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DE68915862T2 - Mikrowellen-Oszillatoreinrichtungen. - Google Patents

Mikrowellen-Oszillatoreinrichtungen.

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DE68915862T2
DE68915862T2 DE68915862T DE68915862T DE68915862T2 DE 68915862 T2 DE68915862 T2 DE 68915862T2 DE 68915862 T DE68915862 T DE 68915862T DE 68915862 T DE68915862 T DE 68915862T DE 68915862 T2 DE68915862 T2 DE 68915862T2
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DE
Germany
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connection
terminal
bonding surface
wire end
wire
Prior art date
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DE68915862T
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Stewart Barry C Ophilips Jones
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Publication date
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Mikrowellen-Oszillatorvorrichtungen mit einem Transistorkörper, insbesondere, aber nicht ausschließlich, einen Schottky- Gate-Feldeffekttransistor (einen sogenannten "MESFET") aus Galliumarsenid mit elektrischen Anschlüssen einschließlich Drahtenden, die Induktoren in einer Rückkopplungsstrecke bilden. Die Erfindung schafft insbesondere eine Vorrichtung dieser Art mit zwei Anschlüssen als Ersatz für eine Gunn-Diode.
  • Um andauernde stationäre Schwingungen mit Mikrowellen-Frequenzen zu erzeugen, benötigt eine aktive Halbleitervorrichtung eine Kennlinie mit negativem Widerstand. Ein solcher negativer Widerstand ist Vorrichtungen wie Gunn-Dioden (auch als Elektronentransferelement bezeichnet), IMPATT-Dioden und Tunnel-Dioden inhärent und wird erreicht, indem einfach eine DC-Vorspannung an die beiden Elektroden der Vorrichtung angelegt wird. Im Fall von Transistoren (sowohl Bipolartransistoren als auch FETs) muß der Zustand eines negativen Widerstandes durch eine geeignete Rückkopplung zwischen den Elektroden des Transistors simuliert werden, und zu diesem Zweck werden induktive Verbindungen benutzt. Bei der resultierenden Anordnung kann es sich um eine Vorrichtung mit drei oder zwei Anschlüssen handeln.
  • In der europäischen Patentanmeldung EP-A-0 156 708 wird eine Mikrowellen-Oszillatorvorrichtung beschrieben, die einen Transistorkörper (in diesem Fall einen FET) mit einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode (Source- und Drain-Elektrode) und einer Steuerelektrode (Gate-Elektrode), ein Gehäuse der Mikrowellen-Vorrichtung mit einer elektrisch isolierenden Einfassung, innerhalb der der Transistorkörper auf der Grundfläche montiert ist, und elektrische Verbindungen zwischen den Elektroden des Transistors und den elektrischen Anschlüssen der Vorrichtung enthält. Ein erster Anschluß wird durch die Grundfläche geliefert, ein zweiter Anschluß durch die Einfassung. Die Verbindung zur zweiten Hauptelektrode (Source-Elektrode) enthält mindestens ein erstes und ein zweites Drahtende in Reihe geschaltet. Die Verbindung zur Steuerelektrode umfaßt ein drittes Drahtende. Mindestens das zweite und das dritte Drahtende bilden Induktoren in einer Rückkopplungsstrecke zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode.
  • Der Oszillator der Patentanmeldung EP-A-0 156 708 enthält eine Abstimmschaltung mit einer Kapazitätsdiode, die durch das erste Drahtende mit der Source-Elektrode des FET verbunden ist. Dieses erste Drahtende wird in dieser bekannten Vorrichtung so kurz wie möglich gehalten, damit man keine wesentliche Induktivität erhält. Das Gehäuse der Vorrichtung entspricht dem eines Mikrowellen-Transistors und verfügt über einen dritten Anschluß, der ebenfalls durch die isolierende Einfassung getragen wird. Die Grundfläche besteht aus Metall und bildet einen Erdungsanschluß der Vorrichtung. Der FET-Körper und der Körper der Kapazitätsdiode sind auf einem ersten Kondensator auf der Grundfläche montiert. Ein zweiter Kondensator und ein Widerstand sind ebenfalls auf der Grundfläche neben dem ersten Kondensator montiert. Der obere Teil des ersten Kondensators ist durch einen Verbindungsdraht mit dem dritten Anschluß verbunden, und die Drain-Elektrode des FET ist durch einen weiteren Verbindungsdraht mit dem zweiten Anschluß verbunden. Die Source-Elektrode ist durch den sehr kurzen ersten Draht mit dem oberen Teil des Körpers der Kapazitätsdiode verbunden und der zweite Draht läuft von dem oberen Teil des Körpers der Kapazitätsdiode zum oberen Teil des zweiten Kondensators, der diesen zweiten Drahtinduktor bei Mikrowellen-Frequenzen wirksam mit Erde verbindet. Die Gate-Elektrode des FET ist über den induktiven dritten Draht, der an die Metall-Grundfläche gebondet ist, direkt mit dem Erdungsanschluß verbunden. Dieser Gate-Verbindungsdraht ist länger als die erste und die zweite Drahtverbindung für die Source-Elektrode des FET und sorgt damit für eine größere Induktivität in der Gate-Verbindung. Ein weiterer Draht läuft von dem oberen Teil des zweiten Kondensators zum oberen Teil des Widerstands, um eine Vorspannungs-Schaltung zu bilden, die mit Erde verbunden ist.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis des Erfinders, daß eine Mikrowellen-Oszillatorvorrichtung mit einem Transistorkörper so konstruiert werden kann, daß sie sowohl elektrisch als auch mechanisch einen Ersatz für eine Gunn- Diode darstellt, indem innerhalb eines Mikrowellen-Dioden-Gehäuses eine unterschiedliche und invertierte Verbindungsanordnung verwendet wird, wobei die erste Hauptelektrode mit dem Grundflächen-Anschluß (statt mit dem zweiten Anschluß) verbunden wird und wobei sowohl die Drahtverbindungen für die Steuerelektrode als auch die zweite Hauptelektrode von der Grundfläche getrennt sind und zusammen elektrisch mit dem zweiten Anschluß an dem oberen Teil der Einfassung verbunden sind, um durch eine Gleichspannungs-Kopplung eine induktive Rückkopplung zu schaffen, wobei diese Verbindung für die zweite Hauptelektrode mehr als ein nach oben gerichtetes induktives Drahtende in Reihe enthält (wobei eine oder mehrere Bondflächen benutzt werden), um eine Gesamtinduktivität zu erhalten, die im Vergleich zu der Induktivität der Drahtverbindung für die Gate-Elektrode hoch ist. Eine derartige invertierte Anordnung der Verbindungen erlaubt das Zusammendrücken langer induktiver Drahtenden in einem kleinen Raum und kann leicht an den kleinen Raum und die Bondflächen angepaßt werden, die innerhalb eines Gehäuses eines herkömmlichen Entwurfs mit zwei Anschlüssen für eine Gunn-Diode zur Verfügung stehen. Eine solche Vorrichtung kann als eine elektrische Entsprechung für eine Gunn-Diode funktionieren (mit der gleichen Impedanz wie an den Anschlußklemmen), jedoch mit höherem Wirkungsgrad bei der Umsetzung von Gleichspannung in Mikrowellen als eine Gunn-Diode.
  • Erfindungsgemäß wird daher eine Mikrowellen-Oszillatorvorrichtung mit einem Transistorkörper mit einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode sowie einer Steuerelektrode, einem Gehäuse für die Mikrowellen-Vorrichtung mit einer elektrisch isolierenden Einfassung, innerhalb der der Transistorkörper auf einer Grundfläche des Gehäuses montiert ist, und mit elektrischen Verbindungen zwischen den Elektroden des Transistorkörpers und den elektrischen Anschlüssen der Vorrichtung vorgesehen, von denen ein erster Anschluß durch die Grundfläche gebildet wird und von denen ein zweiter Anschluß durch die Einfassung getragen wird, wobei die Verbindung zur zweiten Hauptelektrode mindestens ein erstes und ein zweites Drahtende in Reihe enthält, die Verbindung zur Steuerelektrode eine drittes Drahtende enthält, das zweite und das dritte Drahtende Induktoren in einer Rückkopplungsstrecke zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode bilden, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gehäuse eine obere Bondfläche enthält, die neben dem oberen Teil der Einfassung angeordnet ist und die elektrisch mit dem zweiten Anschluß verbunden ist, und eine untere Bondfläche, die neben der Grundfläche angeordnet ist und die elektrisch von dem ersten Anschluß isoliert ist, daß die erste Hauptelektrode mit dem ersten Anschluß verbunden ist, daß das erste Drahtende bis zu der unteren Bondfläche reicht, das zweite Drahtende von der unteren Bondfläche zu der oberen Bondfläche verläuft und das dritte Drahtende zu der oberen Bondfläche reicht, und dadurch, daß die Verbindung des zweiten und des dritten Drahtendes mit dem zweiten Anschluß über die induktive Rückkopplungsstrecke eine DC-Kopplung schafft, wobei die Induktivität der Verbindung zwischen der zweiten Hauptelektrode und dem zweiten Anschluß höher ist als die Induktivität der Verbindung zwischen der Steuerelektrode und dem zweiten Anschluß.
  • Es lassen sich weitere Vorteile dieser erfindungsgemäßen Anordnung der Anschlüsse und Drahtverbindungen für ein Gehäuse vom Typ einer Gunn-Diode feststellen. Durch Verbinden der ersten Hauptelektrode (z.B. einer FET-Drain-Elektrode) mit dem ersten (Grundflächen-)Anschluß und der zweiten Hauptelektrode sowie der Steuerelektrode mit dem zweiten (oberen) Anschluß erhält man eine invertierte Anordnung (im Vergleich zu der der Patentanmeldung EP-A-0 156 708), um eine hohe Induktivität in der Rückkopplungsstrecke zu erlauben, indem die Unterbringung (innerhalb des begrenzten Gehäuseraums) des ersten und zweiten Drahtendes sowie eventueller weitere Drahtenden in der Verbindung zur zweiten Hauptelektrode (z.B. einer FET- Source-Elektrode) erleichtert wird. Dadurch kann man eine erhebliche Rückkopplung und eine wesentliche Oszillator-Ausgangsleistung erhalten, ohne daß der Transistor eine hohe Verstärkung aufweisen muß.
  • Außerdem kann bei dieser invertierten Anordnung die an die Anschlüsse der Vorrichtung anzulegende Spannung von konventioneller Polarität sein, wie sie bereits für ein herkömmliches Gunn-Dioden-Gehäuse benutzt wird.
  • Um die Induktivität in der Verbindung für die zweite Hauptelektrode passend für den kleinen Raum im Gehäuse zu erhöhen, kann das erste Drahtende durch bogenförmiges Verlegen des Drahtes verlängert werden und/oder mehr als eine getrennte Bondfläche am Boden des verfügbaren Raumes vorgesehen werden, um weitere Drähte in die Reihenschaltung aufzunehmen. Auf diese Weise kann die Anordnung so gestaltet werden, daß die untere Bondfläche eine erste und eine zweite getrennte Fläche enthält, die sich neben dem Transistorkörper befinden, und daß die Verbindung zur zweiten Hauptelektrode das erste Drahtende von der Elektrode zu der ersten Fläche, das zweite Drahtende von der zweiten Fläche zu der oberen Bondfläche und ein viertes Drahtende von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche enthält. Vorzugsweise reicht das vierte Drahtende bis zu einer Höhe, die mehr als die Hälfte (oder sogar mehr als dreiviertel der) Höhe der oberen Bondfläche über der Grundlfläche beträgt, so daß dadurch die Länge (und damit die Induktivität) des vierten Drahtendes gesteigert wird. Das erste Drahtende kann bis zu etwa der gleichen Höhe reichen und dadurch die Induktivität des ersten Drahtendes steigern.
  • Der Transistorkörper kann einen Bipolartransistor mit einem Kollektor als der ersten Hauptelektrode, einem Emitter als der zweiten Hauptelektrode und einer Basis als der Steuerelektrode enthalten. Eine höhere Mikrowellenleistung kann jedoch mit einer unipolaren Vorrichtung erreicht werden, z.B. mit einem Feldeffekttransistor, insbesondere mit einem FET aus Galliumarsenid oder anderen III-V-Verbindungshalbleitern mit hoher Elektronenbeweglichkeit. Vorzugsweise enthält der Transistorkörper also einen Schottky-Gate-FET mit einer Drain-Hauptelektrode, einer Source-Hauptelektrode und einer Gate-Steuerelektrode. In diesem Fall enthält der Transistorkörper häufig ein Substrat aus halbisolierendem Material, so daß ein kompatibler Herstellungsprozeß angewendet werden kann, bei dem die erfindungsgemäß vorgesehene untere Bondfläche eine Metallisierung auf einem Substrat aus dem halbisolierendem Material umfaßt, das die gleiche Dicke aufweist wie das Substrat des Transistorkörpers.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • Figur 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Mikrowellen- Oszillatorvorrichtung,
  • Figur 2 ein Schaltbild einer solchen Vorrichtung wie aus Figur 1 und
  • Figur 3 eine Draufsicht auf das Innere des Vorrichtungs-Gehäuses von einer solchen Vorrichtung wie der aus Figur 1.
  • Es ist zu beachten, daß diese Zeichnungen schematisch und nicht maßstabsgerecht sind. Die relativen Abmessungen und Proportionen der Teile dieser Zeichnungen wurden der Deutlichkeit und Übersichtlichkeit der Zeichnungen halber vergrößert oder verkleinert dargestellt.
  • Obwohl in Figur 3 keine Querschnitte enthalten sind, wurden außerdem die Oberfläche des Metallrings und der Fuß des Gehäuses schraffiert und die Schraffierung unterbrochen, wo der Fuß mit einem Klebstoff beschichtet ist, um die verschiedenen Teile in Figur 3 deutlicher unterscheiden zu können.
  • Die Mikrowellen-Oszillatorvorrichtung aus Figur 1 enthält einen Transistorkörper 10 mit einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode 11 bzw. 12 (Figur 3) und einer Steuerelektrode 13. Ein Gehäuse 20 der Mikrowellen-Oszillatorvorrichtung enthält eine elektrisch isolierende Einfassung 25, innerhalb der der Transistorkörper 10 auf einer Grundfläche 21 des Gehäuses montiert ist. Zwischen den Elektroden des Transistorkörpers 10 und den elektrischen Anschlüssen 21 und 22 der Vorrichtung befinden sich die elektrische Verbindungen 1 bis 5. Ein erster Anschluß 21 wird durch die Grundfläche geschaffen und ein zweiter Anschluß 22 wird durch die Einfassung 25 getragen. Die Verbindung mit der zweiten Hauptelektrode 12 enthält mindestens ein erstes und ein zweites Drahtende 1 bzw. 2 in Reihe. Die Verbindung mit der Steuerelektrode 13 enthält ein drittes Drahtende 3. Das zweite und das dritte Drahtende 2 und 3 bilden die Induktoren L2 und L3 (siehe Figur 2) in einer Rückkopplungsstrecke zwischen der Steuerelektrode 13 und der zweiten Hauptelektrode 12.
  • Erfindungsgemaß umfaßt das Gehäuse 20 eine obere Bondfläche 23, die neben dem oberen Teil der Einfassung 25 angeordnet ist und die elektrisch mit dem zweiten Anschluß 22 verbunden ist, und eine untere Bondfläche 15, 16, 17, die neben der Grundfläche 21 angeordnet ist und die elektrisch von dem ersten Anschluß 21 isoliert ist. Die erste Hauptelektrode 11 ist mit dem ersten Anschluß 21 verbunden. Das erste Drahtende 1 verläuft zu der unteren Bondfläche 15, 16, 17. Das zweite Drahtende 2 verläuft von der unteren Bondfläche 15, 16, 17 zu der oberen Bondfläche 23. Das dritte Drahtende 3 verläuft zu der oberen Bondfläche 23. Die Verbindung des zweiten und des dritten Drahtendes 2 und 3 mit dem zweiten Anschluß 22 schafft über die induktive Rückkopplungsstrecke (L1, L2, L3 und eventuell L4) eine DC-Kopplung, wobei die Induktivität L1 und L2 (und eventuell L4) der Verbindung 1, 2 (und eventuell 4) zwischen der zweiten Hauptelektrode 12 und dem zweiten Anschluß 22 höher ist als die Induktivität L3 der Verbindung 3 zwischen der Steuerelektrode 13 und dem zweiten Anschluß 22.
  • Die Vorrichtung aus Figur 1 ist ein elektrischer und mechanischer Ersatz für eine Gunn-Diode. Das in Figur 1 schematisch abgebildete Gehäuse 20 kann die gleiche Kontur haben wie ein herkömmlicherweise verwendetes Gehäuse für Gunn- Dioden, wie zum Beispiel der international genormte Typ SOD 31 mit zweiseitiger zylindrischer Geometrie. Die Grundfläche 21 des Gehäuses liefert den Anschluß, an den die DC-Vorspannung (+V in Figur 2) an einem Ende der Vorrichtung angelegt wird. An dem gegenüberliegenden Ende umfaßt das Gehäuse 20 eine Abdeckung 22, die auf der isolierenden zylindrischen Einfassung 25 montiert ist und den Erdungsanschluß darstellt. Das zweite und das dritte Drahtende 2 und 3 sind mit diesem zweiten Anschluß 22 (und nicht mit der Grundfläche) verbunden, genau umgekehrt wie beim Oszillator aus der Patentanmeldung EP-A-0 156 708.
  • Das Gehäuse 20 kann die gleiche Struktur haben wie ein herkömmliches Gehäuse für eine Gunn-Diode. Die Grundfläche 21 kann also aus Metall bestehen (zum Beispiel aus goldplattiertem Kupfer) und bildet den ersten Anschluß an einem Ende der isolierenden Einfassung 25; der Transistorkörper 10 kann auf einem Fuß dieser Grundfläche 21 montiert sein; die Einfassung 25 kann aus Keramik (zum Beispiel Aluminiumoxid) bestehen und einen Metallring 23 (zum Beispiel "Kovar" Warenzeichen) haben, der einen Flansch am oberen Teil der Einfassung 25 bildet; die Verbindungen 1 bis 5 können zum Beispiel Golddrähte sein; die Drähte 2 und 3 können auf bekannte Weise an den Ring 23 gebondet sein, und der Metallanschluß 22 der Abdeckung (zum Beispiel aus goldplattiertem Kupfer) kann an den Ring 23 geschweißt sein. Durch geeignete Wahl der Länge des nach oben gerichteten Drahtendes 3, um den gewünschten Induktivitätswert L3 für den Steueranschluß zu erhalten, und durch die Wahl der langen der nach oben gerichteten Drähte 1 und 2 (und eventuell von einem oder mehreren zusätzlichen Drähten, z.B. 4), um einen viel höheren Induktivitätswert für diese Hauptverbindung zu erhalten, kann die Oszillatorvorrichtung eine elektrische Leistung haben, die der einer Gunn-Diode mit den gleichen Mikrowellen-Impedanzen an ihren Anschlüssen 21 und 22 gleichkommt, aber mit einem hohen Wirkungsgrad bei der Umsetzung der Gleichspannung in Mikrowellen (typisch 10 bis 30 Prozent, im Vergleich zu 1 bis 3 Prozent bei einer Gunn-Diode). Das entsprechende Schaltbild mit induktiver Rückkopplung zwischen den Elektroden 13 und 12 ist in Figur 2 dargestellt.
  • In der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Form enthält der Transistorkörper 10 einen Schottky-Gate-Feldeffekttransistor, zum Beispiel einen Galliumarsenid- MESFET, mit einer Drain-Elektrode 11, einer Source-Elektrode 12 und einer Gate- Elektrode 13. Diese Elektroden 11 bis 13 können zum Beispiel Gold enthalten. Typischerweise enthält der Transistorkörper 10 die aktive Transistorstruktur, die in und auf einer Epitaxieschicht aus N-Typ-halbleitendem Galliumarsenid auf einem Substrat von halbisolierendem Material, zum Beispiel Chrom-dotierten Galliumarsenid, gebildet wird. Dieser Körper 10 kann durch eine Zwischenschicht 24, zum Beispiel aus einem isolierenden Epoxid oder einem anderen Klebstoff, an der Grundfläche 21 befestigt werden. Um die Länge der Drahtenden 1, 2 usw. für die Source-Verbindung zu maximieren, ist es vorteilhaft, eine untere Bondfläche 15, 16,17 auf der Grundfläche 21 vorzusehen, und es ist praktisch, sie auf die gleiche Weise zu montieren wie den Transistorkörper, so daß sie für das Drahtbonden im wesentlichen auf der gleichen Höhe liegt wie die Elektroden des Transistorkörpers 10. In dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten Beispiel kann die Bondfläche 15, 16, 17 eine Metallisierung 16,17 (zum Beispiel Gold) auf einem Substrat 15 aus dem gleichen halbisolierendem Material und mit der gleichen Dicke wie das Substrat des Transistorkörpers enthalten. Dieses Substrat 15 kann eine seitliche Ausweitung des Substrats des Transistorkörpers 10 sein oder ein getrenntes Substrat (wie in den Figuren 1 und 3 abgebildet), das getrennt durch eine Klebstoff- Zwischenschicht 24 an der Grundfläche 21 befestigt ist.
  • Es kann eine Anordnung gewählt werden, in der die Source-Verbindung nur das erste und das zweite Drahtende 1 und 2 umfaßt, die zu und von der unteren Bondfläche laufen, wobei das Drahtende 1 verlängert wird, indem es in dem verfügbaren Raum unter der Abdeckung 22 nach oben gebogen wird (wie in Figur 1 dargestellt), so daß sich eine erhebliche Induktivität L1 für den ersten Draht 1 ergibt. Auf diese Weise kann die Induktivität L1 sogar größer gewählt werden als die Induktivität L3 der Gate-Verbindung 3, so daß die Gesamtinduktivität (L1 + L2) der Source-Verbindung 1, 2 in der Rückkopplungsstrecke mehr als doppelt so groß ist wie die Induktivität L3 der Gate-Verbindung. Dies ist die umgekehrte Situation zu der der Oszillatorvorrichtung der Patentanmeldung EP-A-0 156 708.
  • Um die Induktivität der Source-Verbindung innerhalb des vertikal begrenzten Raumes in dem Gehäuse 20 weiter zu steigern und/oder um die Höhe zu reduzieren, auf die der erste Draht 1 gebogen wird, ist es vorteilhaft, die Anordnung aus Figur 3 zu wählen. Wie in Figur 3 dargestellt, enthält die untere Bondfläche 15, 16, 17 eine separate erste und zweite Metallisierungsfläche 16 bzw. 17 neben dem Transistorkörper 10. Die Verbindung mit der zweiten Hauptelektrode 12 umfaßt in diesem Fall das erste Drahtende 1 von der Elektrode 12 zu der ersten Bondfläche 16, das zweite Drahtende 2 von der zweiten Bondfläche 17 zu dem oberen Teil der Einfassung 25 und ein viertes Drahtende 4 von der ersten Bondfläche 16 zu der zweiten Bondfläche 17. In der in Figur 3 dargestellten Anordnung sind diese separaten Metallisierungsflächen 16 und 17 auf dem gleichen Substrat 15 vorgesehen, sie können jedoch auf getrennten Substraten angebracht werden. Obwohl die einzelnen Drähte 1, 4, 2 abgebildet sind, können die Drahtenden 1, 4 und 2 durch einen einzigen Draht gebildet werden, der mittels "Stitch-Bonden" so befestigt ist, daß er zwischen den Flächen 12, 16, 17 und 23 hin- und herspringt.
  • Die gebogenen Drähte 1 und 4 können im wesentlichen bis zur gleichen Höhe in dem Gehäuseraum reichen, und dies erleichtert ihre Verarbeitung beim Drahtbonden, insbesondere beim Stitch-Bonden. Um hohe Induktivitätswerte L1 und L4 zu erhalten, können die Drähte 1 und 4 auf eine Höhe über der Grundfläche 21 gebogen werden, die mehr als die Hälfte (und sogar dreiviertel) der Höhe der oberen Bondfläche 23 über der Grundfläche 21 beträgt. Die maximale Höhe, auf die die Drähte 1 und 4 gebogen werden können, wird durch die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Drahtbondens vorgegeben, die mit der jeweils verwendeten Bondmaschine und der jeweils verwendeten Drahtform sowie für die Form des Gehäuseraums erreicht wird. In dem speziellen Beispiel aus Figur 1 befindet sich ein Vertiefung in der Unterseite der Abdeckung 22, die mehr Platz bietet, so daß der Draht 1 (und der Draht 4) sogar auf eine Höhe nahe oder über dem oberen Teil der oberen Bondfläche 23 gebogen werden kann (können).
  • In einem speziellen Beispiel einer Vorrichtung zum Ersetzen einer X- Band-Gunn-Diode, die mit einer Frequenz von ca. 10 GHz schwingt, und auf der Basis eines Galliumarsenid-MESFET kann die Gesamtinduktivität L1, L2 (und eventuell L4) der Source-Verbindung 1, 2 (und eventuell 4) etwa 3 nH betragen, und die Induktivität L3 der Gate-Verbindung 3 kann etwa 1 nH betragen, während die Induktivität L5 in der Drain-Verbindung 5 wesentlich kleiner ist, zum Beispiel etwa 0,5 nH. Wenn Golddraht mit einem Rundquerschnitt von ca. 18 Mikrometern verwendet wird, erhält man eine Induktivität von ca. 1 nH pro mm Draht. Die Höhe innerhalb des Gehäuses 20 zwischen dem Fuß der Grundfläche 21 und dem oberen Teil des Bondrings 23 kann ca. 0,75 mm betragen, und die Körper 10 und 15 können jeweils ca. 0,1 mm hoch sein. Auf diese Weise können die Drähte 2 und 3 jeweils eine Länge von ca. 1 mm und damit eine Induktivität von etwa 1 nH haben, und die restliche Induktivität (ca. 2 nH), die für die Source-Verbindung erforderlich ist, kann durch die Verwendung von zwei Drahtenden 1 und 4 geschaffen werden, die in dem Gehäuseraum auf eine kleinere Höhe gebogen werden können. Es ist zu beachten, daß die Länge der Drähte 1, 2, 3 usw. in der Source- und der Gate-Verbindung des FET in den Figuren 1 und 3 die Impedanzpegel und den Grad des negativen Widerstands bestimmt, und daß diese Verbindungsanordnung zu einem Breitband-Oszillator führt, der mit einer Frequenz schwingt, die durch die Abmessungen eines Resonanz-Hohlleiters vorgegeben wird, in dem die Vorrichtung in Betrieb montiert ist. Im Gegensatz hierzu ergibt die Verbindungsanordnung des FET in der Patentanmeldung EP-A-0 156 708 (mit einer Reaktanzdioden-Abstimmung in der Source-Verbindung und einer höheren Induktivität in der Gate-Verbindung als in der Source-Verbindung) einen Oszillator, dessen Frequenz durch die Induktivität (Drahtlänge) in der Source-Verbindung bestimmt wird.
  • Dem Fachkundigen wird aus dem Lesen der obigen Beschreibung klar sein, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Statt einen runden Querschnitt aufzuweisen, können die Drähte 1 bis 5 auf Wunsch zum Beispiel mit einem anders geformten Querschnitt ausgeführt sein, zum Beispiel mit einem rechteckigen Querschnitt für wenigstens einige der Drähte 1 bis 5, so daß diese Drähte streifenartig sind. Anstelle eines Metallrings kann die obere Bondfläche 23 auf andere Weise ausgeführt sein, zum Beispiel als eine Metallisierungsschicht auf der Oberfläche der isolierenden Einfassung 25 auf dem oberen Teil der Einfassung 25 oder zum Beispiel auf einer Rippe nahe dem oberen Teil der Einfassung 25. Die untere Bondfläche 15, 16, 17 für die Source-Verbindungsdrähte kann auf einer anderen Oberfläche von dem oberen Teil des Fußes vorgesehen werden, auf dem der Transistorkörper 10 montiert ist. So kann zum Beispiel die untere Bondfläche eine Metallisierung sein, die auf einer unteren Rippe der isolierenden Einfassung 25 neben der Grundfläche 21 vorgesehen ist, oder sie kann auf einer unteren Rippe der Grundfläche 21 montiert werden, während sie immer noch elektrisch von dem ersten Anschluß isoliert ist.
  • Es ist zu beachten, daß während die Source-Verbindungsdrähte in dem Oszillator aus der Patentanmeldung EP-A-0 156 708 durch Kondensatoren elektrisch mit dem Grundflächen-Anschluß verbunden sind, die Source-Verbindungsdrähte 1, 2, 4 in dem Oszillator der vorliegenden Erfindung von dem Grundflächen-Anschluß 21 isoliert sind (sowohl bei DC als auch bei Mikrowellen-Frequenzen) und mit dem oberen Erdungsanschluß 22 DC-gekoppelt sind. Obwohl die Abdeckung 22 und die Grundfläche 21 in einem herkömmlichen Gehäuse einer Mikrowellen-Vorrichtung vollkommen aus Metall bestehen, können andere Konstruktionen verwendet werden, in denen ein Teil der Abdeckung 22 und/oder der Grundfläche 21 elektrisch isolierend ist, während ein anderer Teil elektrisch leitend ist und die Anschlüsse der Vorrichtung bildet.
  • Obwohl in den Figuren 2 und 3 ein MESFET abgebildet ist, kann der Transistorkörper 10 in einem erfindungsgemaßen Oszillator einen Bipolartransistor enthalten. In diesem Fall kann der Transistor seine Emitter- und Basis-Elektrode 12 bzw. 13 an der oberen Oberfläche des Körpers haben und seine Kollektor-Elektrode 11 an der unteren Oberfläche. Ein solcher Bipolartransistorkörper kann auf einer metallisierten Oberfläche der Metall-Grundfläche 21 montiert sein, um eine direkte Verbindung zwischen der Kollektor-Elektrode 11 und dem Anschluß 21 der Vorrichtung herzustellen, ohne einen Draht 5 zu benötigen.
  • Der DC-Strompfad zwischen der Source- und der Gate-Elektrode 12 und 13 kann einen Widerstand (zum Beispiel zwischen den Drähten 2 und 4) enthalten, um eine gewünschte Vorspannungs-Bedingung für den Transistor einzustellen. In diesem Fall ist ein Entkopplungskondensator zu dem Widerstand parallelgeschaltet. Eine solche Vorspannungs-Anordnung macht jedoch eine erfindungsgemäße Vorrichtung komplizierter und steigert ihren Kostenaufwand.
  • Aus der Lektüre der vorliegenden Beschreibung werden dem Fachkundigen leicht weitere Abwandlungen ersichtlich sein. Solche Abwandlungen können andere Merkmale betreffen, die bereits in Entwurf, Herstellung und Verwendung von Mikrowellen-Oszillatorsystemen, Halbleitervorrichtungen und Komponenten davon bekannt sind und die anstelle oder zusätzlich zu den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden können.
  • Es wurde bereits erwähnt, daß die Zeichnungen ein Beispiel einer Ausführungsform der Erfindung darstellen und, um jegliches Mißverständnis zu vermeiden, wird hiermit weiterhin angegeben, daß in den folgenden Ansprüchen, wo den in einem Anspruch genannten technischen Merkmalen Bezugszeichen folgen, die sich auf die Merkmale in den Zeichnungen beziehen und in Klammern stehen, diese Bezugszeichen in Übereinstimmung mit der Richtlinie 29(7) EPÜ ausschließlich dazu dienen, das Verständnis des Anspruchs durch Bezugnahme auf ein Beispiel zu erleichtern.

Claims (6)

1. Mikrowellen-Oszillatorvorrichtung mit einem Transistorkörper (10) mit einer ersten und einer zweiten Hauptelektrode (11, 12) sowie einer Steuerelektrode (13), einem Gehäuse für die Mikrowellen-Vorrichtung mit einer elektrisch isolierenden Einfassung (25), innerhalb der der Transistorkörper auf einer Grundfläche (21) des Gehäuses montiert ist, und mit elektrischen Verbindungen (1 bis 5) zwischen den Elektroden des Transistorkörpers und den elektrischen Anschlüssen der Vorrichtung, von denen ein erster Anschluß (21) durch die Grundfläche gebildet wird und von denen ein zweiter Anschluß (22) durch die Einfassung getragen wird, wobei die Verbindung zur zweiten Hauptelektrode mindestens ein erstes und ein zweites Drahtende (1, 2) in Reihe enthält, die Verbindung zur Steuerelektrode eine drittes Drahtende (3) enthält, das zweite und das dritte Drahtende Induktoren (L&sub2;, L&sub3;) in einer Rückkopplungsstrecke zwischen der Steuerelektrode (13) und der zweiten Hauptelektrode (12) bilden, dadurch gekennzeichnet daß das Gehäuse eine obere Bondfläche (23) enthält, die neben dem oberen Teil der Einfassung (25) angeordnet ist und die elektrisch mit dem zweiten Anschluß (22) verbunden ist, und eine untere Bondfläche (15, 16, 17), die neben der Grundfläche angeordnet ist und die elektrisch von dem ersten Anschluß (21) isoliert ist, daß die erste Hauptelektrode (11) mit dem ersten Anschluß (21) verbunden ist, daß das erste Drahtende (1) bis zu der unteren Bondfläche (15, 16, 17) reicht, das zweite Drahtende (2) von der unteren Bondfläche zu der oberen Bondfläche (23) verläuft und das dritte Drahtende (3) zu der oberen Bondfläche reicht, und dadurch, daß die Verbindung des zweiten und des dritten Drahtendes mit dem zweiten Anschluß (22) über die induktive Rückkopplungsstrecke (L&sub1;, L&sub2;, L&sub3;) eine DC-Kopplung schafft, wobei die Induktivität (L&sub1;, L&sub2;) der Verbindung zwischen der zweiten Hauptelektrode (12) und dem zweiten Anschluß (22) höher ist als die Induktivität (L&sub3;) der Verbindung zwischen der Steuerelektrode (13) und dem zweiten Anschluß (22).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die untere Bondfläche eine erste und eine zweite getrennte Fläche enthält, die sich neben dem Transistorkörper befinden, und daß die Verbindung zur zweiten Hauptelektrode das erste Drahtende von der Elektrode zu der ersten Fläche, das zweite Drahtende von der zweiten Fläche zu der oberen Bondfläche und ein viertes Drahtende von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Drahtende bis zu einer Höhe reicht, die mehr als die Hälfte der Höhe der oberen Bondfläche über der Grundlfläche beträgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse eine Abdeckung umfaßt, die auf dem oberen Teil der Einfassung angebracht ist und die den zweiten Anschluß bildet, an den das zweite und das dritte Drahtende angeschlossen werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorkörper einen Schottky-Gate-Feldeffekttransistor mit einer Drain- und einer Source-Hauptelekrode sowie einer Gate-Steuerelektrode enthält.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorkörper ein Substrat aus einem halbisolierendem Material enthält, und daß die untere Bondfläche eine Metallisierung auf einem Substrat aus dem halbisolierendem Material enthält, das im wesentlichen die gleiche Dicke ausweist wie das Substrat des Transistorkörpers.
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