DE2128114A1 - Halbleiterhalterung fur hohe Fre quenzen - Google Patents

Halbleiterhalterung fur hohe Fre quenzen

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DE2128114A1 DE19712128114 DE2128114A DE2128114A1 DE 2128114 A1 DE2128114 A1 DE 2128114A1 DE 19712128114 DE19712128114 DE 19712128114 DE 2128114 A DE2128114 A DE 2128114A DE 2128114 A1 DE2128114 A1 DE 2128114A1
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Vahan Torrance Ruzinsky Herbert Manhatten Beach Calif Gasboushian (V St A)
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Description

TRW INCef Los Angeles j Californien (VoSt«A«)
Halbleiterhalterung för hohe Frequenzen
Die Erfindung betrifft eine Halbleitsrhalterung für Halbleiterbauteile, insbesondere für Halbleiterbauteile, die bei hohen Frequenzen arbeiten könnenβ
In dem Maße, in dem Wärmeabfuhr, Größe und andere Eigenschaften der Halbleiterbauteile die strengen Anforderungen von Hochfrequenzanwendungsfällen erfüllt haben, werden diese HalbleiterbauteiIe in «»nehmend großem Umfang für solche Anwendungsfälle verwendet. Der hier verwendete Ausdruck "Hochfrequenz" soll einen Frequenzbereich in der Größenordnung von etwa 2 bis 4 Gigahertz und höher umfassen· Zusätzlich zu den durch die physikalischen Eigenschaften der Halbleiterbauteile gegebenen Problemen ergeben sich bei den bekannten Bauteilen verschlechterte Eigenschaften, wenn sie bei hohen Frequenzen arbeiten» Als Beispiel für die beim Betrieb der bekannten Bauteile auftretenden Probleme seien wilde- oder Streuschwingungen»
H/m
109384/
21281H
Kreuzkopplungen zwischen den Bauelementen und Oberwellenveraerrungen genannt. Die bei den bekannten Bauteilen beim Betrieb rait hohen Frequenzen auftretenden Problem® können durch die körperliche Ausgestaltung der Halterung und durch die räumlich geometrische Ausbildung der Halbleiterelemente verringert werden.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Halbleiterhalterung für hohe Frequenzen löst einen Großteil der bei dan bekannten Bauteilen auftretenden Probleme« Wilde- oder Streuschwingungen W können deshalb auftreten, weil ein Teil des Ausgangs des Bauteils unbeabsichtigt mit dem Eingang des Bauteils rückgekoppelt ist» Rückkopplung kann durch zwischen den Leitungen vorhandene Kapazität, zu hohe Induktivität der Leitung, Streuinduktivität oder -kapazität der Verdrahtung oder dergl. auftreten, wobei der genaue Weg der Rückkopplung oft schwierig zu bestimmen ist. Bei den bekannten Halbleiterbauteilen wird üblicherweise eine Basisleitung verwendet, die aufgrund der speziellen Halterung eine erhebliche Länge hat. Bei der Halterung eines an einer , ;.. anderen Baugruppe zu befestigenden Bauteils wurde da§ , Basisgebiet des Halbleitarbauteils über eine solche Ent« fernung mit einem leitenden Unterlagebauteil verbundenf„..., dass wegen der Induktivität der langen. Verbindungsleitung*, der Kapazität zwischen den Leitungen oder dergl»Streu- , f schwingungen auftreten konnten. Durch die erfindungsge- . ^s. maß vorgeschlagene Halbleiterhalterung wird das Problem -φκ der übermäßigen Leitungslängen im wesentlichen gelost, so , daß die Leitungsinduktivität durch die vorgeschlagene Konstruktion weitgehend vermindert wird«, Mit Metall, bepch^ch«-, r_ tete wärmeleitende keramische Bauteile sind^eeignerfe,so- -, wohl Befestigungsabschnitte für den Halbleiterbauteil zu
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bilden, als auch den Abstand zwischen den aktiven Gebieten der AnschlußflSchen möglichst gering zu haiten*
Um die Streuschwingungen und das Auftreten von unerwünschten harmonischen Signalen weiter zu vermindern, befaßt sich die erfindungsgemäße Halbleiterhalterung für hohe Frequenzen rait der möglichst weitgehenden Unterdrückung der nachteiligen Auswirkungen von infolge des in den an die aktiven Gebiete des Halbleiterbauteile angeschlossenen Leitungen, fließenden Stroms erzeugten magnetischen Feldern. Durch Kombination einer fingerartig ineinandergreifenden geometrischen Ausbildung des Halbleiterbauteils mit entsprechender Ausrichtung zu den metallbeschichteten, wärmeleitenden keramischen Bauteilen werden die die aktiven Gebiete des Halbleiterbauteils mit den Anschlüssen verbindenden Leitungsdrähte so miteinander verkreust, daß sich entgegengesetzte magnetische und elektrische Felder aufhebenβ Die im wesentlichen vollständige gegenseitige Unterdrückung entgegengesetzter Felder führt zu einem Bauteil, bei dem wilde- oder Streuschwingungen und das Auftreten von unerwünschten Oberwellenverzerrungen weitgehend vermieden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Halbleiterhalterung für Hochfrequenzhaibleitsr zu schaffen, bei welcher die Leitungsinduktivität weitgehend vermindert ist, so daß geringe Streuschwingungen und Oberwellenverzerrungen bzw. geringeres Klirren erreicht wird. Erfindungsgemäß wird eine Halbleiterhalterung für hohe Frequenzen vorgeschlagen, die eine Kombination von geschichteten Bauelementen aufweist, um den Aufbau der endgültigen Halterung so auszubilden, daß die Leitungslängen weitgehend verringert werden und dadurch die Streuschwingungen und unerwünschte
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BAD ORIGINAL
Oberwellenverzerrungen vermindert werden» Ein mit Metall beschichteter keramischer Bauteil wird innerhalb der Ausnehmung befestigt. Der keramische Bauteil ist an seiner mit dem kupfernen Halter in Berührung stehenden Unterseite vollständig mit einer Metallschicht belegt. Die Oberseite 1st in zwei Abschnitten mit Metall schichten versehen, von denen die erste ein U-fÖrmiger Abschnitt und die zweite ein T-fdrmiger Abschnitt ist, wobei der senkrechte Abschnitt der T-förmigen Metallschicht zwischen die geöffneten Schenkel der U-förmigen Metallschicht eingreift. Die parallelen
w Schenkel der u-förmigen Metallschicht weisen von der Oberseite zur Unterseite des Keramikbauteils durchlaufende Öffnungen auf, die ebenfalls mit einer Metallschicht belegt sind, so daß sie eine Leitungsbahn zum kupfernen Halter bilden. Ein U-förmlger, metallisierter, wärmeleitender keramischer Bauteil ist auf der U-förraigen Metallschicht auf der Oberseite des ersten keramischen Bauteils angeordnet. Der zweite keramische Bauteil ist nur an der Ober- und Unterseite mit Metall beschichtet und geringfügig schmaler als die U-förmige Metallschicht, auf welcher er angeordnet 1st. Da der zweite keramische Bauteil schmaler als die Metallschicht ist, auf welcher er sitzt, wird auf dem U- förmig mit Metall beschichteten Abschnitt ein Anschluß gebiet gebildet.
Ein üblicherweise als Transistor ausgebildetes HalblelterplKttchen wird auf dem senkrechten Abschnitt der T-förmigen Metallschicht des metallisierten keramischen Bauteils befestigt· Das TransistorplSttchen hat eine fingerartig ineinandergreifende geometrische Ausbildung der Basis- und Emitter-Gebiete· Die aktiven Gebiete sind mit den Kontaktflächen so durch Heftverbindungen verbunden, daß die Lei-
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tungen verkreuzt sind. Durch die Verkreuzung der Leitungen werden entgegengesetzte magnetische und elektrische Felder unterdrückt, die durch die in den Leitungen des Halbleitarbauteils fließenden Ströme erzeugt werden« Durch die Ausrichtung der. metal!beschichteten wärmeleitenden keramischen Bauteile werden die Leitungslängen auf ein Minimum verkürzt, so daß wilde«· oder Streuschwingungen und das Auftreten von unerwünschten Oberwellenverzerrungen weitgehend vermieden werden·
Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:
Fig» 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Halbleiterhalterung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Halbleiter halterung;
Fig· 3 eine entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 geschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Halbleiterhalterung;
Fig· 4 eine vergrößerte Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterung entlang der Linie 4-4 in Fig. 2;
Fig. 5a
und 5b eine Draufsicht bzw» Seitenansicht eines in der erfindungsgemäßen Halbleiterhaiterung verwendbaren Transistorplättchens}
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht des auf der in Fig. 4 gezeigten Halterung angeordneten Transistorpiattchensj und
Fig· 7 eine Sxplosionsdarstellung der erfindungsgemäß aufgebaut«» Halbleiterhalterung»
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Zn Fig« 1 ist eine zusammengesetzte, gemäß der Erfindung aufgebaute Halbleiterhalterung gezeigt, wobei die Halterung in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichnet iste Ein metallischer Halter 11 bildet den Unterteil der Halterung» 0er metallische Halter 11 besteht aus drei Abschnitten, zwei äußeren Abschnitten 12 und einer Ausnehmung 13» Die Ausnehmung 13 ist von den Süßeren Abschnitten 12 durch parallele, senkrecht verlaufende Winde 14 getrennt» Die senkrechten Wände 14 bilden die äußersten Teile einer Abschirmung des zusaramengebauten Halbleiterbauteile· Auf einem metall-beschichteten ? wärmeleitenden keramischen Bauteil 16 ist ein Halbleiter plättchen 15 befestigt· An der erfindungsgemäßen HaIblelterhalterung sind planparallele Kontaktfahnen oder Anschlußstreifen 1? und 18 befestigt, die den Anschluß asu den aktiven Gebieten des Halblelterplättchens 15 herstellen. Die äußeren Abschnitte 12 des metallischen Halters 11 sind mit Bohrungen 19 versehen, die von der.Oberseite zur Unterseite durchlaufen und die Möglichkeit bieten, den Halter 11 in einer größeren Baugruppe au befestigen*
Der Halter 11 1st vorzugsweise aus sauerstoff-freiem Kupfer hoher Leitfähigkeit hergestellt» Die Verwendung eines sol- * chen Materials wird bevorzugt* weil die Herstellung der erfindungsgemSßen Halbleiterhalterung üblicherweise unter Anwendung «Ines Hartidtverfahrens in einer reduzierenden Atmosphäre oder einer Atmosphäre aus üblichem Formiergas erfolgt· Wenn zum Zeltpunkt des Lötvorgangs Sauerstoff im Kupfer enthalten 1st, kann eine Reaktion auftreten, die ein Anschwellen, des Kupfers zur Folge hat und dadurch Lötbrüchigkeit hervorruft· Das Vorhandensein von Lötbruchstellen iA Kupferhait«r 11 kamt dann zu verschlechterten thermischen und elektrischen Eigenschaften des fertigen Produkts führen:
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Als Halbleiterplättchen IS kann jedes übliche Halbleiterbauteil verwendet werden, welches für Hochfrequenzbetrieb geeignet 1st, wobei der spezielle Typ des zu verwendenden Halbleiterbauteils nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
Die Anordnung des Halbleiterpl ättchens 15 in der erfindungsgemäßen Halterung 10 geht am besten aus Fig. 2 hervor« Der Transistor 15 ist auf einer Metallschicht 25 des Metallbeschichteten, wärmeleitenden keramischen Bauteils 16 befestigt«
Die Metallschicht 25 hat im wesentlichen die Form eines "T", dessen senkrechter Abschnitt 26 das Gebiet sum Befestigen des TransistorplSttchens 15 bildet. Der querverlaufende Abschnitt 27 der Metallschicht 25 dient zum Befestigen des Anschlußstreifens 18. Auf der Oberfläche des itetall-beschichteten, wärmeleitenden keramischen Bauteils 16 1st auch eine Metallschicht 28 aufgebracht« Die Metallschicht 28 dient zur Verminderung der Leitungslängen von einem aktiven Gebiet des Transistorplättchens 15 aus, so daß die Leitungsinduktivität und andere unerwünschte elektrische Eigenschaften vermindert werden, die ohne eine solche Verringerung der LeitungslSnge auftreten würden. Bei der in Fig· 2 gezeigten Ausführungsform 1st das den Emitter des TransistorplSttchens 15 darstellende aktive Gebiet mit dem Anschlußstreifen 17 verbunden, wShrend das die Basis des Traneistorplättchens 15 bildende aktive Gebiet mit der Metallschicht 28 verbunden ist. Das den Kollektor des Transistorplättchens 15 bildende aktive Gebiet ist mit dem Anschlußstreifen 18 verbunden. Die Art und Weise, In der die Anschlüsse am Transistorplättchen 15 erfindungsgemSß hergestellt werden, wird im folgenden näher erläutert.
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Die neuen Elemente der erfindungsgemüßen Halbleitar halterung für hohe Frequenzen sind am besten der Pig» 4 am entnehmenβ Die Ausnehmung 13 des kupfernen Halters 11 dient aur Halterung der vereinigten Bauelementeθ Figo 4 geigt sine Schnitt« ansicht entlang der Linie 4-4 in Fig« 2» Zur besseren Veranschaulichung wird das in Fig* 4 gezeigte in Verbindung mit der Herstellung der Halts-rung selbst erläutert, und deshalb wird auch Beäug auf die'Fig-* 7 genommen s in d©r die einzelnen Elemente der Baugruppe geseigt siado In der Ausnehmung 13 des kupfernen Halters 11 wird ein eutektlsches Formplatte P chen 35 eingesetzt» Die Querabmessung des eutektische^ Form«»· plättchens 35 ist so bemessen.» daß zwischen ά®η Kanten des eutektischen ForBsplEttchens 35 und denWSnden 14 Spalte 36 bleiben« Die Spalte 36 bieten genügend Raum für eine spätere Kapselung des Halbleiterbauteils«, Das eutektische Formplatte chen 35 kann aus einem bekannten eutelctischen Haterial beistehen» jedoch wird ein eutektisches Silber-Kupfer—Material bevorzugt, welchess aus etwa 72 % Silber und- 28 % Kupfer besteht und unter der Bezeichnung Βΐ-Folie käuflich erhältlich ist.
Der metallisierte« wärmeleitende keramische Bauteil 16 wird ^ auf das eutektische Plättchen 35 aufgesetzt« Der keramische Bauteil 16 ist, wie in Fig. 4 geaeigt ist, auf seiner Ober-, und Unterseite mit Metallschichtesi versehen· Eine Metallschicht 37 auf der Unterseite des keramischen Bauteils 16 bedeckt die ,gesamte Unterseite des Bauteils und stellt da*· durch Ober Beine gesamte Fläche Kpntakt mit dem eutektlschen Forjaplättchen 35 her. Die Ausbildung der Metallisierung an der Oberseite des keramischen Bauteils 16 gebt am fcj&s&en aus Fi^e 7 hervor. Die Metallschicht auf der Oberseite des keramischen Bauteile 16 «eist swel Abschnitte auf, die im
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lichen U-förmig ausgebildete Metallschicht 28 und die im wesentlichen T-förmige Metallschicht 25 <> In den parallelen Schenkalabschnitten d<sr Unförmigen Metallschicht 28 sind von der Oberseite sur Unterseite des keramischen Bauteile 16 durchlaufende öffnungen 38 vorgesehen« Auf den Wand« abschnitten der Öffnungen 38 ist jeweils eine Metallschicht 39 aufgebracht» so daß zwischen der Metallschicht 28 und der Metallschicht 37 eine elektrische Verbindung besteht» Die T-fSrinige Metallschicht 25 weist zwei Abschnitte, den senkrechten Abschnitt 26 und den querverlaufenden Abschnitt 27 auf» Dar senkrechte Abschnitt 26 erstreckt sich zwischen die geöffneten Schenkel der IT-förmigen Metallschicht 28, ist jedoch von dieser isolierte. Der querverlaufende Abschnitt 27 liegt innerhalb der Grenzen der parallelen Schenkel der U-fSrmigen Metallschicht 28 und ist, ebenso wie der senkrechte Abschnitt 36, von der Metallschicht 28 isoliert* Die Metallschichten 25, 28, 37 und 39 können aus üblichen Kontaktmetallen bestehen, sind jedoch bevorzugt aus Gold hergestellt., Der metal 1-beschichtete, wärmeleitende keramische Bauteil 16 ist vorzugsweise aus Berylliumoxid (BeO) hergestellt, kann jedoch auch aus Aluminiumoxid (Al2CKj) bestehen. BeO hat bessere LeitfShigkeitseigenschaften und ist deshalb besonders für solche Bauteile geeignet, bei dener hohe Wärsieleitfähigkeitseigenschaften verlangt werden«» Bei der Handhabung und Verarbeitung von BeO muß sorgfältig vorgegangen werden, weil pulverförmiges BeO für das ItIe1SChliehe Atmungesystem gefährlich ist, weshalb durch geeignete Ausrüstung sichergestellt werden muß, daß kein unzulässiger Kontakt mit dem Material stattfindet, wenn ein BeO-Bauteil bearbeitet oder geschliffen wird«
Zur Bildung der elektrischen Anschlüsse an den verbleibenden aktiven Gebieten des Transistorplättchens 15 wird ein eutek-
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tisches Forsaplättchen 40 auf der Metallschicht 28 des keramischen Bauteils 16 aufgesetzt* Das eutektische Formplätt» chen 40 hat Im wesentlichen di© gleiche Form wie die Metallschicht 28» ist jedoch quer zu den Schenkeln des eutektische Formplättchens 40 schmaler als die entsprachende Abmessung der Metallschicht 28* Die geringere Querschnittslänge des eutektische^ Portaplättchens 40 gegenüber der Metallschicht 23 ISflt einen Abschnitt 41 jedes Schenkels der Metallschicht 28 unbedeckt« Die freien Abschnitte 41 dienen . sur Herstellung von Kontakt an einem der aktiven Gebiete des TransistorplSttchens 15« Das eutektische Formplättchen 40 kann aus bekanntem eutektische® Material bestehen, jedoch wird bevorzugt das auch für das eutektische Forraplättehen verwendete Materials d» h« aus Silber und Kupfer bestehende BT-FoIie verwendete
Auf dem eutektischen Forraplättchen 40 und ausgerichtet zu diesem wird ein Metall-beschichteter 9 wärmeleitender keramischer Bauteil 42 aufgesetzt* Aus Figs 7 geht hervor, daß der keramische Bauteil 42 auf der Ober- und Unterseite mit Metallschichten 43 baw« 44 versehen ist, von denen die Metallschicht 44 in inniger Berührung sit dem eutektischen Porraplättchen 40 steht· Die Metallschichten 43 und 44 sind wegen des Fehlens einer Metallbeschichtimg der Seitenwinde 45 des Rietall-beschlchteten keramischen Bauteile 42 von» einander Isoliert« Die Metallschichten 43 und 44 können aus bekannten Kontaktssstallen bestehen, Jedoch wird vorzugsweise Sold verwendet« Per metallisierte keramische Bauteil 42 besteht aus bekannten wärmeleitenden Keramikstoffen, wie ζ« B· BerylliusDOxid oder Aluminiumoxid. Da in diesem Gebiet der Halterung Jedoch geringere Anforderungen an die Wärmeleitfähigkeit gestellt werden» wird der metall-beachichtete
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keramische Bauteil wegen der leichteren Verarbeitung und der geringeren Kosten vorzugsweise aus Aluminiumoxid hergestellt»
Um einen elektrischen Anschluß an den aktiven Gebieten des Transistorplättchens 15 herzustellen, muß eine Möglichkeit sum Anschluß des Anschlußstreifens 17 geschaffen »erden« Bei der erfindungsgemSßen Halterung wird der Anschlußstreifen 17 dadurch befestigt, daß ein eutektisches Formplatt chen 35 auf der Metallschicht 43 des keramischen Bauteils 42 aufgesetzt und mit diesem ausgerichtet wird· Das eutektische Formplättchen 45 hat im wesentlichen die gleiche U-Form wie der keramische Bauteil 42, jedoch ist seine Abmessung quer zu seinen Schenkeln geringfügig kleiner als die entsprechende Abmessung des keramischen Bauteils 42· Der Kontaktstreifen 17 wird auf dem eutektischen Formplättchen 45 aufgesetzt und mit ihm ausgefluchtet. Das eutektische Formplättchen 45 kann aus bekanntem eutektische»» Material bestehen, ist jedoch vorzugsweise aus der im vorstehenden beschriebenen, aus Silber und Kupfer bestehenden BT-Folie hergestellt. Der Anschlußstrelfen 17 ist aus bekanntem, mit dem eutektischen FormplSttchen 45 verbindbaren Kontaktmaterial hergestellt·
Um eine Basis für das TransistorplSttchen 15 zu bilden, wird ein eutektlsches FormplSttchen 46 auf der Metallschicht 25 aufgesetzt und suit ihr ausgerichtet* Das eutektische FormplSttchen 46 hat ie wesentlichen die gleiche T-Form wie die Metallschicht 25 und besteht aus einem senkrechten Abschnitt 47 und einem oberen querverlaufenden Abschnitt 48« Ebenso wie die anderen eutektischen ForeplSttchen 35, 4$ und 45 ist das eutektische FonaplSttchen 46 geringfügig schmaler als die Metallschicht 25 wm eine Ausdehnung
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des Hartlotprozesses auszugleichene Der Anschlußstreifen 18 Ist auf dem oberen quer verlaufenden Abschnitt des eutektisehen Forraplättchens 46 befestigt* Das eutektische Formplättchen 46 kann ebenso vjia die anderen Formplättchen aus bekannten eutektischen Materialien hergestellt jseirij, besteht jedoch vorzugsweise aus der oben beschriebenen aus Silber und Kupfer bestehenden BT~Foliee
Die Anordnung des Transistorplättchens 15 in der erfindungs« gemäßen Halterung geht am besten aus Fige 6 hervor c Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hat das Transistorplättchen 15 die am besten aus den Fige 5a und 5b su erkennende geometrische Ausbildung,, Das Transistorplättchen
aus
15 ist aus einem n-leitendeir Silicium bestehenden Halblei t er plättchen hergestellte Iia HalbleiterplSttchen ist ein Basisgebiet 50 gebildet, wobei ein Emittergebiet 51 im Basisgebiet 50 so angeordnet ist, daß fingerartig ineinandergreifende Basis- und Emittergebiete entstehen* Die ineinandergreifenden Basis- und Emittergebiete 50 und 51 sind mittels bekannter Verfahren hergestellt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung* Elektrische Anschlüsse werden an den aktiven Gebieten des Transistorplättchens 15 durch Aufbringen von-Metallschichten 52 und 53 auf den fingerförmigen Basis- und Emittergebieten 50 bzw» 51 hergestellt» Die Metallschichten 52 und 53 bestehen aus üblichen Kontaktmetallen« Sie sind auf den aktiven Gebieten 50 und 51 mittels bekannter Verfahren, beispielsweise durch Vakuumaufdampfung abgeschieden« In Fige 6 ist zu erkennen, daß das Transistorplättchen 15 auf dem senkrechten Abschnitt 47 des eutektische» Formplättchens 46 angeordnet ist» Der Kollektor 54 steht dann in elektrischem Kontakt mit der Metallschicht 25 und dem Anschlußstreifen 18„ Zur Herstellung eines elek-
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trischen Kontakts salt den aktiven Gebieten 50 und 51 des Transistorplättchens 15 werden Heftverbindungen verwendet, bei a®nen drahtförmig© Leiter von den fingerartig ineinandergreifenden Stellen aus entlang der Metallschichten 52 und 53 zu den zugehörigen Anschlußstellen verlaufen» Zur Herstellung des elektrischen Anschlusses am Basisgebiet 50 verlaufen die drahtfSrmigen Leiter 55 von einer Stelle auf der Metallschicht 52 aus ku den freien Abschnitten 41 der Metallschicht 28« Das Basisgebiet 50 ist deshalb über die integrale Verbindung der Metal!schichten 28„ 39 und 37 elektrisch mit dem Kupferhalter 11 verbunden« Der elektrische Anschluß am Emittergebiet 51 wird durch eine Verbindung geeigneter Zwischenstellen der Metallschicht 53 mit den beiden Unförmigen Abschnitten des AnschltiSstreifens 17 durch die drahtform!gen Leiter 56 hergestellt* Die elektrischen Anschlüsse an den Basis·» und Emittergebieten 50 und 51 werden abwechselnd hergestellt, wodurch die Drahtleiter 55 und 56 verkettet sind» Dieses Verketten oder die Heftverbindung der Drahtleiter 55 und 56 führt zu einer gegenseitigen Löschung der durch die in den Leitern 55 und 56 fließenden Ströme erzeugten magnetischen und elektrischen Felder· Die LSschung oder Unterdrückung der entgegengesetzten Felder verhindert wilde- oder Streuschwingungen und unterstützt die Unterdrückung unerwünschter Oberwellenverzerrungen« Die Drahtleiter 55 und 56 können aus bekanntem Leitermaterial bestehen, sind jedoch vorzugsweise aus Gold hergestellt«
Wenn das Transistorplättchen 15 in die erfindungsgemäße Halterung eingesetzt ist, sind entsprechend den angestrebten Zielen die Leiterlängen möglichst weitgehend vsrfcürst und die Streuschwingungen und Oberwellenverzerrungen erheb-
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lieh vermindert=, Die Schichtung der keramischen Bauteile 16 und 42 erlaubt eine Verbindung des Emittergebiets 51 mittels der kurzen Leiter 56 am Emitteranschlußstreifen 17, wie in Pig· 6 gezeigt ist« Zusätzlich erlaubt dia Schichtung in Verbindung mit den Metall-beschichteten öffnungen 38 des keramischen Bauteils 16 eine Verbindung des Basisgebiets 50 mit dem Kupferhalter 11 über die kurzen AnschluSlelter 55* Durch die Kombination der in Figo 6 gezeigten baulichen Ausbildung und des in den Fig* 5a und 5b gezeigten geometrischen Aufbaue des HalbleiterplSttchens kann die verkettete Verbindung zur Unterdrückung der entgegengesetzten Felder verwendet werden» die durch in den an den aktiven Gebieten des Transistorplättchens 15 angeschlossenen Leitern flie0enden Strom entstehen.
Ein besseres Verständnis der Art und Weise, in der die Hochfrequens-Halbleiterhalterung zusammengesetzt ist, kann aus Fig« 7 gewonnen werden, In der eine auseinandergezogene oder explodierte Zusammenstellungsansicht der erfindungsgemüfien Halterung gezeigt ist. Der vorgesehene Kupferhalter 11 besteht aus sauerstoff-freiem Kupfer hoher Leitfähigkeitβ Die Verwendung von sauerstoff-freiem Kupfer für den Halter 11 wird bevorzugt, weil die Herstellung der erfindungsge« mSßen Halbleiterhalterung üblicherweise unter Anwendung eines Hartlötverfahrens in einer reduzierenden Atmosphäre oder einer Atmosphäre aus üblichem Formiergas erfolgt. Wenn zum Zeitpunkt des Lötvorgangs Sauerstoff im Kupfer enthalten ist, kann eine Reaktion auftreten, die ein Anschwellen des Kupfers zur Folge hat und dadurch LStbrüchigkeit hervorruft« LStbruchstellen verschlechtern jedoch notwendigerweise die thermische» und elektrischen Eigenschaften des fertigen Produkts. Der Halter 11 wird entfettet und in
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eine reduzierende Atmosphäre eingesetzt, um in seiner Oberfläche eingeschlossenen Sauerstoff su entfernen«. Xn der Ausnehmung 13 des Halters 11 wird das eutektische Formplättchen 35 ©ingesetst* Das eutektische Plättchen 35 kann, wie erwähnt, ein übliches eutektisches Material sein, jedoch wird vorzugsweise ein aus etwa 72 % Silber und 28 % Kupfer bestehendes eutektische;» Material verwendet· Die Abmessung des Pormplättchens 35 in Querrichtung ist geringfügig kleiner als die Entfernung zwischen den Wänden 14» Die verblei·» benden Spalte erlauben ein eutektisehes Fließen beim Erwärmen« Der metallisierte) wärmeleitende keramische Bauteil 16 wird auf das eutektische Formplättchen 35 aufgesetzt, wobei die Metallschicht 37 in enge Berührung mit dem FortnplSttchen 35 gebracht und mit ihm ausgerichtet wird* Der keramische Bauteil 16 besteht, «ie erwähnt, vorzugsweise aus BeO9 Das eutektische Formplättchen 40 t^ird auf der ü-föraigen Metallschicht 28 auf der Oberseite des keramischen Bauteils 16 aufgesetzt und mit ihr ausgerichtete Das Plättchen 40 1st geringfügig schmaler als die Metallschicht 2ββ Dieser Größenunterschied erlaubt ein Fließen des eutektischen Materials beim Erwärmen« Auf dem eutektischen Formplättchen 40 wird der metall-beschichtete* wärmeleitende keramische Bauteil 42 aufgesetzt und mit ihm ausgerichtet, wobei die an seiner Unterseite befindliche Metallschicht 44 in enge Berührung mit dem eutektischen Plättchen 40 kommt· Auf dem keramischen Bauteil 42 wird das eutektische Formplättchen 45 auf» gesetzt und ausgerichtet, wobei es in enge Berührung mit der Metallschicht 43 auf der Oberseite des keramischen Bauteils 42 kommt. Auf dem Plättchen 45 wird der Emitter-Anschlußstreifen 17 aufgesetzt, wobei der U-förmige Abschnitt des Streifens 17 mit dem U-formigen Abschnitt des eutektischen Plättchens 45 und des unter diesem befindlichen keramischen Bauteils 42 ausgerichtet wird. Das eutektische
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Formplättchen 46 ^ird auf die auf der Oberfläche des keramischen Bauteils 16 irorhandene T~förmige Metallschicht 25 aufgesetzt mid Eait ihr in Berührung gebrecht» Der Kollektor^ Änschlußstraifeß IS tiird auf «km quernrerlaufenden Abschnitt 48 des T««f Sinnigen eutektische»"ForrapiSttchens 46 aufgesetzt und in eng© Berühi*ung mit ihm gebracht, wodurch der An-« schlußstreifen 1.0 im wesentlichen koplanar sum Anschlußstreifen 17 angeordnet ist* Die isa. vorstehenden beschriebe«· nen Einzelelemente werden dann in eine Ldtschablcme einge-P setzt und sit Gewichten belastet; um die Ausrichtung der Einzelelemente sicherzustellen., Die sur Gewichtsbelastung der in der L5tschablone bef indl'icheii Einsei elemente ver^ wendete Einrichtung ist au« eiaera inerten Material f z» B0 Kohle, einem keramischen Material oder korrosionsbeatfindige» Stahl hergestellt» Durch di© inerten Gewichte wird jede Reaktion mit der zn vereinigenden HaltErung vermieden.
Die geiiichtsböla^teten Einseleleiaonte werden dsnn in einen Ofen mit einer sauerstoff-freien Atmosphäre eingesetzt, wobei die Ofenatajosphäre entweder Waüt«rstpff oder tifeliehes Pormiergae ist'. Eie Temperatur Xm Ofen inuß oberhalb der m, eutektischen Temperatur der für die eutektischen chen 35, 40, 45 und 46 verwendeten Materialien liegen» Wenn diese Plättchen aus einem eutektischen Material IZ % Silber und 28 % Kupfer bestehen, liegt 41e
Temperatur etwa bei 779° C. In di«*eBi fall wird #4« Ofentemperatur typischerweise auf einer Temperatur von 820° C gelialten» Pie Baugruppe wird dann mit einer
schwindlgkelt von etwa 5 Gm/min durch den ©f#n geführt, wobei die Gesamtverweiiaseit 4* öf«n einer halben und zwei Stunden lieft.« öl· OfenverweilSEeit Durchlaufgecchtfindigkeit. durch den Q£mn l»lnf#n
der speziellen Ofenausgestaltung ab* Mach der Vereinigung der Halterung läßt man diese im Ofen auf Raumtemperatur abkühlen, wobei im Ofen dieglöichen Umg@bungsbedingungen wie während des Hartlötprozesses aufrechterhalten werden« Diese Umgebung ist also entweder eine reduzierende Atmosphäre oder sine AtasosphSre aus üblichem Formiergase Die Abkühlung der vereinigten Halterung in einer solchen Atmosphäre verhindert eine Oxidation des Kupferhalters 11„ Der nächste Sehritt aur Herstellung des Halbleiterbauteils ist das Befestigen des TransistorpiSttchens 15· Das Plättchen wird auf einem Weichlötplättchen angeordnet und auf den senkrechten Abschnitt 47 des froheren eutektischen Fonaplättchens &6 aufgesetzt« Diese Baugruppe wird dann in eine inerte Atmosphäre eingesetzt und auf eine Tempera-
tür von etwa 400 C erv/SrEvfc«, Hierdurch wird ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kollektorgebiet 54 des Transistors 15 und der Metallschicht 27 des keramischen Bauteils 16 hergestellt.
Zur Vervollständigung der erfindungsgesaäßen Halterung müssen die Basis- und Emittergebiete (50 baw. 513 mit den entsprechenden elektrischen Anschlüssen verbunden werden» Das Emittergebiet 51 wird mit dem Esaitter-Anschlußstreifen 17 verbunden, während das Basisgebiet 50 mit den Abschnitten 41 der Metallschicht 28 auf der Oberfläche des keramischen Bauteils 16 verbunden wirde Die Anschlußleiter werden mittels Üblicher Verfahren, wie %<, B» mit Warne und Druckanwendung arbeitenden oder mit Ultraschallverfahren an den aktiven Gebieten 50 und 51 des Transistorplättchens 15 befestigt. Die
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drahtföraigen Leiter 55 sind, wie in Pig« 6 gezeigt ist9 auf dem Basisgebiet 50 und die Drahtleiter 56 sind auf deta Eiaitt@rg©bi@t 51 befestigt« Di© Leiter 55 und 56 sind vorzugsweise aus Gold hergestellt, es können jedoch auch aus üblichen § s« B» aus Alusalniusa bestehende Ansehlußdrähte verwendet t£@rd©n« Die Leiter 55 und 56 werden in der im vorstehenden beschriebenen Meise verkettet aufgeheftet* Die Art und Weise, in der die Brühte von jedem fingerarti— gen Abschnitt der Metall schiel* t&n 52 und 53 auf der Oberseite des Transistor plättchens 15 aus verlaufen,, geht am " besten aus Pig» 2 hervor« Die an der Metallschicht 52 auf dem Basisgebiet 50 angeschlossenen Drnhtleiter 55 sind mit de® Abschnitt 41 dar Metallschicht 28 verbunden« Die Drahtleiter 56 verlaufen von der Metallschicht 53 auf dem Emit« tergebiet 51 sum Bmitter-Anschlyßstreifen 17» Die abwechselnde Verbindung von Leitern schafft die erwähnte verkettete Konfiguration a
Im folgenden yird auf Fig. 3 Bssug genommenf in dsr ein Querschnitt durch das erfindtmgsgeiaäß aufgebaute Endprodukt gezeigt ist«. Das fertige Teil ist in die Ausnehmung des Kupferhalters 11 eingesetzt und in ihr befestigt» Um ^ die gesamte Baugruppe gegen schädliche Umgebungseinflüsse su schützen wird eine formmäßlg angepaßte Schicht aus Kunststoff oder einer anderen Preßnasse innerhalb der Wände des Halters 11 auf der Baugruppe aufgebrachte Auf diese Weise ist die gesamte Baugruppe einschließlich des Transistors 15 gegen ungünstige Umgebungseinflüsse abgeschlossen und geschützte,
Die erfindungsgemäßö Halbleiterhalterung verhindert das Auftreten von Streuschwingungen wesentlich und unterdrückt
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die Bildung von unerwünschten Oberv/ellenverserrungeno Außerdem arbeitet die erfindirngsgomaße ilaitßrung b®i hohen Fre·» quensßn? 5ührt au airier größeren Biitriebsbeindbreite und erniSg.licht eine größere Ausgangsleistung als bai den be-Halblei tor baut @ii on c
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    \i Halbleiterhalterung gekennzeichnet durch einen metall!» sehen Halter (11) mit einer &ur Herstellung von thermischem und elektrischem Kontakt geeigneten Ausnehmung (13); einen ersten metallisierten keramischen Bauteil (16) mit von seiner Oberseite zn seiner Unterseite durchlaufenden Öffnungen (38), dessen Unterseite mit einer Metallschicht (37) und dessen Oberseite mit einer metallischen Beschichtung belegt ist, wobei die Beschichtung der Oberseite aus zwei voneinander isolierten Metallschichten (28, 25) besteht, Ton denen die erste eine Einheit mit einer Beschichtung der Öffnungen (38) bildet, so daß sie elektrisch mit der Metallschicht (37) auf der Unterseite des keramischen Bauteils (16) verbunden 1st, die Ihrerseits mit der Ausnehmung (13) des Halters (11) verbunden ist; einen zweiten metallisierten keramischen Bauteil (42) slit im wesentlichen der ersten Metallschicht C 28) des ersten keramischen Bauteils (16) entsprechend geformter Ober- und Unterseite, dessen Oberseite mit einer-Metallschicht (43) versehen ist und dessen Unterseite auf einem Teil der ersten Metallschicht (28) des ersten keramischen Bauteils (16) befestigt 1st, ohne diese Schicht völlig zu bedecken; erste und zweite Anschlußleitungen (18, 17) zur Herstellung von elektrischem Kontakt mit der zweiten Metallschicht (25) auf der Oberseite des keramischen Bauteils (16) bzw. der Metallschicht (43) auf der Oberseite des zweiten keramischen Bauteils (42); ein Halbleiterplättchen (15) mit wenigstens zwei aktiven Gebieten, welches auf der zweiten Metallschicht (25) auf der Oberseite des ersten keramischen Bauteils (16) angeschlossen ist; und durch Leiter (56; 55) sun Anschließen der
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    aktiven Gebiete des Halbleit@rplMttch©ns (15) unter weitgehender Unterdrückung isagnetischer und elektrischer Felder an dar zweiten Anschlußleitung C17) tev< der ersten Metallschicht (28) auf der Oberseite des ersten keramischen Bauteils (16)·
    2» Halbleiterhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplättcheii (15) ein Transistorplättchen ist·
    3. Halbleitsrhalterung nach Anspruch Z9 dadurch gekennseichnet, daß die ersten Leiter (56) Abschnitte des Basisgebiets des Transistorplättchens (15) mit der ersten Metallschicht (28) auf der Oberseite des ersten keramischen Bauteils (16) und die zweiten Leiter (55) Abschnitte üQS Emittergebiets des Transistorplättchens mit der ersten Anschlußleitung (17) derart verbinden, daß die Leiter miteinander verkettet sindo
    4» Halbl&lterhalterung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite metallisierte keramische Bauteil (16; 42) aus unterschiedlichen Kiraiaikisaterialien (z.B» BeO und Al2O3) bestehen«
    5» Halbleitsrhalterung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet t daß der erste metallisierte, keramische Bauteil (16) aus BeO besteht.
    6· Halbleiterhalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Balter (11) aus sauerstoff-freiem Rupfer hoher Leitfähigkeit besteht·
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    7· Halbleiterfcalterung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite des zweiten keramischen Bauteils (42) mit: einer Metallschicht (44) belegt ist.
    8· Halbleiterhalterung nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (56, 55) miteinander verkettet sind·
    9« Halbleiterhalterung für Hochfrequenzbetrieb nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (11) aus Kupfer besteht, wobei der zweite zur Aufnahme elektrischer Kontaktflächen geeignete Abschnitt vom ersten und dritten Abschnitt durch »it Abstand voneinander angeordnete Wände (14) getrennt ist? daß der erste metallisierte, fcaraaische Bauteil (16) auf den zweiten Abschnitt des aus Kupfer bestehenden Halters (11) aufsetzbar ist} daß der zweite metallisierte, keramische Bauteil (42) auf seiner Ober- und Unterseite sit einer vierten bzw» fünften Metallschicht (43 bzw. 44) belegt ist, wobei die fünfte Metallschicht (44) mit einem Teil der zweiten Metallschicht (28) verbunden ist, ohne diese gänzlich zu bedecken; daß das Halbleiter plättchen (15) wenigstens drei in ihm gebildete aktive Gebiete aufweist und an der dritten Metallschicht (25) befestigt ist, wobei eines der aktiven Gebiete in elektrischen Kontakt mit der dritten Metallschicht (25) steht{ daß eine erste Anschlußleitung (18) zur Herstellung von elektrischen Kontakt mit der dritten Metallschicht (25) und eine zweite Anschlußleitung (17) zur Herstellung von elektrischen Kontakt mit der vierten Metallschicht (43) vorgesehen ist} daß die ersten Leiter (56) das «weite der aktiven Gebiete des Halbleiterplättchens (15) mit der zweiten Anschlußleitung (17) verbinden;
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    und daß die zweiten Leiter (55) mit den ersten Leitern (56) verkettet sind und das dritte der aktiven Gebiete mit dom Abschnitt der zweiten Metallschicht (28) verbinden» der nicht mit der fünften Metalischicht (44) verbunden ist·
    10· Halbleiterhalterung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite metallisierte, keramische Bauteil (16; 42) aus unterschiedlichen Keramiktnaterialien (z· B, BeO und Al2O3) bestehen·'
    11« Halbleiterhalterung nach Anspruch 1Oy dadurch gekennzeichnet, daß der erste keramische Bauteil (16) aus BeO besteht·
    12· Halbleiterhalterung nach Anspruch 10 oder H9 dadurch gekennzeichnet, daß der zweite keramische Bauteil (42) aus Aluminiumoxid (Al^O,) besteht«,
    13. Halbleitsrhalterung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Halblei terplättchen (15) ein Transistorplättchen ist«
    14· Halbleiterhalterung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Metallschicht (28) einen ersten, mit einer Seitenfläche des ersten metallisierten, keramischen Bauteils (16) ausgerichteten Abschnitt und einen zweiten und dritten mit Abstand voneinander parallel verlaufenden Abschnitt aufweist, die von den gegenüberliegenden Enden des ersten Abschnitts ausgehen, wobei der zweite und der dritte Abschnitt jeweils mit einer inner halb der öffnungen (38) vorgesehenen Metallbeschichtung
    109884/1635 BAD ORfGfNAt.
    eine Einheit bildet, so daß die erste und die aweite Metallschicht C37} 28) und die Öffnungen C38) elektrisch verbunden sind«
    15· Halbleiterhalterung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die dsritt© Metallschicht (25) im wesentlichen T-förmig ausgebildet ist und ©iss©» ersten 9 zwischen dem zweiten und dritten Abschnitt der sweiten Metallschicht (28) liegenden.ersten Abschnitt und einen an einen Ende des ersten Abschnitts anschließenden querverlaufenden Abschnitt (27) aufweist» der sich vom ersten Abschnitt (26) aus nach entgegengesetzten Seiten um etwa die gleiche Länge erstreckt.
    16» Halbleiterhaiterung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet „ daß das Halbleiterplättchen (15) auf dem ersten Abschnitt (26) der dritten Metallschicht (25) angeordnet ist.
    17· Halbleiterhalterung nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Leiter (56; 55) verkettete metallische Leiter sind.
    18 ο Halbleltarhalterung für Hochfrequenzbetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet! daß der Halter (11) aus Kupfer besteht und Befestigungseinrichtungen (19) aufweist; daß die zweite Metallschicht (28) des an seiner Unterseite mit einer ersten und an seiner Oberseite mit einer zweiten und dritten Metallschicht (37 und 28, 25) belegten ersten keramischen Bauteils (16) U-förmig ausgebildet ist, während die dritte Metallschicht (25) im wesentlichen die Form eines aus einem senkrechten und einem querverlaufenden Abschnitt (26, 27) zusammengesetzten, mit der zweiten Netallschicht
    10988A/163 5
    21281IA
    zusammenwirkenden, jedoch von ihr isolierten T hat; daß der zweite metallisierte, keramische Bauteil (42) im wesentlichen U-föriaig ausgebildet und die* an seiner Oberseite vorgesehene Metallschicht als vierte und an seiner Unterseite eine fünfte Hetallschicht (44) vorgesehen ist, wobei die fünfte Hetallschicht (44) derart an nur einem ersten Abschnitt der zweiten Metallschicht (28) befestigt ist, daß ein zweiter Abschnitt (41) der zweiten Metallschicht freibleibtj daß die erste metallische Anschlußleitung (18) an der dritten Metallschicht (25) angeschlossen ist; daß die zweite metallische Anschlußleitung (17) an ihrem Ende mit Abstand voneinander parallel vorspringende Abschnitte hat, die mit der vierten Metallschicht (43) verbunden sind, wodurch die vorspringenden Abschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des senkrechten Abschnitts (26) der dritten Metallschicht (25) liegenj daß das als Transistorplättchen ausgebildete HalbleiterplSttchen (15) einen als Kollektor ausgebildeten Grundkörper und Basis- und Emittergebiete (50, 51) hat, die fingerartig ineinandergreifend zusammenwirken, wobei das Kollektorgebiet an die dritte Metallschicht (25) angeschlossen ist; daß die ersten metallischen Leiter (56) die fingerartigen Abschnitte des Emittergebiets (51) rait jedem der vorspringenden Abschnitte der ersten metallischen Anschlußleitung (17) verbinden; daß dia zweiten metallischen Leiter (55) die fingerartigen Abschnitte des Basisgebiets (50) mit den freiliegenden zweiten Abschnitten (41) der zweiten Metallschicht (28) verbinden; und daß eine Kapselung der Ausnehmung (13) vorgesehen 1st·
    19. Halbleiterhalterung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite metallisierte, keramische Bauteil (16; 42) aus unterschiedlichen keramischen
    109884/1635 BAU ORIGINAL.
    - 26 -
    Materialien (z.B* BeO und Al2O3) bestehen«
    20» Halbleiterhalterung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der erst® metallisierte, keramische Bauteil (16) aus BeO besteht.
    21· Halbleiterhalterung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten metallischen Leiter (56, 55) miteinander verkettet sind«
    109884/163 BAD ORIGINAL'
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