JPH0613513A - マイクロ波半導体装置 - Google Patents
マイクロ波半導体装置Info
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- JPH0613513A JPH0613513A JP16805092A JP16805092A JPH0613513A JP H0613513 A JPH0613513 A JP H0613513A JP 16805092 A JP16805092 A JP 16805092A JP 16805092 A JP16805092 A JP 16805092A JP H0613513 A JPH0613513 A JP H0613513A
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- JP
- Japan
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- multipactor
- electrodes
- semiconductor device
- electrode
- microwave semiconductor
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 マイクロ波半導体装置及びその放電防止方法
に関し，高真空で使用する場合に発生するマルチパクタ
を防止することを目的とする。 【構成】 半導体素子１を収容したパッケージ２と, 半
導体素子１に接続されてパッケージ２から外部空間に出
た複数の電極3, 4, 5 と，複数の電極3, 4, 5 同志の近
接部における少なくとも一つの電極表面に絶縁物被覆６
を有するマイクロ波半導体装置により構成する。
に関し，高真空で使用する場合に発生するマルチパクタ
を防止することを目的とする。 【構成】 半導体素子１を収容したパッケージ２と, 半
導体素子１に接続されてパッケージ２から外部空間に出
た複数の電極3, 4, 5 と，複数の電極3, 4, 5 同志の近
接部における少なくとも一つの電極表面に絶縁物被覆６
を有するマイクロ波半導体装置により構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波半導体装置及
びその放電防止方法に関する。人工衛星などの超高真空
で使用されるマイクロ波半導体装置は，特に高出力のも
のは，マルチパクタと呼ばれる一種の放電現象を起こ
し，ノイズの原因となり，マルチパクタの著しい場合は
マイクロ波半導体装置が破壊されることもある。
びその放電防止方法に関する。人工衛星などの超高真空
で使用されるマイクロ波半導体装置は，特に高出力のも
のは，マルチパクタと呼ばれる一種の放電現象を起こ
し，ノイズの原因となり，マルチパクタの著しい場合は
マイクロ波半導体装置が破壊されることもある。
【０００２】本発明はマルチパクタを防ぐ構造を持つマ
イクロ波半導体装置及び放電防止方法を提供するもので
ある。
イクロ波半導体装置及び放電防止方法を提供するもので
ある。
【０００３】
【従来の技術】図４はマイクロ波半導体装置の斜視図の
一例を示し，２はセラミックパッケージ，2aはキャッ
プ，３はソース電極，４はドレイン電極，５はゲート電
極を表す。半導体素子はセラミックパッケージ２の中に
密封され，外部空間にソース電極３，ドレイン電極４，
ゲート電極５が出ている。
一例を示し，２はセラミックパッケージ，2aはキャッ
プ，３はソース電極，４はドレイン電極，５はゲート電
極を表す。半導体素子はセラミックパッケージ２の中に
密封され，外部空間にソース電極３，ドレイン電極４，
ゲート電極５が出ている。
【０００４】マルチパクタは超高真空もしくは超高出力
でしか起こらないため，従来は特に対策が取られていな
い。図５はマルチパクタを説明する図で，(a) はマルチ
パクタ発生の原理図, (b)は二次電子放出比，(c) はマ
ルチパクタ発生領域を示す。
でしか起こらないため，従来は特に対策が取られていな
い。図５はマルチパクタを説明する図で，(a) はマルチ
パクタ発生の原理図, (b)は二次電子放出比，(c) はマ
ルチパクタ発生領域を示す。
【０００５】図５(a) に示すような電極Ａ，Ｂに電圧を
かけると，普通はコンデンサとして作動する。しかし，
高電界がかかると電極から電子が叩き出され，放電を起
こす。特に，かける電圧がマイクロ波の場合，次のよう
なことが起こる。
かけると，普通はコンデンサとして作動する。しかし，
高電界がかかると電極から電子が叩き出され，放電を起
こす。特に，かける電圧がマイクロ波の場合，次のよう
なことが起こる。
【０００６】十分なエネルギーを得て電極Ａから叩き出
された電子は，電界により電極Ｂに到達すると二次電子
を放出する。この時，電界の位相が逆に変わると，放出
された二次電子は逆に電極Ｂより電極Ａに向かい，再び
二次電子を放出する。今，一次電子が叩き出す二次電子
の個数より多いと，電極間を流れる電流はこの現象によ
り増倍を起こす。この現象はマルチパクタと呼ばれ，特
に高真空中に現れる。
された電子は，電界により電極Ｂに到達すると二次電子
を放出する。この時，電界の位相が逆に変わると，放出
された二次電子は逆に電極Ｂより電極Ａに向かい，再び
二次電子を放出する。今，一次電子が叩き出す二次電子
の個数より多いと，電極間を流れる電流はこの現象によ
り増倍を起こす。この現象はマルチパクタと呼ばれ，特
に高真空中に現れる。
【０００７】マルチパクタは一種の放電現象であり，瞬
間的なマルチパクタはノイズを発生させ，雑音の原因と
なる。また，ひどい場合は半導体素子そのもの，もしく
は放電の生じた電極表面を破壊する。特に，高真空中で
は，電子のライフタイムが大気中より大幅に延びるた
め，マルチパクタは比較的容易に発生する。
間的なマルチパクタはノイズを発生させ，雑音の原因と
なる。また，ひどい場合は半導体素子そのもの，もしく
は放電の生じた電極表面を破壊する。特に，高真空中で
は，電子のライフタイムが大気中より大幅に延びるた
め，マルチパクタは比較的容易に発生する。
【０００８】このため，人工衛星搭載用装置を設計する
場合は，マルチパクタ発生のないようにする必要があ
る。今，二次電子放出比δを式１で定義する。
場合は，マルチパクタ発生のないようにする必要があ
る。今，二次電子放出比δを式１で定義する。
【０００９】
【式１】 δ＝（二次電子放出個数）／（一次電子
放出個数） マルチパクタが起こるためにはδが１より大きい必要が
ある。δは一次電子の持つエネルギーの関数であり，図
５(b) はその様子を示す。横軸は図５(a) のＸ方向に対
し１個の一次電子の持つ平均エネルギーである。Ｅ1 よ
り低いエネルギー領域では，エネルギーが低いためδは
１より小さくなる。また，Ｅ2 より高いエネルギー領域
では，電子は電極表面より深い所で二次電子を放出する
が，電子は表面に出て来ることが困難となる。このた
め，マルチパクタはＥ1 からＥ2 のエネルギー範囲でし
か起こらない。
放出個数） マルチパクタが起こるためにはδが１より大きい必要が
ある。δは一次電子の持つエネルギーの関数であり，図
５(b) はその様子を示す。横軸は図５(a) のＸ方向に対
し１個の一次電子の持つ平均エネルギーである。Ｅ1 よ
り低いエネルギー領域では，エネルギーが低いためδは
１より小さくなる。また，Ｅ2 より高いエネルギー領域
では，電子は電極表面より深い所で二次電子を放出する
が，電子は表面に出て来ることが困難となる。このた
め，マルチパクタはＥ1 からＥ2 のエネルギー範囲でし
か起こらない。
【００１０】また，マルチパクタの起こるために必要な
電圧，周波数及び電極間距離は，式２で与えられる（
"The Study Of Multipactor Breakdown In Space Elect
ronicSystem" Hughes Aircraft Company,NASA Contract
or Report, NASA CR-448 July1966 参照）。
電圧，周波数及び電極間距離は，式２で与えられる（
"The Study Of Multipactor Breakdown In Space Elect
ronicSystem" Hughes Aircraft Company,NASA Contract
or Report, NASA CR-448 July1966 参照）。
【００１１】
【式２】 Ｖp ＝（ｍ／ｅ）・（１／Φ）・（２π
ｆ・ｄ）2 ここで，Φ＝（（Ｋ＋１）／（Ｋ−１））π COSφ＋２
SINφであり， Ｖp はマルチパクタの起こる電圧のピーク電圧 ｍは電子の質量 ｅは素電荷 Ｋは電子の速度比（ｕf ／ｕ0 ）で，ｕ0 は電極Ａから
叩き出された時の電子の速度，ｕf は電極Ｂに到達した
時の速度 φは電圧と二次電子放出時の位相のずれ角度 ｆは周波数 ｄは電極間の距離 である。このパラメータの中で，Ｋとφは電極表面状態
および構成物質により制限され，ある範囲を持つ。この
ため，Φは一定の範囲を持つ定数である。
ｆ・ｄ）2 ここで，Φ＝（（Ｋ＋１）／（Ｋ−１））π COSφ＋２
SINφであり， Ｖp はマルチパクタの起こる電圧のピーク電圧 ｍは電子の質量 ｅは素電荷 Ｋは電子の速度比（ｕf ／ｕ0 ）で，ｕ0 は電極Ａから
叩き出された時の電子の速度，ｕf は電極Ｂに到達した
時の速度 φは電圧と二次電子放出時の位相のずれ角度 ｆは周波数 ｄは電極間の距離 である。このパラメータの中で，Ｋとφは電極表面状態
および構成物質により制限され，ある範囲を持つ。この
ため，Φは一定の範囲を持つ定数である。
【００１２】図５(c) はマルチパクタ発生領域を示す図
で，実線で囲まれた領域Ａはマルチパクタ発生領域であ
る。また，実線と破線で囲まれた領域Ｂ1 とＢ2 ではマ
ルチパクタは起こらない。なぜなら，領域Ｂ1 は図５
(b) のＥ1 以下の領域であり，領域Ｂ2 は図５(b) のＥ
2 以上の領域に当たるからである。その他の領域Ｃは式
２で示される範囲外なのでマルチパクタは発生しない。
で，実線で囲まれた領域Ａはマルチパクタ発生領域であ
る。また，実線と破線で囲まれた領域Ｂ1 とＢ2 ではマ
ルチパクタは起こらない。なぜなら，領域Ｂ1 は図５
(b) のＥ1 以下の領域であり，領域Ｂ2 は図５(b) のＥ
2 以上の領域に当たるからである。その他の領域Ｃは式
２で示される範囲外なのでマルチパクタは発生しない。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の背景を
踏まえて，マルチパクタを防止する構造を持つマイクロ
波半導体装置を提供することを目的とする。また，マル
チパクタを防止する方法を容易に実現することを目的と
する。
踏まえて，マルチパクタを防止する構造を持つマイクロ
波半導体装置を提供することを目的とする。また，マル
チパクタを防止する方法を容易に実現することを目的と
する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】図１(a), (b)はマルチパ
クタを防ぐ被覆の例を示す斜視図である。上記課題は，
半導体素子１を収容したパッケージ２と, 該半導体素子
１に接続されて該パッケージ２から外部空間に出た複数
の電極3, 4, 5 と，該複数の電極3, 4, 5 同志の近接部
における少なくとも一つの電極表面に絶縁物被覆６を有
するマイクロ波半導体装置によって解決される。
クタを防ぐ被覆の例を示す斜視図である。上記課題は，
半導体素子１を収容したパッケージ２と, 該半導体素子
１に接続されて該パッケージ２から外部空間に出た複数
の電極3, 4, 5 と，該複数の電極3, 4, 5 同志の近接部
における少なくとも一つの電極表面に絶縁物被覆６を有
するマイクロ波半導体装置によって解決される。
【００１５】
【作用】本発明では，パッケージ２から外部空間に出た
複数の電極3, 4, 5 同志の近接部における少なくとも一
つの電極表面に絶縁物被覆６を形成している。マルチパ
クタの原因の一つとして高真空中での電子のライフタイ
ムの長いことが上げられる。そこで，絶縁物で電極を被
覆することにより，高電圧のかかる電極間の電子の放出
を抑え，電子のライフタイムを短くすることでマルチパ
クタの発生を防止している。
複数の電極3, 4, 5 同志の近接部における少なくとも一
つの電極表面に絶縁物被覆６を形成している。マルチパ
クタの原因の一つとして高真空中での電子のライフタイ
ムの長いことが上げられる。そこで，絶縁物で電極を被
覆することにより，高電圧のかかる電極間の電子の放出
を抑え，電子のライフタイムを短くすることでマルチパ
クタの発生を防止している。
【００１６】絶縁物被覆６は必ずしもすべての電極を覆
うように形成する必要はなく，高電圧のかかる電極間で
少なくともどちらかの電極を被覆するようにすればよ
い。
うように形成する必要はなく，高電圧のかかる電極間で
少なくともどちらかの電極を被覆するようにすればよ
い。
【００１７】
【実施例】まず，式２に基づき，電極間の距離をマルチ
パクタの生じない範囲に設定する例について説明する。
パクタの生じない範囲に設定する例について説明する。
【００１８】図６はマイクロ波半導体装置のマルチパク
タ発生限界を示す図の一例で，周波数と電極間距離の積
に対する出力電力の関係の一実測例であり，100 ＭHzに
おける実測値（ｘ印点線）と 430ＭHzにおける実測値
（丸印実線）を示す（"Multi-pactor Control In Micro
wave Space System", P.F.Clancy, Microwave JournalM
arch 1978, p.77 参照）。
タ発生限界を示す図の一例で，周波数と電極間距離の積
に対する出力電力の関係の一実測例であり，100 ＭHzに
おける実測値（ｘ印点線）と 430ＭHzにおける実測値
（丸印実線）を示す（"Multi-pactor Control In Micro
wave Space System", P.F.Clancy, Microwave JournalM
arch 1978, p.77 参照）。
【００１９】横軸は周波数と電極間距離の積（ｆ・ｄ）
をＧHz・mmの単位で示しており，縦軸は５０Ω系の出力
電力値をｄＢＷの単位で示している。外側の実線は 430
ＭHzの実測値から６ｄＢＷのマージンをとったものであ
り，この曲線から，周波数1.55ＧHz及び2.07ＧHzで出力
電力２０Ｗ，３０Ｗ，５０Ｗの時，６ｄＢＷのマージン
を見込んだ電極間の距離を求めると，表１のようにな
る。
をＧHz・mmの単位で示しており，縦軸は５０Ω系の出力
電力値をｄＢＷの単位で示している。外側の実線は 430
ＭHzの実測値から６ｄＢＷのマージンをとったものであ
り，この曲線から，周波数1.55ＧHz及び2.07ＧHzで出力
電力２０Ｗ，３０Ｗ，５０Ｗの時，６ｄＢＷのマージン
を見込んだ電極間の距離を求めると，表１のようにな
る。
【００２０】
【表１】 ６ｄＢＷのマージンを見込んだ電極間距離 ２０Ｗ ３０Ｗ ５０Ｗ 1.55ＧHz 1.20mm 1.27mm 1.38mm 2.07ＧHz 0.90mm 0.95mm 1.03mm 図２はマルチパクタを防ぐ設計を説明する図である。図
４に示した構造のマイクロ波半導体装置において，ソー
ス電極３とドレイン電極４間に高電圧がかかるものとし
て，その間にマルチパクタを発生させないように対策を
講じる。例えば，動作条件が2.07ＧHz，出力電力が２０
Ｗの場合，ソース電極３とドレイン電極４間は0.90mm以
上離すようにする。電極表面には金めっきが施されてい
るが，金めっき部分間の距離は0.90mm以上離すようにす
る。
４に示した構造のマイクロ波半導体装置において，ソー
ス電極３とドレイン電極４間に高電圧がかかるものとし
て，その間にマルチパクタを発生させないように対策を
講じる。例えば，動作条件が2.07ＧHz，出力電力が２０
Ｗの場合，ソース電極３とドレイン電極４間は0.90mm以
上離すようにする。電極表面には金めっきが施されてい
るが，金めっき部分間の距離は0.90mm以上離すようにす
る。
【００２１】図３はマルチパクタを防ぐ設計の例を示す
斜視図で，(a) は上から見た斜視図, (b) は下から見た
斜視図である。ソース電極３に接合するセラミックパッ
ケージ２にも通常，金めっきが施されている。その範囲
は，ドレイン電極４が外部空間に出ている部分から，例
えば１mm以上離れた領域とする。このようにすれば，超
高真空で動作させてもマルチパクタは発生しない。
斜視図で，(a) は上から見た斜視図, (b) は下から見た
斜視図である。ソース電極３に接合するセラミックパッ
ケージ２にも通常，金めっきが施されている。その範囲
は，ドレイン電極４が外部空間に出ている部分から，例
えば１mm以上離れた領域とする。このようにすれば，超
高真空で動作させてもマルチパクタは発生しない。
【００２２】ところで，人工衛星に搭載されるマイクロ
波半導体装置はできるだけ軽量で容積の小さいことが要
求される。それゆえ，電極間距離を例えば１mm以下に縮
小したい場合も生じる。このような場合，電極間に絶縁
物被覆を配置するようにすることにより，マルチパクタ
を防ぐことができる。このような実施例を次に示す。
波半導体装置はできるだけ軽量で容積の小さいことが要
求される。それゆえ，電極間距離を例えば１mm以下に縮
小したい場合も生じる。このような場合，電極間に絶縁
物被覆を配置するようにすることにより，マルチパクタ
を防ぐことができる。このような実施例を次に示す。
【００２３】図１はマルチパクタを防ぐ被覆の例を示す
斜視図で，(a) は上から見た斜視図, (b) は下から見た
斜視図である。半導体素子はセラミックパッケージ２の
中に密封されている。ソース電極３とドレイン電極４間
の最近接の距離は例えば 0.50mm である。ソース電極３
とドレイン電極４を覆って厚さが例えば 0.1mmのテフロ
ン被覆６を形成する。この実施例では，さらにゲート電
極５も連続して被覆している。マルチパクタを防ぐため
には，必ずしも全部の電極を絶縁物で被覆する必要はな
く，高電圧のかかる電極の両方または片方だけでもよい
のであるが，製造上の便宜からすべての電極を絶縁物で
被覆してもさしつかえない。
斜視図で，(a) は上から見た斜視図, (b) は下から見た
斜視図である。半導体素子はセラミックパッケージ２の
中に密封されている。ソース電極３とドレイン電極４間
の最近接の距離は例えば 0.50mm である。ソース電極３
とドレイン電極４を覆って厚さが例えば 0.1mmのテフロ
ン被覆６を形成する。この実施例では，さらにゲート電
極５も連続して被覆している。マルチパクタを防ぐため
には，必ずしも全部の電極を絶縁物で被覆する必要はな
く，高電圧のかかる電極の両方または片方だけでもよい
のであるが，製造上の便宜からすべての電極を絶縁物で
被覆してもさしつかえない。
【００２４】このようにして，マルチパクタを完全に防
止することができる。このマルチパクタ防止手段は，外
部空間に出た電極を絶縁物被覆で覆うだけでよいから，
製造が容易でありかつ安価である。
止することができる。このマルチパクタ防止手段は，外
部空間に出た電極を絶縁物被覆で覆うだけでよいから，
製造が容易でありかつ安価である。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
容易にかつ安価にマルチパクタを防止する構造の超高真
空用マイクロ波半導体装置を提供することができる。
容易にかつ安価にマルチパクタを防止する構造の超高真
空用マイクロ波半導体装置を提供することができる。
【００２６】本発明は，超高真空用マイクロ波半導体装
置の小型化，軽量化に寄与するものである。
置の小型化，軽量化に寄与するものである。
【図１】マルチパクタを防ぐ被覆の例を示す斜視図で，
(a) は上から見た斜視図, (b)は下から見た斜視図であ
る。
(a) は上から見た斜視図, (b)は下から見た斜視図であ
る。
【図２】マルチパクタを防ぐ設計を説明する図である。
【図３】マルチパクタを防ぐ設計の例を示す斜視図で，
(a) は上から見た斜視図, (b)は下から見た斜視図であ
る。
(a) は上から見た斜視図, (b)は下から見た斜視図であ
る。
【図４】マイクロ波半導体装置の斜視図である。
【図５】マルチパクタを説明する図で，(a) はマルチパ
クタの原理図, (b) は二次電子放出比, (c) はマルチパ
クタ発生領域である。
クタの原理図, (b) は二次電子放出比, (c) はマルチパ
クタ発生領域である。
【図６】マルチパクタ発生限界を示す図である。
１は半導体素子 ２はバッケージであってセラミックパッケージ 2aはキャップ ３はソース電極 ４はドレイン電極 ５はゲート電極 ６は絶縁物被覆であってテフロン被覆
Claims (1)
- 【請求項１】 半導体素子(1) を収容したパッケージ
(2) と, 該半導体素子(1) に接続されて該パッケージ
(2) から外部空間に出た複数の電極(3, 4, 5) と，該複
数の電極(3, 4, 5) 同志の近接部における少なくとも一
つの電極表面に絶縁物被覆(6) を有することを特徴とす
るマイクロ波半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16805092A JPH0613513A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | マイクロ波半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16805092A JPH0613513A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | マイクロ波半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0613513A true JPH0613513A (ja) | 1994-01-21 |
Family
ID=15860905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16805092A Withdrawn JPH0613513A (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | マイクロ波半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0613513A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9437509B2 (en) | 2014-03-31 | 2016-09-06 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Package for electronic components suppressing multipactor discharge |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP16805092A patent/JPH0613513A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9437509B2 (en) | 2014-03-31 | 2016-09-06 | Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. | Package for electronic components suppressing multipactor discharge |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990831 |