Richi´s Lab

ST Microelectronics BUX22 (alt)

BUX22

Der BUX22 ist ein sehr leistungsstarker Transistor, der bis zu 250V sperren und kurzzeitig bis zu 50A leiten kann. Die Grenzfrequenz beträgt mindestens 10MHz. Sogar der Basisstrom ist mit bis zu 8A recht beeindruckend. Der BUX22 erlaubt eine Verlustleistung von 350W. Die Junction-Temperatur darf dabei bis auf 200°C ansteigen. Der Wärmewiderstand zwischen Junction und Gehäuse ist mit nur 0,5K/W spezifiziert.

Bei diesem Bauteil scheint die Grundplatte des Gehäuses nicht zum Deckel zu passen. Die Grundplatte ist sehr dick und besitzt eine Vertiefung, wie sie bei älteren TO-3-Modellen, wie z.B. dem KD501, üblich war. Die Abdeckung wirkt dagegen sehr modern.

 

BUX22 Gehäuse

Seitlich betrachtet zeigt sich, dass sich zwischen der Grundplatte und dem Deckel ein weiteres Element befindet.

 

BUX22 Doppelgehäuse

Entfernt man den Deckel des Gehäuses, so kommt darunter ein weiterer Gehäusedeckel zum Vorschein kommt. Die obere Abdeckung wurde anscheinend auf die untere aufgeklebt.

 

BUX22 Doppelgehäuse Beschriftung

Der untere Gehäusedeckel lässt noch eine Beschriftung erkennen, nach der es sich tatsächlich um einen BUX22 von ST Microelectronics handelt. Allerdings stammt das Bauteil aus dem Jahr 1988, was viel eher zu der speziellen Grundplatte passt.

Diese Art der Neubeschriftung scheint nicht zur üblichen Produktpiraterie zu passen. Zum einen entschied man sich dagegen einfach nur den Aufdruck zu entfernen und neu anzufertigen, zum anderen wurde hier ein älterer aber dennoch originaler BUX22 umgelabelt. Bei nicht wenigen Leistungstransistoren sind die älteren Typen als robustere Bauteile bekannt, wodurch man für diese oftmals mehr Geld verlangen kann. Vielleicht wurde dieser BUX22 sogar von ST Microelectronics selbst neu beschriftet. Denkbar wäre zum Beispiel, dass eine alte Charge eine Requalifikation durchlief und dann als neuwertig deklariert werden durften.

 

BUX22 Dies

BUX22 Dies

Im Inneren befinden sich zwei große Transistoren, die fast die komplette Fläche einnehmen. Sie sind jeweils mit zwei dicken Bonddrähten an den Basis- und den Emitterpin angebunden. Bedenkt man die maximal zulässigen 8A Basisstrom, so verwundert es nicht, dass auch für den Basisanschluss ein Bonddraht mit hohem Querschnitt gewählt wurde. Für einen dauerhaften Laststrom von 40A erscheinen aber selbst diese Bonddrähte schon grenzwertig.

 

BUX22 Die Stackup

Eine seitliche Detailaufnahme zeigt, dass es sich nicht um einen MESA-Transistor handelt.
Eines der verfügbaren Datenblätter beschreibt den Aufbau des Transistors als "multiepitaxial planar".

Zwischen dem Transistor und der Grundplatte des Gehäuses befindet sich ein Metallplättchen. Da das Metallplättchen nicht viel größer ist als der Transistor selbst, kann es sich kaum um einen Heatspreader handeln. Wahrscheinlicher ist eine Kompensation unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die thermischen Zyklen, die sich bei Spitzenströmen von 50A einstellen können, dürften einen ziemlich hohen mechanischen Stress erzeugen.

 

BUX22 Die

Das Die ist mit einer gelblichen Schutzschicht überzogen, die nur an den Bondpads ausgespart wurde.

Deutlich zu erkennen ist die etwas dunklere Grenzfläche zwischen dem inneren Emitterbereich und dem äußeren Basisbereich. Genau genommen befindet sich der Basisbereich unter der Emitterfläche. Die Metalllage kontaktiert über verzweigte Elektroden die jeweiligen Bereiche, um sie möglichst niderohmig an die Bondpads anzubinden. Die Basismetalllage, die bis zu 4A tragen muss, verjüngt sich mit zunehmender Entfernung vom zugehörigen Bondpad und damit abnehmender Stromdichte. Das Emitter-Bondpad, das kurzzeitig bis zu 25A leiten muss, ist mittiger und großflächiger an die Metalllage angebunden. Auch hier verjüngt sich nach rechts der Hauptstrompfad. Nur die dünnen Streifen, die innerhalb der Emitterbereiche zu erkennen sind, verbinden die Metalllage mit der darunterliegende Emitterschicht.

 

BUX22 Die Detail

Die Beschichtung des Dies erschwert es den genauen Aufbau des Transistors zu identifizieren. Im Detail ist aber gut zu erkennen, dass die dünnen Streifen die typischen Vertiefungen von Kontaktflächen darstellen. Die schmale Kontaktierung des Emitters ist eine Technik, die "wide-emitter narrow-contact" genannt wird. Der dadurch leicht erhöhte Widerstand im Emitterpfad sorgt dafür, dasss sich der Stromfluss gleichmäßig auf die Segmente des Transistors verteilt. Diese Eigenschaft könnte auch ein Grund sein, warum man im BUX22 zwei Dies ohne Weiteres parallel schalten konnte.

 

BUX22 Die Detail

Zwischen der Basis- und der Emittermetallisierung lässt sich gerade noch eine Kante erahnen, die die Basis-Emitter-Grenzfläche darstellen könnte.

 

BUX22 Die Detail

BUX22 Die Detail Durchbruch

Der Betrieb der Basis-Emitter-Strecke im Durchruchbereich lässt diese Aufleuchten und zeigt, dass die sichtbare Kante tatsächlich die Basis-Emitter-Grenzfläche darstellt.
Der Durchbruch der Basis-Emitter-Strecke erfolgt bei -13V.

 

 

BUX22 Die Durchbruch

Der Betrieb im Lawinendurchbruch zeigt ein weiteres interessantes Detail. Auf einem der Dies befindet sich eine Stelle, an der mit Abstand die ersten Leuchterscheinung auftreten und bei höheren Strömen auch das hellste Leuchten auszumachen ist.

 

BUX22 Die Durchbruch

Bei einem Strom von ungefähr 10mA leuchtet am rechten Die nur der bereits beschriebene sehr kleine Bereich.

 

BUX22 Die Durchbruch

Bei ungefähr 20mA setzen die Leuchterscheinungen auch in anderen Bereichen ein.

 

BUX22 Die Durchbruch

~40mA

 

BUX22 Die Durchbruch

~60mA

 

BUX22 Die Durchbruch

~80mA

 

BUX22 Die Durchbruch

~100mA

 

BUX22 Die Durchbruch

~200mA

 

BUX22 Die Durchbruch

~400mA

 

BUX22 Die Durchbruch

~800mA

 

BUX22 Die Durchbruch

Bei ungefähr 1,1A leuchten fast alle Grenzflächen. Die Stelle, die zuerst aufleuchtete weist die höchste Lichtstärke auf.

 

 

BUX22 Die Störstellen

BUX22 Die Störstellen Durchbruch

BUX22 Die Störstellen Durchbruch

An den Stellen die im Lawinendurchbruch zuerst aufleuchten sind bei stärkerer Vergrößerung eine größere und mehrere kleinere Störstellen zu erkennen.

Das Leuchten tritt nicht direkt bei den Störstellen, sondern daneben auf. Das spricht dafür, dass die Störstellen nicht die Rekombination von freien Ladungsträgern unterstützen, sondern eher die Feldstärke lokal erhöhen und so für eine Stromkonzentration und damit mehr freie Ladungsträger sorgen.

 

BUX22 Die Störstellen

Die kleineren Störstellen sind nur wenige Mikrometer groß.

 

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