КОРПУС ДЛЯ МОЩНОГО ТРАНЗИСТОРА Российский патент 2006 года по МПК H01L23/55 

Изобретение относится к электронной технике, а именно к конструкции корпуса для мощного транзистора.

При изготовлении мощных транзисторов особые требования предъявляются к корпусам транзисторов. Основная функция корпуса заключается в предохранении полупроводникового кристалла транзистора от воздействия окружающей среды (загрязнений, влажности, света), негативно влияющих на параметры кристалла.

Корпус для мощного транзистора должен выполнять и еще одну важную функцию. Поскольку в процессе работы кристалл нагревается, то корпус должен эффективно отводить тепло от кристалла и, прежде всего, для достижения максимально допустимой мощности.

Известна конструкция корпуса для мощного транзистора, содержащая металлическое основание, металлическую крышку, соединенную с основанием, и металлические выводы, расположенные в основание так, что одни концы каждого вывода находятся внутри корпуса, а другие выходят наружу через сквозные отверстия в основании. Один вывод транзистора ("земля") соединен с основанием, а два других - изолированы от металлического основания диэлектрическими (стеклянными или керамическими) шайбами. Полупроводниковый кристалл транзистора соединен с металлическим основанием, а контакты кристалла транзистора соединены с выводами корпуса проводниками из золота [1, стр.213].

Металлическое основание обеспечивает хороший отвод тепла от полупроводникового кристалла, что позволяет использовать данный корпус для мощных транзисторов.

Однако в данном корпусе присутствует возможность возникновения пробоя между выводами транзистора из-за сравнительно малой толщины шайб. Увеличение толщины диэлектрических шайб приводит к уменьшению площади металлического основания, ухудшению отвода тепла от кристалла транзистора, перегреву кристалла транзистора и снижению величины максимально допустимой мощности транзистора.

Известна конструкция корпуса для мощного транзистора - прототип, содержащая основание, металлическую крышку, соединенную с основанием посредством металлического ободка, металлическую контактную площадку для расположения и соединения полупроводникового кристалла транзистора с основанием и три металлических вывода, расположенных так, что одни концы выводов находятся внутри корпуса, а другие выходят наружу через сквозные отверстия, выполненные в основании.

Металлическая контактная площадка и металлический ободок выполнены отдельно от основания и соединены с основанием диффузионной сваркой [1, стр.213].

Этот корпус по сравнению с аналогом обеспечивает лучшую изоляцию между металлическими выводами благодаря сравнительно большему расстоянию между ними и тем самым обеспечивает более высокую величину максимально допустимой мощности транзистора.

Однако и данный корпус имеет ряд недостатков:

во-первых, низкая величина теплопроводности (10-25 Вт/м град) оксидов алюминия или кремния, из которых, как правило, выполнено основание, не обеспечивает максимально допустимую величину мощности транзистора,

во-вторых, выполнение отдельно от основания ободка и контактной площадки и их последующее крепление к основанию усложняет процесс изготовления корпуса,

в-третьих, соединение металлической контактной площадки и металлического ободка с основанием диффузионной сваркой проводится в специальных печах, и для ее осуществления требуются специальные материалы-диффузанты, что увеличивает стоимость транзистора.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение максимально допустимой мощности транзистора, повышение надежности, упрощение изготовления корпуса и снижение стоимости транзистора.

Технический результат достигается тем, что в известной конструкции корпуса для мощного транзистора, содержащей основание, выполненное из керамики, металлическую крышку, соединенную с лицевой поверхностью основания посредством металлического ободка, металлическую контактную площадку, расположенную на лицевой поверхности основания, для расположения и соединения полупроводникового кристалла транзистора с основанием, и три металлических вывода, расположенных так, что один конец каждого вывода находится на внутренней поверхности основания, а другие выходят наружу через сквозные отверстия, выполненные в основании, основание корпуса выполнено из высокотеплопроводящей керамики, сквозные отверстия выполнены на расстоянии между осями не менее 3 мм друг от друга одновременно с основанием посредством горячего прессования, крышка выполнена из алюминия, металлический ободок, металлическая контактная площадка и внутренние поверхности сквозных отверстий выполнены сканированием луча лазера лицевой поверхности основания в местах соответствующих их расположению, крышка соединена с основанием посредством металлического ободка посредством холодной сварки.

Высокотемпературная керамика выполнена из нитрида алюминия.

Сканирование лучом лазера выполнено мощностью 1 Вт и со скоростью 5 м/сек.

Выполнение основания корпуса из высокотеплопроводящей керамики - нитрида алюминия, имеющего высокое значение теплопроводности (160 Вт/м град), сравнимое с теплопроводностью алюминия (210 Вт/м град), обеспечит хороший теплоотвод и тем самым позволит увеличить максимально допустимую мощность транзистора.

Выполнение сквозных отверстий в основании для вывода наружу одних из концов металлических выводов на расстоянии между осями не менее 3 мм одновременно с выполнением основания посредством горячего прессования:

во-первых, исключит вероятность возникновения пробоя между выводами транзистора и тем самым увеличит максимально допустимую мощность транзистора,

во-вторых, упростит процесс изготовления корпуса и снизит стоимость транзистора.

Выполнение металлического ободка, контактной площадки и внутренних поверхностей сквозных отверстий посредством сканирования лучом лазера лицевой поверхности основания в местах соответствующих их расположению, позволит выполнить и металлическую контактную площадку для расположения и соединения полупроводникового кристалла транзистора, и металлический ободок для соединения крышки с лицевой поверхностью основания, непосредственно на поверхности основания, так как сканирование поверхности из нитрида алюминия лучом лазера приводит к нагреву мест соприкосновения до температуры плавления алюминия и образованию в приповерхностном слое проводящего слоя из чистого алюминия и тем самым позволяет:

во-первых, упростить процесс изготовления корпуса;

во-вторых, исключить необходимость диффузионной сварки, а следовательно, снизить стоимость транзистора.

в-третьих, обеспечит возможность соединения алюминиевой крышки с лицевой поверхностью основанию через алюминиевый ободок посредством холодной сварки, что также упростит процесс изготовления корпуса и снизит стоимость транзистора.

Выполнение крышки, контактной площадки и ободка из одного материала-алюминия повысит качество всех соединений корпуса и обеспечит высокую надежность корпуса.

Выполнение сквозных отверстий в основании на расстоянии между их осями менее 3 мм друг от друга нежелательно по причине возможности возникновения пробоя между выводами транзистора, а верхняя граница расстояния между ними определяется размером корпуса транзистора.

Изобретение поясняется чертежом, на котором дан разрез и вид сверху корпуса мощного транзистора и где

- основание - 1,

- лицевая поверхность основания - 2,

- металлическая крышка - 3,

- металлический ободок - 4,

- металлическая контактная площадка для расположения и соединения полупроводникового кристалла транзистора - 5,

- металлические выводы - 6,

- сквозные отверстия, выполненные в основании - 7.

Пример 1.

Из нитрида алюминия диаметром 8 мм и толщиной 1 мм одновременно горячим прессованием выполняют основание корпуса (1) и три сквозных отверстия (7) в нем с расстояниями между осями отверстий 4 мм и диаметром 1 мм для металлических выводов (6).

Выполняют металлическую крышку (3) из алюминиевого листа толщиной не более 1 мм.

Выполняют металлический ободок (4), металлическую контактную площадку (5) и внутренние поверхности сквозных отверстий (7) сканированием лучом лазера лицевой поверхности основания (2), для чего

- основание (1) из нитрида алюминия размещают на рабочий стол установки "Лазерграф" лицевой поверхностью основания (2) вверх;

- с помощью программы Autocad на компьютере типа PC/AT создают файл контура ободка, контактной площадки и сквозных отверстий корпуса;

- подключают компьютер к установке лазерной обработки материалов "Лазерграф" и по созданному в компьютере файлу проводят сканирование лицевой поверхности основания из нитрида алюминия лучом лазера мощностью 1 Вт со скоростью 5 м/сек.

В сквозные отверстия (7) располагают три наружных конца металлических выводов из луженной медной проволоки диаметром 1 мм.

На металлическую контактную площадку (5) располагают полупроводниковый кристалл транзистора и соединяют его пайкой.

Контакты полупроводникового кристалла транзистора и концы металлических выводов, расположенных на лицевой поверхности основания, соединяют проволочками из золота диаметром 40 мкм пайкой.

Металлическую крышку (3) из алюминиевой фольги соединяют с лицевой стороной основания (2) по периметру посредством металлического ободка (4) из алюминия холодной сваркой.

Таким образом, предлагаемая конструкция корпуса для мощного транзистора по сравнению с прототипом позволит:

во-первых, увеличить максимально допустимую мощность транзистора примерно в 5 раз,

во-вторых, повысить качество всех соединений корпуса и обеспечить высокую надежность транзистора,

в-третьих, упростить процесс изготовления корпуса транзистора,

в-четвертых, снизить стоимость транзистора.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. Минск: Высшая школа, 1982, стр.213.

Использование: в электронной технике при конструировании корпусов для мощных транзисторов. Техническим результатом изобретения является увеличение максимально допустимой мощности транзистора, повышение надежности, упрощение процесса изготовления корпуса, снижение стоимости транзистора. Сущность изобретения: основание корпуса мощного транзистора выполнено из высокотеплопроводящей керамики - нитрида алюминия, сквозные отверстия в основании выполнены на расстоянии между осями не менее 3 мм друг от друга, одновременно с основанием, посредством горячего прессования, крышка выполнена из алюминия, ободок, контактная площадка и внутренние поверхности сквозных отверстий в основании выполнены из алюминия, при этом ободок, контактная площадка и внутренние поверхности сквозных отверстий в основании выполнены путем сканирования лучом лазера лицевой поверхности основания корпуса. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Корпус для мощного транзистора, содержащий основание, выполненное из керамики, металлическую крышку, соединенную с лицевой поверхностью основания по периметру посредством металлического ободка сваркой, металлическую контактную площадку, расположенную на лицевой поверхности основания для расположения и соединения полупроводникового кристалла транзистора с основанием, и три металлических вывода, расположенных так, что одни концы выводов расположены на лицевой поверхности основания, а другие выходят наружу через сквозные отверстия, выполненные в основании, отличающийся тем, что основание выполнено из высокотеплопроводящей керамики, сквозные отверстия выполнены на расстоянии между осями не менее 3 мм друг от друга одновременно с основанием посредством горячего прессования, крышка выполнена из алюминия, а металлический ободок, металлическая контактная площадка и внутренние поверхности сквозных отверстий выполнены посредством сканирования лучом лазера лицевой поверхности основания в местах соответствующего их расположения, соединение лицевой поверхности основания с крышкой посредством металлического ободка выполнено холодной сваркой.2. Корпус для мощного транзистора по п.1, отличающийся тем, что высокотеплопроводящая керамика выполнена из нитрида алюминия.3. Корпус для мощного транзистора по п.1 или 2, отличающийся тем, что сканирование лучом лазера выполнено мощностью 1 Вт со скоростью 5 м/с.