DE1564126C3 - Leistungstransistor - Google Patents

Description

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nach dem Stand der Technik haben den gemeinsamen Einschrauben in entsprechend ausgebildete zuge-

Nachteil, daß komplexe Maßnahmen zur Verbesse- hörige Anordnungen.

rung sowohl der Hochfrequenzeigenschaften als auch Der Transistor 16, um mit der Beschreibung von

der Wärmeabführung fehlen. Einzelheiten zu beginnen, wird durch eine wärme-

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, 5 leitende Schichtenanordnung (sandwich) 17 getragen, verbesserte Hochfrequenzleistungstransistoren für die den Transistor elektrisch vom Sockel isoliert. Die hohe Frequenzen zu schaffen mit einer verbesserten Schichtenanordnung besteht vorzugsweise aus Mate-Wärmeabführung vom Halbleiterkörper in gleich- rial mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienxnäßiger Belastung der gesamten Transistorfläche so- ten wie das Transistorelement 16, um Bruch infolge wie symmetrische Ausbildung des Wechselstrom- io unterschiedlicher Wärmeausdehnung zu vermeiden. Widerstandes. Sie betrifft Leistungstransistoren mit Für einen Siliciumtransistor kann die Schichtenanimpedanzarmem Aufbau auf einem Sockel mit min- Ordnung z. B. aus einer Molybdänscheibe 18 bestedestens einem Transistorelement als Basis-, Kollek- hen, die in geeigneter Weise mittels bekannter Metor- und Emitterzonen und einer wärmeleitenden, thoden an den z. B. aus Kupfer bestehenden Sockel elektrisch isolierenden Anordnung, die das Tran- 15 angelötet ist. Eine zweite Molybdänscheibe 19 ist sistorelement trägt und mit dem Sockel mechanisch mit der Kollektorzone des den Transistor bildenden verbindet. Halbleiterkörpers verlötet. Eine Schicht aus Beryl-

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, liumoxyd 21 ist zwischen den beiden Molybdändaß der an sich bekannte elektrisch isolierende Teil scheiben zum Herstellen einer mechanischen Vereinen Kontakt für den Kollektor enthält, der eine 20 bindung angeordnet. Eine derartige Verbindung ist ohmsche Verbindung mit der Kollektorzone herstellt, elektrisch isoliert. Die Berylliumoxydschicht 21 ist daß ein Ständer aus elektrisch leitendem Material relativ dünn und hat eine gute Wärmeleitfähigkeit, so unmittelbar neben dem Transistorelement mit einem daß die Wärmeleitung zwischen dem Transistorele-Ende am Sockel befestigt ist und mit dem anderen ment 16 und dem Sockel 11 verhältnismäßig gut ist. Ende neben dem Transistorelement liegt, daß Zu- 25 Die in F i g. 1 bis 3 dargestellte Anordnung entleitungen eine elektrische Verbindung zwischen dem hält die beiden Transistorelemente 16 a und 16 b, die Ständer und der Emitterzone herstellen, derart, daß nebeneinander mit gegenüberliegenden Enden angeder Sockel gleichzeitig den Emitteranschluß bildet, ordnet sind. Ein Ständer 22 aus Material mit guter und daß Basis- und Kollektorzuleitungen in an sich elektrischer Leitfähigkeit ist entlang den beiden gebekannter Weise isoliert durch den Sockel geführt 30 genüberliegenden Seiten der Transistoren und par- und mit den Basis- und Kollektorkontakten verbun- allel zu diesen auf dem Sockel befestigt. Die obere den sind. Seite des Ständers hat nahezu die gleiche Höhe wie

Die Merkmale der Erfindung werden im folgenden die obere Fläche der Transistoren. Sie kann eine

im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläu- Molybdänscheibe 23 enthalten, welche in geeigneter

tert: 35 Weise mit dem Kupferständer verbunden ist und

F i g. 1 stellt eine perspektivische Ansicht eines welche ein Siliciumplättchen 24 trägt. Die obere

Transistorbauelementes nach der Erfindung dar; Oberfläche des Siliciumplättchens kann mit einer

F i g. 2 ist eine Draufsicht auf das Transistorbau- aufgedampften ohmschen Kontaktschicht versehen

element gemäß Fig. 1, bei dem die Kappe entfernt sein. Kurze Emitterzuleitungen 26 verbinden den

ist, um die innere Anordnung der Zuleitungen und 40 ohmschen Oberflächenkontakt und die Emitterzonen

des Halbleiterkörpers zu zeigen; des entsprechenden Transistors. Der Stromweg des

F i g. 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 3-3 in Emitterstromes setzt sich aus dem Sockel 11, dem

Fig. 2; Ständer 22, der Siliciumscheibe 24 und den Emitter-

F i g. 4 ist eine vergrößerte Teilansicht des Tran- Zuleitungen 26 zusammen. Die Siliciumscheibe 24

sistors und veranschaulicht die Emitter- und Basisan- 45 stellt einen Serienwiderstand dar. Der Widerstand der

Schlüsse; Siliciumscheibe kann durch Einstellen ihrer Dicke,

Fig. 5 stellt eine Ansicht entlang der Linie 5-5 durch ihre Verunreinigungskonzentration oder ähn-

von F i g. 4 dar; liehe Maßnahmen festgelegt werden, so daß mit den

F i g. 6 zeigt eine andere Transistoranordnung nach Zuleitungen zusammen ein vorgegebener Serienwider-

der Erfindung; . 50 stand erhalten werden kann.

F i g. 7 zeigt das Prinzipschaltbild eines Transistors Die Basiselektrode besteht aus einem C-förmig ge-

nach der Erfindung, und bogenen Teil 27 mit den beiden Enden 28, die ein-

F i g. 8 zeigt das Prinzipschaltbild für einen Dop- ander gegenüber und über einem jeweils darunter

peltransistor, der gemäß der Erfindung in einer ge- befindlichen Transistor liegen. In der Mitte des meinsamen Hülle untergebracht ist. 55 Bügels des C-förmigen Teils ist dieser mit einem Stift

Das Transistorbauelement enthält einen Sockel 11, 29 verbunden, der durch den Sockel führt. Der Stift

der das Halbleitermaterial, das das eigentliche Tran- ist mittels einer Glasperle durch den Sockel geführt,

sistorelement bildet, andere Teile der Anordnung die eine dichte Durchführung bildet. Basiszuleitun-

und die Zuleitungen trägt. Der Sockel 11 ist zur Auf- gen, die ohmsche Anschlüsse mit der Basiszone des nähme einer Kappe 12 ausgebildet, welche zur Un- 60 Transistors bilden, verbinden nach oben verlaufend

terbringung und zum Schutz der Anordnung vor der die C-förmig gebogene Elektrode und den ohmschen

Umgebung dient. Der Sockel kann außerdem ein Basiskontakt.

paar in Abstand voneinander angebrachte Montage- Der Kollektoranschluß besteht aus einem U-för-Iöcherl3 enthalten, mit deren Hilfe er an zugehörigen mig gebogenen Bügel 31, der bei 32 einen um 90° Einrichtungen mittels Schrauben befestigt werden 65 gebogenen bandförmigen Verlauf hat und der in gekann. Selbstverständlich kann der Sockel auch an- eigneter Form mit der sich nach auswärts erstreckenderen bekannten Typen entsprechen, z. B. einem den Nase 33 der Molybdänscheibe 19 verbunden ist. Typ, der einen Schraubansatz enthält zum direkten Wie ersichtlich ist, läuft je einer dieser Streifen zu je

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einem der entsprechenden Transistoren. Die beiden Die Basiszonen der Anordnungen sind durch C-för-

Enden des U-förmigen Kollektorbügels sind mit je mig gebogene Zuleitungen kontaktiert. Wegen dieser

einem dieser Streifen verbunden. Im mittleren Teil symmetrischen Ausbildung ist die Eigenimpedanz der

ist der U-förmig gebogene Kollektorbügel mit einem beiden Hälften im wesentlichen gleich, wodurch

Stift 34 verbunden, der mittels einer eine dichte 5 sichergestellt ist, daß von beiden Transistoren jeder

Durchführung bildenden Glasperle 35 durch den anteilig belastet wird. Die U-förmig gebogenen KoI-

Sockel geführt ist. lektorzuleitungen sind ebenfalls symmetrisch, wo-

Der Leistungstransistor ist in Fig. 4 und 5 in Ein- durch ebenfalls eine ausgleichende Wirkung entsteht,

zelheiten klarer dargestellt. Er hat eine Kollektor- Es ist damit gewährleistet, daß das Bauelementepaar

zone 41, eine Basiszone 42, die beide einen Basis- io bei unterschiedlichen Frequenzen und Belastungen

Kollektorübergang bilden, und eingesetzte Emitter- im wesentlichen gleich arbeitet,

zonen 43. Die Ersatzschaltung für einen einzelnen Tran-

Wie in Fig. 4 dargestellt, handelt es sich um einen sistor, der entsprechend der Erfindung kontaktiert Transistor mit ineinandergreifender fingerartiger ist, ist in Fig. 7 dargestellt, wo die Induktanz der Struktur, bei dem der Emitter aus einer Mehrzahl 15 Basiszuleitung bei 61 angegeben ist, die Induktanz von Fingern 40 besteht. Die Teile des Emitter-Basis- der Kollektorzuleitung bei 62 und die einzelnen Inüberganges, die an die Oberfläche treten, werden duktanzen der verschiedenen Emitterzuleitungen bei durch eine Oxydschicht 44 geschützt. Die Emitter- 63 a, 63 b usw., zugeordnet zu den schematisch darkontakte 46 und die Basiskontakte 47 werden durch gestellten verschiedenen Emitterkontakten. Die Aufdampfen eines fingerartig ineinandergreifenden 20 Serienwiderstände sind bei 64 a, 64 b usw. dargestellt. Kontaktmusters auf die Oberfläche des Bauelementes Für den symmetrischen Aufbau ist die Ersatzhergestellt. Das Kontaktmuster weist im wesent- schaltung in F i g. 8 dargestellt, bei der die Induktanz liehen als Grundlage eine rippenartige Struktur auf 65 der Kollektorzone symmetrisch ausgebildet ist und mit kammerartigen Emitterkontakten. Der Kollektor- eine Serieninduktanz 65 a für den Teil der Zuleitung, kontakt 48 wird durch die bereits früher beschriebene 25 der durch die Glasdurchführung des Sockels verläuft, Molybdänscheibe gebildet. angegeben ist. Entsprechend ist die Induktanz des

Der kammartige Emitterkontakt ist unterbrochen C-förmig gebogenen Teils der Basiszuleitung bei 66

und bildet eine Mehrzahl derartig ausgebildeter Kon- angegeben mit der Zuleitungsinduktanz 66 a. Ferner

takte 46 a, 46 b usw. Wie aus F i g. 2 zu entnehmen ist jedem Teilemitter zugeordnet eine Vielzahl von

ist, sind 8 derartige Emitterzonen oder -abschnitte 30 Emitterwiderständen 67a, 67 b usw. angegeben. Diese

vorhanden. Jeder dieser Abschnitte ist mit einer Widerstände haben im wesentlichen den gleichen

'Emitterzuleitung 26 verbunden. Die Emitterzuleitun- Wert, da sie aus einem einzigen Siliciumplättchen,

gen sind nebeneinander mit dem Emitterwiderstand das auf dem Ständer montiert ist, gebildet sind.

24 verbunden. Danach liegt in Serie mit jedem der Außerdem sind die Zuleitungsinduktanzen 68 a, 68 &

Emitterkontakte 46 ein Widerstand. Die Serien-Emit- 35 usw. dargestellt.

terwiderstände sollen gewährleisten, daß der Strom- Der Ständer kann aus den beiden Armen eines fluß zu jeder der Emitterzonen im wesentlichen gleich U-förmig gebogenen, als Kanal wirkenden Teiles beist. Es ist leicht einzusehen, daß ein Ansteigen des stehen, welches die schichtförmige Anordnung 17 Stromes in einem der Serienkreise ebenfalls ein An- zur Wärmeübertragung aufnimmt und welches ansteigen des Spannungsabfalls im Widerstand zur 40 dererseits an dem Sockel befestigt ist. Dies kann als Folge hat und damit einen Abfall der Emitterspan- Teilanordnung ausgebildet und dann auf dem Sockel nung, durch den auch der Strom vermindert wird. montiert werden. In Fi g. 6 ist ein Teil des Sockels Es ist also ein negativer Rückkopplungseffekt vor- mit der darauf befestigten U-förmig gebogenen Anhanden, der darauf hinwirkt, daß der durch den Ordnung 71 mit den Ständern 72 dargestellt. Die Transistor fließende Strom gleichmäßig verteilt wird. 45 Teilanordnung, bestehend aus dem Transistor 16,

Es ist zu beachten, daß bei hohen Frequenzen jede der Schichtanordnung 17, den Emitterzuleitungen 26 der Zuführungen eine eigene Impedanz hat. Diese und dem U-förmigen Teil 71 mit den Ständern 72 ist Impedanz liegt in Reihe mit der entsprechenden vollständig dargestellt. Der restliche Teil der geZone. Es wird angestrebt, die Impedanz der Emitter- samten Anordnung ist mit den bereits beschriebenen Zuleitungen so weit wie möglich herabzusetzen. Bei 50 Teilen identisch.

der dargestellten Anordnung sind z. B. die Zuleitun- In der vorstehenden Beschreibung ist ein Hochgen 26 verhältnismäßig kurz gehalten. Der Weg leistungstransistor beschrieben, der leicht aufzubauen durch den Emitterwiderstand und den Ständer ist ist, bei dem die Unsymmetrie der verschiedenen bei ebenfalls verhältnismäßig kurz, ferner sind die Ab- Hochfrequenz auftretenden Effekte auf ein Minimum messungen und die Formgebung des Widerstandes 55 herabgesetzt ist und welcher sowohl in symme- und des Ständers so ausgebildet, daß die Serienin- irischem, als auch in unsymmetrischem Aufbau bei duktanz herabgesetzt wird. Damit ist eine gute Über- relativ hohen Frequenzen betrieben werden kann, tragung des Signals gewährleistet. Es besteht nur ge- Die Serienwiderstände gewährleisten, daß der Strom ringe Wahrscheinlichkeit, daß die Hochfrequenzim- gleichmäßig über die gesamte Anordnung verteilt pedanzen der verschiedenen Wege sich wesentlich 60 wird und damit überhitzte Stellen (hot spots) verunterscheiden, da mit Ausnahme der kurzen Zulei- mieden werden. Die Art der Montage gewährleistet tungen 26 der Weg in allen Fällen identisch ist. eine gute Wärmeleitung vom Halbleiterkörper.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 gemeinsamen Emitteranschluß haben, daß ein Patentansprüche: U-förmig geformter Bügel (31) mit beiden offenen Enden (32) mit jedem Kollektor verbunden ist

1. Leistungstransistor mit impedanzarmem Auf- und durch Verbindung mit einem isoliert durch bau auf einem Sockel mit mindestens einem 5 den Sockel geführten Sockelstift (34) einen ge-Transistorelement aus Basis-, Kollektor- und meinsamen Kollektoranschluß herstellt, und daß Emitterzonen und einer wärmeleitenden, elek- eine C-förmig gebogene Basiselektrode (27) über irisch isolierenden Anordnung, die das Tran- den fingerartigen Tränsistorstrukturen liegt und sistorelement trägt und mit dem Sockel mecha- . durch Verbindung mit .einem weiteren isoliert nisch verbindet, dadurch gekennzeich-io durch den Sockel geführten Sockelstift(29) den net, daß der an sich bekannte elektrisch iso- gemeinsamen Basisanschluß bildet.

lierende Teil (17) einen Kontakt für den Kollek- 7. Leistungstransistor nach einem oder mehretor enthält, der eine ohmsche Verbindung mit der ren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich-Kollektorzone herstellt, daß ein Ständer (22) aus net, daß die Ständer die beiden Enden (72) eines • elektrisch leitendem Material unmittelbar neben 15 U-förmig gebogenen Teiles (71) bilden, das mit dem Transistorelement (16) mit einem Ende am dem Sockel (11) verbunden ist, den gut wärme-Sockel (11) befestigt, ist und mit dem anderen leitenden elektrisch isolierenden Schichtenaufbau Ende neben dem Transistorelement liegt, daß (17) mit den Transistorelementen (16) aufnimmt Zuleitungen (26) eine elektrische Verbindung und mit diesen und den entsprechenden elekzwischen dem Ständer und der Emitterzone (43) 20 irischen Verbindungsleitungen (26) einen einherstellen, derart, daß der Sockel (11) gleichzeitig heitlichen Montageteil bildet,
den Emitteranschluß bildet, und daß Basis- und

Kollektorzuleitungen in an sich bekannter Weise _____
isoliert durch den Sockel geführt und mit den
Basis- und Kollektorkontakten (47 bzw. 48) ver- 25

bunden sind. Die Erfindung betrifft Transistoren für hohe

2. Leistungstransistor nach Anspruch 1, da- Leistungen, insbesondere ein Hochfrequenz-Hochdurch gekennzeichnet, daß das Transistorelement leistungstransistor-Bauelement.

aus Silicium besteht, der wärmeleitende elektrisch Beim Betrieb von Transistoren mit hohen Leistunisolierende Teil (17) schichtenartig derart zusam- 30 gen in der Größenordnung von 2 Watt und darüber mengesetzt ist, daß zwischen zwei aus Molybdän sind die Ableitung der im Halbleitermaterial erzeugbestehenden äußeren Scheiben (18 und 19) eine ten Wärme und der Temperaturausgleich im Mateelektrisch isolierende, gut wärmeleitende Oxyd- rial wichtig und stellen eine Grenze dar. Das halbschicht liegt, und daß die eine der Molybdän- leitende Material muß mit dem Sockel in guten Wärscheiben (19) mit dem Kollektor einen ohmschen 35 meaustauschbeziehungen stehen. Eine gleichmäßige Kontakt herstellt und die andere (18) mit dem Wirkung der gesamten Fläche des Transistors verSockel (11) verbunden ist. hindert die Ausbildung von überhitzten Stellen (hot

3. Leistungstransistor nach Ansprüchen 1 und 2, spots) und gestattet das Arbeiten bei einer höheren dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter in eine Leistung. Bei hohen Frequenzen nimmt die Impedanz Mehrzahl voneinander getrennter Zonen (43) un- 40 der Zuleitungen zu. Es ist daher wichtig, daß diese terteilt ist, daß getrennte ohmsche Kontakte (46 a, 'so ausgebildet werden, daß zwischen den Elektro-46 b usw.) auf jedem der Emitterteile angebracht den wirkende und verstreute konstante Effekte versind und daß die Basiskontakte (47) in unmittel- mieden werden. Eine günstige Ausbildung der Zuleibarer Nähe der Emitterkontakte liegen, daß auf tungen kann dazu beitragen, den Strom über die geder oberen Oberfläche des Ständers (22) Wider- 45 samte Fläche eines Transistors und, im Falle daß

' Standsmaterial (24) in ohmschem Kontakt mit zwei Transistoren parallel arbeiten, auch zwischen

dem Ständer aufgebracht ist, daß Zuleitungen den beiden Transistoren, zu verteilen.

(26) von jedem der Emitterteile zu dem Wider- Verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung von

Standsmaterial führen, so daß ein durch das Transistoren im Hinblick auf höhere Frequenzen

Widerstandsmaterial gebildeter Serienwiderstand 50 und höhere Leistungen sind bereits bekannt. Aus der

in jeder Emitterzuleitung liegt. britischen Patentschrift 839 176 ist ein Transistor

4. Leistungstransistor nach Ansprüchen 1 bis 3, hoher Verlustleistung mit einem Ringemitter bekannt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Siliciumscheibe bei dem das Transistorelement mit dem KoI-vorbestimmter Dicke und mit vorgegebener Ver- lektor auf eine erhöhte Stelle des Sockels aufgelötet unreinigungskonzentration das Widerstandsmate- 55 ist.

rial bildet. - Aus den USA.-Patentschriften 2 887 628 und

5. Leistungstransistor nach Ansprüchen 1 bis 4, 3 025 473 sind Transistoren bekanntgeworden, bei dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzonen denen Halbleiterkörper und Zuleitungen isoliert im eine nach innen weisende, kammartige Struktur. Gehäuse angeordnet sind.

besitzen und die Basiszonen fingerartig dazwi- 60 Aus der.USA.-Patentschrift 3 074 145 ist ein photoschenliegen und an jeder Seite des Transistors lithographisches Verfahren zum Herstellen der Verein Ständer angeordnet ist. bindung zwischen den Transistorelektroden und den

6. Leistungstransistor nach Ansprüchen 1 bis 5, Gehäuseanschlüssen zu entnehmen.

dadurch gekennzeichnet, daß zwei Transistorele- Aus der französischen Patentschrift 1 358 189 ist

mente(16ö und 16 b) gemeinsam auf der elek- 65 schließlich ein Leistungstransistor bekannt, bei dem trisch isolierenden wärmeleitenden Schichtenan- die Teilbereiche der Emitterelektrode über gleich Ordnung (17) angebracht sind und über die mit große parallelgeschaltete Widerstände mit dem dem Sockel (11) verbundenen Ständer (22) einen . Emitteranschluß verbunden sind. Die Anordnungen