незначительно, а механическая прочность возрастает существенным образом, так как площадь, по которой соединены керамика и фланец, уменьшается в несколько раз.

Мощные ВЧ транзисторы с корпусами К.Т4 и КТ7 используются в резонансных усилителях. В мощных же ВЧ широкополосных усилителях их эффективно использовать нельзя, поскольку индуктивность выводов в этих корпусах слишком велика. В широкополосных устройствах пришлось перейти к другим конструкциям корпусов, выводы которых обладали бы меньшей индуктивностью, а именно к конструкциям, используемым для сборки мощных СВЧ транзисторов. Эти конструкции, рассчитанные для работы на частотах 0,2 - 1 ГГц, характеризуются малой индуктивностью выводов и безусловно пригодны для создания ВЧ широкополосных устройств, работающих на частотах до 100 МГц. Это корпуса типов КТ17 - КТ19, КТЗО и К.Т31. Основа корпусов - диск из керамики на основе окиси бериллия, похожий на аналогичные диски в корпусах КТ4 и КТ7. Снизу к такому диску припаивается медный фланец с монтажным винтом (в корпусах КТ17 - К.Т19) или плоский медный фланец с двумя отверстиями для крепления (в корпусах КТЗО и КТ31).

Корпуса КТ17 и КТЗО предназначены для приборов, рассеивающих мощность до 40 Вт, корпуса КТ18 - до 140 Вт, корпуса КТ31 - до 200 Вт и корпуса КТ19 - до 300 Вт.

На рис. 2.4 показан наиболее мощный корпус из этой серии - КТ19 (рисунок металлизации на керамическом основании показан множеством точек). С краев к металлизированным областям при-лаяны четыре малоиндуктивных ленточных вывода, расположенных сод прямыми углами. Одна пара выводов, расположенных с противоположных сторон основания, - это выводы коллектора и базы, а другая пара - эмиттерные выводы. Корпус имеет два эмиттерных вывода, чтобы их индуктивность была минимальна. Герметизируются все корпуса этой серии с помощью крышечки из алюмооксидной керамики, приклеиваемой к основанию. По сравнению с корпусами КТ4 и КТ7 корпуса с малоиндуктивными ленточными выводами обладают лучшими электрическими характеристиками и примерно одинаковыми тепловыми и механическими.

Конструкции с паяными и сварными соединениями более надежны с точки зрения герметичности, чем конструкции с герметизирующим клеевым швом. Для удешевления приборов и упрощения технологии ряд зарубежных фирм вместо приклейки керамических крышек использует для герметизации заливку кристаллов, собранных на основании из оксибериллиевой керамики, пластмассой. Приборы, герметизированные пластмассой, могут использоваться в аппаратуре, от которой не требуется высокая стойкость к внешним воздействиям или которая герметизируется целиком после сборки.

В корпусе КТ19 могут собираться приборы, рассеивающие мощность до 300 Вт. Такую мощность они могут рассеивать, только если коллекторный переход в кристалле работает при температуре, равной 200 °С, т. е. при предельно допустимой температуре, и если от корпуса осуществляется идеальный отвод тепла, т. е. его температура равна 25°С. Иначе говоря, тепловое сопротивление приборов в корпусе К.Т19 (между переходом и монтажной поверхностью фланца) не может быть сделано меньше, чем 01,6°С/Вт. Если же мы хотим работать не при предельной температуре перехода, а, скажем, на 25° ниже и если отвод тепла осуществляется путем

прижатия корпуса к охлаждаемому теплоотводу, то мощность, рассеиваемая прибором в корпусе К. Т19, не превысит 190 Вт. (Тепловое сопротивление между этим корпусом и теплоотводом, к которому он прижимается, не может быть меньше, чем 0,2 °С/Вт.)

Для более мощных приборов корпуса, подобные КТ19, нельзя считать перспективными, так как дальнейшее увеличение диаметров керамического основания и столика, на который оно припаивается, не позволит обеспечить в керамике безопасный уровень механических напряжений. Рассчитывать на эффективный отвод мощности около 300 - 400 Вт и выше при не слишком высоких температурах кремниевого кристалла можно, только если использовать для охлаждения жидкость, протекающую непосредственно над кристаллом (например, фреон), или если создавать корпуса, непосредственно охлаждаемые водой. Подобный корпус был описан в [21], где сообщается о разработке транзистора, предназначенного для работы в диапазоне 1,5 - 30 МГц, отдающего и рассеивающего мощность до 500 Вт. Охлаждение этого корпуса осуществляется потоком воды, проходящей под давлением 3 атм. мимо медных ребер, расположенных непосредственно под тонкой медной пластиной, на которую напаяны прокладки из оксибериллиевой керамики со смонтированными на них кристаллами.

На практике не удается полностью использовать тепловые и электрические характеристики, которыми обладает полупроводниковый кристалл с созданной в нем транзисторной структурой. Следующим шагом в этом направлении может явиться создание гибридных интегральных схем линейных широкополосных ВЧ усилителей, куда непосредственно будут монтироваться на теплопроводящую подложку кристаллы со структурами мощных ВЧ транзисторов (так называемые бескорпусные транзисторы). Однако это возможно при надежной герметизации блока усилителя и когда можно без проверки считать, что структура обладает всеми необходимыми ВЧ параметрами. Современный уровень технологии не позволяет обойтись без проверки ВЧ параметров на стадии изготовления приборов. Поэтому в качестве подходящего решения следует рекомендовать создание так называемых малокорпусных транзисторов - подложек из оксибериллиевой керамики с ленточными выводами, на которые вмонтированы кристаллы и которые герметизированы с помощью крышечек. Такие подложки могут прямо припаиваться к теплоотводящим платам, на которых смонтированы гибридные ВЧ усилители.

В отличие от бескорпусных транзисторов, малокорпусные могут быть предварительно проверены по всем основным электрическим параметрам. В то же время они герметичны и по своим габаритам существенно меньше обычных мощных ВЧ транзисторов с монтажными винтами или фланцами.

2.3. ОСОБЕННОСТИ СБОРКИ

Итак, одно из существенных требований, предъявляемых К конструкциям корпусов ВЧ транзисторов, заключается в том, что кристалл, собранный в корпус, не должен потерять те потенциальные возможности, которые в нем заложены. Это же требование в полной мере относится и к сборке кристаллов в корпуса: сборка должна обеспечивать максимальную реализацию потенциальных возможностей, заложенных в транзисторной структуре.

Сборка включает в себя две операции - напайку кристаллов на основание из оксибериллиевой керамики и монтаж внутренних выводов. При напайке кристаллов на основание необходимо, во-пер-вых, обеспечивать, чтобы тепловое сопротивление, вносимое переходными слоями, было минимальным, и, во-вторых, не допускать появления под кристаллом участков, через которые поток тепла был бы затруднен.

При сборке мощных ВЧ транзисторов практически никогда не используются мягкие припои, так как они не обладают высокой теплопроводностью и, помимо этого, очень трудно получать при пайке достаточно тонкий слой мягкого припоя. Пайку осуществляют с помощью эвтектического сплава золото - кремний или с помощью прокладок из чистого золота. В первом случае нижнюю поверхность кристалла и тот участок металлизации керамического основания, на который напаивается кристалл, предварительно покрывают золотом (с подслоем никеля). Пайку проводят при температуре 400 - 450°С в атмосфере инертного газа (температура плавления эвтектики золото - кремний - около 370 °С). Во втором случае нижнюю сторону кристалла ничем не покрывают. При механическом взаимодействии кристалла кремния и золотой прокладки, нагретых до 450 °С, образуется покрывающий нижнюю сторону кристалла слой эвтектики, который облуживает затем и покрытую золотом металлизацию керамического основания. Тепловое сопротивление эвтектического сплава золото - кремний сравнительно невелико, но для того, чтобы переходное тепловое сопротивление между кристаллом и основанием было малым, необходимо иметь минимальную толщину слоя эвтектики. В принципе толщина этого слоя может составлять 5 - 7 мкм, но для этого необходимо, чтобы площадка для монтажа кристалла была достаточно плоской и чтобы покрывающая ее молибдено-мар-ганцевая паста не имела больших неровностей. Иначе все эти неровности приходится заполнять слоем эвтектики, и толщина его может заметно возрасти. В связи с этим целесообразно керамические подложки предварительно полировать и вместо нанесения молибде-но-марганцевой пасты с последующим ее вжиганием применять напыленный на керамику при высокой температуре подслой вольфрама или молибдена с последующим никелированием или золочением.

Второе требование, которое необходимо выполнить при напайке, заключается в отсутствии под напаянным кристаллом участков с повышенным тепловым сопротивлением. Такие участки могут возникнуть и вблизи больших неровностей подложки, и вследствие образования при пайке пузырей, но главная причина их

появления - недостаточно хорошее облуживание эвтектическим сплавом золото - кремний поверхности кристалла или подложки. Такие плохо облу-женные участки могут стать местами локального перегрева транзисторной структуры, в результате чего может произойти вторичный пробой. Для борьбы с этим явлением необходимо, как уже говорилось, обеспечивать высокую плоскостность и малую шероховатость подложки, а также высокое качество облуживания кристалла. Иногда даже идут на то, чтобы предварительно облуживать кристалл эвтектикой золото - кремний и лишь затем, после контроля качества облуживания, напаивать кристалл на подложку.

В качестве внутренних проволочных выводов мощных ВЧ тран-чисторов обычно используется алюминиевая проволока диаметром 30 - 80 мкм, присоединяемая к контактным площадкам на кристалле и к металлизации керамического основания корпуса с помощью ультразвуковой компрессии. Если для металлизации, создаваемой на кристалле кремния, используется не алюминий, а другой металл или система из нескольких металлических слоев, материалом для внутренних выводов может служить золотая проволочка. В этом случае для присоединения выводов используется не ультразвуковая компрессия, а метод термокомпрессни, когда на проволоку, прижатую к контактной площадке, одновременно действуют нагрев и давление (иногда в сочетании с ультразвуковыми колебаниями).

Основные требования, предъявляемые к внутренним выводам, заключаются в том, что они должны обеспечить протекание через транзистор максимально допустимого тока без существенного нагрева по сравнению с кристаллом и корпусом, а также в том, что общая индуктивность этих выводов должна быть достаточно малой. С этих точек зрения надо стремиться к тому, чтобы выводы были короткими. Короткие выводы обладают меньшей индуктивностью и меньше нагреваются (так как от них эффективнее отводится тепло к кристаллу кремния и к корпусу). Для уменьшения общей индуктивности оказывается недостаточно уменьшать длину выводов» а приходится увеличивать и их число, хотя это увеличивает трудоемкость сборочных операций. В очень мощных транзисторах, максимальные токи которых могут достигать десятков ампер, для уменьшения плотности токов и снижения суммарной индуктивности эмит-терного вывода приходится осуществлять целый комплекс мер: помимо введения двух внешних эмиттерных выводов создавать в корпусе эмиттерные токоведущие дорожки с двух сторон от кристалла и создавать две системы эмиттерных выводов, соединенных с этими двумя дорожками. Экспериментальная проверка показывает, что эти мероприятия существенным образом увеличивают коэффициент усиления ВЧ транзисторов.

Итак, для создания современных мощных ВЧ транзисторов недостаточно правильно спроектировать транзисторную структуру. Необходимо разработать и осуществить ряд сложнейших технологических процессов по созданию этой структуры. При этом именно достигнутый в настоящее время технологический уровень не позволяет получить желаемые значения и достаточно малый разброс параметров приборов. Очень многое зависит от корпуса транзистора и от сборки кристалла в корпусе, так как недостаточно современная конструкция корпуса или невыполнение всех необходимых условий при сборке приводят к тому, что большие потенциальные возможности» заложенные в кристалле, не реализуются в готовом транзисторе.

ГЛАВА ТР ЕТЬЯ

ПАРАМЕТРЫ МОЩНЫХ ВЧ ТРАНЗИСТОРОВ И МЕТОДЫ ИХ ИЗМЕРЕНИЯ

3.1. СИСТЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Под системой параметров транзисторов любого класса понимают совокупность таких электрических параметров, контроль которых в процессе производства обеспечивает необходимое качество выпускаемых транзисторов и которые необходимо знать при проектировании радиоаппаратуры. Существующая для каждого класса приборов система параметров отражает условия применения, а также особенности технологии и конструкции этих приборов. В то же время состав системы параметров определяется и уровнем развития измерительной техники, позволяющей измерять и контролировать тот или иной параметр, кроме того, определенное значение имеет и экономический фактор, в силу которого невозможно включить в систему ряд параметров, измерение которых повлекло бы за собой существенное увеличение стоимости транзистора из-за сложности аппаратуры и трудоемкости измерений. Поэтому любая система параметров есть результат компромисса в стремлении учесть разнородные требования.

Совокупность параметров, входящих в систему, целесообразно разделить на параметры, значения которых нормируются и контролируются в процессе производства, и параметры, значения которых приводятся в документации на транзистор как справочные, полученные либо расчетным путем, либо на основе обработки статистических данных. Как правило, для справочных параметров приводятся типовые значения.

Из нормируемых обычно выделяется группа параметров, максимальные значения которых не должны превышаться при эксплуатации во избежание снижения гарантированного срока службы или выхода транзистора из строя. Эта группа параметров называется предельно допустимыми параметрами режимов эксплуатации.

Установившаяся в последнее время система параметров мощных ВЧ транзисторов развивалась и