Мощный свч-транзистор



Мощный свч-транзистор
Мощный свч-транзистор
Мощный свч-транзистор
Мощный свч-транзистор
Мощный свч-транзистор

 


Владельцы патента RU 2615313:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Использование: для создания мощного СВЧ-транзистора. Сущность изобретения заключается в том, что мощный СВЧ-транзистор включает керамический корпус с металлическим фланцем и двумя полосковыми выводами на бортиках керамической структуры, один или несколько параллельно включенных транзисторных кристаллов, кристаллы конденсаторов внутренних согласующих цепей, несколько рядов соединительных проволочных проводников, соединяющих контактные площадки на кристаллах транзистора и кристаллах конденсаторов между собой и с входными и выходными выводами транзистора, при том, что фланец выполняет функцию общего электрода транзистора, а между каждым из пары в ряду основных соединительных проводников размещены экранирующие проводники, при этом внутри керамической структуры корпуса размещена металлическая рамка с вертикальными стенками, снизу соединенная с фланцем корпуса, а сверху имеющая уровень несколько ниже уровня выводов транзистора для присоединения верхних концов упомянутых экранирующих проводников, нижние концы экранирующих проводников присоединены непосредственно к фланцу корпуса вблизи кристалла транзистора. Технический результат: обеспечение возможности расширения полосы рабочих частот и повышения эксплуатационной устойчивости. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к электронной полупроводниковой технике, в частности к конструкции мощных СВЧ-транзисторов, и может быть использовано для создания на их основе радиоэлектронной аппаратуры нового поколения.

СВЧ-транзисторы всех типов несут в себе источники внутренней обратной связи, которые существенным образом влияют на эксплуатационные характеристики приборов.

Для мощных СВЧ-транзисторов паразитные параметры системы соединительных проводников внутри корпуса транзистора могут формировать дополнительные источники обратных связей. Очевидный источник подобных обратных связей - паразитная индуктивность общего электрода транзистора в настоящее время исключена практически во всех конструкциях современных транзисторов [ТУ «Мощный СВЧ биполярный транзистор типа 2Т946» (АаО 339083 ТУ)], [Патент «СВЧ-транзистор» (US 6181200 В1)]. Однако для относительно мощных и достаточно высокочастотных как биполярных, так и полевых транзисторов остается неустраненный источник обратной связи, связанный с взаимной индуктивностью соединительных проводников, принадлежащих входной и выходной цепям транзистора.

Аналогами предлагаемого устройства в области биполярных транзисторов являются [ТУ «Мощный СВЧ биполярный транзистор типа 2Т946» (АаО 339083 ТУ)] и [Патент «СВЧ-транзистор» (US 6181200 В1)], где индуктивности общего электрода (базы) исключена за счет двусторонней сборки базовых соединительных проводников на фланец корпуса, который является общим электродом транзистора.

В области полевых транзисторов аналогами можно считать [Статья: Peter H. Aaen, Jaime А. Рl'а and Constantine A. Balanis, «Modeling Techniques Suitable for CAD Based Design of Internal Matching Networks of High-Power RF/Microwave Transistors», IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques», vol. 54, no. 7, pp. 3052-3058, july 2006.] и [ТУ «Транзисторы 2П9109» (АЕЯР.432150.622 ТУ - ЛУ)], где общим электродом является исток, непосредственно присоединенный к фланцу корпуса, что исключает прямую реализацию индуктивности общего электрода.

Исходная конструкция соединительных цепей для типичного мощного LDMOS-транзистора, способного отдавать импульсную мощность 70 Вт на частоте 3 ГГц, показана на фиг. 1. Совокупность взаимных индуктивностей между внутренними цепями в корпусе транзистора обозначается буквой «М». По результатам электромагнитных модельных исследований получены численные значения всех составляющих взаимных индуктивностей. При этом модельные исследования эксплуатационных параметров усилительного каскада в существенно нелинейном режиме показали искажение полосных характеристик усилительного каскада, а при неблагоприятных рассогласованиях входной и выходной цепей - к потере устойчивости усилительного каскада.

Цель настоящего изобретения - устройство мощных СВЧ-транзисторов с рабочими частотами более 2 ГГц с расширенной полосой рабочих частот и повышенной эксплуатационной устойчивостью.

Конструкция согласующих цепей в корпусе мощного СВЧ-транзистора любого типа включает ряды соединительных проволочных проводников между кристаллом транзистора 1 (фиг. 1) или несколькими такими параллельно включенными кристаллами, конденсаторами внутренних входных 2 и выходных 3 согласующих цепей (если они имеются) и полосковыми входными 4 и выходными 5 выводами транзистора, размещенными на бортиках (стенках) керамической структуры, установленной на фланце корпуса, образующем общий электрод транзистора.

Технический результат достигается тем, что между каждым из пары в ряду основных соединительных проводников размещены экранирующие проводники 6 (фиг. 2), которые с одного и другого конца электрически соединены с фланцем корпуса, при этом внутри прямоугольной керамической структуры корпуса размещена металлическая рамка с вертикальными стенками 7, снизу соединенная с фланцем корпуса, а сверху имеющая уровень несколько ниже уровня выводов транзистора для присоединения упомянутых экранирующих, промежуточных по отношению к основным, проводников 6.

Такая формулировка по факту экранирования является достаточной, однако конструктивная реализация возможна лишь при условии близости контактных площадок 8 для присоединения основных соединительных проводников (используемых для соединения кристалла транзистора с согласующими входными 2 и выходными 3 конденсаторами и входными 4 и выходными 5 выводами транзистора) и соответствующих экранирующих проводников 6. Принципиальным оказывается создание подобных вспомогательных контактных площадок вблизи площадок кристалла транзистора 8. Для решения этой задачи предлагается разместить внутри корпуса транзистора металлические бруски 9 между кристаллом 1 и входным 2 и выходным 3 согласующими конденсаторами, по высоте примерно равными высоте кристалла транзистора 1 (фиг. 2). Присоединение экранирующих проводников 6 производится с экранирующей рамки 7 либо на вспомогательные металлические бруски 9 рядом с кристаллом транзистора 1, либо непосредственно на фланец вблизи кристалла транзистора 1 (если брусок 9 отсутствует). Вместо бруска 9 допускается использовать соединенную с фланцем площадку (шину) рядом размещенного согласующего конденсатора 2 или 3 (если она имеется). Также вместо экранирующей рамки 7 возможно размещение металлических вставок с длиной, приблизительно равной длине кристалла транзистора 1, высотой, равной высоте экранирующей рамки 7, располагающихся между бортиками керамической структуры и согласующими конденсаторами 2 или 3.

Расположение экранирующей рамки 7, а также брусков 9 требует наличия свободного места в корпусе транзистора, которое не всегда имеется в конструкции современных мощных СВЧ-транзисторов. В целях экономии места, а также упрощения конструкции можно использовать альтернативный вариант, в котором вместо буквального экранирования каждого ряда соединительных проводников предусматривается размещение только двух рядов экранирующих проводников 6 при трех рядах основных проводников, как это показано на фиг. 3. Основанием для упрощенного варианта размещения экранирующих проводников 6 является то обстоятельство, что взаимная индуктивность рядов проводников, идущих с входного вывода транзистора 4 на входной согласующий конденсатор 2, не нуждается в подавлении, поскольку она напрямую не влияет на уровень обратной связи в транзисторе. В таком варианте также допускается размещение металлических брусков 9 между входным 2 и выходным 3 согласующими конденсаторами и кристаллом 1, на которые будут развариваться экранирующие проволоки 6.

Возможно соединение нижних концов экранирующих проводников 6 на промежуточные контактные площадки на самом кристалле транзистора 10 (фиг. 4). Для этих целей требуется изготовление кристалла транзистора с размещением на его верхней стороне изолированных металлических площадок 10, находящихся в непосредственной близости к контактным площадкам основных соединительных проводников 8 кристалла транзистора. При этом экранирующие проволоки 6 должны развариваться с экранирующей рамки 7 на данные изолированные площадки 10, а те в свою очередь должны быть соединены короткими проволочными проводниками 11 с фланцем транзистора.

Все эти варианты имеют свои технологические достоинства и недостатки, однако они практически равноценны с точки зрения реализации основной идеи экранирования взаимной индуктивности между входными и выходными соединительными проводниками. Предложенные варианты конструкции с использованием экранирующих проводников 6 и экранирующих рамок 7 могут быть использованы аналогичным образом, как это описано для однокристального транзистора, и в других корпусах мощных СВЧ-транзисторов как полевых, так и биполярных

Представленные конструкции с двумя рядами экранирующих проводников 6 по данным модельного исследования позволяют снизить эффект электромагнитного взаимодействия входных и выходных соединительных проводников, в зависимости от конфигурации экранирующих проволок 6, вплоть до полного подавления неустойчивости усилительного каскада и существенного снижения искажений амплитудно-частотной характеристики. При этом важно, чтобы геометрия экранирующих проводников 6 по возможности максимально повторяла геометрию основных проводников, соединяющих кристалл транзистора с согласующими входными 2 и выходными 3 конденсаторами и входными 4 и выходными 5 выводами транзистора. Вариант присоединения экранирующих проводников к соответствующим площадкам на кристалле транзистора (фиг. 4) дает наибольший эффект.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства состоит в возможности создания мощных СВЧ-транзисторов с расширенной полосой рабочих частот и повышенной устойчивостью по сравнению с использованием обычной конструкции мощных СВЧ-транзисторов, не использующих экранирующие проволоки.

1. Мощный СВЧ-транзистор, включающий керамический корпус с металлическим фланцем и двумя полосковыми выводами на бортиках керамической структуры, один или несколько параллельно включенных транзисторных кристаллов, кристаллы конденсаторов внутренних согласующих цепей, несколько рядов соединительных проволочных проводников, соединяющих контактные площадки на кристаллах транзистора и кристаллах конденсаторов между собой и с входными и выходными выводами транзистора, при том, что фланец выполняет функцию общего электрода транзистора, отличающийся тем, что между каждым из пары в ряду основных соединительных проводников размещены экранирующие проводники, при этом внутри керамической структуры корпуса размещена металлическая рамка с вертикальными стенками, снизу соединенная с фланцем корпуса, а сверху имеющая уровень несколько ниже уровня выводов транзистора для присоединения верхних концов упомянутых экранирующих проводников, нижние концы экранирующих проводников присоединены непосредственно к фланцу корпуса вблизи кристалла транзистора.

2. Мощный СВЧ-транзистор по п. 1, отличающийся тем, что нижние концы экранирующих проводников присоединены к вспомогательным металлическим брускам рядом с кристаллом транзистора.

3. Мощный СВЧ-транзистор по п. 1, отличающийся тем, что нижние концы экранирующих проводников присоединены к соединенной с фланцем площадке, представляющей собой шину, рядом с согласующим конденсатором.

4. Мощный СВЧ-транзистор по п. 1, отличающийся тем, что на верхней поверхности кристалла транзистора должны быть размещены изолированные металлические площадки, находящиеся в непосредственной близости к затворным и стоковым контактам кристалла полевого транзистора, либо с эмиттерными и коллекторными контактами на кристалле биполярного транзистора, при этом экранирующие проводники своими нижними концами присоединены к данным изолированным площадкам, а те в свою очередь соединены короткими проволочными проводниками с фланцем транзистора.

5. Мощный биполярный СВЧ-транзистор по п. 4, отличающийся тем, что экранирующие проводники выполнены разваренными с металлической экранирующей рамки на металлизированные площадки общие с базовыми контактными площадками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам и биполярным интегральным схемам. Изобретение обеспечивает повышение быстродействия, уменьшение энергетических потерь при переключении, упрощение технологии изготовления.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления монолитных интегральных схем, оперирующих в сантиметровом и миллиметровом диапазоне длин волн.

Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) включает эмиттерную область, верхнюю область подложки, которая формируется ниже эмиттерной области, плавающую область, которая формируется ниже верхней области подложки, нижнюю область подложки, которая формируется ниже плавающей области, канал, изолирующую пленку затвора, которая покрывает внутреннюю поверхность канала, и электрод затвора, который расположен внутри канала.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике. Биполярный транзистор, изготовленный на основе гетероэпитаксиальных структур, включает сапфировую подложку, на которой последовательно размещены буферный слой из нелегированного GaN, субколлекторный слой из сильнолегированного GaN n+-типа проводимости, коллектор из GaN n-типа проводимости, база, содержащая два слоя из твердого раствора InxGa1-xN р+-типа проводимости, эмиттер, содержащий два слоя из AlyGa1-yN n-типа проводимости, контактные слои и омические контакты.

Изобретение относится к области полупроводниковой микроэлектроники. Биполярный транзистор, выполненный на основе гетероэпитаксиальных структур SiGe, включает подложку из высокоомного кремния с кристаллографической ориентацией (111), буферный слой из нелегированного кремния, субколлекторный слой из сильнолегированного кремния n-типа проводимости, поверх которого сформирован коллектор из кремния n-типа проводимости, тонкая база из SiGe р-типа проводимости, эмиттер из кремния n-типа проводимости, контактные слои на основе кремния n-типа проводимости и омические контакты.

Изобретение относится к конструированию высоковольтных сверхвысокочастотных биполярных транзисторов. .

Изобретение относится к полупроводниковым наногетероструктурам, используемым для изготовления СВЧ транзисторов и монолитных интегральных схем с высокой рабочей частотой и большими пробивными напряжениями.

Изобретение относится к полупроводниковым метаморфным наногетероструктурам, используемым для изготовления СВЧ-транзисторов и монолитных интегральных схем с высокой рабочей частотой и большими пробивными напряжениями.

Изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам. .
Наверх