HU195363B - Arrangement of terminals for power transistors - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya kivezetéselrendezés teljesítménytranzisztorokhoz, amelyek fésűszerűen fogazott peremű emittertartománnyal vannak kiképezve, ahol a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező (3) alatti fedőoxidrétegben a fésűszerű résznél fognyílások (2) vannak kiképezve, amelyek a tényleges emittertartományt (1) körülvevően vannak elrendezve. A találmány lényege, hogy az átmenő fémezett érintkező (3) alatti fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások (2) szélének az emitterútmenet (4) szélétől való távolsága (d) a kivezetés (5) melletti részeknél nagyobb, mint a fésűszerű fogazás többi részén. -1-

Description

A találmány tárgya kivezetéselrendezés teljesítménytranzisztorokhoz, amelynek segítségével a szekunder átütéssel szembeni szilárdság megnő.

A teljesítmény tranzisztorok paraméterei között szerepel mint adat a megengedhető maximális kollektorteljesítmény, amely alatt egy olyan teljesítmény értendő, amely a tranzisztor működése közben hővé alakul át, és amelyet a kollektoron folyó áram és a kollektor-emitter közötti feszültség segítségével határozunk meg. Ennek a teljesítménynek az értéke az adott tranzisztor konstrukciós kialakításától nagymértékben függ, és döntően befolyásolja, hogy a hővezetés a tranzisztoron belül a félvezető chiptől a környezetig hogyan van megvalósítva. Ahhoz azonban, hogy a félvezető chiptől a teljes hőt el tudjuk vezetni, biztosítani kell a teljesítménytranzisztor teljes működését tartományában, hogy a hő egyenletesen oszoljon el a félvezető felületén, mivel ha a chiptérfogatra eső áramelosztás egyenetlen, akkor már elvileg sem lehet egyenletes a hőelvezetés. Teljesítménytranzisztoroknál a chipek vízszintes irányban fésűfogszerűen kiképezett peremmel ellátott emittertartománnyal vannak kiképezve,és ehhez egy megfelelő fésűszerű fogazassál kiképezett peremű bázistartomány is tartozik. Ennek az elrendezésnek az a célja, hogy egyenletesebb legyen az áramerősítési tényezőnek az emitteráramtól való függése, mivel ezzel az elrendezéssel az emitteráram útjának az emitter peremére való kiszorítását csökkentjük. Az áram útjának ezen kiszorítását az emittertartomány alatti bázis keresztirányú ellenállása okozza. Ez a jelenség különösen a diffúziós, azaz bipoláris tranzisztoroknál lép fel, ahol a bázisnak a keresztirányú ellenállása igen nagymértékben függ a kollektor és emitter közötti feszültségtől. Az előbb említett áramkiszorítási jelenség egyike azoknak a fő jellemzőknek, amelyek befolyásolják a teljesítménytranzisztor szilárdságát a szekunder átütéssel szemben, mivel az emittertartomány alatti ún. „meleg helyek” területe és hőmérséklete a bázis keresztirányú ellenállásától függ.

A fent említett szekunder átütéssel szembeni nem megfelelő szilárdság kialakulásánál igen jelentős szerepet játszik az emittertartomány azon részének a túlmelegedése, amelyhez a kivezetése van csatlakoztatva, mivel a csatlakozási helyen az áramsűrűség rendkívül nagyértékű. Az emitter ezen részének az átfolyó áram okozta túlmelegedése további egyenetlen hőmérsékleteloszlást eredményez a vízszintes chip-síkban, amely egyenetlen hőmérsékleteloszlás a pozitív hővisszacsatolással együtt az emitter kivezetése alatti rész hőmérsékletét jelentősen megnöveli és helyi túlmelegedések kialakulását eredményezi, amelyek a tranzisztornak a szekunder átütéssel szembeni szilárdságát, különösen nagy emitteráramok esetében jelentősen lecsökkenti. Ez például akkor következik be, ha nagy emitteráramot bocsátunk át impulzusüzemben, vagy kisebb a kollektor-emitter feszültség, de igen nagy az emitteráram. Ez a jelenség különösen a kevéssé szennyezett bázisú tranzisztoroknál figyelhető meg fokozottan, ahol is a szekunder átütéskor a bázisréteg belső hőmérséklete lokálisan váltakozik. Ez a bázishőmérséklet-változás, párosulva a szennyezés egyenetlen eloszlásával, a fő oka annak, hogy a teljesítménytranzisztorok, különösen pedig a planár technológiával készült tranzisztorok szilárdsága a szekunder átütéssel szemben lényegesen kisebb, mint a homogén szennyezettségű bázisú vagy epitaxiális tranzisztorok esetében.

Az ismert tranzisztorgyártási technológiáknál úgy járnak el a szekunder átütéssel szembeni szilárdság növelésére, hogy az emittertartomány alatti bázis keresztirányú ellenállását behatárolják, azaz a bázisban levő aktív szennyező anyag koncentrációját növelik ,vagy megnövelik a bázis vastagságát. Ez azonban csak az emitteráram sávokban történő hozzávezetésével hatásos. Az emitterhozzávezetés alatti melegebb helyek például úgy korlátozhatók, hogy több vezetékkel csatlakozunk az emitterhez ,vagy több emitteres elrendezést alakítunk, ahol több kiegyenlítő ellenállás is van. Ezek a technológiák azonban meglehetősen költségesek, bonyolultak,és nagy munkaerő- és időráfordítást is szükségessé tesznek.

A találmány feladata, hogy a fenti hátrányokat kiküszöböljük, és egy olyan elrendezést hozzunk létre, ahol a tranzisztor kivezetéseinek és érintkező felületeinek az elrendezésével kedvezőbb paramétereket lehet biztosítani.

A feladat megoldására olyan kivezetéselrendezést hoztunk létre teljesítménytranzisztorokhoz, amelyek fésűszerűen fogazott peremű emittertartománnyal vannak kiképezve, ahol a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező alatt a fedőoxidrétegben a fésűszerű résznél fognyílások vannak kiképezve, amelyek a tényleges emittertartományt körülvevően vannak elrendezve.

A találmány lényege, hogy az átmenő fémezett érintkező alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások szélének az emitterátmenet szélétől való távolsága az emittertartomány kivezetését határoló részekben nagyobb, mint a fésűszerű fogazás többi részén.

Előnyös, ha a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező alatt fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások szélének az emitterátmenet szélétől való távolsága a tényleges enúttertartomány kivezetését határoló részekben legnagyobb méretűre és az emittertartomány kivezetésétől való eltávolodással fokozatosan csökkenő méretűre van kialakítva.

Előnyös továbbá, ha az átmenő fémezett érintkező alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások egymástól elszigetelt, egyszerű geometriai alakzatú előnyösen téglalap alakú — több részből vannak kialakítva, ahol az egyes részek felülete az emittertartomány kivezetésétől való eltávolodással növekvő méretűnek, míg a részek közötti távolság az emittertartomány kivezetésétől való eltávolodással csökkenő méretűnek van kiképezve.

Á találmány szerinti elrendezéssel az emitterhez történő hozzávezetés alatti emittertartományra kifejtett pozitív hővisszacsatolást oly módon csökkentjük

-2195 363 le, hogy a bázistartományhoz vezető fémes érintkező alatti fedőoxidrétegben kiképzett fognyílás szélének az cmittcrátmenet szélétől való távolságát a tényleges emittcrtartomány kivezetését határoló részeknél megnöveljük, és ez a távolságnövekedés a bázistartomány felületi ellenállását is megnöveli, az áramerősítési tényezőt pedig lecsökkenti. A tranzisztor chipjcnck a felületen így az árameloszlás nem lesz egyenletes, az áramsűrűség és a melegedés pedig a fentemlített tartományban kisebb lesz, mint a chip többi részén, ily módon az emitterkivezetés alatti területeken a nem kívánt melegedés bizonyos mértékig kiegyenlítődik, és a chip egész felületét tekintve is hőkiegyenlítődés tapasztalható. Ha a chip többi részén a bázistartományt megfelelő geometriai kialakításban hozzuk létre, ami azt jelenti, hogy az átmenő fém érintkezők alatti oxidrétegben megfelelő szélességű és hosszúságú fogakat képezünk ki fésűszerű elrendezésben, akkor lehetőség van a fent leírt hatás továbbnövelésére. A tényleges emittertartománynak a kivezetéshez menő részeinél lévő emittetátmenet szélének és az átmenő fémezett, a bázisréteghez vezető érintkező alatti fedőoxidrétegben lévő fognyílás széle közötti távolság és a tranzisztor többi részénél mért ezen távolságoknak az aránya, a bázisban lévő aktív anyag adalék koncentrációjától függ, és ez az arány célszerűen 1,2 - 3.

A találmány szerinti tranzisztorkonstrukció a teljesítménytranzisztoroknak a szekunder átütéssel szembeni szilárdságát jelentősen megnöveb az eddigi gyártási technológiák alkalmazása és az eddigiekkel azonos munkaráfordítás mellett. A diffúziós bázisú teljesítménytranzisztorok szekunder átütéssel szembeni szilárdsága megközelíti ily módon az epitaxiális tranzisztorok hasonló paraméterét mégpedig úgy, hogy a megengedhető kollektorveszteség megnövelt kollektor-e mitter feszültség értéke mellett keletkezik és a teljesítménytranzisztor további előnyös dinamikai paraméterei sem változnak meg.

A találmány szerinti chipelrendezést a továbbiakban példakénti kiviteli alakok segítségével, a mellékelt ábrákon ismertetjük részletesebben.

Az 1. ábrán látható az ismert emittertartomány elrendezés és kivezetés, valamint látható az ábrán egy körrel bejelölve az a tartomány, amelyet a találmányunk érint, a 2. ábrán látható a fésűfogszerű perem és a kivezetés egy részlete a találmány szerint megoldva, a 3. ábrán látható a találmány egy további példakénti kiviteli alakja, a 4. ábrán látható végül még egy további kiviteli alak.

Az 1. ábrán látható tehát a klasszikus kialakítású teljesítmcnytranzisztor chipjének a konstrukciós kialakítása, mégpedig az 1 einittertarloinány fésíífogszerííen kiképzett peremmel és megfelelő 2 fognyílásokkal, amelyek a bázistartományboz vezető átmenő fémezett 3 érintkező alatti fedőoxidrétegben vannak kiképezve. Látható továbbá az 1. ábrán a 4 emitterátmenet peremének kiképzése, valamint a tényleges e műtérhez vezető csatlakozó 5 kivezetés.

A 2. ábrán látható a találmány szerint kiképzett 2 fognyílás egy példakénti kiviteli alakja, amelynél megfigyelhető, hogy a bázistartományhoz vezető fémezett 3 érintkező alatti oxidrétegben lévő 2 fognyílás széle, a 4 emitterátmenet szélétől az 5 kivezetés tartományában távolabb van, mint az elrendezés többi részén. A 2. ábrán látható kiviteli alak részletesen mutatja a találmány szerinti elrendezés egyik olyan kiviteli alakját, ahol a fedő oxidrétegben az átmenő fémezett 3 érintkező alatt kiképzett 2 fognyílás széle és a 4 emitterátmenet széle közötti d távolság az 5 kivezetés tartományában az 1,2—3,5-szöröse a többi részekhez képest.

A 3. ábrán látható az 1. ábrán bemutatott teljesítménytranzisztor belső chipjének elrendezése azon kiviteli alakjában, amikor a d távolság, azaz a 2 fognyílás széle és a 4 emitterátmenet széle közötti d távolság az 5 kivezetés tartományánál a legnagyobb, és az 5 kivezetéstől távolodva fokozatosan csökken. A 4. ábrán látható kiviteli alaknál az 1. ábrán bemutatott chipelrendezés egy további találmány szerinti kiviteli alakja látható. Itt a bázishoz vezető fémezett 3 érintkező alatti fedő oxidrétegben lévő 2 fognyílás több egymástól elszigetelt résszel van kiképezve, amelyeknek alakja különböző lehet, célszerűen azonban téglalap alakú, ahol (mint a jelen kiviteli példa esetén) a téglalap felülete úgy van kiképezve, hogy a legkisebb felületű van az 5 kivezetés tartományánál kiképezve és a legnagyobb az 5 kivezetéstől a legtávolabb eső részen. Az is látható az ábrán, az egyes 6 részek közötti távolság az 5 kivezetés irányába növekszik, tehát az 5 kivezetés tartományában vannak egymástól a legtávolabb és a külső peremnél a legközelebb.

A találmány szerint kialakított elrendezéssel a diffúziós bázisú teljesítmény tranzisztorok szekunder átütéssel szembeni szilárdsága megnő.

Claims (2)

1. Kivezetéselrendezés teljesítménytranzisztorokhoz, amelyek fésűszerűen fogazott peremű emittertartománnyal vannak kiképezve, ahol a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező alatt a fedőoxidrétegben a fésűszerű résznél fognyílások vannak kiképezve, amelyek a tényleges emittertartományt körülvevően vannak elrendezve, azzal jellemezre, hogy az átnenő fémezett érintkező (3) alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások (2) szélének az emitterátnenet (4) szélétől való távolsága (d) az emittertartomány (1) kivezetését (5) határoló részekben nagyobb, mint a fésűszerű fogazás többi részén.

2. Az 1. igénypont szerinti kivezeteselrcndezés, azzal jellemezre, hogy a bázisréteghez vezető átmenő fémezett érintkező (3) alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyilások (2) szélének az emitterátmenet (4) szélétől való távolsága fd) a tényleges emittertartoniány kivezetését (5) határoló részekben legnagyobb méretűre,és az emittertartomány kivezetésétől (5) való eltávolodással fokozatosan csökkenő inéretű-31

195 363 re van kialakítva.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti kivezetése Rendezés, azzal jellemezve, hogy az átmenő fémezett érintkező (3) alatt levő fedőoxidrétegben kiképzett fognyílások egymástól elszigetelt, egyszerű geometriai alakzatú — előnyösen téglalap alakú — több részből vannak kialakítva, ahol az egyes részek (6) felülete az emittertartomány (1) kivezetésétől (5) való eltávolodással növekvő' méretűek, míg a részek (6) közötti távolság az emittertartomány (1) kivezetésétől

5 (5) való eltávolodással csökkenő méretűnek van kiképezve.

2 db rajz