20.Конструкция корпуса мощных свч биполярных транзисторов и требования к используемым материалам.

Специфика конструирования корпусов для мощных биполярных СВЧ-транзисторов определяется в основном двумя факторами.

Во-первых, корпуса должны обладать малыми значениями паразитных индуктивностей выводов (особенно индуктивности общего электрода) и межэлектродных емкостей. Требование снижения индуктивности общего вывода ужесточается с повышением рабочей частоты. Особо важную роль приобретает индуктивность входного электрода (базового в схеме с ОЭ или эмиттерного в схеме с ОБ) L_вх при проектировании мощных СВЧ-транзисторов, поскольку увеличение L_вх приводит к возрастанию входной добротности Q_вх и, как следствие, к ограничению полосы частот.

Во-вторых, корпуса должны обеспечивать малое тепловое сопротивление на участке p-n-переход – корпус (R_{т пк}), а также на участке корпус – теплоотвод. Удельная мощность, рассеиваемая в области коллектора современных мощных СВЧ-транзисторов, составляет 100…300 Вт/см² и более, а общий уровень рассеиваемой мощности равен десяткам или даже нескольким сотням ватт. Высок также градиент температуры в направлении от источников тепловыделения (участков коллекторного p-n-перехода под эмиттерами) до фланца корпуса – до 500^о С/мм. Следовательно, для того чтобы температура p-n-переходов не превышала максимальной Т_{п макс} = 150…200 ^оС, необходим очень эффективный отвод тепла. Поэтому конструкция корпусов для мощных СВЧ-транзисторов и, в частности, свойства и геометрические размеры входящих в них материалов выбираются таким образом, чтобы тепловые сопротивления отдельных участков корпуса и всего корпуса в целом были минимальны.

Специфической особенностью корпусов для мощных СВЧ-приборов является также то, что их выводы в подавляющем большинстве случаев изолированы от основания. Это связано с применением транзисторов в реальных схемах, где обычно теплоотвод электрически соединен с источником питания.

Материалы, используемые в качестве теплоотводов в корпусах мощных СВЧ-транзисторов, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

– обладать близким с кремнием коэффициентом теплового расширения (КТР) во всем диапазоне рабочих температур, а также высокой механической прочностью;

– иметь большой коэффициент теплопроводности и высокое удельное сопротивление;

– иметь низкие значения диэлектрической проницаемости и тангенса диэлектрических потерь на соответствующих частотах;

– допускать механическую обработку (или какие-либо другие виды обработок) с целью получения необходимых размеров, формы и класса чистоты поверхности, а также хорошей покрываемости различными материалами.

Наилучшим материалом с точки зрения удовлетворения всех этих противоречивых требований является керамика из окиси бериллия BeO. Широкое применение окиси бериллия в производстве мощных СВЧ-приборов обусловлено прежде всего ее высокой теплопроводностью и хорошим электроизоляционными свойствами. Коэффициент теплопроводности λ _BeO значительно выше, чем, например, никеля, молибдена, ковара и по своей величине близок к аналогичному коэффициенту для алюминия. Хорошая теплопроводность BeO обусловливает ее высокую термостойкость, что очень важно при работе в условиях циклического изменения температуры. Удельное сопротивление керамики из BeO зависит от ее чистоты и изменяется от 10¹⁴ до 10¹⁸ Ом см.

С точки зрения механической прочности корпусов мощных СВЧ-транзисторов большое значение имеет оптимальный по отношению к кремнию и меди (материал фланца) КТР BeO. С учетом высокой прочности керамики такой КТР обеспечивает необходимую механическую прочность узлов кристалл-подложка и подложка-фланец. В подавляющем большинстве случаев таблетки из BeO, входящие в состав корпусов мощных СВЧ-транзисторов, имеют форму диска или прямоугольника толщиной 1…1,5 мм.