專利名稱：選極晶體管的制作方法
選極晶體管，即可以選擇管基電極的晶體管，屬于半導(dǎo)體器件類。本技術(shù)可以用于制造所有晶體三極管和二極管以及其它有源和無源元器件，多子器件、達(dá)林頓器件、IC、功能塊等。
在半導(dǎo)體器件中迄今廣泛采用B、F型管基，有機(jī)械強(qiáng)度高、氣密性好、成本適中三大優(yōu)點(diǎn)。但是這類器件也有三大缺點(diǎn)管基多與高電位相連，使其在電路中分布參量大、極間反饋大，影響整機(jī)的穩(wěn)定性;這類晶體管的公共端引線電感大，輸出、輸入間反饋電容大，造成器件的頻率上限低，難以應(yīng)用于微波領(lǐng)域。用H型、P型封裝方法制造的器件雖然能克服上述缺點(diǎn)，但它們的機(jī)械強(qiáng)度和氣密性都很差，而且制造成本高。為了尋找一種較為完善的半導(dǎo)體器件，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種可以選擇管基電極的晶體管即選極晶體管。該晶體管利用絕緣性能好導(dǎo)熱性能強(qiáng)的材料將芯片和管基結(jié)合在一起，通過絕緣導(dǎo)熱層上的金屬涂層可以選擇任一電極與管基相連，具有安全性和靈活性。該晶體管公共端內(nèi)引線可以做得盡可能短，減小了引線電感，提高了器件的頻率上限。該晶體管選用了與管芯半導(dǎo)體材料熱膨脹系數(shù)相近的絕緣導(dǎo)熱材料，使器件的抗熱疲勞性能大大提高。
以雙極性晶體管為例，將芯片與管基之間隔以絕緣導(dǎo)熱層就可以分別制造出發(fā)射極與管基相聯(lián)的晶體管(

圖1.1)，基極與管基相聯(lián)的晶體管(圖1，2)，集電極與管基相聯(lián)的晶體管(圖1，3)，也可以制造出三個(gè)電極都不與管基相聯(lián)的晶體管(圖1.4)。圖2是各種晶體管對(duì)應(yīng)的電原理圖，此種晶體管熱流仍由芯片下方傳到管基，實(shí)現(xiàn)了熱流通路和電流通路的分離。此絕緣材料可以預(yù)先燒結(jié)在管基上，也可以在燒結(jié)芯片的同時(shí)或之后引入。同時(shí)引入即將焊片放在管基上，在焊片上放上絕緣片，在絕緣片上再放上一層焊片，最后放上芯片，固定后放入燒結(jié)爐內(nèi)一次燒成。燒結(jié)爐可以是真空燒結(jié)爐，也可以是通有保護(hù)氣體的燒結(jié)爐，此保護(hù)氣體通常是氫氣、氮?dú)饣蚱浠旌蠚?。所用焊料可以是PbSn、PbAgSn、AgSn、PbSnIn或AuSb、AuGa等。之后引入即將芯片先燒結(jié)在比芯片尺寸大的金屬片上，再把金屬片用作為絕緣材料的粘合劑粘結(jié)到管基上。
對(duì)于B型管基和塑封件支架，是通過變更模具改變接殼電極的位置而達(dá)到并不改變諸電極的排列順序，如EBC或ECB(BCE)。也可以象F型晶體管那樣對(duì)調(diào)其中兩個(gè)電極。例如，由原來的集電極接殼變?yōu)榘l(fā)射極接殼后，只是C，E兩極互易而B極不變。
由于E-B結(jié)耐壓都較低，對(duì)于基極(或發(fā)射極)接管基的情況，相應(yīng)的發(fā)射極(或基極)絕緣子可以做得比較小，例如絕緣子截面積可以減小到 1/2 - 1/3 。這樣帶來的好處是有利于減小熱阻而擴(kuò)大功率容量，也易于辨認(rèn)電極，如圖4所示，也可以絕緣子大小不做變動(dòng)而用色點(diǎn)、文字等標(biāo)志注明。上述方法同樣適用于其它封裝類型的器件。
為了減小內(nèi)引線電感，提高頻率特性，我們?cè)O(shè)計(jì)了在管基上頂起金屬臺(tái)以連接公共端內(nèi)引線，這樣可以使公共端內(nèi)引線做得盡可能短。如圖5所示。其中11芯片，12絕緣片，13管基，14金屬臺(tái)。
對(duì)于管基為基極或發(fā)射極的情況，在保證耐壓的前提下，管帽可以做得盡量矮，以增加屏蔽效果，減小輸出輸入間反饋電容，展寬頻帶并提高穩(wěn)定度，同時(shí)減小了器件體積，F(xiàn)型管帽可由原來0.0065米減到0.003米;B型管帽可由原來0.006米減到0.0028米。管帽高度減小的部分改成螺母，其固定方法采用常用的燒結(jié)法。這樣便于固定散熱器，如圖6所示，其中21螺柱，22散熱板，23螺母，24B型晶體管。其優(yōu)點(diǎn)在于可以使B型晶體管耗散功率由1W增到5W-10W。
下面是本發(fā)明的最佳實(shí)施例。B型封裝的發(fā)射極接殼晶體管。芯片通過BeO絕緣片燒結(jié)到B型管殼上，通過BeO片上的金屬化涂層將發(fā)射極與管基連接。在管基上頂起金屬臺(tái)，高度與芯片上表面相平或稍高用于連接公共端內(nèi)引線，將發(fā)射極與金屬臺(tái)相連接，使公共端內(nèi)引線盡可能短。BeO絕緣層與金屬外殼的連接采用貼片式或鉗入式。管帽高度為0.003米，管帽上燒結(jié)一個(gè)厚度為0.002米，外直徑與管帽相同的螺帽。
本發(fā)明的另一實(shí)施例為采用F型管基制作的發(fā)射極接殼的晶體管。芯片通過BeO絕緣片燒結(jié)到F型管基上，基極采用小絕緣子有利于導(dǎo)熱和辨認(rèn)電極。BeO絕緣層與金屬外殼的連接采用片式或鉗入式。
上述絕緣材料也可用MgO、Al2O3、SiC熔鑄云母或BeO、MgO、Al2O3、SiC粘合劑與Mo、Fe、Cu、Al等金屬的復(fù)合層代替。
對(duì)于F型管基，可以引入兩片以上絕緣導(dǎo)熱片，以制造多子器件。既有利于引入內(nèi)勻流電阻，又可分散熱源，擴(kuò)展熱流等效截面，降低結(jié)溫，減小芯片與瓷片尺寸，減小應(yīng)力，增加壽命，從根本上提高100W-1000W極大功率晶體管的可靠性。
權(quán)利要求
1.選極晶體管其特征在于a，芯片與管基之間采用貼片式或鉗入式加一絕緣導(dǎo)熱材料，使得晶體管任一電極均可與管基連接或任何電極均不與管基連接[圖1]。b，在管基上頂起金屬臺(tái)高度與芯片上表面相平或稍高用于聯(lián)接內(nèi)引線。c，管帽之上燒結(jié)一個(gè)高度為0.002-0.003米的螺帽。d，絕緣材料預(yù)先燒結(jié)在管基上或與管芯同時(shí)燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，絕緣材料可以是BeO、MgO、Al2O3、SiC熔鑄云母、粘合劑及其與Mo、Fe、Cu、Al金屬的復(fù)合層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的F型晶體三極管其特征在于當(dāng)集電極不與外相連時(shí)其基極(或發(fā)射極)絕緣子截面積是集電極絕緣子截面積的 1/2 - 1/3 。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，當(dāng)集電極不接管基時(shí)可減小器件尺寸。F型管帽可由原來0.0065米減到0.003米;B型管帽可由原來0.006米減到0.0028米。
5.根據(jù)權(quán)利要求2，絕緣材料是粘合劑時(shí)，芯片先燒結(jié)在比芯片尺寸大的金屬片上，再把金屬片用粘合劑粘結(jié)到管基上。
全文摘要
選極晶體管即可以選擇管基電極的晶體管屬于半導(dǎo)體器件類。利用管基與芯片絕緣而使管基可以作為任一電極或懸浮的辦法已制造出了可以選擇管基電極的晶體管。其主要熱流通路仍然是管基。本發(fā)明有助于提高晶體管的頻率性能、功率容量、可靠性與穩(wěn)定性和使用上的靈活性。
文檔編號(hào)H01L21/52GK1050468SQ8910682
公開日1991年4月3日 申請(qǐng)日期1989年9月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月23日
發(fā)明者苗慶海, 張興華, 王家儉, 任中早, 張德駿, 李如堯 申請(qǐng)人:山東大學(xué)