10.1.2. Оксибериллиевый изолятори внутреннее устройство мощного бт свч

Для мощных БТ СВЧ характерны весьма, малые размеры кристал­лических структур, определяемые необходимостью минимизировать емкости переходов, и малые размеры корпусов, связанные с необхо­димостью минимизировать паразитные индуктивности и емкости конструкций корпусов. Поскольку скорость движения носителей в твердотельной структуре относительно мала (в сравнении со скоро­стью в вакууме), толщина активных зон твердотельных СВЧ-приборов для обеспечения малого пролетного времени должна быть значи­тельно меньше, чем у вакуумных. Например, толщина всей п—р—п-структуры БТ СВЧ не превышает десятков микрометров занимает незначительную часть толщины пластинки-кристалла, составляю­щей не более 0,20 мм. Для обеспечения малых емкостей переходов приходится минимизировать их площади. Площадь структуры с рассеиваемой мощностью 3...4 Вт всего 0,03 мм² . При этом плотность теплового потока около 100 Вт/мм , т. е. выше, чем на поверхности солнца (60 Вт/мм ²). Но температура на солнце 6000 °С, а темпера­тура кремниевой транзисторной структуры должна быть не выше 200 °С во избежание деградации полупроводника. Это можно обес­печить лишь хорошим охлаждением активной зоны транзистора, главным образом коллекторного перехода, где выделяется большая часть тепловой мощности. При разработке мощных БТ СВЧ это одна из труднейших задач и именно этим максимальная рассеиваемая мощ­ность в непрерывном режиме ограничена уровнем около 200 Вт (без жидкостного охлаждения).

Итак, охлаждать нужно прежде всего коллектор, поэтому, как пра­вило, теплоотвод следует предусматривать с коллекторной стороны кристалла кремния. Но с учетом особенностей схемы в усилителе мощности СВЧ заземляется обычно эмиттер [схема с общим эммитером (ОЭ)] или база [схема с общей базой (ОБ)], а на коллектор пода­ется напряжение питания. Отвод тепла от коллектора приходится осуществлять через электрический изолятор. Следовательно, нужен особый материал — хороший проводник тепла и непроводник тока, [т.е. диэлектрик. Это редкое сочетание свойств. Обычно хорошие про­водники тепла, например металлы, являются и хорошими проводниками тока. Проблема усугубляется тем, что на СВЧ пригодны только диэлект­рики с малыми потерями. Самый лучший диэлектрик для этой цели — алмаз. По теплопроводности он превосходит даже медь. Он и используется для подобных целей, но в других приборах СВЧ — лавинно-пролетных диодах (см. гл. 14), имеющих еще меньшие раз­меры, чем БТ СВЧ, а потому и большую тепловую нагрузку до —70 кВт/см² . Для БТ СВЧ по ряду причин более подходящим оказался другой материал — оксид бериллия. Его называют также оксибериллиевой керамикой или брокеритом ВеО. Кроме высокой теплопро­водности и малых потерь на СВЧ, брокерит близок по температур­ному коэффициенту расширения к кремнию, что очень важно для работы в широком интервале температур. Недостаток ВеО — токсичность, затрудняющая утилизацию испорченных приборов. Воз­можно, в роли подобного диэлектрика найдет применение нитрид алюминия.

Кристалл транзисторной структуры мощного БТ СВЧ обычно напаян на монтажное основание — керамический диск или прямоугольную пластинку ВеО, обеспечивающую электрическую изоля­цию коллектора от корпуса. Пластинка ВеО припаяна металлизиро-наипой нижней стороной к медному фланцу корпуса, имеющему Массивный монтажный винт или отверстия для посадки на радиатор.