DE1914442C3 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement insbesondere einem Leistungstransistor, mit einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weite- ren von der Grundplatte isolierten bandförmigen Elektrodeiizuleitungen, die mit metallisierten Bereichen einer auf der Grundplatte angeordneten isolierenden Zwischenscheibe verbunden sind.
Die meisten bisher bekanntgewordenen Gehäuse für
Halbleiterbauelemente besitzen drahtförmige Zuleitungen mit kreisförmigem Querschnitt Diese drahtförmigen Zuleitungen bedingen relativ hohe Zuleitungsinduktivitäten, so daß derart aufgebaute Bauelemente für einen Einsatz bei hohen Frequenzen ungeeignet sind.
Zur Verminderung der Zuleitungsinduktivitäten wurde bereits vorgeschlagen, die Zuleitungen bandförmig auszubilden. So gibt es bereits Transistorbauelemente, die drei bis vier bandförmige Zuleitungen gleichen Querschnitts aufweisen, die in einer Ebene angeordnet sind und strahlenförmig auseinanderlaufen und mit denen in der Tat eine merkliche Reduzierung der Zuleitungsinduktivitäten erreicht wurde.
Es hat sich aber gezeigt daß auch bei diesen Anordnungen die erzielten Hochfrequenzeigenschaften nicht allen Anforderungen genügen.
Es wurde ferner bereits vorgeschlagen (DE-PS 14 858), ein Halbleitergehäuse derart aufzubauen, daß eine breitbandige Kompensation der Zuleitungsinduktivitäten und der Zuleitungskapazitäten am Ausgang und am Eingang eines Vierpol-Halbleiterbauelementes möglich ist. Hierzu wurde eine metallische Grundplatte mit der Elektrode des Halbleiterbauelementes verbunden, die dem Eingang und dem Ausgang des Vierpols
gemeinsam ist, während die anderen Elektroden des Bauelementes an bandförmige Zuleitungen angeschlossen werden, die eine bestimmte Breite und einen bestimmten Abstand von der metallischen Grundplatte aufweisen.
Zur Realisierung eines derartigen Gehäuseaufbaus wurde auf einer metallischen Grundplatte eine Zwischenscheibe aus einem isolierenden Material befestigt Bei der älteren Anordnung weist diese isolierende Zwischenscheibe auf ihrer von der Grundplatte abgewandten Oberflächenseite drei voneinander getrennte metallisierte Bereiche auf. Die Metallisierungen können beispielsweise aus Gold bestehen. Die drei metallisierten Oberflächenbereiche wurden hierbei in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei der mittlere Bereich über gleichfalls metallisierte Seitenflächen der Zwischenscheibe mit der metallischen Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist. Der Halbleiterkörper wurde bei der bekannten Anordnung auf einem der äußeren metallisierten Bereicne befestigt, während seine Elektroden mit dem mattieren metallisierten Bereich und dem am anderen Ende der isolierenden Zwischenscheibe liegenden dritten metallisierten Oberflächenbereich mittels dünner Zuleitungsdrähte elektrisch leitend verbunden wurden.
Bei der Kontaktierung eines Hochfrequenztransistors dient bei der bekannten Anordnung der mittlere metallisierte Bereich auf der isolierenden Zw schenscheibe als Emitteranschluß, während die beiden äußeren metallischen Bereiche, die mit bandförmigen Zuleitungen verbunden sind, als Kollektor- bzw. Basisanschluß dienen.
Der bekannten Ausbildung der Elektroden und Zuleitungen bei einem Gehäuse für einen Hochfrequenztransistor sind die Zuleitungen, die zu den Eingangselektroden und den Ausgangselektroden eines Halbleiterbauelementes führen, mit einem Wellenwiderstand ausgebildet, der dem als reell angenommenen Eingangswiderstand entspricht. Bei einer derartigen Ausbildung der Zuleitungen außerhalb und innerhalb des Gehäuses bilden die Zuleitungen keine induktive oder kapazitive Komponente des Eingangs- oder Ausgangswiderstandes mehr. Damit kann das Halbleiterbauelement beispielsweise in einem Hochfrequenzleistungsbreitbandverstärker eingesetzt werden.
Die Realisierung der angestrebten Widerstandsverhältnisse wird vor allem durch die unerwünscht hohen Zuleitungsinduktivitäten erschwert. Besonders bei hohen Frequenzen, beispielsweise über 300 MHz und bei Leistungstransistoren, deren Leistung beispielsweise über 10 Watt liegt, machen sich diese Zuleitungsinduktivitäten besonders störend bemerkbar. Es wurde z. B. errechnet, daß bei einer geforderten Frequenz von 300MHz und einer Verlustleistung von 10 Watt die Zuleitungsinduktivitäten einen Wert von 1,6 η Η nicht überschreiten dürfen. Liegt die Frequenzgrenze bei 500MHz, so beträgt der Wert für die maximale Zuleitungsinduktivität sogar nur 0,95 nH.
Bei dem eingangs beschriebenen Gehäuse für Hochfrequenztransistoren mit bandförmigen Elektrodenzuleitungen hat sich gezeigt, daß die Induktivitätsverhältnisse noch verbesserungswürdig sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung mit geringsten Zuleitungsinduktivitäten anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, daß die Zwischenscheibe mit vier voneinander isolierten metallischen Bereichen versehen ist, daß zwei der Metallisierungen einander gegenüberliegend am Rand der isolierenden Platte angeordnet sind, daß sich eine dritte Metallisierung zwischen den beiden am Rand angeord neten Metallisierungen erstreckt, und daß die dritte
Metallisierung durch einen kleinen Abstand von der
vierten, gleichfalls am Rand der Platte angeordneten
Metallisierung getrennt ist Bei der Anordnung der Kontaktmetallisierungen auf
ίο der isolierenden Zwischenscheibe wurde besonders darauf geachtet daß die Emitterzuleitungsinduktivität sehr klein gehalten wird. Dies ist vor allen deshalb notwendig, weil die Leistumgstransjstoren meist in Emitterschaltung betrieben werden. Je größer hierbei der Widerstand der Zuleitun.gsinduktivität ist, um so größer ist die Rückkopplung des Ausgangs auf den
Eingang, die entweder als Gegenkopplung oder als Mitkopplung störend wirkt Bei der Anordnung der metallisierten Bereiche auf
der isolierenden Zwischenscheibe können die folgenden wesentlichen Vorteile erzielt werden: Zwischen der Basiszuleitung und dem Halbleiterkörper besteht ein sehr kleiner Abstand, die Basiselektrode des Transistors kann mit mehreren, parallel zueinanderliegenden Kontaktierungsdrähten an den zugehörigen metallisierten Bereich angeschlossen werden.
Ebenfalls ein sehr kleiner Abstand besteht zwischen der Emittermetallisierung auf der isolierenden Zwischenscheibe und dem Halbleiterelement
Die Emittermetallisierung kann durch eine sehr kurze elektrische Zuleitung mit der metallischen Grundplatte verbunden werden.
Die Anordnung weist sehr günstige elektrische Eigenschaften auf und läßt sich sehr leicht in einer
Serienproduktion herstellen.
Um die geschilderten Vorteile zu erzielen, wird die isolierende Zwischenscheibe rechteckförmig oder rund ausgebildet Bei einer rechteckförmigen Zwischenscheibe sind die Oberflächenrandgebiete an allen vier Seiten zumindest teilweise mit je einer Metallisierung versehen, wobei sich eine der Metallisierungen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Metallisierungen, die nur einen Teil der Kantenlänge umfassen, bis in die Nähe der vierten Randmetallisierung erstreckt. Bei einer derartigen geometrischen Anordnung sind die beiden einander gegenüberliegenden Randmetallisierungen über die Seitenfläche der isolierenden Scheibe mit der metallischen Grundplatte elektrisch verbunden. Diese Randmetallisierungen dienen dann als Anschlußkon taktfläche für die Emitterelektroden des Leistungstran sistors, während die zwischen diesen Emitterkontaktflächen hindurchführende Metallisierung für die Aufnahme des oder der Halbleiterkörper und damit als Kollektorkontaktfläche vorgesehen ist
Vorzugsweise wird die Kollektorkontaktfläche T-förmig ausgebildet, wobei der breitere Teil der Metallisierung am Rand der isolierenden Platte angeordnet ist Der schmalere Teil der Metallisierung erstreckt sich dann zwischen den am Rand der Platte angeordneten Emitterkontaktflächen. Bei einer derartigen Anordnung wird auf den schmaleren Teil der T-förmigen Kollektorkontaktfläche in möglichst geringem Abstand von den Emitterkontaktflächen und der vierten, als Basisanschluß dienenden Basiskontaktfläche der oder die Halbleiterkörper mit ihren Kollektorzonen befestigt Die Emitter- und die Basiselektroden der Halbleiterköper werden mit dünnen Zuleitungsdrähten mit den zugeordneten Kontaktflächen auf der isolierenden
Zwischenscheibe elektrisch leitend verbunden. Die bisher geschilderte geometrische Anordnung der Metallflächen auf der isolierenden Zwischenscheibe eignet sich besonders für Frequenzen bis 300 MHz und für eine Leistung bis zu 10 Watt
Für höhere Frequenzen und für höhere Leistungen wird die isolierende Zwischenscheibe vorzugsweise gleichfalls rechteckförmig ausgebildet. Der Rand dieser Zwischenscheibe wird dann an einer Kante mit einer als Basiskontaktfläche dienenden Metallisierung versehen, während der der Basiskontaktfläche gegenüberliegende Rand der Platte zwei weitere als Emitterkontaktflächen dienende Metallisierungen aufnimmt. Die Emitterkontaktflächen sind dann vorzugsweise in den Oberfläclienbereichen der Platte angeordnet Zwischen diesen Emitterkontaktflächen ist eine vierte, als Kollektorkontaktfläche dienende Metallisierung hindurchgeführt, die sich bis in die unmittelbare Nähe der Basis-Metallkontaktfläche erstreckt Auch bei einer derartigen Anordnung wird die Kollektorkontaktfläche vorzugsweise T-förmig ausgebildet, wobei der breitere Teil der Kontaktfläche zwischen den Basis- und Emitterkontaktflächen angeordnet ist und sich beispielsweise über die ganze Breite der isolierenden Platte erstreckt Der schmalere Teil der Kollektorkontaktfläche ist dann zwischen den Emitterkontaktflächen, die in den Ecken der isolierenden Zwischenscheibe angeordnet sind, hindurchgeführt Auch bei einer derartigen Anordnung werden die Emitterkontaktflächen über Metallisierungen an den Seitenflächen der isolierenden Platte mit der metallischen Grundplatte elektrisch leitend verbunden.
Bei der zuletzt geschilderten und für höhere Frequenzen und höhere Leistungen geeigneten Anordnung werden ein oder mehrere Halbleiterkörper mit ihren Kollektorzonen auf dem breiteren Teil der T-förmigen Kollektorkontaktfläche befestigt Die Basis- und die Emitterelektroden der Transistoren werden durch dünne Zuleitungsdrähte mit den zugeordneten Kontaktflächen auf der isolierenden Platte elektrisch leitend verbunden. Für jede Elektrode werden Vorzugsweise mehrere dünne Zuleitungsdrähte verwendet die möglichst kurz sind und elektrisch parallelgeschaltet sind.
Die Erfindung soll im weiteren noch anhand der F i g. 1 bis 6 näher erläutert werden.
In der F i g. 1 ist in einer perspektivischen Ansicht eine metallische Platte 1 dargestellt, auf der beispielsweise zentrisch eine kleinere Zwischenscheibe 2 aus isolierendem Material befestigt ist Die isolierende Platte besteht beispielsweise aus Berylliumoxid, während für die Metallplatte 1 Molybdän vorteilhafte Verwendung findet Auf der Oberfläche der isolierenden Zwischenscheibe 2 sind vier metallisierte und voneinander isolierte Bereiche 5, 6, 7 und 8 angeordnet Die Metallisierungen bestehen beispielsweise aus dünnen aufgedruckten Goldschichten. Mit den Metallisierungen 7 bzw. 8 ist je eine bandförmige Elektrodenzuleitung 4 bzw. 3 verbunden, wobei sich die Zuleitungsbänder von der isolierenden Scheibe weg in einander entgegengesetzten Richtungen erstrecken. Diese Zuleitungsbinder dienen vorzugsweise bei der Kontaktierung eines Legierungstransistors als Basis- bzw. Kollektoranschlußleitung.
In der F i g. 2 ist in einer Draufsicht die Verteilung der Metallisierungsbereiche auf der Oberfläche der isotterenden Zwischenscheibe deutlicher zu erkennen. An einander gegenüberliegenden Kanten der Zwischenscheibe 2 sind Teile der Randbereiche mit Metallisierun gen 5 und 6 versehen, die, wie besonders aus der F i g. 1 deutlich wird, über gleichfalls metallisierte Teile der Seitenfläche der Zwischenscheibe mit dem metallischen Sockel 1 elektrisch leitend verbunden sind. Diese beiden Kontaktierungsflächen 5 und 6 dienen vorzugsweise als Anschluß für die Emitterelektroden eines zu kontaktierenden Leistungstransistors. Von einer weiteren freien Randfläche ausgehend, erstreckt sich zwischen die beiden Kontaktflächen 5 und 6 eine weitere Kontaktfläche 8, die vorzugsweise T-förmig ausgebildet ist Der breitere Teil 9 dieser Kontaktfläche schließt mit der Kante der isolierenden Zwischenscheibe ab und dient zum Befestigen der bandförmigen Elektrodenzuleitung 3 (Fig. 1). Der schmalere Teil 10 dieser Kontaktfläche befindet sich zwischen den Emiiterkoniaktfiächen 5 und 6 und dient vorzugsweise zur Kontaktierung der Kollektorzonen eines Transistorelementes. Die Randfläche an der noch freien Kante ist mit einer vierten Metallisierung 7 versehen, die bei der Kontaktierung eines Leistungstransistors vorzugsweise als Basiskontaktfläche dient und mit der bandförmigen Elektrodenzuleitung 4 (F i g. 1) elektrisch leitend verbunden ist
In der F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung dargestellt Auf einer metallischen Grundplatte 1 ist wiederum eine kleinere rechteckige Zwischenscheibe aus einem isolierenden Material befestigt Die Eckrandbereiche der Oberfläche der isolierenden Zwischenscheibe sind an zwei einander benachbarten Ecken mit den Oberflächenmetallisierungen 12 und 13 versehen, die über metallisierte Teile der Seitenflächen der isolierenden Scheibe mit der metallischen Grundplatte 1 elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen diesen beiden Metallisierungen 12 und 13 ist eine weitere Metallisierung 11 hindurchgeführt, die bis in die Nähe der weiteren Randmetallisierung 7 reicht Die Metallisierungen 7 und U sind, wie dies auch bei der Anordnung nach F i g. 1 der Fall ist an bandförmige Elektrodenzuleitungen 3 und 4 angeschlossen, die eine unterschiedliche Breite aufweisen.
Die geometrische Anordnung der Oberflächenmetallisierungen auf der isolierenden Zwischenscheibe sind in der F i g. 4 in Draufsicht auf die isolierende Zwischenscheibe 2 deutlich hervorgehoben. Die Metallisierung 11 (Fig.2), die den mittleren Teil der isolierenden Zwischenscheibe in deren ganzer Breite umfaßt, ist zwischen den Eckmetallisierungen 12 und 13 und der Randmetallisierung 7, die sich gleichfalls über die Breite der isolierenden Scheibe erstreckt, angeordnet Die Metallisierung 7 dient vorzugsweise zum Anschluß der Basiselektroden eines Leistungstransistors, während die Metallisierungen 12 und 13 als Emitterkontaktflächen dienen. Die Kollektorkontaktfläche 11 ist vorzugsweise T-förmig ausgebildet, wobei auf den breiteren Teil 15 dieser Kontaktfläche der oder die Halbleiterkörper mit ihren Kollektorzonen befestigt werden. An der schmalen Teil 14 der KoUektormetallisierung wird die bandförmige Zuleitung 3 (F i g. 3) angeschlossen. Da die Abstande zwischen dem Halbleiterkörper auf dei Kollektorkontaktfläche 15 und den den Hektroder zugeordneten Metallisierungen 7 bzw. 12 und 13 seni klein sind, können die durch die Verbindungsdraht« verursachten Induktivitäten sehr klein gehalten werdea
In der F ig. 5 ist die Kontaktierung eines Leistung» transistors dargestellt Hierbei wird von einer Metalli sierungsanordnung auf der Oberfläche der isolierendei Zwischenscheibe ausgegangen, wie sie in den Fig. 1 uns 2 dargestellt ist Der Halbleiterkörper 17 ist mit sein« Kollektorzone auf dem schmalen Teil 10 (Fig.2) dei
T-förmigen Kontaktfläche befestigt, wobei die Kollektorzone des Transistors ohmisch mit der Metallisierung und damit auch mit der bandförmigen Zuleitung 3 verbunden ist. Die Emitterelektroden 19 des Transistors werden mit mehreren dünnen Zuleitungsdrähten mit den zugeordneten Emitter-Kontaktflächen 5 und 6 elektrisch leitend verbunden. Die Emitter-Kontaktflächen 5 und 6 sind ihrerseits über die Seitenmetallisierungen 16 der isolierenden Zwischenscheibe an die metallische Grundplatte 1 angeschlossen. Die Basiselektrode 18 des Transistors wird gleichfalls mit einer Reihe parallel zueinander angeordneter Kontaktierungsdrähte 20 mit dem der Basiszone zugeordneten metallisierten Bereich 7 auf der isolierenden Zwischenscheibe verbunden. Die dünnen Kontaktierungsdrähte 20 sind
hierbei elektrisch zueinander parallel geschaltet, so daß die Gesamtinduktivität dieser Zuleitungsdrähte sehr gering ist. Wie sich aus der Darstellung in Fig.5 sehr deutlich ergibt, sind alle Anschlußwege zwischen dem Transistorkörper und den Kontaktflächen extrem klein. Die Emitter- und die Kollektorkontaktierungsdrähte überkreuzen sich an keiner Stelle, so daß die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den einzelnen Zonen des Transistorelementes ausgeschlossen ist.
In der F i g. 6 ist noch das fertige Halbleiterbauelement dargestellt. Zu seiner Fertigstellung wurde die isolierende Zwischenscheibe 2 zusammen mit dem Halbleiterkörper 17 und den Anschlußstellen der Zuleitungsbänder in Glas, Keramik oder einen Kunststoff 21 eingebettet bzw. eingegossen.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    1. Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement, insbesondere Leistungstransistor, mit einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weiteren von der Grundplatte isolierten, bandförmigen Elektrodenzuleitungen, die mit metallisierten Bereichen einer auf der Grundplatte angeordneten, isolierenden Zwischenscheibe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (2) mit vier voneinander isolierten metallischen Bereichen (5,6, 7,8) versehen ist, daß zwei der Metallisierungen (5,
    6) einander gegenüberliegend am Rand der isolierenden Platte (2) angeordnet sind, daß sich eine dritte Metallisierung (8) zwischen den beiden am Rand angeordneten Metallisierungen (5,6) erstreckt, und daß die dritte Metallisierung (8) durch einen kleinen Abstand von der vierten, gleichfalls am Rand der Platte angeordneten Metallisierung (7) getrennt ist
    2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegenüberliegenden Randmetallisierungen (5, 6) über die Seitenfläche der isolierenden Scheibe mit der metallischen Grundplatte (1) elektrisch verbunden sind, und daß diese Randmetallisierungen als Anschlußkontaktflächen für die Emitterelektroden des Leistungstransistors vorgesehen sind, während die zwischen diesen Emitterkontaktflächen hindurchführende Metallisierung (8) für die Aufnahme der Halbleiterkörper und damit als Kollektoranschlußfläche vorgesehen ist
    3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorkontaktfläche (8) T-förmig ausgebildet ist, wobei der breitere Teil (9) der Metallisierung am Rand der isolierenden Platte angeordnet ist während sich der schmalere Teil (10) der Metallisierung zwischen den am Rand der Platte angeordneten Emitterkontaktflächen (5,6) erstreckt.
    4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem schmaleren Teil (10) der T-förmigen Kollektorkontaktfläche (8) in möglichst geringem Abstand von den Emitterkontaktflächen (5, 6) und der vierten als Basisanschluß dienenden Basiskontaktfläche (7) der Halbleiterkörper (17) mit seiner Kollektorzone befestigt ist, und daß seine Emitter- und die Basiselektroden (18,19) des Leistungstransistors mit dünnen Zuleitungsdrähten (20) mit den zugeordneten Kontaktflächen (5,6,
    7) auf der isolierenden Platte 2 elektrisch leitend verbunden sind.
    5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte (2) rechteckförmig ausgebildet ist, daß der Rand dieser Platte an einer Kante mit einer als Basiskontaktfläche dienenden Metallisierung (7) versehen ist, daß der der Basiskontaktfläche gegenüberliegende Rand der Platte zwei weitere als Emitterkontaktflächen dienende Metallisierungen (12, 13) aufweist, die jeweils in den Oberflächeneckbereichen der Platte angeordnet sind, und daß zwischen diesen beiden Emitterkontaktflächen (12, 13) eine vierte als Kollektorkontaktfläche dienende Metallisierung (11) hindurchgeführt ist, die sich bis in die unmittelbare Nähe der Basismetallkontaktfläche (7) erstreckt.
    6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch Bekennzeichnet, daß die Kollektorkontaktfläche (11) T-förmig ausgebildet ist, wobei der breitere Teil (15) der Kontaktfläche zwischen den Basis- und Emitterkontaktflächen (7, 12, 13) angeordnet ist und sich über die ganze Breite der iso'ierenden Platte (2) erstreckt, während der schmalere Teil (14) der Kollektorkontaktfläche (11) zwischen den Emitterkontaktflächen (12,13) hindurchgeführt ist
    7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterkontaktflächen über Metallisierungen (16) an den Seitenflächen der isolierenden Platte (2) mit der metallischen Grundplatte (1) elektrisch leitend verbunden sind.
    8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (17) mit seiner Kollektorzone auf dem breiteren Teil (15) der T-förmigen Kollektorkontaktfläche (11) befestigt ist, und daß seine Emitter- und Basiselektroden durch dünne Zuleitungsdrähte mit den zugeordneten Kontaktflächen auf der isolierenden Platte elektrisch leitend verbunden sind.
    9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß zur Verbindung der Transistorelektroden (18,19) mit den zugeordneten Kontaktflächen (5, 6, 7) auf der isolierenden Platte (2) für jede Elektrode mehrere Zuleitungsdrähte (20) vorgesehen sind, die elektrisch parallel geschaltet sind.
    10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die isolierende Platte (2) aus Berylliumoxyd und die Metallisierungen aus Gold bestehen.
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