TW317025B - - Google Patents

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經濟部中央梂準局負工消費合作社印製 317025 A7 _ B7五、發明説明（丨） . 發明背景 發明範圍 本篇發明範圍是有關在微波應用上十分有其價值意義 的動力半導體元件，其中以雙極晶體管爲尤其。 此發明是介紹散熱片對一個有功分量，在一個已知工 作溫度下，來增加半導體表面區域的每單位可應用功率。 先前技藝說明 以雙極晶體管爲背景，或特別是以異質結雙極晶體管 ，或HBTs爲背景，原則上，這些元件是由組合I I I - V原料和一個垂線工藝規程的成果而構成的。它們至少 有一個發射體「台面」的結構，從該台面結構上，電荷可 垂直的流向基底。圖1表示了一個標準HB T的輪廓圖。 基府六號有一個集電器三號，此集電器三號是埋在基底六 號之內，而在基府六號上有一層基極層二號，其上有一發 射極層一號和一層繼電極層。 因此，電流垂直通過該發射極層、基極層和集電極層 E，B和C，直達它們的平面。此類型的晶體管足以控制 非常大的電流密度值，即可到2 . 1 05每厘米安培（A •cm2)，以及很髙的伏特數。 這造成了熱耗數的大問題了。因該晶體管的集電器， 在很高的伏特數下執行很髙程度的加熱。由於該構造是一 個垂直台面的結構，則造成了所釋放出來的熱很因難的排 本紙張尺度逍用中國圃家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7— -裝· 訂 -4 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印衷 A7 B7 五、發明説明（2 ) · 出。 發明之概述 爲解決熱耗散的問題，此發明提出一個元件，即有一 個合爲一體的金屬散熱片。此散熱片的一部份是弓形或突 出的結構，其它部份則安裝於該元件的正面上。 說得更明確些，此發明的其中一個物體是一個半導體 裝置，該裝置至少有一個區域是台面，而台面是有花紋的 ，關於基府的第一面叫做正面，上述區域成爲實質散熱的 根源。「台面」和正面則履蓋著一層鈍化極層CP(控制 平面），其中該裝置有一個厚金屬散熱片，包含了： 一個橋形的突出部份PI ，在組成一個有花紋的「台 面」之單位平面上，安置了突出部份P I的腳，即在鈍化 極層CP (控制平面）上； 一個P I I部份履蓋了基府正面部份，不含那些組成 的花紋「台面」。 根據此發明，此半導體裝置包含了一個或多個並聯晶 體管，每一個晶體管有兩個連續的台面，這些台面是自基 府制成的，第一個台面由基體形成，而第二個台面則是由 發射體形成。第一個台面在發射體的每邊都含有基體金靥 mB，第二個台面則包含了一個發射體金屬mE ;散熱片 的突出部份，即形似一座橋的P I ，其腳放置在極層C P (控制平面）上，即是在一個由金屬mE和金颶mB所形 成的單位平面上。 本ϋ尺度逍用中國國家標率（CNS ) A4规格（210X297公釐） (請先閏讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 訂 -線 -5 一 317025 經_部中央標準局員工消費合作杜印製 A7 _B7五、發明説明（3 ) · 在此發明的第一次變化中’發射體觸點C E (共射極 )可在發射體指針的末端取得。 此發明的一個目的也是，即上述的半導體裝置，其中 鈍化極層CP (控制平面）在發散體指針是局部打開的， 如此才可在發散體上提供一個均勻的電接點c E / (共射 極）。然而，在此發明的第一次變化中，制作這個接點 CE> (共射極）是十分困難的》 此，發明的變化提供了解決在功率裝置上所遇到的問題 ’即有關非均勻的電流注入基本晶體管的發散體末端。 的確，電流在供應點附近就自然的大些。這帶給了基 本晶體管的表面面積限制，即在典型上少於1 0 0 #m2 (微平方公尺），並不超過1 ΟβΑ · cm-2的電流密度 〇 根據此發明，該半導體元件有利地包含了一個後面是. 金屬化的基底，此基底形成了接地平面，而該接地平面則 由通過一種在基府鑿洞的機構，而來連接散熱片。 此發明可有利的應用於功率異質結雙極晶體管，此雙 極晶體管是包含於G a A s (砷化鎵）基底上向外延生長 Ga I nP/GaAs (砷化鎵）形式之中。 附圖之簡單說明 通過接下來的敘述，即由一種無限制例子的形式，再 加上後面所添加的參考圖，我們會更清楚此發明’也可從 中得知其他的利益： (請先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) .裝. 訂 谦 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X297公釐） -6 - 經濟部中央梂準局貞工消费合作社印製 A7 ___B7_ 五、發明説明（4 ) . 圖1顯示了上述的異質結雙極晶體管； 圖2是根據此發明的第一次變化所作的功率晶體管的 基本指針之截面圖； 圖3 a是根據此發明的第一次變化中，一個元件內的 兩個並聯晶體管的正面圖； 圖3 b是根據此發明的第一次變化中，一個元件內的 兩個並聯晶體管的俯視圖； 圖4是根據此發明的第二次變化中，一個元件中的兩 個並，聯晶體管，其中，發散體觸點CE> (共射極）可在 此發散體指針取得； 圖5表示了在熱量持續下的變化，即其功能是表示了 在有或沒有散熱片的情況下，於元件中所得到的指針數； 圖6顯示了一個基本指針的熱量持續，其功能是表示 了在有或沒有散熱片的情況下，於元件中的指針數； 圖7 a表示了所得的微波，其功能是表示在沒有散熱 片下，元件的頻率； 圖7 b表示了所得的微波，其功能是表示在有散熱片 的情況下，元件的頻率； •圖8a ，8b和8c顯示了散熱片連接雙極晶體管的 制作。 發明之詳細說明 圖2是有關於此發明的第一次變化中所得的—個可作 槺準之功率晶體管，也同時顯示了一個Η B T元件的基本 本紙張尺度逍用中國國家搞準（CNS ) Α4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝· 訂· 旅 -7 - 經濟部中央揉準局tec工消費合作社印— A7 _B7_五、發明説明（5 ) 指針截面圖。它表示了安於在鈍化極層CP (控制平面） 之上的金屬散熱片的突出部份，即安於基體金靥mB和發 散體金靥mE之平面上。因此，從一個半導體基府六號中 ，埋有一個更小的集電器四號，第二個台面三號造成了集 電器的每一邊有金靥m C，此金屬m C促使集電器上的觸 點形成。 在集電器i，發散體極層一號部份履蓋了基體極層二 號，該發散體極層一號的每邊有著基體金屬mB »發散體 的本身部份亦履蓋了金屜mE。此單位由鈍化極層CP ( 控制平面）保護著。而構成散熱片突出部份的橋腳則安置 在極層CP (控制平面），極層CP (控制平面）是在金 靥mB和金屬mE上。 圖3顯示了兩個並聯晶體管的連接。在標準的元件中 ，典型上是有可能設立一個至少四個晶體管的並聯連接。 ， 圖3a表示散熱片的突出部份pi，它是一個橋形， 且它的腳落在由發散體和基體所組成的台面上。發散體 C E觸點（共射極）是在發散體指針末端，以標準的方式 制作而成的》 圖3 b表示了兩個並聯晶體管的俯視圖，也同時表示 了基體匯流d B和集電器匯流b C如何地使得接觸點，在 基體和集電器平面上從旁完成。有關電接點C E 1和 C E 2可於晶體管的發散體上取得。 這個俯視圖是在沿著一個第一計劃Pi的發散體金屬 mE區分的，另一個則是沿著一個第二平面p2的基底正 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4规格（210X297公釐） -8 - 經濟部中央標準局只工消费合作社印装 A7 B7_____五、發明説明（6 ) · 面來區分的。 散熱片的第一部份覆蓋平面Pi ，而散熱片的第二部 份覆蓋了平面P 2 。 在圖3所敘述的標準元件中，在平面P2有一個逋過 洞，是爲了能夠讓散熱片和地平面連接，而此地平面是位 於基底的後面。 典型上，該基底的後面可以金屬化，例如以稀釋的黃 金來鍍之以制作地平面。 在此類形旳構造中，通過較高電極基底的地面連接， 能使得這些晶體管溫度的冷卻和均勻，第一次散熱是在該 元件下方並通過該基底，而第二次散熱則是通過由散熱片 突出部份所構成的厚且較高的金屬。 圖4所示是依據此發明的第二次變化，即發射體觸點 (共射點）CE / 1和CE / 2可直接在每個指針上取得 ’因此，整個極層CP就完全留在發散體金屬mE。 t 爲確保足夠熱量在散熱片和晶體管之間能結合，鈍化 層c P —定要有充足的熱量傳導力。在典型上，極層c P 的材料可以從S i N，GaN，Bn，S i C，或diamond或鑽 石中 選出。 散熱片是由良好的熱導體金屬所組成。例如，該金屬 可以是黃金或銅。 再進一步敘述此篇所提出散熱片的價值，含幾個基本 指針結構的半導體元件上，則作了一個和沒有散熱片的情 況比較。 本紙張尺度逍用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ^ 裝 訂 ^ ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -9 - 經濟部中央橾準局貞工消費合作社印装 A7 B7五、發明説明（7 ) 在這兩種形式的元件中，每一個指針有一個2 X 3 0 #m2發散體表面和一個3 2 的干擾指針距離。 圖5表示了在熱量持續下的變化，其功能是給有（曲 線5 a )和沒有散熱片（曲線5 b )的元件一些指針數。 再者，圖6表示了在有（曲線6 a )和沒有散熱片（ 曲線6 b )的情況下，在一個四指針元件中，每一個指針 在熱量持續下所發生的變化。 從圖5和圖6可看見，通過散熱片的存在，可得熱量 持績的一個大縮減，而當沒有散熱片時，熱量持績力則和 指針數直線增加。這是因爲熱量在基本指針之間結合了。 相反地，因有散熱片的存在，每一個指針看起來則從其鄰 居間熱量瓦解。 又，熱量持續的減少證明了電動表現特質和因減低其 操作溫度的該元件可靠性。 在這方面，圖7表示了可得微波之進步，即其功能是 在一個發散體和集電器7 V之間有一個伏特VCE，不同的 集電器電流（從5mA到4 OmA不等）有一個頻率功能 。圖7 a表示了 一個含兩指針結構，且沒有散熱片的元件 b 。而圖則是有.關一個含兩指針結構，且有散熱片的元 件。因此，我們可見在1 〇 GH2的頻率下，所得的輝波 可增加2 d B。這很好的證明了該裝置的增加功率的輸出 〇 現在’將提出一個根據此發明元件所用散熱片的制作 方法’此方向即如圖3所示是值得作爲楷模的。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -10 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝.

、1T A7 B7 經濟部中央樣準局.J5工消费合作社印製 五、發明説明（8 ) 在一個標準方式中，以極層在半導體基底延伸爲開始 ，而預定的「雙倍台面」結構也完成，則可以使得雙極晶 體管的例子準備工作。 。鈍化極層c P (控制平面）則履蓋了整個單位。 然後，正樹脂尺：就被儲入此鈍化極層CP (控制平 面）中。這正樹脂Ri稍後被局部曬乾，以清除欲注入散 熱片的區域，即如圖8 a所示（無論所示的部份是有顯示 出來的突出部份P I或是沒有顯示出來的部份P I I 。） 再者，該整個單位則履蓋著一層稀薄的金屬撰層，此 金屬極層是由蒸發方式而得來的。這片稀薄的金屬極層接 著作爲電解黃金儲存的電極之用；其中，以電解黃金之儲 存將使得厚金靥散熱片的制作完成（見圖8b)。 除了上述的稀薄金靥極層之外，另一樹脂R2也是被 儲存起來。並且，這樹脂R 2接著也注入散熱片制造的地 方。 電解黃金是儲存在一個實質厚度內（典型上是約十個 微米）。這是散熱片本身制作的步驟。 沒有電解黃金的稀薄金屬極層則會被噴霧。 爲了露出散熱片的突出部份PI ，將從該單位上把樹 脂R i移開。 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 .^4旅 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） -11 -

Claims (1)

1. S17025 經濟部中央揉準局貝工消费合作社印*. Λ8 Βδ C8 D8六、申請專利範圍 1. 一種至少有一個有花紋的台面區域的半導體裝置 ，其中關於它基底的第一面叫正面，上述所說的區域成爲 實質散熱的根源，該台面和正面被一層鈍化極層（控制平 面）履蓋著，其中該裝置有一個厚的金靥散熱片，包含了 一個橋形的突出部份PI ，在組成一個花紋的「台面 J之單位平面上，安置了突出部份p I的腳，即在鈍化極 層CP (控制平面）上； 一個P I I部份履蓋了基底正面部份，不含那些組成 的花紋「台面」。 2. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其特徵包 含了一個或多個並聯晶體管，每一個晶體管有兩個連績的 台面，這些台面是自基底制成的，第一個台面由基體形成 ，而第二個台面則是由發射體形成；第一個台面在發散體 的每邊都含有基體金屬mB，而第二個台面則包含了一個 發射體金屬mE;散熱片的突出部份PI ，其腳放置在極 層C P (控制平面）上，即是在一個由金屬mE和金屬 mB所形成的單位平面上，而發散體觸點共射極（C E ) 則和晶體管相抵銷。 3. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其特徴包 含了一個或多個並聯晶體管，每一個晶體管有兩個連續的 台面，這些台面是自基底制成的，第一個台面由基體形成 ，而第二個台面則是由發散體形成；第一個台面在發散體 的毎邊都含有基體金靥mB，而第二個台面則包含了一個 本紙張尺度逋用中困國家棣準（CNS〉A4规格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· -12 - 8 88 8 ABCD 經濟部中央橾準局貝工消费合作社印裂 六、申請專利範圍 發射體金靥mE;散熱片的突出部份pI ，放置在由金靥 (mE)和金屬（mB)所形成的單位.上，一部份在極層 CP (控制平面）上，另一部份則在金屬（mE)之上， 而發散體觸點共射極（C E >)則可則可在晶體管上直接 取得。 4. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中包含 一個部份（P I I )，是通過一種在基底鑿洞的機構方式 來連接該基底的後面，而上述的基底後面有一個金屬地平 面。 5. 如申請專利範圍第2項的半導體裝置，其中的晶 體管是Ga I nP/GaAs (砷化鎵）形式的異質結雙 極晶體管。 6. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中包含 的鈍化極層CP (控制平面）是S i N，GaN，BN或 S i C 型。 7. 如申請專利範圍第1項的半導體裝置，其中包含 的散熱片是金屬，即熱的良導體，或金或銅的方式制造而 成的。 8. 如申請專利範圍第7項的半導體裝置，其中包含 的散熱片厚度是大約十個微米的區域之中。 -------裝J-----訂------一 \ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逍用中国國家梂準（CNS ) A4规格（210 X 297公釐） -13 -