DE1914442B2 - Halbleiteranordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement, insbesondere
einem Leistungstransistor, mit einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weiteren
von der Grundplatte isolierten bandförmigen
einer auf der Grundplatte angeordneten isolierenden
Halbleiterbauelemente besitzen drahtförmige Zuleitungen
mit kreisförmigem Querschnitt. Diese drahtförmigen Zuleitungen bedingen relativ hohe Zuleitungsinduktivitäten,
so daß derart aufgebaute Bauelemente für einen Einsatz bei hohen Frequenzen ungeeignet sind.
Zur Verminderung der Zuleitungsinduktivitäten wurde bereits vorgeschlagen, die Zuleitungen bandförmig
auszubilden. So gibt es bereits Transistorbauelemente, die drei bis vier bandförmige Zuleitungen gleichen
Querschnitts aufweisen, die in einer Ebene angeordnet sind und strahlenförmig auseinanderlaufen und mit
denen in der Tat eine merkliche Reduzierung der Zuleitungsinduktivitäten erreicht würde.
Es hat sich aber gezeigt, daß auch bei diesen Anordnungen die erzielten Hochfrequenzeigenschaften
nicht allen Anforderungen genügen.
Es wurde ferner bereits vorgeschlagen (DT-PS 14 858), ein Halbleitergehäuse derart aufzubauen,
daß eine breitbandige Kompensation der Zuleitungsinduktivitäten und der Zuleitungskapazitäten am Ausgang
und am Eingang eines Vierpol-Halbleiterbauelementes möglich ist. Hierzu wurde eine metallische Grundplatte
mit der Elektrode des Halbleiterbauelementes verbunden, die dem Eingang und dem Ausgang des Vierpols
gemeinsam ist, während die anderen Elektroden des Bauelementes an bandförmige Zuleitungen angeschlossen
werden, die eine bestimmte Breite und einen bestimmten Abstand von der metallischen Grundplatte
aufweisen.
Zur Realisierung eines derartigen Gehäuseaufbaus wurde auf einer metallischen Grundplatte eine Zwischenscheibe
aus einem isolierenden Material befestigt Bei der älteren Anordnung weist diese isolierende
Zwischenscheibe auf ihrer von der Grundplatte abgewandten Oberflächenseite drei voneinander getrennte
metallisierte Bereiche auf. Die Metallisierungen können beispielsweise aus Gold bestehen. Die drei
metallisierten Oberflächenbereiche wurden hierbei in einer Reihe hintereinander angeordnet, wobei der
mittlere Bereich über gleichfalls metallisierte Seitenflächen der Zwischenscheibe mit der metallischen
Grundplatte elektrisch leitend verbunden ist Der Halbleiterkörper wurde bei Jer bekannten Anordnung
auf einem der äußeren metallisierten Bereiche befestigt, während seine Elektroden mit dem mittleren metallisierten
Bereich und dem am anderen Ende der isolierenden Zwischenscheibe liegenden dritten metallisierten
Oberflächenbereich mittels dünner Zuleitungsdrähte elektrisch leitend verbunden wurden.
Bei der Kontaktierung eines Hochfrequenztransistors dient bei der bekannten Anordnung der mittlere
metallisierte Bereich auf der isolierenden Zwischenscheibe als Emitteranschluß, während die beiden
äußeren metallischen Bereiche, die mit bandförmigen Zuleitungen verbunden sind, als Kollektor- bzw.
Basisanschluß dienen.
Der bekannten Ausbildung der Elektroden und Zuleitungen bei einem Gehäuse für einen Hochfrequenztransistor
sind die Zuleitungen, die zu den Eingangselektroden und den Ausgangselektroden eines
Halbleiterbauelementes führen, mit einem Wellenwiderstand ausgebildet, der dem als reell angenommenen
Eingangswiderstand entspricht Bei einer derartigen Ausbildung der Zuleitungen außerhalb und innerhalb
des Gehäuses bilden die Zuleitungen keine induktive oder kapazitive Komponente des Eingangs- oder
Ausgangswiderstandes mehr. Damit kann das Halbleiterbauelement beispielsweise in einem Hochfrequenzleistungsbreitbandversiärker
eingesetzt werden.
Die Realisierung der angestrebten Widerstandsverhältnisse wird vor allem durch die unerwünscht hohen
Zuleitungsinduktivitäten erschwert. Besonders bei hohen Frequenzen, beispielsweise über 300 MHz und bei
Leistungstransistoren, deren Leistung beispielsweise über 10 Watt liegt, machen sich diese Zuleitungsinduktivitäten
besonders störend bemerkbar. Es wurde z. B. Verrechnet; daß bei einer geforderten Frequenz von
'300MHz und einer Verlustleistung von 10 Watt die
Zuleitungsinduktivitäten einen Wert von 1,6 nH nicht überschreiten dürfen. Liegt die Frequenzgrenze bei
500 MHz, so beträgt der Wert für die maximale Zuleitungsinduktivität sogar nur 0,95 nH.
Bei dem eingangs beschriebenen Gehäuse für Hochfrequenztransistoren mit bandförmigen Elektrodenzuleitungen
hat sich gezeigt, daß die Induktivitätsverhältnisse noch verbesserungswürdig sind.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiteranordnung mit geringsten Zuleitungsinduktivitäten
anzugeben.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, daß die
Zwischenscheibe mit vier voneinander isolierten metallischen ßereichen '/ersehen ist, daß zwei der Metallisierungen
einander gegenüberliegend am Rand der isolierenden Platte angeordnet sind, daß sich eine dritte
Metallisierung zwischen den beiden am Rand angeordneten Metallisierungen erstreckt, und daß die dritte
vierten, gleichfalls am Rand der Platte angeordneten
ίο der isolierenden Zwischenscheibe wurde besonders
darauf geachtet, daß die Emitterzuleitungsinduktivität sehr klein gehalten wird. Dies ist vor allen deshalb
notwendig, weil die Leistungstransistoren meist in Emitterschaltung betrieben werden. Je größer hierbei
is der Widerstand der Zuleitungsinduktivität ist, um so
größer ist die Rückkopplung des Ausgangs auf den
der isolierenden Zwischenscheibe können die folgenden wesentlichen Vorteile erzielt werden: Zwischen der
Basiszuleitung und dem Halbleiterkörper besteht ein sehr kleiner Abstand, die Basiselektrode des Transistors
kann mit mehreren, parallel zueinanderliegenden
2s Kontaktierungsdrähten an den zugehörigen metallisierten
Bereich angeschlossen werden.
Ebenfalls ein sehr kleiner Abstand besteht zwischen der Emittemetallisierung auf der isolierenden Zwischenscheibe
und dem Halbleiterelement
Die Emittermetallisierung kann durch eine sehr kurze elektrische Zuleitung mit der metallischen Grundplatte
verbunden werden.
Die Anordnung weist sehr günstige elektrische Eigenschaften auf und läßt sich sehr leicht in einer
Um die geschilderten Vorteile zu erzielen, wird die isolierende Zwischenscheibe rechteckförmig oder rund
ausgebildet Bei einer rechteckförmigen Zwischenscheibe sind die Oberflächenrandgebiete an allen vier Seiten
zumindest teilweise mit je einer Metallisierung versehen, wobei sich eine der Metallisierungen zwischen zwei
einander gegenüberliegenden Metallisierungen, die nur einen Teil der Kantenlänge umfassen, bis in die Nähe
der vierten Randmetallisierung erstreckt Bei einer derartigen geometrischen Anordnung sind die beiden
einander gegenüberliegenden Randmetallisierungen über die Seitenfläche der isolierenden Scheibe mit der
metallischen Grundplatte elektrisch verbunden. Diese Randmetallisierungen dienen dann als Amxhlußkontaktfläche
für die Emitterelektroden des Leistungstransistors, während die zwischen diesen Emitterkontaktflächen
hindurchfUhrende Metallisierung für die Aufnahme des oder der Halbleiterkörper und damit als Kollektorkon
taktfläche vorgesehen ist.
Vorzugsweise wird die Kollektorkontaktfläche T-förmig
ausgebildet, wobei der breitere Teil der Metallisierung am Rand der isolierenden Platte angeordnet ist
Der schmalere Teil der Metallisierung erstreckt sich dann zwischen der! am Rand der Platte angeordneter
Emitterkontaktflächen. Bei einer derartigen Anordnung wird auf den schmaleren Teil der T-förmigen Kollektor
kontaktfläche in möglichst geringem Abstand von der Emitterkontaktflächen und der vierten, als Basisan
Schluß dienenden Basiskontaktfläche der oder di< Halbleiterkörper mit ihren Kollektorzonen befestigt
Die Emitter- und die Basiselektroden der Halbleiterkör per werden mit dünnen Zuleitungsdrähten mit dei
zugeordneten Kontaktflächen auf der isolierende:
Zwischenscheibe elektrisch leitend verbunden. Die bisher geschilderte geometrische Anordnung der
Metallflächen auf der isolierenden Zwischenscheibe eignet sich besonders für Frequenzen bis 300 MHz und
für eine Leistung bis zu 10 Watt. s
Für höhere Frequenzen und für höhere Leistungen wird die isolierende Zwischenscheibe vorzugsweise
gleichfalls rechteckförmig ausgebildet Der Rand dieser Zwischenscheibe wird dann an einer Kante mit einer als
Basiskontaktfläche dienenden Metallisierung versehen, während der der Basiskontaktfläche gegenüberliegende
Rand der Platte zwei weitere als Emitterkontaktflächen dienende Metallisierungen aufnimmt Die Emitterkontaktflächen
sind dann vorzugsweise in den Oberflächenbereichen der Platte angeordnet Zwischen diesen
Emitterkontaktflächen ist eine vierte, als Kollektorkontaktfläche
dienende Metallisierung hindurchgeführt die sich bis in die unmittelbare Nähe der Basis-Metallkontaktfläche
erstreckt Auch bei einer derartigen Anordnung wird die Kollektorkontaktfläche vorzugsweise
T-förmig ausgebildet wobei der breitere' Teil der Kontaktfläche zwischen den Basis- und Emitterkontaktflächen
angeordnet ist und veh beispielsweise über die ganze Breite der isolierenden Platte erstreckt Der
schmalere Teil der Kollektorkontaktfläche ist dann zwischen den Emitterkontaktflächen, die in den Ecken
der isolierenden Zwischenscheibe angeordnet sind, hindurchgeführt Auch bei einer derartigen Anordnung
werden die Emitterkontaktflächen Ober Metallisierungen an den Seitenflächen der isolierenden Platte mit der
metallischen Grundplatte elektrisch leitend verbunden.
Bei der zuletzt geschilderten und für höhere Frequenzen und höhere Leistungen geeigneten Anordnung
werden ein oder mehrere Halbleiterkörper mit ihren Kollektorzonen auf dem breiteren Teil der
T-förmigen Koüektorkontaktfläche befestigt Die Basis- und die Emitterelektroden der Transistoren werden
durch dünne Zuleitungsdrähte mit den zugeordneten Kontaktflächen auf der isolierenden Platte elektrisch
leitend verbunden. Für jede Elektrode werden \ orzugsweise mehrere dünne Zuleitungsdrähte verwendet die
möglichst kurz sind und elektrisch parallelgeschaltet sind.
Die Erfindung soll im weiteren noch anhand der F i g. 1 bis 6 näher erläutert werden.
In der F i g. 1 ist in einer perspektivischen Ansicht eine metallische Platte 1 dargestellt auf der beispielsweise
zentrisch eine kleinere Zwischenscheibe 2 aus isolierendem Material befestigt ist Die isolierende
Platte besteht beispielsweise aus Berylliumoxid, wäh- so rend für die Metallplatte 1 Molybdän vorteilhafte
Verwendung findet Auf der Oberfläche der isolierenden Zwischenscheibe 2 sind vier metallisierte und voneinander
isolierte Bereiche 5, 6, 7 und 8 angeordnet Die Metallisierungen bestehen beispielsweise aus dünnen
aufgedruckten Goldschichten. Mit den Metallisierungen 7 bzw. 8 ist je eine bandförmige Elektrodenzuleitung 4
bzw. 3 verbunden, wobei sich die Zuleitungsbänder von der isolierenden Scheibe weg in einander entgegengesetzten
Richtungen erstrecken. Diese Zuleitungsbänder dienen vorzugsweise bei der Kontaktierung eines
Legierungstransistors als Basis- bzw. Kollektoranschlußleitung.
In der F i g. 2 ist in einer Draufsicht die Verteilung der Metallisierungsbereiche auf der Oberfläche der isolierenden
Zwischenscheibe deutlicher zu erkennen. An einander gegenüberliegenden Kanten der Zwischenscheibe
2 sind Teile der Randbereiche mit Metallisierungen 5 und 6 versehen, die, wie besonders aus der Fig. 1
deutlich, wird, über gleichfalls metallisierte Teile der Seitenfläche der Zwischenscheibe mit dem metallischen
Sockel 1 elektrisch leitend verbunden sind. Diese beiden
Kontaktierungsflächen 5 und 6 dienen vorzugsweise als Anschluß für die Emitterelektroden eines zu kontaktierenden
Leistungstransistors. Von einer weiteren freien Randfläche ausgehend, erstreckt sich zwischen die
beiden Kontaktflächen 5 und 6 eine weitere Kontaktfläche 8, die vorzugsweise T-förmig ausgebildet ist Der
breitere Teil 9 dieser Kontaktfläche schließt mit der Kante der isolierenden Zwischenscheibe ab und dient
zum Befestigen der bandförmigen Elektrodenzuleitung 3 (Fig. 1). Der schmalere Teil 10 dieser Kontaktfläche
befindet sich zwischen den Emitterkontaktflächen 5 und 6 und dient vorzugsweise zur Kontaktierung der
Kollektorzonen eines Transistorelementes. Die Randfläche
an der noch freien Kante ist mit einer vierten Metallisierung 7 versehen, die bei der Kontaktierung
eines Leistungstransistors vorzugsweise als Basiskontaktfläche dient und mit der bandförmigen Elektrodenzuleitung
4 (F i g. 1) elektrisch leitend verbunden ist
In der F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Anordnung dargestellt. Auf einer metallischen Grundplatte 1 ist wiederum eine kleinere rechteckige
Zwischenscheibe aus einem isolierenden Material befestigt. Die Eckrandbereiche der Oberfläche der
isolierenden Zwischenscheibe sind an zwei einander benachbarten Ecken mit den Oberflächenmetallisierungen
12 und 13 versehen, die über metallisierte Teile der Seitenflächen der isolierenden Scheibe mit der metallischen
Grundplatte 1 elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen diesen beiden Metallisierungen 12 und 13 ist
eine weitere Metallisierung 11 hindurchgeführt die bis
in die Nähe der weiteren Randmetallisierung 7 reicht Die Metallisierungen 7 und 11 sind, wie dies auch bei der
Anordnung nach Fig. 1 der Fall ist an bandförmige Elektrodenzuleitungen 3 und 4 angeschlossen, die eine
unterschiedliche Breite aufweisen.
Die geometrische Anordnung der Oberflächenmetallisierungen auf der isolierenden Zwischenscheibe sind in
der Fig.4 in Draufsicht auf die isolierende Zwischenscheibe
2 deutlich hervorgehoben. Die Metallisierung 11 (Fig.2), die den mittleren Teil der isolierenden
Zwischenscheibe in deren ganzer Breite umfaßt ist zwischen den Eckmetallisierungen 12 und 13 und der
Randmetallisierung 7, die sich gleichfalls über die Breite der isolierenden Scheibe erstreckt angeordnet Die
Metallisierung 7 dient vorzugsweise zum Anschluß der Basiselektroden eines Leistungstransistors, während die
Metallisierungen 12 und 13 als Emitterkontaktflächen dienen. Die Kollektorkontaktfläche 11 ist vorzugsweise
T-förmig ausgebildet wobei auf den breiteren Teil 15 dieser Kontaktfläche der oder die Halbleiterkörper mit
ihren Kollektorzonen befestigt werden. An den schmalen Teil 14 der Kollektormetallisierung wird die
bandförmige Zuleitung 3 (F i g. 3) angeschlossen. Da die Abstände zwischen dem Halbleiterkörper auf der
Kollektorkontaktfläche 15 und den den Elektroden zugeordneten Metallisierungen 7 bzw. 12 und 13 sehr
klein sind, können die durch die Verbindungsdrähte verursachten Induktivitäten sehr klein gehalten werden.
In der Fig.5 ist die Kontaktierung eines Leistungstransistors dargestellt Hierbei wird von einer Metallisierungsanordnung
auf der Oberfläche der isolierenden Zwischenscheibe ausgegangen, wie sie in den F i g. 1 und
2 dargestellt ist Der Halbleiterkörper 17 ist mit seiner Kollektorzone auf dem schmalen Teil 10 (Fig.2) der
T-förmigen Kontaktfläche befestigt, wobei die Kollektorzone des Transistors ohmisch mit der Metallisierung
und damit auch mit der bandförmigen Zuleitung 3 verbunden ist. Die Emitterelektroden 19 des Transistors
werden mit mehreren dünnen Zuleitungsdrähten mit den zugeordneten Emitter-Kontaktflächen S und 6
elektrisch leitend verbunden. Die Emitter-Kontaktflächen 5 und 6 sind ihrerseits über die Seitenmetallisierungen
16 der isolierenden Zwischenscheibe an die metallische Grundplatte 1 angeschlossen. Die Basiselektrode
18 des Transistors wird gleichfalls mit einer Reihe parallel zueinander angeordneter Kontaktierungsdrähte
20 mit dem der Basiszone zugeordneten metallisierten Bereich 7 auf der isolierenden Zwischenscheibe
verbunden. Die dünnen Kontaktierungsdrähte 20 sind
ίο
hierbei elektrisch zueinander parallel geschaltet, so dat
die Gesamtinduktivität dieser Zuleitungsdrähte sehi gering ist. Wie sich aus der Darstellung in F i g. 5 sehi
deutlich ergibt, sind alle AnschluGwege zwischen deir
Transistorkörper und den Kontaktflächen extrem klein Die Emitter- und die Kollektorkontaktierungsdrähtt
überkreuzen sich an keiner Stelle, so daß die Gefahr vor Kurzschlüssen zwischen den einzelnen Zonen des
Transistorelementes ausgeschlossen ist.
In der Fig.6 ist noch das fertige Halbleiterbauelement
dargestellt. Zu seiner Fertigstellung wurde die isolierende Zwischenscheibe 2 zusammen mit dem
Halbleiterkörper 17 und den Anschlußstellen dei Zuleitungsbänder in Glas, Keramik oder einen Kunststoff
21 eingebettet bzw. eingegossen.
709 537/93
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Halbleiteranordnung aus einem Vierpol-Halbleiterbauelement, insbesondere Leistungstransistor, mit einer als Elektrodenzuleitung dienenden metallischen Grundplatte und weiteren von der Grundplatte isolierten, bandförmigen Elektrodenzuleitungen, die mit metallisierten Bereichen einer auf der Grundplatte angeordneten, isolierenden Zwischenscheibe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenscheibe (2) mit vier voneinander isolierten metallischen Bereichen (5, 6, 7,8) versehen ist, daß zwei der Metallisierungen (5,6) einander gegenüberliegend am Rand der isolierenden Platte (2) angeordnet sind, daß sich eine dritte Metallisierung (8) zwischen den beiden am Rand angeordneten Meta'lisierungen (5,6) erstreckt, und daß die dritte Metallisierung (8) durch einen kleinen Abstand von der vierten, gleichfalls am Rand der Platte angeordneten Metallisierung (7) getrennt ist2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einander gegenüberliegenden Randmetallisierungen (5, 6) über die Seitenfläche der isolierenden Scheibe mit der metallischen Grundplatte (1) elektrisch verbunden sind, und daß diese Randmetallisierungen als Anschlußkontaktflächen für die Emitterelektroden des Leistungstransistors vorgesehen sind, während die zwischen diesen Emitterkontaktflächen hindurchführende Metallisierung (8) für die Aufnahme der Halbleiterkörper und damit als Kollektoranschlußfläche vorgesehen ist.3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet; daß die Kollektorkontaktfläche (8) T-förmig ausgebildet ist, wobei der breitere Teil (9) der Metallisierung am Rand der isolierenden Platte angeordnet ist, während sich der schmalere Teil (10) der Metallisierung zwischen den am Rand der Platte angeordneten Emitterkontaktflächen (5,6) erstreckt.4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem schmaleren Teil (10) der T-förmigen Kollektorkontaktfläche (8) in möglichst geringem Abstand von den Emitterkontaktflächen (5, 6) und der vierten als Basisanschluß dienenden Basiiskontaktfläche (7) der Halbleiterkörper (17) mit seiner Kollektorzone befestigt ist, und daß seine Emitter- und die Basiselektroden (18, 19) des Leistungstransistors mit dünnen Zuleitungsdrähten (20) mit den zugeordneten Kontaktflächen (5,6,7) auf der isolierenden Platte 2 elektrisch leitend verbunden sind.5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte (2) rechteckförmig ausgebildet ist, daß der Rand dieser Platte an einer Kante mit einer als Basiskontaktfläche dienenden Metallisierung (7) versehen ist, daß der der Basiskontaktfläche gegenüberliegende Rand der Platte zwei weitere als Emitterkontaktflächen dienende Metallisierungen (12, 13) aufweist, die jeweils in den Oberflächeneckbereichen der Platte angeordnet sind, und daß zwischen diesen beiden Emitterkontaktflächen (12, 13) eine vierte als Kollektorkontaktfläche dienende Metallisierung (11) hindurchgeführt ist, die sich bis in die unmittelbare Nähe der Basismetallkontaktfläche (7) erstreckt.6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorkontaktfläche (11)T-förmig ausgebildet ist, wobei der breitere Teil (J5j der Kontaktfläche zwischen den Basis- und Emitterkontaktflächen (7, 12, 13) angeordnet ist und sich über die ganze Breite der isolierenden Platte (2) erstreckt, während der schmalere Teil (14) der Kollektorkontaktfläche (11) zwischen den Emitterkontaktflächen (12,13) hindurchgeführf ist.7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterkontaktflächen über Metallisierungen (16) an den Seitenflächen der isolierenden Platte (2) mit der metallischen Grundplatte (1) elektrisch leitend verbunden sind.8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (17) mit seiner Kollektorzone auf dem breiteren Teil (15) der T-förmigen Kollektorkontaktfläche (11) befestigt ist, und daß seine Emitter- und Basiselektroden durch dünne Zuleitungsdrähte mit den zugeordneten Kontaktflächen auf der isolierenden Platte elektrisch leitend verbunden sind.9. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung der Transistorelektroden (18,19) mit den zugeordneten Kontaktflächen (5, 6, 7) auf der isolierenden Platte (2) für jede Elektrode mehrere Zuleitungsdrähte (20) vorgesehen sind, die elektrisch parallel geschaltet sind.10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Platte (2) aus Berylliumoxyd und die Metallisierungen aus Gold bestehen.
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