DE2111098A1 - Transistor-Konstruktion - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. Sauerland ■ Dn.-lng. R. König

Dip!-Ing. Bergen

Patentanwälte - 4ood Düsseldorf · Cecilienallee 7B ■ Telefon 43S73a

Unsere Akte: 26 519 8. März 1971

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

"Transistor-Konstruktion"

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Transistor-Konstruktion, insbesondere eine solche, die sich in einer Mikrostrip-Schaltung "bzw. einer Streifenleitungs-Schaltung verwenden läßt. Mit zunehmender Verwendung von Leistungs-Transistoren in bei hohen Frequenzen - etwa UHP- oder Mikrowellen-Frequenzen - "betriebenen Schaltungen ist es notwendig geworden, Paket-Konstruktionen für derartige Transistoren vorzusehen, damit die Transistoren einwandfrei in derartigen Schaltungen arbeiten. Paket-Konstruktionen für Transistoren, die in Schaltungen eingesetzt wurden, welche bei niedrigeren Frequenzen arbeiben, haben zwar im allgemeinen annehmbare mechanische und thermische Eigenschaften; für den Einsatz bei höheren Frequenzen sind sie jedoch ungeeignet wegen ihrer parasitären Induktivitäten und Kapazitäten. Eine Transistor-Konstruktion· für UHF- oder Mikrowellen-Betrieb muß die Wärme-Ableitung, die Einfachheit des Aufbaus sowie die Hermetik-Eigenschaften der Niederfrequenz-Konstruktionen' aufweisen und darüber hinaus minimale Leitungslängen und minimale Kapazitäten zwischen den Elektroden haben. Daneben ist es wünschenswert, daß die Konstruktionen für höhere Frequenzen so aufgebaut sind, daß sie in Schaltungen mit verteilten Leitungen, insbe-

109851/1558

sondere in Mikrostrip- und Streifenleitungs-Schaltungen verwendet werden können. Die Schaffung einer derart geeigneten Transistor-Konstruktion ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Eine erfindungsgemäße Halbleiter-Konstruktion enthält ein Gehäuse aus elektrisch isolierendem und thermisch leitendem Material mit einem Durchgang, der sich vom einen Ende zum anderen Ende des Gehäuses erstreckt. Im Gehäuse aufgebaut und thermisch mit ihm verbunden ist ein Halbleiter-Element mit einer Anzahl von Elektroden. Ein erster Anschluß ist·auf der Außenfläche des Gehäuses vorgesehen und ein Paar von Kontakt-Anschlüssen ist an den beiden Enden des Gehäuses befestigt - ein Anschluß an jedem Ende. Die Kontakt-Anschlüsse erstrecken sich über die Enden des Durchgangs im Gehäuse hinweg, so daß sie den Durchgang umschließen. Die Elektroden des Halbleiter-Elements sind elektrisch mit den Anschlüssen auf dem Gehäuse verbunden.

Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Transistor-Konstruktion, in teilweise Sprengbilddarstellung;

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Transistor-Konstruktion entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Endansicht der Transistor-Konstruktion entlang der Schnittlinie 3-3 in Fig. 2, wobei der Anschluß entfernt ist.

Die in der Zeichnung dargestellte erfindungsgemäße Tran-

109851/1558

sistor-Konstruktion ist mit 10 bezeichnet. Sie enthält ein Gehäuse 12 von rechteckigem Querschnitt, welches einen rechteckigen Durchgang 14 aufweist, der sich durch das Gehäuse hindurch vom einen Ende 16 zum anderen Ende 18 erstreckt. Das Gehäuse 12 ist aus elektrisch leitendem und thermisch isolierendem Material hergestellt wie etwa Ber-ylliumoxid oder Aluminiumoxid. Eine Schicht 20 aus elektrisch leitfähigem Material, wie etwa Silber, Gold oder Kupfer ist auf die Endfläche 16 und die Außenfläche 22 des Gehäuses 12 aufgebracht. Die Schicht 20 erstreckt sich über die Endfläche 16 von einer Stelle aus, die einen Abstand zum Durchgang 14 hat, zur Außenfläche 22 und dann über die Außenfläche 22 bis zu einer Stelle, die noch einen Abstand von der Endfläche 18 hat. Eine Schicht 24 aus derselben Metallart wie die Schicht 20 ist auf die Innenfläche 26 und die Endfläche 18 des Gehäuses 12 aufgebracht. Die:. Schicht 24 erstreckt sich über die Endfläche 18 von einer Stelle aus, die einen Abstand zur Außenfläche 22 hat, zur Innenfläche 26 und dann über die Innenfläche 26 bis zu einer Stelle, die noch einen Abstand von der Endfläche 16 hat.

Innerhalb des Durchgangs 14 im Gehäuse 12 befindet sich ein rechtwinkliger Montage-Block 28 aus elektrisch leitendem Material, z.B. aus Silber, Molybdän oder Kupfer. Der Montage-Block 28 sitzt auf der Metall-Schicht 24 und ist an dieser, etwa durch Hartlöten oder Weichlöten, befestigt, so daß er elektrisch mit der Metall-Schicht und mechanisch und thermisch mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Montage-Block 28 ist von geringerer Länge als das Gehäuse 12 und ist mit einem seiner Enden in einem Abstand von der Endfläche 16 des Gehäuses angeordnet.

Ein Transistor-Element 30 ist auf demjenigen Ende des Montage-Blocks 28 aufgebaut, das der Endfläche fl.6 des Gehäu-

109851/1558

ses 12 benachbart ist. Das Transistor-Element 30 ist ein flacher rechtwinkliger Körper aus Halbleiter-Material, etwa aus Silizium, in welchem ein Paar P-N-Übergänge gebildet sind, welche Basis-, Emitter- und Kollektor-Elektroden-Zonen bilden. Eine Kollektor-Elektrode ist auf derjenigen Oberfläche.des Transistor-Elements vorgesehen, welche am Ende des Montage-Blocks 28 befestigt ist, so-daß die Kollektor-Elektrode elektrisch mit dem Montage-Block verbunden ist. Emitter- und Basis-Elektroden 32 und 34 sind auf der anderen Oberfläche des Tronsistor-Elements 30 angebracht (Fig. 3). Wie dargestellt enthalten die Emitter-Elektrode 32 und die Basis-Elektrode 34 jeweils eine Anzahl von Fingern, die sich aus der einen Seite einer Stromschiene heraus erstrecken, sowie eine Anzahl von Kontaktplättchen, die sich aus der anderen Seite der jeweiligen Stromschiene heraus erstrecken. Die Finger der Elektroden 32 und 34 sind gegeneinander versetzt angeordnet.

Ein rechtwinkliger Distanzring 36 aus elektrisch isolierendem Material, wie Aluminiumoxid oder Berylliumoxid ist an der Endfläche 16 des Gehäuses 12 befestigt. Die äußeren Abmessungen des Distanzringes 36 sind gleich den entsprechenden Abmessungen des Gehäuses 12. Die inneren Abmessungen des Distanzringes 36 sind etwas größer als die entsprechenden Abmessungen des Durchgangs 14. Entlang zweier einander gegenüberliegenden Innenkanten des Distanzringes 36 befindet sich in dessen äußerer Endfläche je ein Absatz 38. Auf die innere Endfläche des Distanzringes 36 ist eine Metallschicht 40 aufgebracht. Die Metallschicht 40 ist, etwa durch Hartlöten oder Weichlöten, an der Metallschicht 20 auf der Endfläche 16 des Gehäuses 12 befestigt, wodurch der Distanzring mechanisch mit dem Gehäuse verbunden ist. Eine Schicht 42 aus einem elektrisch leitfähigen Material ist auf den Oberflächen der Absätze 38 und der äußeren Endfläche des Distanzringes

1098S1/1S58

36 angebracht.

Die Emitter-Elektrode 32 des Transistor-Elements 30 ist elektrisch durch eine Anzahl von Drähten 44 mit der Metallschicht 42 auf den Absätzen 38 des Distanzringes 36 verbunden. Jeder der Drähte 44 ist mit einem Ende an einem Kontaktplättchen des Emitter-Kontakts 32 befestigt und mit dem anderen Ende an der Metallschicht 42. Die Basis-Elektrode 34 des Transistor-Elements 30 ist elektrisch durch eine Anzahl von Drähten 46 mit der Metallschicht 20 auf der Endfläche 16 des Gehäuses 12 verbunden. Jeder der Drähte 46 ist mit einem Ende an einem Kontaktplättchen des Basis-Kontakts 34 befestigt und mit dem anderen Ende an der Metallschicht 20. An jedem Kontaktplättchen der beiden Elektroden 32 und 34 des Transistor-Elements 30 sind zwei Drähte 44 bzw. zwei Drähte 46 befestigt, die sich in entgegengesetzte Richtung zu den zugehörigen Metallschichten 42 bzw. 20 hin erstrecken.

An einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 12 befindet sich ein Paar Kontakt-Anschlüsse 48a und 48b. Jeder der beiden Anschlüsse 48a und 48b besteht aus einem länglichen, flachen Streifen eines elektrisch leitfähigen Materials, wie etwa Kovar, welcher am Ende so gebogen ist, daß ein flacher, rechtwinkliger Kopf 50a bzw. 50b gebildet wird, welcher senkrecht zum Anschluß verläuft. Die Abmessungen der Anschlußköpfe 50a und 50b sind etwas kleiner als die Abmessungen der Endflächen des Gehäuses 12. Die Anschlußköpfe 50a und 50b bedecken die Enden des Durchgangs 14 im Gehäuse 12 vollständig, so daß der Durchgang verschlossen und das Transistor-Element 30 im Innern hermetisch abgedichtet wird. Die Anschlüsse 48a und 48b laufen in entgegengesetzter Richtung von den Enden des Gehäuses 12 weg und liegen in derselben Ebene.

109851/1558

Das Gehäuse 12 sitzt auf einer rechtwinkligen Montage- und Anschlußplatte 52 aus elektrisch und thermisch leitfähigem Material, z.B. Kupfer. Die Metallschicht 20 auf dem Gehäuse 12 ist mit der Metallplatte 52 verbunden, etwa durch Hartlöten oder Weichlöten. Hierdurch wird das Gehäuse 12 mechanisch und thermisch und die Metallschicht 20 elektrisch mit der Platte 52 verbunden. In der Platte 52 befindet sich ein Paar Montage-Löcher 54.

Bei der Transistor-Konstruktion 10 ist die Kollektor-Elektrode des Transistor-Elements 30 elektrisch mit dem Anschluß 48b über den Montage-Block 28 und über die Metallschicht 24 auf der Innenfläche 26 und der Endfläche 18 des Gehäuses 12 verbunden. Die Emitter-Elektrode 32 des Transistor-Elements 30 ist elektrisch mit dem Anschluß 48a über die Drähte 44 und über die Metallschicht £2 auf dem Distanzring 36 verbunden. Die Basis-Elektrode 34 des Transistor-Elements 30 ist elektrisch mit der Metallplatte 52 verbunden über die Drähte 46 und über die Metallschicht 20 auf der Endfläche 16 und der Außenfläche 22 des Gehäuses 12. Das Transistor-Element 30 ist thermisch mit der Metallplatte 52 verbunden über den Montageblock 28, die Metallschicht 24, das Gehäuse 12 und die Metallschicht 20. Die Metallplatte 52 dient also einerseits als ein elektrischer Anschluß für die Transistor-Konstruktion 10 und andererseits als Wärme-Verteiler zum Abführen der vom Transistor-Element erzeugten Wärme. Außerdem dient die Metallplatte noch als Befestigungsmittel für die Transistor-Konstruktion. Gemäß der Beschreibung ist die Basis-Elektrode des Transistor-Elements elektrisch mit der Metallplatte 52 verbunden und die Emitter-Elektrode mit dem Anschluß 48aj falls gewünscht, können diese Anschlüsse jedoch auch untereinander vertauscht werden, indem man die Verbindungen der Drähte 44 und 46 vertauscht.

109851/1558

Die Transistor-Konstruktion 10 weist alle Eigenschaften auf, die für Hochfrequenz-Betrieb nötig sind: Das Transistor-Element 30 ist hermetisch innerhalb des Gehäuses 12 abgedichtet. Ein guter Wärmeübergang zwischen
Transistor-Element 30 und Platte 52 wird durch den Montageblock 28 und das Gehäuse 12 gewährleistet. Eingangsunä Ausgangs-Ansehluß 48a und 48b sind voneinander· isoliert durch das Gehäuse 12, so daß parasitäre Kapazitäten verringert werden. Die vielen (parallel angeschlossenen) kurzen Drähte 44 und 46 vermindern die parasitären Leitungs-Induktivitäten. Und.schließlich bewirkt die Tatsache, daß die Eingangs- und Ausgangs-Anschlüsse 48a und 48b in der gleichen Ebene verlaufen und die Anschlußplatte 52 in einer dazu parallelen Ebene, daß sich die
Konstruktion 10 leicht in eine Mikrostrip- oder Streifenleitungs-Schaltung einbauen läßt.

109851/1558

Claims (10)

1. RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A.)

   Patentansprüche:

   Halbleiter-Konstruktion, gekennzeichnet

   u r c h (a) ein Gehäuse aus elektrisch isolierendem und thermisch leitfähigem Material mit einem Durchgang durch das Gehäuse, der sich von dessen einem Ende bis zu dessen anderem Ende erstreckt, (b) ein Halbleiter-Element, das im Durchgang des Gehäuses angebracht · und thermisch mit dem Gehäuse verbunden ist und eine Anzahl von Elektroden besitzt, (c) einen ersten Anschluß auf der Außenfläche des genannten Gehäuses, (d) ein separates Paar metallischer Kontakt-Anschlüsse, von denen je einer an einem der beiden Enden des Gehäuses befestigt ist und sich über das zugehörige Ende des Durchgangs erstreckt, wodurch dieser Durchgang verschlossen wird und (e) durch elektrische Verbindung der Elektroden des Halbleiter-Elements mit den Anschlüssen.
2. 2. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 1, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die elektrische Verbindung des ersten Anschlusses mit einer der Elektroden des Halbleiter-Elements eine Metallschicht enthält, die auf die eine Endfläche des Gehäuses und auf die Außenfläche des Gehäuses aufgetragen ist, und daß die elektrische Verbindung eines der Kontakt-Anschlüsse mit einer Elektrode des Halbleiter-Elements eine Metallschicht enthält, die auf die Oberfläche des Durchgangs durch das Gehäuse und auf die andere Endfläche des Gehäuses aufgetragen ist.
3. 3. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 2, dadurch

   109851/1558

   gekennzeichnet, daß ein an dem einen Ende des Gehäuses befestigter Distanzring aus einem elektrisch isolierenden Material vorgesehen ist, daß der Kontakt-Anschluß an dem einen Ende des Gehäuses am Distanzring befestigt ist, und daß die elektrische Verbindung des Kontakt-Anschlusses an dem einen Ende des Gehäuses mit der zugehörigen Elektrode des Halbleiter-Elements eine Metallschicht enthält, die auf die äußere Endfläche des Distanzringes aufgetragen ist.
4. 4. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen innerhalb des Durchgangs im Gehäuse angeordneten elektrisch und thermisch leitfähigen Montage-Block der elektrisch und mechanisch an der Metallschicht auf der Oberfläche des Durchgangs befestigt ist und dessen eines Ende der einen Endfläche des Gehäuses benachbart ist, und daß das Halbleiter-Element auf dem genannten einen Ende des Montage-Blocks angebracht ist.
5. 5. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß diejenige Elektrode des Halbleiter-Elements, die mit den Kontakt-Anschlüssen am anderen Ende des Gehäuses verbunden ist, sich auf derjenigen Oberfläche des Halbleiter-Elements befindet, welche am Montage-Block befestigt ist, und daß die anderen Elektroden des Halbleiter-Elements auf der anderen Oberfläche des Halbleiter-Elements angeordnet sind.
6. 6. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Elektroden auf der anderen Oberfläche des Halbleiter-Elements elektrisch mittels eines Drahtes mit der Metallschicht auf der einen Endlfäche des Gehäuses verbunden ist, und daß die andere Elektrode auf der anderen Oberfläche des Halbleiter-Elements elektrisch mittels eines Drahtes mit der

   109851/1558

   - ίο - .

   Metallschicht auf der äußeren Endfläche des Distanzringes verbunden ist.
7. 7; Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß jede der Elektroden auf der anderen Oberfläche des Halbleiter-Elements mit ihrer zugehörigen Metallschicht durch eine Mehrzahl von Drähten elektrisch verbunden ist.
8. 8. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß jeder der Kontakt-Anschlüsse einen flachen Metallstreifen mit einem endseitigen flachen Kopf aufweist, daß der Kopf des einen Kontakt-Anschlusses an der Metallschicht auf der äußeren Endfläche des Distanzringes befestigt ist und sich vollständig über den Durchgang am einen Ende des Gehäuses erstreckt, und daß der Kopf des anderen Kontakt-Anschlusses an der Metallschicht auf der anderen Endfläche des Gehäuses befestigt ist und sich vollständig über den Durchgang am anderen Ende des Gehäuses erstreckt.
9. 9. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Anschluß aus einer Metallplatte besteht, die mechanisch und elektrisch an der Metallschicht auf der Außenfläche des Gehäuses befestigt ist.
10. 10. Halbleiter-Konstruktion gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse und der Durchgang durch das Gehäuse rechteckigen Querschnitt besitzen.

    109851/1558

    Leeseite