DE1614858C3 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement mit einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weiteren von der Grundplatte isolierten bandförmigen Elektrodenzuleitungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiteranordnung anzugeben, die sich im besonderen Maße für die Anwendung bei hohen Frequenzen eignet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die bandförmigen Zuleitungen unterschiedliche Breite und/ oder einen unterschiedlichen Abstand von der Grundplatte aufweisen.
Durch die FR-PS 1307 782 und 1311477 ist die Verwendung von bandförmigen Zuleitungen bei Halbleiterbauelementen bekannt. Bei diesen bekannten Halbleiterbauelementen wird der Halbleiterkörper auf eine bandförmige Zuleitung aufgelötet, während die auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiterkörpers befindlichen Elektroden durch Zuleitungsdrähte mit bandförmigen Zuleitungen verbunden werden, die die Verbindung nach außen herstellen.
Bei dem Vierpol-Halbleiterbauelement nach der Erfindung handelt es sich vorzugsweise um einen Hochfrequenztransistor oder um ein Mehrfachsystem von Transistoren, das für große Hochfrequenzleistuneen ausgelegt ist.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine breitbandige Kompensation der Zuleitungsinduktivitäten und der Zuleitungskapazitäten am Ausgang und Eingang eines Vierpol-Halbleiterbauelementes möglich ist, wenn eine metallische Grundplatte mit der Elektrode des Halbleiterbauelementes verbunden wird, die dem Eingang und Ausgang des Vierpols gemeinsam ist und wenn die anderen Elektroden des Bauelementes mit bandförmigen Zuleitungen versehen werden, die eine bestimmte Breite und einen bestimmten Abstand von der metallischen Grundplatte aufweisen. Bei der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, daß die Breite der Zuleitungen und/oder deren Abstand von der zu den Zuleitungen parallel verlaufenden metallischen Grundplatte bei den verschiedenen Zuleitungsbändern unterschiedlich ist. Auf diese Weise erhält man eine Halbleiteranordnung, die sich besonders durch die Unsymmetrie seiner Zuleitungen auszeichnet.
Handelt es sich um einen in ein Gehäuse einzubauenden Planartransistor und ist vorgesehen, die Halbleiteranordnung in Emitterschaltung zu betreiben, so wird nach Erfindung die Emitterelektrode mit der gut leitenden Grundplatte elektrisch leitend verbunden, während die Basis- und die Kollektorelektrode mit bandförmigen Zuleitungen verbunden wird, die parallel zur Grundplatte verlaufen. Hierbei wird die Basiszuleitung, um eine optimale Anordnung zu erzielen, meist breiter ausgebildet als die bandförmige Kollektorzuleitung, oder die Basiszuleitung wird in einem geringeren Abstand von der Grundplatte als die Kollektorzuleitung verlaufen. Derartige, aus der Rechnung sich ergebende geometrische Abmessungen sind bei Halbleiteranordnungen ungewöhnlich und überraschend, da über die Kollektorzuleitung ein wesentlich größerer Strom als über die Basiszuleitung abgeführt wird, so daß man durch die Belastungsverhältnisse eher geneigt wäre, die Kollektorzuleitung im Querschnitt größer als die Basiszuleitung auszubilden. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Zuleitungen sind diese im Querschnitt so ausgelegt, daß die maximal vorkommenden Ströme zerstörungsfrei über die Zuleitungen abgeleitet werden und daß gleichzeitig die Halbleiteranordnungen optimale Hochfrequenzeigenschaften aufweisen.
Die Erfindung und die vorteilhafte Dimensionierung der geometrischen Abmessungen des erfindungsgemäßen Halbleitergehäuses wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles näher wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Aufbau des erfindungsgemäßen Gehäuses für ein Halbleiterbauelement.
Auf einer metallischen Grundplatte 1 aus einem elektrisch und wärmemäßig gut leitenden Material ist eine Zwischenscheibe 2 aus einem isolierenden Material befestigt. Die Grundplatte besteht beispielsweise aus versilbertem Molybdän, während für die Zwischenscheibe vorteilhafterweise ein Keramikwerkstoff, z. B. Berylliumoxyd, gewählt wird. Die isolierende Zwischenscheibe weist auf ihrer von der Grundplatte abgewandten Oberflächenseite drei voneinander getrennte metallisierte Bereiche 3, 4 und 5 auf, wobei die Metallisierungen beispielsweise aus Gold bestehen. Bei einer rechteckigen Zwischenscheibe, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, sind die drei metallisierten Oberflächenbereiche beispielsweise in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei der mittlere Bereich 4 über gleichfalls metallisierte Seitenflächen 6 der Zwischenscheibe mit der metallischen Grundplatte 1 elektrisch leitend verbunden ist. Dieser mittlere, mit der Grundplatte verbundene metallisierte Oberflächenbereich der isolierenden Zwischenscheibe dient bei der Kontaktierung eines Hochfrequenztransistors, der in Emitterschaltung betrieben werden soll, als Anschluß für die Emitterelektrode des Halbleiterbauelementes. Ist der Transistor für den Betrieb in Basis- oder Kollektorschaltung vorgesehen, so wird der mittlere metallisierte Bereich der Zwischenscheibe und damit die metallische Grundplatte mit der entsprechenden Elektrode des Transistors elektrisch leitend verbunden.
An den beiden äußeren metallisierten Oberflächenbereichen 3 und 5 der isolierenden Zwischenscheibe 2 werden bandförmige, in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufende Elektrodenzuleitungen 7 und 8 befestigt. Auf den mit dem schmäleren Zuleitungsband 7 verbundenen metallisierten Bereich 3 wird ferner der Transistor 9 mit seiner Kollektorzone aufgelötet, so daß die Kollektorzone des Transistors mit dem schmalen Zuleitungsband 7 elektrisch und sperrschichtfrei verbunden ist.
Die Emitterelektrode bzw. bei Mehrfachsystemen die Emitterelektroden des Halbleiterbauelementes werden über mehrere dünne Zuleitungsdrähte 10 an den mittleren metallisierten Bereich 4 der isolierenden Zwischenscheibe und die Basiselektrode oder Basiselektroden an den äußeren metallisierten Bereich 5 und damit an das breitere Zuleitungsband, gleichfalls unter Verwendung dünner Zuleitungsdrähte, elektrisch angeschlossen. Um Kurzschlüsse zwischen den Basis- und den Emitterzuleitungsdrähten zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das mit der Zwischenscheibe verbundene Ende des Basiszuleitungsbandes mit einer metallischen Erhöhung 12 zu versehen, so daß die Basiszuleitungsdrähte über die Emitterzuleitungsdrähte hinweglaufen.
Für die Berechnung des optimalen Abstandes Zz1 der Basiszuleitung von der metallischen Grundplatte und der optimalen Breite O1 des Basiszuleitungsbandes wird näherungsweise die folgende Formel verwendet:
1/7
360
wobei ε die relative Dielektrizitätskonstante des zwischen der Basiszuleitung und der Grundplatte befindlichen Füllmaterials ist und rbb den Wert des Basisbahnwiderstandes des Transistors in Ohm bezeichnet.
Im allgemeinen nimmt der Basisbahnwiderstand umgekehrt proportional zu der Leistung, für die der entsprechende Transistor gebaut ist, ab, so daß die Breite des Basiszuleitungsbandes proportional bzw. der Abstand des Zuleitungsbandes zur Grundplatte umgekehrt proportional zur geplanten Leistung verkleinert werden muß. Bei einem Hochfrequenztransistor für eine Hochfrequenzleistung von 10 Watt beträgt dann beispielsweise die Breite des Basiszuleitungsbandes etwa 10 mm bei einem 0,5 mm Abstand des Zuleitungsbandes von der metallischen Grundplatte.
Zur Berechnung des optimalen Abstandes Zz2 der Kollektorzuleitung von der metallischen Grundplatte
und der Breite a.2 des Kollektorzuleitungsbandes wird die folgende Formel herangezogen:
750
Hierbei bedeutet Z?Batt die Spannung der an den Kollektor angeschlossenen Gleichspannungsquelle in Volt, während ./V die Hochfrequenzleistung, die der Transistor abgeben kann, in Watt bedeutet.
Aus den angegebenen Formeln ergibt sich, daß beispielsweise ein für 20 Watt ausgelegter Hochfrequenztransistor, der mit einer Batteriespannung von 30 Volt betrieben wird und einen Basisbahnwiderstand von 4 Ohm besitzt, dann optimale Hochfrequenzeigenschaften aufweist, wenn auf der Basisseite das Verhältnis HJa1=MTiI gewählt wird. Voraussetzung ist hierbei, daß die relative Dielektrizitätskonstante des zwischen der Grundplatte und den Zuleitungsbändern befindlichen Materials etwa ε = 9 beträgt.
Das Basiszuleitungsband kann somit eine Breite von 10 mm aufweisen, wenn der Abstand des Basiszuleitungsbandes von der metallischen Trägerplatte 0,3 mm beträgt. Selbstverständlich können auch andere, das angegebene Verhältnis erfüllende Abmessungen gewählt werden. Bei den gleichen Verhältnissen, die bei der Berechnung der Basisseite vorausgesetzt wurden, ergibt sich aus der angegebenen Formel (2) für das Verhältnis h.2/a.2 der Wert hja.-,= 1/5.
Das Kollektorzuleitungsband kann somit beispielsweise eine Breite von 5 mm bei einem 1 mm Abstand von der Grundplatte oder eine Breite von 10 mm bei einem 2 mm Abstand von der Grundplatte besitzen. Die durch Berechnung mit den angegebenen Formeln bestimmten geometrischen Werte haben sich bei experimentellen Versuchen als richtig erwiesen, und es hat sich gezeigt, daß auf die angegebene Weise tatsächlich eine breitbandige Kompensation der Zuleitungskapazitäten und Zuleitungsinduktivitäten erzielt wird. Bei den Versuchen hat sich herausgestellt, daß die oben angegebenen Zahlenwerte bei den verschiedenen Transistortypen etwa um den Faktor 2 differieren können.
Der Abstand der Zuleitungsbänder von der metallischen Grundplatte wird vorteilhafterweise durch die Höhe der das Halbleiterbauelement tragenden isolierenden Zwischenscheibe 2 (Fig. 1) bestimmt. Wenn die Abstände der beiden Zuleitungsbänder unterschiedlich groß gewählt werden, ist es sinnvoll, die Dicke der Zwischenscheibe an den beiden für den
ίο Anschluß der Zuleitungsbänder vorgesehenen Enden unterschiedlich zu wählen, so daß die Dicke der Isolierscheibe an ihren beiden Enden dem jeweils dort geforderten Abstand des Zuleitungsbandes von der Grundplatte entspricht.
Selbstverständlich können die geforderten Abstände der Zuleitungsbänder von der parallel verlaufenden metallischen Grundplatte auch durch entsprechendes Ab- bzw. Verbiegen der Zuleitungsbänder eingestellt werden. i
In F i g. 2 ist noch das fertige Halbleiterbauelement j dargestellt. Zu seiner Fertigstellung wurde die in ! Fig. 1 dargestellte isolierende Zwischenscheibe 2 zusammen mit dem Halbleiterkörper 9 und den An- j, schlußstellen der Zuleitungsbänder in Glas, Keramik oder einen Kunststoff 11 eingebettet bzw. eingegos- i sen. Durch das jeweils gewählte Gehäusematerial wird die Dielektrizitätskonstante, die in den Formeln (1) und (2) enthalten ist, bestimmt.
Es ist selbstverständlich, daß Einzelheiten des beschriebenen Aufbaues, beispielsweise die Anordnung j der Metallisierungsinseln auf der isolierenden Zwi- : schenscheibe oder die Wahl der Materialien, variiert werden können. Auch können die Berechnungsgrund- : lagen, die für einen in Emitterschaltung zu betrei- | benden Transistor angegeben wurden, auf Transistoren, die in anderen Schaltungsarten betrieben werden sollen, sinngemäß übertragen werden. Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung die flach gestreckte Bauweise eines Transistorgehäuses mit zueinander unsymmetrischen Elektrodenzuleitungen, die parallel zu einer gleichfalls als Leiter verwendeten metallischen Grundplatte verlaufen, wobei die Geometrie der Zuleitungsbänder und der Abstand dieser Bänder von der Grundplatte so gewählt wird, daß der in dieses Gehäuse einzubauende Transistor oder ein anderes Vierpol-Halbleiterbauelement optimale Hochfrequenzeigenschaften besitzt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement mit einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weiteren von der Grundplatte isolierten bandförmigen Elektrodenzuleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Zuleitungen unterschiedliche Breite und/oder einen unterschiedlichen Abstand von der Grundplatte aufweisen.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Zuleitungen parallel zu der metallischen Grundplatte und in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der metallischen Grundplatte eine isolierende Zwischenscheibe angeordnet ist und daß auf dieser isolierenden Zwischenscheibe der Halbleiterkörper befestigt ist.
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Vierpol-Halbleiterbauelement aus einem Planartransistor oder aus einem System von mehreren Planartransistoren besteht.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Transistors über eine auf der isolierenden Zwischenscheibe verlaufende Metallisierung mit der metallischen Grundplatte und die Basis- und Kollektorelektrode mit je einer bandförmigen Zuleitung elektrisch leitend verbunden ist.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Basiselektrode führende Zuleitungsband breiter als das zur Kollektorelektrode führende Zuleitungsband ist.
7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Basiselektrode führende Zuleitungsband von der metallischen Grundplatte einen kleineren Abstand hat als das zur Kollektorelektrode führende Zuleitungsband.
8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der isolierenden Zwischenscheibe drei voneinander gelrennte, hintereinander angeordnete Bereiche metallisiert sind, daß der mittlere Bereich über gleichfalls metallisierte Seitenflächen der Zwischenscheibe mit der metallischen Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist, daß die beiden äußeren metallisierten Bereiche auf der Zwischenscheibe an bandförmige Elektrodenzuleitungen angeschlossen sind und daß auf einem dieser beiden äußeren metallisierten Bereiche der Halbleiterkörper mit seiner Kollektorzone ohmisch kontaktiert ist, während die übrigen metallisierten Bereiche über dünne Zuleitungsdrähte mit den zugehörigen Elektroden des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbunden sind.
9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenscheibe derart unterschiedlich dick ausgebildet ist, daß die an der Zwischenscheibe befestigten Zuleitungsbänder einen unterschiedlichen Abstand von der metallischen Grundplatte aufweisen.
10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenscheibe aus Keramik besteht.
11. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Scheibe, der Halbleiterkörper und dessen Anschlußstellen , an die bandförmigen Elektrodenzuleitungen in eine Kunststoffmasse, in Glas oder Keramik eingebettet bzw. eingegossen sind.
12. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Grundplatte aus versilbertem Molybdän besteht.
13. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Zuleitung zur Basis eines Hochfrequenztransistors mit 10 Watt Hochfrequenzleistung eine Breite von IO mm und einen Abstand von der metallischen Grundplatte von 0,5 mm hat und daß diese Breite proportional bzw. der Abstand zur Grundplatte umgekehrt proportional zur geplanten Leistung verkleinert wird.
14. Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das über Zuleitungsdrähte mit einer Transistorclektrode verbundene Zuleitungsband an seinem an der Zwischenscheibe befestigten Ende eine metallische Erhöhung aufweist, die für den Anschluß der Zuleitungsdrähte vorgesehen ist.
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