专利名称：千瓦功率管的制作方法
技术领域：
本发明涉及高功率高压晶体管，具体地说，本发明涉及在结构上和电学性能上适用于对在MF-HF-VHF RF频谱范围内的射频能量进行非常高功率、高效率放大的一种晶体管。更具体地说，本发明涉及一种在射频应用中能够提供一千瓦至几千瓦输出功率，而不会产生热耗散问题的晶体管，并且所使用的电路复杂性最小。本发明并不限于任何一种特定的晶体管类型(BJT,FET,IGBT)或任何特定的工作特性类别(A,AB,B,C,D，E，或F)。
在现有技术的高频和超高频高功率射频放大器中，最后一级功率晶体管通常由射频共源场效应管(FET)或射频共发射极双极性结型晶体管(BJT)构成。该共源极(或发射极)相对于输入和输出射频电流路径接地，所以相反极性的直流电极，即漏极(或集电极)必须是与地电绝缘的。这要求使用内置或外置的绝缘器件。结果，在晶体管管芯产生的热量必须通过电绝缘层才能到达相应的散热部分。这个绝缘层由于是绝缘的，使漏极与地(或集电极与地)之间的电容增大。较薄的绝缘层对于热传导的阻碍较小；所以，一般使用非常薄的陶瓷绝缘材料，例如氧化铍(BeO)、氮化铝(AlN)、或金刚石薄膜。但是，在相当高功率量值的情况下，甚至是产生无法接受的较大的热分布梯度的情况下这限制了从给定的晶体管管芯中获得稳定可靠的功率。而且，高介电常数更增大了漏极与地之间的电容，限制了晶体管在较高射频频率范围的性能。
现有技术中的高频高功率射频放大器一般在12至50伏特的低电压下工作。所以，相应的大电流使晶体管以及与其相连的射频电路和其中的集成无源电路元件产生I2R的热量。以往还没有能够彻底地解决这个发热问题，而只是简单地通过采用高电压、低电流的方式来减小其影响。现有技术的射频功率发生器使用多芯片内绝缘晶体管组合，如以下的表A所示。这需要在较高的温度下工作。因为现有技术的晶体管在晶体管管芯与安装凸缘之间使用了陶瓷绝缘材料，所以，对于向相邻的散热器充分地传导热量仍然是一个关键问题。
本发明的目的是提供一种功率管，这种功率管的管芯与相应的散热器之间具有较高的导热率，从而实现可靠的高功率性能，并且能够为使用一种简单而功能强大的、充分发挥了晶体管结构和为接地-漏极(或接地-集电极)/射频共源极(或共发射极)工作而构成的支持电路所具有的技术特性的射频放大器电路打下良好的基础。
根据本发明的一个方面，一种大功率晶体管由安装在一个导热、导电凸缘上的半导体管芯构成的。该凸缘，通常是由铜利用机加工而成，具有平坦的上表面，而半导体管芯具有平坦的下表面，在该下表面的较大部分上形成有一个漏极触点金属化区域。在所说管芯的下表面以外部分上分别形成有一个栅极金属区和多个金属化图形(或结合区)源区；一根与凸缘绝缘的源极引线与源极区电连接，一根与凸缘绝缘的栅极引线与栅极区电连接。发热的漏极区设置在凸缘上与之电接触和热接触，从而该凸缘用作晶体管管芯的漏电极。这种管芯具有一千伏或更高量级的漏极-源极击穿电压；晶体管管芯的平坦表面具有10万平方密耳或更大的面积；漏极区的几乎整个表面都被金属化。可取的是，在漏极区与凸缘之间设置了一个钼片。钼片具有与硅相近的热扩散系数，用以保护管芯不受由于功率变化引起的热应力的影响。同时，钼片是良好的导热体和导电体。在一个优选实施例中，可以以共线对称结构在凸缘上安装四个晶体管管芯。或者，在一个晶体管管壳内可以安装不同数目的管芯。本发明不限于任何特定的晶体管类型，如下文中参照表A和表B所述，并且可同样地应用于一个1.25千瓦的装置、一个3.0千瓦的装置和一个更大功率的装置。本发明可同样地应用于MOS型场效应晶体管和结型场效应晶体管(J-FET)；双极性结型晶体管，单“达林顿”型和复合“达林顿”型功率晶体管器件、以及绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)。所用材料可以包括硅、碳化硅、或其它材料。在本说明书中，以及权利要求书中晶体管器件端子一词广义地指三种基本类型的电极，如在表B中所使用的含义。
表B
应当指出，在所有实例中，控制电极为1号端子，主要的发热电极为3号端子，公共电极为2号端子。
根据本发明的两个可能的实施例，射频放大器的功率级可以利用4-芯片或9-芯片结构的晶体管构成，在该结构中采用漏极接地，射频共用源极工作方式。直流源极电压，例如“负”160伏特直流电压(用于一个负极性N-沟道器件)通过一个射频扼流圈施加到源极，射频驱动信号施加到栅极。因为漏极接地，驱动信号反流路径相对于地是浮置的。在一个优选实施例中，晶体管为N沟道MOS场效应管。但是，晶体管可以包括P-沟道器件，其中各个浮置电压极性是相反的。如前所述，晶体管还可以是一个双极性结型晶体管，NPN型或PNP型。
通过以下参照附图对优选实施例的详细描述，可以更加清楚地了解本发明的上述的和其它的目的、特征、和优点。
图1为根据本发明的一个实施例构成的一个4-芯片组合千瓦射频功率晶体管(没有与电路连接)的示意图。
图2为这个实施例中晶体管的平面图。
图3为这个实施例中晶体管的透视图。
图4为表示这个实施例中一个芯片的详细结构和内部连线结构的平面图。
图5为用于测试这种器件芯片的一个典型电路的电路图。
图6为另一个实施例中一个4-芯片组合千瓦射频功率晶体管的分解组装示意图。
图7为图6所示晶体管的平面图。
图8为表示本发明的任一实施例中一个芯片的射频电流和信号路径的电路示意图。
图9为任一4-芯片组合晶体管的一种可能的实施结构的电路示意图。
图10A和10B表示在应用本发明的晶体管的电路结构中使用的可能的电路谐波和次谐波滤波单元。
图11为一种可能的8-芯片组合数千瓦电路结构的电路示意图。
图12为一种可能的9-芯片组合数千瓦电路结构的电路示意图。
图13为根据本发明的另一实施例构成的晶体管器件的分解透视图，这种晶体管可以用作图11或图12所示的器件。
图13A和图13B为这个实施例的金属环形基片的透视图。
图14表示该实施例的另一个元件。
图15为该实施例的晶体管器件的平面图。
图16为图15中沿16-16方向的侧视图。
图17为该实施例的一种电路结构的电路示意图。
图18和图19为该实施例的晶体管的变型的示意图。
参照附图，首先参见图1-3,一个千瓦功率晶体管10具有一个平坦的金属凸缘12或基座，其安装在一个适合的散热片(未示出)上，散热片可以作为放大器底板的一部分而形成。该晶体管为四芯片组合设计，在凸缘12上安装有四个晶体管芯片或管芯14a、14b、14c、14d，它们各自的漏极区D通过与凸缘12连接而接地。每个晶体管管芯具有各自的栅极G1至G4和各自的源极S1至S4。如图所示，这些源极还与源极反流引线R1至R4相连。凸缘12上带有端槽或端孔16和用于固定到一个相应的散热片HS上的安装通孔18。一个塑料壳或类似材料的护盖20覆盖住这四个管芯14a至14d，而将凸缘12的两端露出。凸缘12本身用作四个晶体管单元中每一个的接地漏极引线或电极，并且附带有用于与外部射频电路地电位连接的扁带状引线28。扁带状源极引线22a至22d、栅极引线24a至24d、和源极反流引线26a至26d(它们与各个源极引线连结在一起)共同形成射频电极端子。这些引线22、24、26、28在它们从护盖20侧面伸出的出口附近是弯折的以使各个引线耐拉。
图4中表示四芯片晶体管10中一个芯片14的基本对称和较佳的低电抗焊接和接线结构。图中表示，在使用半导体场效应管芯片的情况下，其中一个管芯14具有四个源极区(表示为管芯上表面上的四个点)和一对栅极区。相反的或背面一侧漏极金属化区借助于一个钼片(在这个图中未示出)与金属基座或凸缘12接触。一个输出陶瓷绝缘子或托脚30具有一个一体化金属区或焊接点32，源极引线22就固定在该金属化区上。连接线将每个源极区与源极焊接点32相连。一个输入陶瓷绝缘子33设置在在管芯14的相反一侧，具有一体化金属区34，栅极引线24固定在该金属化区上，并且具有一个源极-栅极反流金属化区35，源极-栅极反流引线26固定在该金属化区上。一些连线将每个栅极金属化区34彼此相连，和与栅极区相连，另一些连线将反流金属化区35与源极金属化区32和管芯14上的源极区相连。反流引线用于在栅极与源极之间施加栅极-源极输入信号，它只要求栅极输入端相对于漏极，即相对于地电位，是浮置的。此外，地或漏极引线28(参见图2)可以直接焊接到凸缘(flange)上，或者可以通过连接线与焊接在凸缘12上的焊接点或接头连接。管壳位于陶瓷绝缘子30、33和半导体管芯14之上，并固定在凸缘12上。
图5中表示了一种优选的放大器电路结构，其中表示了晶体管10的四个管芯14中的一个。在该放大器电路40中采用直流接地漏极，和射频共源极。漏极端D接地(即与凸缘12连接)，源极S连接作为输出端和源极-栅极反流输入端。其中，施加在栅极和源极之间的输入信号是通过使输入信号相对于地电位，即漏极浮置而获得的。一个射频输入端41具有一个接地的外端子和一个内端子。在输入中心端子与地之间连接有一个输入电容器C1和一个输入变压器T1的一个初级线圈。在变压器T1的一个次级线圈TS的两个末端抽头之间连接有一个用于增强射频稳定性(即，抑制干扰信号)的输入电阻器R1，并且在一个末端抽头与该晶体管10的四个管芯14之一的栅极24之间还连接有一个用于使射频稳定性最佳的栅极电阻器R2。次级线圈TS的另一端与晶体管的一对源极反流引线26相连。在晶体管10的输出侧，漏极或地电位引线28上连接着一对并联的漏极电容器C2、C3，在电容器C2、C3的另一侧(即远离地电位的一侧)和晶体管10的源极引线22之间连接着一个电感器L1。一个射频扼流线圈L2将电感器L1的漏极电容器一侧与一个直流电压源-Vss相连。源极引线22借助于电容器R4和电感器L3与一个射频输出端42相连。L3-C4串联电路可以避免发生谐振。这个电路提高了某些应用所需的效率。在其它应用中，单元L3-C4用一个隔直流电容器(未示出)代替。
图6和图7中表示了本发明的四芯片晶体管50的第二实施例。在图6所示的分解组装图中，凸缘或基座52是用镀镍的铜板制成的，并用一对准直柱53固定。这四个管芯54可以是N-沟道MOS场效应管硅芯片，也可以是双极型结型晶体管硅芯片。一个管芯安装型板55位于凸缘52上的准直柱之上。焊接预型件56位于安装型板中各个开口位置处，接着为钼片57，然后是各个管芯54的上部焊接预型件58。较小的钼片59用作漏极连接线的焊接点，后面将予以讨论。
一旦将管芯54和钼片57、59在凸缘52上定位，就将安装型板55卸下，然后利用准直柱53将一个模制的引线框60在凸缘上定位。当完成所需的连接之后将一个护盖62固定在引线框之上，并将准直柱卸下。
如图7中平面图更加详细表示的，该模制引线框60具有一个大小适合于固定在凸缘52上的塑料体63，和四个椭圆形导电框64，每个导电框均为金属环绕形状，即围绕着各个椭圆形开口66的一个金属环。开口66固定在各个半导体管芯54上，但是不与其接触。栅极端焊接点68分别向各个管芯54的一侧向内延伸。接地(即漏极)引线70间隔设置在引线框60的另一侧和接地片59的位置上。如图所示，具有适合直径(一般为15密耳直径)的连接线72将钼片59与接地引线70相连。而且，类似的连接线72将椭圆框64与管芯54上的各个金属化源极区73相连(这里，表示出每个管芯有6个源极区)，一对连接线72还将各个栅极端焊接点68与管芯的金属化栅极区相连。每个椭圆引线框区64有一根源极引线74从塑料体63的一侧伸出，一对源极反流引线78从塑料体63的另一侧伸出。源极反流引线78是分开的，位于从栅极端焊接点68伸出的栅极引线76的两侧。这样形成了对称平衡的反流路径。护盖62胶粘或焊接在引线框60上方以完成晶体管的构成。
在这个实施例中，没有使用陶瓷绝缘子、金属基片或支座绝缘子，从而简化了结构，减少了部件数量。上述的引线框结构具有高度对称、低寄生电抗的结构。这种结构提高了在射频信号的放大过程中幅值和相位相干性和平衡性。附图中表示了在制造或生产工艺开始时连结在一起的引线带的外端。这些引线带上的外部遮条在安装晶体管50之前拆掉。除了塑料体63以外，还可以使用陶瓷或类似的绝缘基片。金属框可以印刷在绝缘体上。
在本发明的千瓦功率晶体管10、50中，在-160伏特的直流电压下，以如图8所示电路中50欧姆负载工作时，每个管芯14、54可以以最高效率，通常峰值效率为85％或更高，产生最小500瓦以上的射频输出功率。这对应于每个管芯产生额定350瓦的射频输出功率，标准功率限值范围44％。当四个晶体管管芯14或54按照要求，并如图9中电路所示，即以平衡的幅值和相位，协同工作时，四个千瓦功率晶体管10或50在相同的直流电压(-160V)和适合的50欧姆负载条件下的组合输出功率在最高效率时最小射频输出功率为1.80千瓦。这对应于44％功率限值范围时1.25千瓦额定射频功率输出。根据表C所示，在达到44％功率限值范围时，千瓦功率晶体管产生前向功率驱动最差相位失配负载。因为前向功率输出和效率下降，而负载失配功率反射增加，所以相应的器件功率损耗增大。这样提高了器件管芯温度，但是因为具有上述的优良的散热构造，其温度远低于表A所示的现有技术器件的温度。
表C1.25kW千瓦功率晶体管最差相位前向功率输出与负载失配幅值负载失配幅值 最差相位前向功率
通过使用高电阻率外层材料或Rho-T产品硅材料，可以使管芯14或54具有高的工作电压容量。这些管芯的源极-漏极击穿电压一般为1000伏特，当源极-漏极电压处于160伏至200伏时工作正常。因此，使用相对较低的电流，通常为每个管芯大约2.5安培，产生较高的功率。这种结构还可以实现良好的射频接地和动态工作范围，而不会牺牲射频强度和射频稳定性，如在射频等离子体负载情况下严格的技术要求所需要的。较大的射频击穿电压范围使得即使在严格的、接近开路负载失配情况下也能持续工作。由于较高的工作电压所形成的每个芯片相对较低(通常为2.5A)的直流电流还使得管芯产生的热量I2R减少。这种特点，再加上较大的金属漏极区直接将热量扩散到凸缘中，使晶体管管芯保持在低于现有技术放大器的工作温度，从而解决了散热问题。每个芯片高电压350瓦的结构还实现了每个芯片较高的36欧姆准线性电阻性负载线阻抗，降低了对于整个4-芯片器件的负载匹配电路的性能要求。本发明漏极接地晶体管的其它优点包括与其它具有非常大芯片尺寸(100000平方密耳)和较大击穿电压(1000伏)的管芯相比具有降低的器件输出电容(COSS)和降低的反馈电容(CRSS)。这使得晶体管在13.56MHz频率下可以达到相当高的射频效率和射频增益。这些实施例由于使用适合于射频的连接线与引线框和连接线围绕管芯或芯片对称分布而具有高度对称性和降低的寄生电抗，也使得晶体管性能更加优良。与安装在一个标准的T0-247器件封装外壳中的相同芯片相比，椭圆形引线框结构可以使350瓦射频增益标称值提高大约3dB。
利用正弦波驱动信号可以实现90％至95％的超高效率。与利用现有技术的较大的(例如35000平方密耳)低电压单芯片双极型结型晶体管器件所能达到的一般为12至13dB射频增益相比在350瓦时可以达到14至15dB的典型的单芯片射频增益。
已经证明本发明一个实施例的晶体管芯片工作时仅仅具有每瓦特大约0.3℃的射频热点热阻，而每个晶体管芯片在每个管芯350瓦输出功率下工作时的功率消耗为100瓦。这些芯片还具有安全负载失配允差，其特征在于在驱动5:1VSWR负载最差相位失配时具有300瓦的高前向功率输出。这种射频强度特性是一些严格应用所需的关键参数。
其它多芯片结构也是可能的。
此外，尽管已经相对于13.56MHz的射频波形频率介绍了本发明上述实施例的结构，但是本发明可以应用于很宽的频率范围，包括其它射频频率，诸如27.12MHz、40.68MHz，等等。
图8表示了一个单芯片放大器构成，其中表示了本发明千瓦功率晶体管的射频电流和信号路径。在该附图中表示了四个管芯14之一的放大器，相同的电路与其它三个(或多个)管芯相连。一个射频输入电路41接收射频驱动信号。第一管芯14的1号端子，或栅极，通过一个内栅极电阻R2与一个输入变压器次级线圈TS的一端相连，另一端与2号端子或源极相连。漏极或3号端子与凸缘相连接地。源极电压-Vss通过一个射频扼流圈L和谐振回路80及81从一个直流输入端施加到管芯的源极或2号端子。直流输入端借助于电容器83或84射频接地。射频输出通过一个串联LC电路85从2号端子传送到射频输出端子42。
图9与图10A和10B结合示意性表示了构成本发明的一种类型的千瓦功率晶体管实施例的一种四芯片型F1放大器。图9表示采用四个管芯或芯片并联结构的一个完全实用的实施方案。其中，输入变压器次级线圈TS通过各个栅极电阻器91、92、93和94从一端将射频电流施加到四个管芯14的栅极或1号端子；在次级线圈共用的另一端分别与四个源极或2号端子相连。源极或2号端子的输出信号通过一个并联三次谐波谐振电路95和一个串联谐振电路96，其仅在失谐状态下工作，传送到一个输出端。负电压-Vss直流功率通过三次谐波谐振回路95、二次基波谐振回路97、和一个射频扼流圈98施加到源极或2号端子。
在输出端之前可以设置一个四端电路元件(networkelement)99，该元件一般可以具有三叉网状结构F(图10A)或三部分高度隔离π形四端电路元件F(图10B)。这个元件作为一个耗能型带通滤波器，以消除谐波和次谐波能量。
图11一般地示意性表示了一个千瓦功率晶体管器件的并联推挽放大器结构，这个放大器可以用如图13至16所示的千瓦功率晶体管构成。
图13至图16表示了这种器件的一个第三实施例。这种器件能够满足大大超过迄今所述的构造的功率量值的电学和机械对称的要求。图13表示了一个数千瓦3.0kW器件。这种构造要求晶体管晶片从四个管芯增加到九个管芯。这个实施例具有转盘形或圆形晶体管构型以构成电学和物理径向对称。这个实施例在射频频率范围具有优异的性能，同时又使寄生电抗最小。它特别适合于需要6至9个，或更多个芯片的数千瓦晶体管。
如图13分解表示的，凸缘部件112由适合材料，如镀镍铜片构成。一个适合绝缘基片构成的切口环114上有9个矩形凹口或切口116，并且如图13A和13B所示，具有金属化图案118a或118b。这些图案118a和118b分别组成两组四管芯或三组三管芯。根据晶体管应用的不同，也可以采用许多其它的金属化图案。
在凸缘112中心形成有一个空心螺纹管接头120，一个端帽形栅极绝缘子122固定在这个管接头上。一个栅极圆片(geta terminaldisk)124固定在该端帽形绝缘子122的柱状部分。圆片124由绝缘材料或介电材料制成，并且根据所需应用的要求，将选定的扇区部分金属化。图14表示了若干种圆片金属化形状，例如，完全金属化的圆片124a、具有三个金属化扇区124b的圆片、和具有九个金属化扇区124c的圆片。在后一种情况，选择的扇区可以利用搭接片或导线连接。也可以采用许多其它的各种金属化图案。
钼片126位于凸缘112上环114的各个凹口或切口116内，9个管芯128分别安装在钼片上，例如，通过焊接的方式。栅极电阻130分别位于各个管芯128径向向内的位置。
环114的各个金属化部分利用连接线(未示出)与各个管芯128的源极或2号端子区相连，栅极电阻以类似的方式与相应的管芯128的1号端子区，例如栅极相连。
护盖132固定在图15和图6所示位置。
如图15所示，在凸缘112的边缘上有九个安装孔134，其间隔为40度。螺纹紧固件通过安装孔134固定到相应的散热片上，例如放大器底座(chassis)部分。另一个螺纹紧固件通过中央管接头120插入。这种对称结构，使每个安装孔134与一个管芯128对齐，确保了在凸缘与底座之间施加均匀的压力以保持接地尽可能对称，和使接地电流最佳。
图11所示的并联推挽放大器结构采用了具有8个晶体管管芯14的晶体管，这8个管芯安装在一个凸缘上，但是分成两组，每组4个管芯。
其中四个管芯14各自的输入阻抗101分别与它们的栅极或1号端子相连，在输入变压器次级线圈TS与各组四个管芯的源极或2号端子之间设置有输入四端电路元件99a。这两组管芯各自的2号端子分别与上部和下部四端电路元件99b的输入端相连，该元件还与地电位和一个输出四端电路元件99c的各个输入端相连，该元件99c产生射频输出。该四端元件99a、99b和99c可以具有如图10A或10B所示结构。
图12表示一个数千瓦九芯片晶体管射频放大器电路，其中三组三管芯分别并联连接。射频输入信号从射频输入端输入三路分频器110，其具有三个输出端，它们分别通过各个电路元件99d与各组三晶体管管芯14的合并1号输入端相连。这些管芯的2号端子以相同方式合并，并将经过放大的射频输出信号通过各个四端电路元件99e传送到一个三路合成器113的输入端。位于输出端的耗能型带通滤波器四端电路元件99可以具有如图10A或图10B所示的结构，例如三叉形或π形结构。
图17示意性表示了图13至图16所示的具有径向对称结构的转盘形晶体管器件的一种电路表示。在这种结构中，晶体管组成三组三管芯。其中射频输入通过栅极圆片124b的金属化扇区和电阻器130传送到管芯128的栅极或1号端子。环114的金属化部分118b以同样的方式将三管芯的源极或2号端子与一个射频输出端相连。漏极或3号端子与凸缘相连接地。图18表示了这种晶体管的一种圆形(结构上非常重要)示意图，图中表示三组三个晶体管管芯128的圆周对称结构，以及栅极圆片金属化区124b、栅极电阻器130、管芯128和环形金属化图案118b的径向结构。
图19示意性表示本实施例的九芯片晶体管的另一种实施方案，在这种情况下选择栅极圆片124和环114的金属化区118a将九芯片晶体管构成两组四管芯结构，第九个管芯不与电路相连。还有许多其它实施方案也是可以采用的。
上述千瓦至数千瓦实施例中的千瓦功率晶体管简化了大功率(1.25-10kW，或更高)射频发生器和放大器的构造，提高了其可靠性。简化或消除了输出端上的组合电路。这包括场效应管，如MOS场效应管和J-场效应管、双极型结型晶体管，其中包含单BIT结构、单块功率达林顿结构、和绝缘栅极双极型结型晶体管(IGBT)。芯片材料可以是传统的高Rho-T产品硅，尽管还可以使用其它多种外国产的半导体材料。晶体管放大器可以以所有相关的工作类型实施，就是A、AB、B、C、D、E、和F类，包括子类F1、F2、F3、和F4，以及脉冲模式。三种主要的射频功能全部可以由下述方式实现1)射频功率放大器；2)射频功率振荡器；3)射频功率频率倍增器；4)组合了上述两种或多种射频功能的射频组合功能装置。例如，KPT的一个芯片可以用作一个功率振荡器，利用芯片功能的平衡作为一个功率放大器。该振荡器设置在射频源用于驱动功率放大器。由于这些芯片具有3个接地端子，功率振荡器所要求的零相位漂移通过应用1-3号端子所需的反馈自动满足。
权利要求
1.大功率高电压大芯片晶体管，它包括一个具有平坦上表面的一个导热和导电凸缘(12)；具有平坦下表面的一个半导体管芯(14)，在所说下表面的大部分区域上形成一个电极端子3区(D)，在所说管芯(14)离开所说平坦下表面部分分别形成有一个电极端子1区(G)和一个电极端子2区(S)；与所说凸缘绝缘并与所说电极端子2区(S)相连的一根端子2引线(22)；与所说凸缘绝缘并与所说电极端子1区(G)相连的一根端子1引线(24)；和用于将所说电极端子3区设置在所说凸缘(12)上的部件，其特征在于所说管芯(14)与所说凸缘直接产生电接触和热接触，所说凸缘(12)用作所说管芯的端子3引线；所说管芯(14)在端子2与端子3区之间的击穿电压在一千伏或更高的量级；所说管芯的下表面具有大约10万平方密耳或更大的面积；所说电极端子3区(D)几乎整个表面都金属化。
2.如权利要求1所述的大功率晶体管，其特征在于所说用于设置所说电极端子3区的部件包括焊接在所说电极端子3区与所说凸缘之间的一个钼片(57)。
3.大功率高电压大芯片晶体管，包括具有平坦上表面的导热和导电凸缘(12)；由若干半导体管芯(14a-14d)构成的一个多芯片组合，每个管芯具有一个平坦下表面，在所说下表面的大部分之上形成有一个电极端子3区(D)，在所说管芯远离所说平坦下表面的部分分别形成有一个电极端子1区(G)和一个电极端子2区(S)；与所说凸缘绝缘并与所说的各个管芯的电极端子2区电相连的一组端子2引线(22a-22d)；与所说凸缘绝缘并与所说各个管芯的电极端子1区电连接的一组端子1引线(24a-24d)；和用于将所说管芯的电极端子3区设置在所说凸缘上的部件；其特征在于所说端子3区(D)与所说凸缘直接电接触和热接触，所说凸缘用作所说管芯的一根端子3引线；每个所说管芯(14a-14d)在各个端子2和端子3区之间的击穿电压在一千伏或更高的量级；所说管芯的平坦下表面具有大约10万平方密耳的面积；每个所说端子3区(D)的几乎整个表面都金属化。
4.如权利要求3所述的大功率晶体管，其特征在于在所说凸缘上设置至少四个所说管芯。
5.如权利要求3所述的大功率高电压芯片晶体管，其特征在于所说管芯为MOS场效应管管芯、所说电极端子1、2和3区分别为栅极、源极、和漏极区。
6.一种大功率接地漏极共源极射频放大器电路，它包括一个输入端(40)、一个直流电压源(-Vss)、一个负载装置(42)、和一个大功率高电压大芯片晶体管(10)，该晶体管包括具有平坦上表面的一个导热和导电凸缘(12)；具有平坦下表面的一个半导体管芯(14)，其中漏极区(D)形成在所说下表面的大部分面积之上，一个栅极区和一个源极区分别形成在所说管芯远离所说平坦下表面的部分；与所说凸缘绝缘并将所说直流电压源和所说负载装置与所说源极区电连接的一根源极引线；与所说凸缘绝缘并将所说输入端(40)与所说栅极区电相连的一根栅极引线(24)；用于将所说漏极区设置在所说凸缘上的部件(57)；一个散热片，所说凸缘安装在其上用于将所说晶体管中的热量散掉；其特征在于所说晶体管(10)的漏极区(D)与所说凸缘直接电接触，所说凸缘用作所说管芯的漏极引线；所说管芯(14)的漏极-源极击穿电压在一千瓦或更高的量级；所说管芯的所说平坦下表面具有大约10万平方密耳或更大的面积；所说漏极区是由几乎整个表面金属化构成的。
7.如权利要求6所述的大功率接地漏极共源极射频放大器，其特征在于直流隔离级(T1)位于所说输入端和所说栅极之间，从而传送到其上的输入信号相对于所说漏极区是浮置的。
8.如权利要求6所述的大功率漏极接地共源极射频放大器，其特征在于所说电压源(-Vss)向所说源极输送-160伏或更高的直流功率。
9.大功率高电压大芯片晶体管，它包括一个具有平坦上表面的导热和导电凸缘(52)；一个具有平坦下表面的半导体管芯，在所说下表面的大部分区域形成有一个电极端子3区，在所说管芯上离开所说平坦下表面的部分分别形成有一个电极端子1区和一个电极端子2区；用于将所说电极端子3区设置在所说凸缘上的部件(57)，和设置在所说凸缘上用于将所说管芯与外部引线连接起来的一个引线框结构；其特征在于所说管芯的端子3区与所说凸缘直接电接触和热接触，用所说凸缘(52)作为所说管芯的端子3引线；所说管芯(54)端子2与端子3之间的击穿电压在一千伏或更高量级；所说管芯下表面的面积大约为10万平方密耳或更大；所说电极端子3区(D)的几乎整个表面经过金属化处理；所说引线框(60)包括一个绝缘体(55)，所说绝缘体上与所说管芯配准的一个金属环绕体(64)，该环绕体上具有一个容纳所说管芯的敞口(66)，所说敞口通过所说绝缘体(55)连续配准，所说绝缘体上的端子2引线(74)与所说环绕体(64)直接电接触，所述绝缘体上的端子引线(76)与所述环绕体(64)绝缘，引线接合部件(72)使所说环绕体(64)与所说管芯的电极端子2区电连接，并且引线接合部件(72)使端子1引线与所说管芯的电极端子1区电连接。
10.大功率高电压大芯片晶体管，包括一个具有平坦上表面的导热和导电凸缘(112)；设置在所说凸缘上构成一组半导体管芯(128)的一个多芯片组合，每个管芯具有平坦下表面，在所说下表面上大部分区域形成有一个电极端子3区，在所说管芯上离开所说平坦下表面的部分分别形成有一个电极端子1区和一个电极端子2区；一个端子2引线框(114)，其具有一个绝缘层和与所说凸缘绝缘的一个金属层，用于使所说端子2引线的金属层与各个所说管芯的电极端子2区电连接的部件；与各个所说管芯的电极端子1区相连的端子1部件(122、124)；其特征在于所说凸缘是圆片形，所说半导体管芯以一定角度间隔沿圆周设置在所说凸缘上，使所说电极端子3区与所说凸缘直接电接触，从而所说凸缘(112)用作所说管芯的端子3引线；所说端子2引线框(114)是环形的，并且同心地设置在所说凸缘上；每个所说管芯(128)各自的端子2和端子3区之间的击穿电压为一千伏或更高量级；所说管芯下表面的面积大约为10万平方密耳或更大；每个所说电极端子3区的几乎整个表面都经过金属化处理。
11.大功率高电压大芯片晶体管，它包括一个具有平坦上表面的导热和导电凸缘(52)；构成一组半导体管芯(54)的一个多芯片组合，每个管芯具有平坦下表面，在所说下表面的大部分区域上形成有一个电极端子3区，在所说管芯上离开所说平坦下表面的部分上分别形成有一个电极端子1区和一个电极端子2区；与所说凸缘绝缘并与所说的各个管芯的电极端子2区相连的一组端子2引线；和设置在所说凸缘(52)上的一个引线框，其特征在于所说凸缘与所说管芯电接触，并用作所说管芯的端子3引线；每个所说管芯各自的端子2区与端子3区之间的击穿电压为一千伏或更高的量级；所说管芯的下表面面积大约为10万平方密耳；每个所说漏极区的几乎整个表面都经过金属化处理；所说引线框由一个绝缘体(63)，和设置在所说绝缘体上的一组金属环绕体(64)构成，每个绝缘体与各个所说管芯之一(54)配准，其上具有一个敞口以容纳相应的管芯，所说敞口通过所说绝缘体与之连续对准，所说绝缘体上的一组端子2引线(74、78)与各个所说的环绕体完全电接触，所说绝缘体上与所说环绕体(64)绝缘的一组端子1引线(76)，用于将所说环绕体与相应管芯的所说电极端子2区相连的引线接合部件(72)，和用于将所说端子1引线与相应管芯上的所说电极端子1区电连接的引线接合部件(72)。
全文摘要
一种大功率高电压晶体管具有四个或多个以热接触形式安装在一个金属凸缘上的半导体管芯(14)。在每个管芯(14)下表面几乎80%的区域上形成有一个漏极(集电极)区,栅(基)区与源(射)区分别形成在其上表面,凸缘用作管芯(14)的漏极引线。管芯的漏极－源极(或集电极－射极)击穿电压为一千伏或更高量级,面积约为10万平方密耳或更大。在漏极(集电极)区与凸缘之间的钼片(57)保护管芯不受热应力的影响。
文档编号H01L23/495GK1219773SQ98123439
公开日1999年6月16日 申请日期1998年10月23日 优先权日1997年10月24日
发明者G·C·阿迪施安 申请人:恩尼技术公司