IGBT模块封装结构仍能为IGBT芯片2的壳温TC的检测提供便利，此外，温度传感元件4也可以使用其它温度传感器，以上实施方式均在本发明的保护范围内。
在本实施方式的较优技术方案中，绝缘基板1为DBC板，DBC板是一种覆铜陶瓷基板，其在陶瓷基板11的上、下表面各覆有一层铜箔12，覆铜陶瓷基板可以由铜箔12在高温下直接键合到氧化铝或氮化铝陶瓷基片表面上形成，并具有优良的电绝缘性能，高导热特性，优异的软钎焊性和较高的附着强度，以及较大的载流能力，又兼具无氧铜的高导电性和优异焊接性能，且能像PCB线路板一样刻蚀出各种图形。
在本实施方式的较优技术方案中，温度检测端子6与温度传感元件4经由铜箔12形成于陶瓷基板11的线路层121电性连接，由于通过导线7连接温度检测端子6与温度传感元件4，需要在金属基板5上相应开设导线槽8，不仅工艺复杂，成本较高，而且降低了IGBT模块封装的效率，而利用铜箔12形成的线路层121实现温度检测端子6和温度传感元件4的电性连接，不仅无需设置导线7和开设导线槽8，简化了工艺，而且提高了IGBT模块的稳定性。
在本实施方式的较优技术方案中，提供了一种IGBT芯片2的温度检测方法，用于对上述IGBT模块封装结构中的IGBT芯片2进行温度检测，其中，温度检测方法包括以下步骤：
通过温度传感元件4获得IGBT芯片2的壳温TC；
根据公式
计算出IGBT芯片2的结温Tj；
其中，Rth为IGBT芯片2的外壳和IGBT芯片2之间的热阻，P为IGBT芯片的热损耗值，具体地，热阻R指的是当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位为开尔文每瓦特(K/W)或摄氏度每瓦特(℃/W)，当有热量在物体上传输时，在物体两端温度差与热源的功率之间的比值，单位为开尔文每瓦特(K/W)或摄氏度每瓦特(℃/W)，即
上式中，T1为物体一端的温度、T2为物体另一端的温度以及P为发热源的功率，也即热损耗值。
在该技术方案中，通过IGBT芯片2的壳温获得IGBT芯片2的结温Tj，计算量较小，变量较少，能够较为准确的体现IGBT芯片2的真实结温Tj。
具体地，在本实施方式的较优技术方案中，IGBT芯片2的壳温TC的获取方式为:通过与温度传感元件4相连接的温度检测端子6获取，进一步的，当温度传感元件4为绝缘热电偶时，IGBT芯片2的壳温TC的获取方式为：首先通过检测与温度传感元件4的自由端41相连接的温度检测端子6的热电动势值，并通过该热电动势值获得温度传感元件4检测到的IGBT芯片2的壳温TC，在本实施方式中，由于IGBT芯片2的外壳与温度传感元件4均与两侧表面设置有铜箔12的DBC板直接接触，由于金属铜的导热性能较为优异，因此温度传感元件4所检测到的温度与IGBT芯片2的壳温TC几乎相等，由此计算出的IGBT芯片2的结温Tj也较为准确，由此，本实施方式实现了IGBT芯片2结温快速、准确而稳定的测量。
至此，已经结合附图描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体技术方案。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种IGBT模块封装结构，其特征在于，包括：
绝缘基板；
IGBT芯片，设置于所述绝缘基板的一侧；以及
温度传感元件，贴附于所述绝缘基板异于所述IGBT芯片的一侧并且隔着所述绝缘基板与所述IGBT芯片相对设置。
2.如权利要求1所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，还包括：
温度检测端子，与所述温度传感元件相连接。
3.如权利要求2所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述温度检测端子至少部分设置于所述绝缘基板外部。
4.如权利要求1-3所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述温度传感元件为绝缘热电偶。
5.如权利要求4所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，还包括，金属基板，用于构成IGBT模块封装结构的底板，所述金属基板靠近所述IGBT芯片的一侧设置有用于***述温度传感元件的凹槽。
6.如权利要求5所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述凹槽的深度设置为0.6～0.8毫米，宽度设置为1.0～1.2毫米。
7.如权利要求5所述的IGBT模块封装结构，其特征在于，所述绝缘热电偶具有用于直接检测IGBT芯片的壳温的工作端以及用于向所述温度检测端子传递热电动势信息的自由端。
8.一种IGBT芯片的温度检测方法，用于对权利要求1-7中任意一项所述的IGBT模块封装结构中的IGBT芯片进行温度检测，其特征在于，所述温度检测方法包括以下步骤：
通过温度传感元件获得IGBT芯片的壳温TC；
根据公式
计算出所述IGBT芯片的结温Tj；
其中，Rth为所述IGBT芯片的外壳和所述IGBT芯片之间的热阻，P为所述IGBT芯片的热损耗值。
9.如权利要求8所述的IGBT芯片的温度检测方法，其特征在于，所述温度传感元件的温度TC的获取方式为:通过与所述温度传感元件相连接的温度检测端子获取。
10.如权利要求8或9所述的IGBT芯片的温度检测方法，其特征在于，当所述温度传感元件为绝缘热电偶时，IGBT芯片的壳温TC的获取方式为：首先通过检测温度传感元件的自由端的热电动势值，并通过该热电动势值获得温度传感元件检测到的IGBT芯片的壳温TC。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116337257A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-27 | 山东隽宇电子科技有限公司 | 一种半导体封装的温度检测装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104282679A (zh) * | 2013-07-09 | 2015-01-14 | 西门子公司 | 带有功率半导体的电子组件 |
| JP2016163512A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | 三菱電機株式会社 | インテリジェントパワーモジュールおよびインテリジェントパワーモジュールの評価方法 |
| CN107508595A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-12-22 | 台湾晶技股份有限公司 | 由内嵌加热式陶瓷封装组成的恒温控制晶体振荡器 |
| CN109269667A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-01-25 | 国网福建省电力有限公司 | 一种具有温度实时监测***的新型igbt装置及其制作方法 |
| CN109600136A (zh) * | 2017-10-02 | 2019-04-09 | 京瓷株式会社 | 晶体振荡器 |
| CN210535657U (zh) * | 2019-11-01 | 2020-05-15 | 富士电机（中国）有限公司 | Igbt模块封装结构 |
-
2019
- 2019-11-01 CN CN201911059096.8A patent/CN110707062A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104282679A (zh) * | 2013-07-09 | 2015-01-14 | 西门子公司 | 带有功率半导体的电子组件 |
| JP2016163512A (ja) * | 2015-03-05 | 2016-09-05 | 三菱電機株式会社 | インテリジェントパワーモジュールおよびインテリジェントパワーモジュールの評価方法 |
| CN107508595A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-12-22 | 台湾晶技股份有限公司 | 由内嵌加热式陶瓷封装组成的恒温控制晶体振荡器 |
| CN109600136A (zh) * | 2017-10-02 | 2019-04-09 | 京瓷株式会社 | 晶体振荡器 |
| CN109269667A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-01-25 | 国网福建省电力有限公司 | 一种具有温度实时监测***的新型igbt装置及其制作方法 |
| CN210535657U (zh) * | 2019-11-01 | 2020-05-15 | 富士电机（中国）有限公司 | Igbt模块封装结构 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116337257A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-27 | 山东隽宇电子科技有限公司 | 一种半导体封装的温度检测装置 |
| CN116337257B (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-18 | 山东隽宇电子科技有限公司 | 一种半导体封装的温度检测装置 |
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