RU2054754C1

RU2054754C1 - High-power s h f transistor

Info

Publication number: RU2054754C1
Application number: RU92014586/25A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Аронов; А.С. Евстигнеев; Г.В. Евстигнеева; Е.О. Русаков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью НПО "Вариация"
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: high-power SHF transistor has two rows of semiconductor crystals with transistor structures put on metal flange of package - common lead-out of collector or drain electrodes of transistor structures, first lead-out of transistor, second and third leads-out of transistor corresponding to electrodes of transistor structures located on both sides of package flange, connecting conductors and row of passive elements arranged between rows of semiconductor crystals in parallel to them. Each passive element is manufactured in the form of insulating layer having termination pads located between like electrodes of transistor structures of rows of crystals and coupled to them and proper lead-out of transistor by connecting conductors. Apart from mentioned elements high-power transistor has additional lead-out arranged on side of second lead- out of transistor in symmetry with regard to symmetry axis of transistor and connected to termination pads which are linked to third lead-out of transistor located on opposite side. EFFECT: facilitated manufacture, improved stability of operational characteristics. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструированию и производству мощных СВЧ-транзисторов. The invention relates to semiconductor electronics, in particular to the design and manufacture of high-power microwave transistors.

Известен мощный СВЧ-транзистор на основе мощного транзисторного кристалла, включающего 36 транзисторных структур, расположенных в два ряда с общими контактными площадками базы [1] При этом контактные площадки эмиттеров получаются размещенными вдоль противоположных сторон кристалла. Сборка эмиттерных площадок каждого ряда проводится на отдельный конденсатор входной согласующей цепи. Расстояние между конденсаторами такое же, как расстояние между рядами контактных площадок эмиттера на транзисторном кристалле. С помощью этого достигается равенство трансформирующих индуктивностей входного согласующего звена для обоих рядов транзисторных структур, необходимое для равномерного распределения СВЧ-тока и мощности между рядами структур. Размещение контактных площадок базы в середине кристалла приводит к увеличению индуктивности сборки общего электрода. Однако поскольку условия работы на СВЧ требуют сближения рядов, усиливается взаимное тепловое влияние структур друг на друга и ухудшается тепловое сопротивление всего транзистора. Для борьбы с этим предусматриваются специальные меры в процессе производства самих кристаллов: уменьшение толщины полупроводниковой подложки и нанесение на него слоя серебра с высокой теплопроводностью, что увеличивает стоимость транзистора. Общим электродом транзистора является база, поэтому транзисторный кристалл расположен на вкладыше из дорогостоящей и токсичной в производстве бериллиевой керамики, что увеличивает тепловое сопротивление транзистора на 20-30% и, кроме того, стоимость транзистора также возрастает. Known powerful microwave transistor based on a powerful transistor crystal, including 36 transistor structures arranged in two rows with common contact pads of the base [1] In this case, the contact pads of the emitters are obtained placed along opposite sides of the crystal. The assembly of the emitter pads of each row is carried out on a separate capacitor of the input matching circuit. The distance between the capacitors is the same as the distance between the rows of the pads of the emitter on the transistor chip. With the help of this, the equality of the transforming inductances of the input matching link for both rows of transistor structures is achieved, which is necessary for the uniform distribution of the microwave current and power between the rows of structures. Placing the contact pads of the base in the middle of the crystal leads to an increase in the inductance of the assembly of the common electrode. However, since operating conditions at microwave frequencies require the convergence of the series, the mutual thermal influence of the structures on each other increases and the thermal resistance of the entire transistor deteriorates. To combat this, special measures are envisaged in the process of manufacturing the crystals themselves: reducing the thickness of the semiconductor substrate and applying a layer of silver with high thermal conductivity on it, which increases the cost of the transistor. The common electrode of the transistor is the base, so the transistor crystal is located on an insert made of expensive and toxic beryllium ceramic, which increases the thermal resistance of the transistor by 20-30% and, in addition, the cost of the transistor also increases.

Известен также мощный СВЧ-транзистор, содержащий полупроводниковые кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса с обеспечением электрического и теплового контакта подложки транзисторных кристаллов с фланцем корпуса, полосковые выводы эмиттера и базы, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и ряды проводников, соединяющих электроды эмиттера и базы транзисторных структур с одноименными выводами на корпусе транзистора [2] Данное устройство принято за прототип. Also known is a powerful microwave transistor containing semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing to ensure electrical and thermal contact of the substrate of the transistor crystals with the flange of the housing, strip leads of the emitter and base located on both sides of the flange of the housing, and rows of conductors, connecting the electrodes of the emitter and the base of transistor structures with the same terminals on the transistor housing [2] This device is taken as a prototype.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточную выходную мощность транзистора, что связано с ограниченным числом кристаллов в ряду, так как при увеличении в ряду числа кристаллов свыше четырех при работе возникают паразитные поперечные колебания на рабочей частоте (что установлено экспериментально). The disadvantages of the prototype include the insufficient output power of the transistor, which is associated with a limited number of crystals in a row, since with an increase in the number of crystals over four during operation, spurious transverse vibrations occur at the operating frequency (which was established experimentally).

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является повышение выходной мощности СВЧ-транзистора при сохранении надежности его работы. The technical result, which the invention is directed to, is to increase the output power of the microwave transistor while maintaining the reliability of its operation.

Указанный технический результат достигается тем, что мощный СВЧ-транзистор, содержащий ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, размещенных на металлическом фланце корпуса общем выводе коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, первом выводе транзистора, второй и третий выводы транзистора, соответствующие электродам транзисторных структур, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и соединительные проводники, дополнительно содержит второй ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, параллельный первому, и ряд пассивных элементов, расположенный между первым и вторым рядами полупроводниковых кристаллов параллельно им, причем каждый пассивный элемент выполнен в виде изолирующего слоя, содержащего контактные площадки, размещенные между одноименными электродами транзисторных структур первого и второго рядов кристаллов и соединенные с ними, а также с соответствующим выводом транзистора соединительными проводниками. The specified technical result is achieved by the fact that a powerful microwave transistor containing a series of semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing of the common terminal of the collector or drain electrodes of the transistor structures, the first terminal of the transistor, the second and third terminals of the transistor corresponding to the electrodes of the transistor structures, located on both sides of the housing flange, and the connecting conductors, further comprises a second row of transistor semiconductor crystals parallel to the first, and a series of passive elements located between the first and second rows of semiconductor crystals parallel to them, and each passive element is made in the form of an insulating layer containing contact pads located between the same electrodes of the transistor structures of the first and second rows of crystals and connected to them, as well as with the corresponding output of the transistor by connecting conductors.

Указанный технический результат, а также дополнительный технический результат, заключающийся в обеспечении усиления СВЧ-мощности с малой обратной связью транзисторами, выполненными с металлическим корпусом, являющимся общим выводом коллекторных или стоковых электродов транзисторных структур, достигается также тем, что мощный СВЧ-транзистор снабжен дополнительным выводом, расположенным со стороны второго вывода транзистора, симметрично относительно оси симметрии транзистора и соединенным соединительными проводниками с контактными площадками, соединенными с расположенным с противоположной стороны фланца третьим выводом транзистора. The specified technical result, as well as an additional technical result, which consists in providing amplification of microwave power with low feedback transistors made with a metal case, which is a common output of collector or drain electrodes of transistor structures, is also achieved by the fact that a powerful microwave transistor is equipped with an additional output located on the side of the second output of the transistor, symmetrically about the axis of symmetry of the transistor and connected by connecting conductors to the contact and pads connected to the third terminal of the transistor located on the opposite side of the flange.

На фиг. 1 представлена конструкция заявленного СВЧ-транзистора. На металлическом фланце 1 корпуса, являющемся выводом электрода, соединенного с подложкой полупроводниковых кристаллов, размещены первый 2 и второй 3 ряды полупроводниковых кристаллов 4 с транзисторными структурами 5, с обеспечением электрического и теплового контакта подложки транзисторных кристаллов с фланцем 1 корпуса. Между первым 2 и вторым 3 рядами полупроводниковых кристаллов размещен параллельно им ряд 6 пассивных элементов 16. На каждом из пассивных элементов (изолирующих слоев или плат) выполнены металлизацией контактные площадки 7, 8, размещенные напротив электродов транзисторных структур 5. Каждая контактная площадка 7, 8 соединена соединительными проводниками 9 с одноименными электродами противолежащей пары транзисторных структур 5 и с соответствующим выводом 10, 11 транзистора. Например, в случае биполярного транзистора с одной контактной площадкой 7 соединяются с помощью соединительных проводников 9 электроды 12 базы пары транзисторных структур 5 первого 2 и второго 3 рядов полупроводниковых кристаллов 4, и она же соединяется с помощью соединительного проводника 14 с базовым выводом 10 транзистора; с другой контактной площадкой 8 соединяются с помощью соединительных проводников 9 электроды 13 эмиттера этой же пары транзисторных структур 5, и она соединяется с помощью соединительного проводника 15 с эмиттерным выводом 11 транзистора. Коллекторный вывод транзистора является общим, соединенным с корпусом. In FIG. 1 shows the design of the claimed microwave transistor. On the metal flange 1 of the case, which is the output of the electrode connected to the substrate of semiconductor crystals, the first 2 and second 3 rows of semiconductor crystals 4 with transistor structures 5 are placed, providing electrical and thermal contact of the substrate of transistor crystals with the flange 1 of the case. Between the first 2 and second 3 rows of semiconductor crystals, a row of 6 passive elements 16 is placed parallel to them. On each of the passive elements (insulating layers or circuit boards), pads 7, 8 are placed metallized opposite the electrodes of the transistor structures 5. Each contact area 7, 8 connected by connecting conductors 9 with the same electrodes of the opposite pair of transistor structures 5 and with the corresponding output 10, 11 of the transistor. For example, in the case of a bipolar transistor with one contact pad 7, the base electrodes 12 of the pair of transistor structures 5 of the first 2 and second 3 rows of semiconductor crystals 4 are connected using connecting conductors 9, and it is connected using the connecting conductor 14 to the base terminal 10 of the transistor; with the other contact pad 8 are connected using the connecting conductors 9, the emitter electrodes 13 of the same pair of transistor structures 5, and it is connected using the connecting conductor 15 with the emitter terminal 11 of the transistor. The collector terminal of the transistor is common, connected to the housing.

Со стороны одного вывода, например 11, транзистора размещен дополнительный вывод 17 (фиг. 2), соединенный соединительными проводниками с контактными площадками 7, соединенными с выводом 10 другого электрода транзистора. Дополнительный вывод 17 позволяет реализовать усилительный режим с малой обратной связью в схемах со взвешенным источником сигнала за счет разделения импедансов входных и выходных цепей транзистора. On the side of one terminal, for example 11, of the transistor, an additional terminal 17 (Fig. 2) is placed, connected by connecting conductors to pads 7 connected to terminal 10 of another transistor electrode. Additional output 17 allows you to implement an amplifying mode with low feedback in circuits with a weighted signal source due to the separation of the impedances of the input and output circuits of the transistor.

На фиг. 3 и 4 показаны упрощенные входные и выходные цепи данного транзистора, включенного по схемам с общей базой и с общим эмиттером соответственно. In FIG. Figures 3 and 4 show simplified input and output circuits of a given transistor connected according to schemes with a common base and with a common emitter, respectively.

В случае транзистора, кристаллы которого изготовлены по технологии производства мощных полевых транзисторов, соединения выполнены аналогично, при этом общим электродом является вывод стокового электрода. In the case of a transistor, the crystals of which are made according to the technology for the production of high-power field effect transistors, the connections are made similarly, with the common electrode being the drain electrode output.

Экспериментальные проверки транзисторов, изготовленных в соответствии с изобретением, показали, что выходная мощность транзистора увеличилась в 1,9 раза по сравнению с однорядным расположением кристаллов при тех же габаритах, что и прототип, при высокой надежности работы, что позволило существенно упростить и удешевить устройства, в которых применяются мощные источники СВЧ. Experimental tests of transistors made in accordance with the invention showed that the output power of the transistor increased by 1.9 times compared to a single-row arrangement of crystals with the same dimensions as the prototype, with high reliability, which made it possible to significantly simplify and cheapen devices, which use powerful microwave sources.

Claims

1. A powerful microwave transistor containing a series of semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing - the common output of the collector or drain electrodes of the transistor structures, the first output of the transistor, the second and third terminals of the transistor, corresponding to the electrodes of the transistor structures, located on both sides of the housing flange, and connecting conductors, characterized in that the transistor further comprises a second row of semiconductor crystals with transistor structures, parallel to the first, and a series of passive elements located between the first and second rows of semiconductor crystals parallel to them, and each passive element is made in the form of an insulating layer containing contact pads located between the same electrodes of the transistor structures of the first and second rows of crystals and connected to them, and also with the corresponding output of the transistor by connecting conductors.

2. The microwave transistor according to claim 1, characterized in that it contains an additional terminal located symmetrically with respect to the symmetry axis of the transistor on the side of the second terminal of the transistor and connected by connecting conductors to pads connected to the third terminal of the transistor located on the opposite side of the flange.