DE1614858A1 - Gehaeuse fuer ein Vierpol-Halbleiterbauelement - Google Patents

Gehaeuse fuer ein Vierpol-Halbleiterbauelement

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Description

T φ ί 9 £ U η -Jc · η Patentverwertungegesel!schaft
η · D · H ·
Uln/Donau, Elisabethenstr. J
Heilbronn, den I8.8.I967 FE/PT-Ma/N - Hn 73/66
"Gehäuse für ein Vierpol-Halbleiterbauelement11
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung aus einem Vierpöl-Halbleiterbauelement »it einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weiteren von der Grundplatte isolierten bandfönigesä Elektrodenzuleitungen. Die Erfindung besteht darin, daß die bandför·= migen Zuleitungen unterschiedliche Breite und/oder einen unterschiedliehen Abstand von der Grundplatte aufweisen»
Bei dem Vierpol-Halbleiterbauelement handelt es sich vorzugsweise um einen Hochfrequenztransietor oder um ein Mehrfachste tem von Trans is tor eis, das für große Hochfrequenzleistungen ausgelegt ist«
Die meisten bisher bekannt gewordenen Gehäuse für Halbleiterbauelemente besitzen drahtförmige Zuleitungen mit kreisförmigem Querschnitt» Diese drahtförmig©» Zuleitungen bedingen relativ hohe Zuleitungsinduktivitäten, so dai? derart aufgebaute Bauelemente für einen Einaatz bei hohen
Frequenzen ungeeignet sind. Zur Verminderung der Zuleitungsinduktivitäten wurde bereits vorgeschlagen, die Zuleitungen bandförmig auszubilden. So gibt es bereite Transistorbauelemente, die zwei bis vier bandförmige Zuleitungen gleichen Querschnitts aufweisen, die in einer Ebene angeordnet sind und strahlenförmig auseinander laufen und mit denen in der Tat eine merkliche Reduzierung der ZuI ei -tungsinduktivitäten erreicht wurde. Es hat sich aber gezeigt, daß auch bei diesen Anordnungen die erzielten Hochfrequenzeigenschaften nicht allen Anforderungen genügen, da zwar die ZuI«itungainduktivitäten verkleinert, die Zuleitungskapazitäten jedoch ve·entlieh erhöht wurden, so daß Schwingungen mit hohen Frequenzen über die Querkapazitäten der Zuleitungen abgeleitet werden. Diese Kapazitäten sind vor allem an den Stellen ausgeprägt groß, an denen zwei Zuleitungsbänder nahe zusammenlaufen oder ein Zuleitungsband in geringem Abstand von einem metallischen Körper verläuft.
Der Erfindung liegt nun die ErkennMs zugrunde, daß eine breitbandige Kompensation der Zuleitungsinduktivitäten und der Zuleitungskapazitäten am Ausgang und Eingang eines Vierpol-Halbleiterbauelementes möglich ist, wenn eine metallische Grundplatte mit der Elektrode des Halbleiterbauelementes verbunden wird, die dem Eingang und
BADORiGiNAL. 009852/05S7
IBI4658
Ausgang des Vierpöles gemeinsam ist und wenn die anderen Elektroden des Bauelementes mit bandförmigen Zuleitungen versehen werden, die eine bestimmte Breite und eilten bestimmten Abstand von der metallisehen Grundplatte aufweisen* Bei der vorliegenden Erfindung ist es wesentlich, daß die Breite der Zuleitungen und/oder deren Abstand von der zu den Zuleitungen parallel verlauf.enden metallischen Grundplatte bei den verschiedenen Zuleitungsbändern unterschiedlich ist. Auf diese Weise erhalt, man ein Halbleitergehäuse, das sich besonders durch die Unsymmetrie seiner Zuleitungen auszeichnet.
Handelt es sich um einen in ein Gehäuse einzubauenden Planartransistor und ist vorgesehen, die Halbleiteranordnung in Emitterschaltung zu betreiben, sowird.nachder Erfindung die Emitterelektrode mit der gutleitenden Grundplatte elektrisch leitend verbunden, während die Basis- und die Kollektorelektrode mit bandförmigen Zuleitungen verbunden wird, die· parallel zur Grundplatte verlaufen. Hierbei wird die Basiszuleitung, um eine optimale Anordnung zu erzielen, meist breiter ausgebildet als die bandförmige Kollektorzuleitung ,oder die Basiszuleitung wird in einem geringeren Abstand von der Grundplatte als die Kollektorzuleitung verlaufen. Derartige, aus der Rechnung sich ergebende geometrische Abmessungen sind bei Halb-
ÖOS852/0S0?
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leiteranordnungen ungewöhnlich und überraschend, da über die Kollektorzuleitung ein wesentlich größerer Strom als über die Basiszuleitung abgeführt wird, so daß man durch die Belastungsverhältnisse eher geneigt wäre, die Kollektorzuleitung im Querschnitt größer als die Basiszuleitung auszubilden. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Zuleitungen sind diese im Querschnitt so ausgelegt, daß die maximal vorkommenden Ströme zerstörungsfrei über die Zuleitungen abgeleitet werden, und daß gleichzeitig die Halbleiteranordnungen optimal· Hochfrequenzeigenschaften aufweisen.
Die Erfindung und die vorteilhafte Dimension!erung der geometrischen Abmessungen des erfindungsgemäßen Halbleiter· gehäuses wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher wiedergegeben.
Figur 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung den Aufbau des erfindungsgenäßen Gehäuses für «in Halbleiterbauelement.
Auf einer metallischen Grundplatte 1 aus einem elektrisch und wärmemäßig gut leitenden Material ist eine Zwischenscheibe 2 au» einem isolierenden Material befestigt. Die Grundplatte besteht beispielsweise aus versilberten Holyh-
BAD ORIGINAL
16U858
dän, während für die Zwischenscheibe vorteilhaft erweise ein Keramikwerkstoff, z.B. Berylliumoxyd, gewählt wird. Die isolierende Zwischenscheibe weist auf ihrer von der Grundplatte abgewandten Oberflächenseite drei voneinander getrennte metallisierte Bereiche 3,4 und 5 auf, wobei die Metallisierungen beispielsweise aus Gold bestehen. Bei einer rechteckigen Zwischenscheibe, wie sie in Figur 2 dargestellt ist, sind die drei metallisierten Oberflächenbereiche beispielsweise in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei der mittlere Bereich k über gleichfalls metallisierte Seitenflächen 6 der Zwischenscheibe mit der metallischen Grundplatte 1 elektrisch leitend verbunden ist. Dieser mittlere, mit der Grundplatte verbundene metallisierte Oberflächenbereich der isolierenden Zwischenscheibe dient bä der Kontaktierung eines Hochfrequenztransistors, der in Emitterschaltung betrieben werden soll, als Anschluß für die Emitterelektrode des Halbleiterbauelementes. Ist der Transistor für den Betrieb in Basis- oder Kollektorschaltung vorgesehen, so wird der mittlere metallisierte Bereich der Zwischenscheibe und damit die metallische Grundplatte mit der entsprechenden Elektrode des Transistors elektrisch leitend verbunden.
An den beiden äußeren metallisierten Oberfiäefeenbereichen 3 und 5 der isolierenden Zwisehertseh©ibe 2 werden band-
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förmige, in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufende Elektrodenzuleitungen 7 und 8 befestigt. Auf den mit dem schmäleren Zuleitungsband 7 verbundenen metallisierten Bereich 3 wird ferner der Transistor 9 mit seiner Kollektorzone aufgelötet, so daß die Kollektorzone des Transistors mit dem schmalen Zuleitungsband 7 elektrisch und sperrschichtfrei verbunden ist. Die Emitterelektrode bzw. bei Mehrfachsystemen die Emitterelektroden des Halbleiterbauelementes werden über mehrere dünne Zuleitungsdrähte Io an den mittleren metallisierten Bereich k der isolierenden Zwischenscheibe und die Basiselektrode oder Basiselektroden an den äußeren metallisierten Bereich 5 und damit an das breitere Zuleitungsband, gleichfalls unter Verwendung dünner Zuleitungsdrähte, elektrisch angeschlossen. Um Kurzschlüsse zwischen den Basis- und den Emitterzuleitungsdrähten zu vermeiden, ist es vorteilhaft, das mit der Zwischenscheibe verbundene Ende des Basiszu-1eitungsbandes mit einer metallischen Erhöhung 12 zu versehen, so daß ,die Basiszuleitungsdrähte über die Emitterzuleitungsdrähte hinweglaufen.
Für die Berechnung des optimalen Abstandes h. der Basiszuleitung von der metallischen Grundplatte und der optimalen Breite a. des Basiszuleitungsbandes wird näherungsweise die folgende Formel verwendet;
009852/0587
16U858
360 bb/
wobei - die relative Dielektrizitätskonstante des zwischen der Basiszuleitung und der Grundplatte befindlichen Füllmaterials ist und r.. den Wert des Basisbahn-
bb
Widerstandes des Transistors bezeichnet. Im allgemeinen nimmt der Basisbahnwiderstand umgekehrt proportional zu der Leistung, für die der entsprechende Transistor gebaut ist, ab, so daß die Breite des Basiszuleitungsbandes proportional bzw. der Abstand des Zuleitungsbandes zur Grundplatte umgekehrt proportional zur geplanten Leistung verkleinert werden muß. Bei einem Hochfrequenztransistor für eine Hochfrequenzleistung von Io Watt beträgt dann beispielsweise die Breite des Basiszuleitungsbandes etwa Io mm bei einem 0,5 mm Abstand des Zuleitungsbandes von der metallischen Grundplatte.
Zur Berechnung des optimalen Abstandes h„ der Kollektorzuleitung von der metallischen Grundplatte und der Breite a_ des KollektorZuleitungsbandes wird die folgende Foreel herangezogen: '
Ν7ΪΓ
O O 9 B 5 V Q H17
8 16U858
Hierbei bedeutet U„ .. die Spannung der an den Kollektor angeschlossenen Gleichspannungsquelle in Volt, während N die Hochfrequenzleistung, die der Transistor abgeben kann, in Watt bedeutet.
Aus den angegebenen Formeln ergibt sich, daß beispielsweise ein für 2o Watt ausgelegter Hochfrequenztransistor, der mit einer Batteriespannung von Jo Volt betrieben wird und einen Basisbahnwiderstand von k Ohm besitzt, dann optimale Hochfequenzeigenschaften aufweist, wenn auf der Basisseite das Verhältnis hj/aj^ = 1/32 gewählt wird. Voraussetzung ist hierbei, daß die relative Dielektrizitätskonstante des zwischen der Grundplatte und den Zuleitungsbändern befindlichen Materials etwa i£_ = 9 beträgt.
Das Basiszuieitungsband kann somit eine Breite von Io mm aufweisen, wenn der Abstand des Basiszuleitungsbandes von
mm
der metallischen Trägerplatte o,3/beträgt. Selbstverständlich können auch andere, das angegebene Verhältnis erfüllende Abmessungen gewählt werden. Bei den gleichen Verhältnissen, die bei der Berechnung der Basisseite vorausgesetzt wurden, ergibt sich aus der angegebenen Formel (2) für das Verhältnis «2/a2 der Wert ^2^a2 ~ 1S^'
Das KoIl ektorzul eitungsband kann somit beispielsweise ein**
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Breite von 5 ium bei einem 1 mm Abstand von der Grundplatte oder eine Breite von Io nun bei einem 2 mm Abstand von der Grundplatte besitzen. Die durch Berechnung mit den angegebenen Formeln bestimmten geometrischen Werte haben sich bei experimentellen Versuchen als richtig erwiesen t und es hat sich gezeigt, daß auf die angegebene Weise tatsächlich eine breitbändige Kompensation der Zuleitungskapazitäten und ZuIeitungsinduktivitäten erzielt wird. Bei den Versuchen hat sich herausgestellt, daß die oben angegebenen Zählenwerie bei den verschiedenen Tränsisiortypen etwa um den Faktor 2 differieren können«
Der Abstand der Zuleitungsbänder von der metallischen Grundplatte wird vorteihafterweise durch die Höhe der das Halbleiterbauelement tragenden isolierenden Zwischenscheibe 2 (Figur 1) bestimmt. Wenn die Abstände der beiden Zuleitungsbänder unterschiedlich groß gewählt werden, ist es sinnvoll, die Dicke der Zwischenscheibe an den beiden für den Anschluß der Zuleitmgsbänder vorgesehenen Enden unterschiedlich zu wählen, so daß die Dicke der Isolierscheibe an ihren beiden Enden dem jeweils dort geforderten Abstand des Zuleitungsbandes von der Grundplatte entspricht.
Selbstverständlich können die geforderten Abstände der
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Zuleitungsbänder von der parallel verlaufenden metallischen Grundplatte auch durch entsprechendes Ah- bzw. Verbiegen der Zuleitungsbander eingestellt werden.
In Figur 2 ist noch das fertige Halbleiterbauelement dargestellt. Zu seiner Fertigstellung wurde die in Figur 1 dargestellte isolierende Zwischenscheibe 2 zusammen mit dem Halbleiterkörper 9 und den Anschlußstellen der Zuleitungsbander in Glas, Keramik oder einen Kunststoff 11 eingebettet bzw. eingegossen* Durch das jeweils gewählte Gehäusematerial wird die Dielektrizitätskonstante, die in den Formeln (1) und (2) enthalten ist, bestimmt.
Es ist selbstverständlich, daß Einzelheiten des beschriebenen Aufbaues, beispielsweise die Anordnung der Metallisierungsinseln auf der isolierenden Zwischen scheibe oder die Wahl der Materialien, variiert werden können. Auch können die Berechnungsgrundlagen,die für einen in Emitterschaltung zu betreibenden Transistor angegeben wurden, auf Transistoren,die in anderen Schaltungsarten betrieben werden sollen, sinngemäß übertragen werden. Wesentlich ist bei der vorliegenden Erfindung die flach gestreckte Bauweise eines Transistorgehäuses mit zueinander unsymmetrischen Elektrodenzuleitungen, die parallel zu einer gleichfalls als Leiter verwendeten metallischen Grund-
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platte verlaufen, wobei die Geometrie der Zuleitungsbänder und der Abstand dieser Bänder von der Grundplatte so gewählt wird, daß der in dieses Gehäuse einzubauende Transistor oder ein anderes Vierpol-Halbleiterbauelement optimale Hochfrequenzeigenschaften besitzt.

Claims (13)

16U858 Pat entansprüche
1) Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement mit einer als Elektrodenzuleitung, dienenden metallischen Grundplatte und weiteren von der Grundplatte isolierten bandförmigen Elektrodenzuleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Zuleitungen unterschiedliche Breite und/oder einen unterschiedlichen Abstand von der Grundplatte aufweisen.
2) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmigen Zuleitungen parallel zu der metallischen Grundplatte und in zueinander entgegengesetzten Richtungen verlaufen.
3) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der metallischen Grundplatte eine isolierende Zwischenscheibe angeordnet ist, und daß auf dieser isolierenden Zwischenscheibe der Halbleiterkörper befestigt ist.
k) Halbleiteranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Vierpol-Halbleiterbauelement aus einem Planartransistor oder aus einem System von mehreren Planartransistoren besteht.
5) Halbleiteranordnung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterelektrode des Transistors über eine auf der isolierenden Zwischenscheibe verlaufende Metallisierung mit der metallischen Grundplatte und die Basis- und KoIl ektorelektröd< mit je einer bandförmigen Zuleitung elektrisch leitend verbunden ist.
6) Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Basiselektrode führende Zuleitungsband breiter als das zur Kollektorelektrode führende Zuleitungsbänd ist.
7) Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Basiselektrode führende Zuleitungsbänd von der metallischen Grundplatte einen kleineren Abstand hat als das zur Kollektorelektrode führende Zuleitungsband.
8) Halbleiteranordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß auf der isolierenden Zwischenscheibe drei voneinander getrennte, hintereinander angeordnete Bereiche metallisiert sind, daß der mittlere Bereich über gleichfalls metallisierte Seitenflächen der Zwischenscheibi; mit der metallischen Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist, daß die beiden äußeren metallisierten Bereiche auf der
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Zwischenscheibe an bandförmig· Elektrodenzuleitungen angeschlossen sind, und daß auf eine· dieser beiden Müderen ■etalliaierten Bereiche der Halbleiterkörper «it seiner Kollektorzone ohaisch kontaktiert ist, während die übrigen Metallisierten Bereiche über dünne Zuleitungedrahte alt den zugehörigen Elektroden des Halbleiterkörper· elektrisch leitend verbunden sind.
9) Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenscheibe derart unter* schiedlich dick ausgebildet ist, da· die an der Zwischen' scheibe befestigten ZuleitungsbHnder einen unterschiedlichen Abstand von der Metallischen Grundplatte aufweisen·
10) Halbleiteranordnung nach einest der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Zwischenscheibe aus Keraaik besteht·
11) Halbleiteranordnung nach eineai der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Scheibe, der Halbleiterkörper und dessen Anschlußstellen en die bandförmigen Elektiedenzuleitungen in eine Kunststoffmasse, in Glas oder Keramik eingebettet bzw. eingegossen sind.'
12) Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden An-
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Spruch·, dadurch gekennzeichnr', daß dl· Hetallische Grundplatt« aus versilbertest Molybdän besteht.
13) Halbleiteranordnung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bandförmige Zuleitung zur Basis eines Hochfrequenztransietors ait Io Watt Hochfrequenzleistung eine Breite von Io bsi und einen Abstand von der Metallischen Grundplatte von 0,5 m hat, und daß diese Breite proportional bzw. der Abstand zur Grundplatte umgekehrt proportional zur geplanten Leistung verkleinert wird.
Ik) Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das über Zuieitunpdrähte «it einer Transistorelektrode verbundene Zuleitungsband an aeineai an der Zwiachenscheibe befestigten Ende eine Metallische Erhöhung aufweist, die für den Anschluß der Zuleitungsdrähte vorgesehen ist.
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