Richi´s Lab

STMicroelectronics BUX42

BUX42

Der BUX42 ist ein auf den Schaltbetrieb optimierter Leistungstransistor mit einer Sperrspannung von 250V, einem maximal zulässigen Strom von 12A (15A Spitze) und einer Grenzfrequenz von mindestens 8MHz. Über das TO-3-Gehäuse kann der BUX42 bis zu 120W abführen.

 

BUX42 Aufbau

BUX42 Aufbau

Das Gehäuse beinhaltet einen großen Heatspreader, ein verhältnismäßig großes Die und relativ dicke Bonddrähte.

Das in das Gehäuse eingeprägte C könnte eine Qualitätsstufe kennzeichnen, die während der Fertigung bestimmt wurde.

 

BUX42 Aufbau

Um das Die auf dem Heatspreader zu befestigen, wurde so wenig Lot eingesetzt, dass es im Übersichtsbild kaum zu erkennen ist. Bei genauerer Betrachtung zeigt sich, dass das überflüssige Lot in den Rillen des Heatspreaders sehr weit abfließen konnte. So blieb nur die wirklich notwendige Schicht zurück und die anfallende Verlustleistung wird möglichst optimal abtransportiert.

 

BUX42 Die

BUX42 Die

Die hellen Flächen auf der Metalllage sind die Bereiche, die Basis und Emitter kontaktieren. Die Emitterkontaktierung hält etwas Abstand zur eigentlichen Basis-Emitter-Grenzfläche. Dieser "wide-emitter narrow-contact" Aufbau erzeugt einen verteilten Emitterwiderstand, der eine gleiche Stromverteilung über die Grenzfläche sicherstellt.

Die Basiskontaktierung erstreckt sich überraschenderweise nicht um den kompletten Umfang des Dies. An der linken Kante schließt die Basis-Metallfläche zwar den Rahmen um den Emitter, es erfolgt aber keine Kontaktierung der darunter liegenden Fläche.

 

BUX42 Die Detail

118 könnte eine interne Bezeichnung des Designs sein.

 

BUX42 Die Detail

BUX42 Die Detail Durchbruch 1A

Die Basis-Emitter-Sperrschicht ist gut zu erkennen. Bei einer Spannung von -15V erfolgt der Durchbruch der Sperrschicht. Durch die chaotische Ionisation des Lawinendurchbruchs ergibt sich der bekannte Leuchteffekt, der die Sperrschicht markiert. Der Stromfluss beträgt hier 1A.

 

BUX42 Die Detail Durchbruch 20mA

Bei geringeren Strömen, hier 20mA, setzt der Durchbruch zuerst nur in den Bereichen oberhalb der Basis-Kontakte ein.

 

BUX42 Die Detail Durchbruch 100mA

Bei einem Strom von 100mA ist der Effekt noch deutlicher erkennbar.

 

BUX42 Die Detail Durchbruch 200mA

Erst bei 200mA zeigen sich auch unterhalb der Basis-Kontakte die ersten Durchbruchbereiche.

 

BUX42 Die Detail Durchbruch 500mA

500mA

 

BUX42 Die Detail Durchbruch 1A

Erst bei einem Strom von 1A verbinden sich die Durchbruchbereiche zu einem leuchtenden Band. Da die Basisfläche an der linken Kante des Transistors nicht von der Metalllage kontaktiert wird, ist der Bahnwiderstand dort höher und der Stromfluss konzentriert sich auf den rechten Bereich.

 

BUX42 Die Detail 2h HCL

BUX42 Die Detail 2h HCL

Setzt man die nicht von Siliziumoxid geschützten Bondflächen Salzsäure aus, so löst sich das Aluminium auf. Die Emitter-Metallisierung scheint dicker zu sein als die Basismetallisierung. Am Basisbondpad schimmert nach zwei Stunden das darunterliegende Silizium bereits durch, während das Emitterbondpad noch die komplette Fläche abdeckt. Wo sich Siliziumoxid befindet, ist das Aluminium noch geschützt. Es setzt aber bereits eine Unterwanderung ein.

 

BUX42 Die HCL 3d 9h

Nach einer Einwirkzeit von insgesamt drei Tagen und neun Stunden kann man gut erkennen, wie sich die Salzsäure unter der Siliziumoxidschicht ins Innere des Dies vorgearbeitet hat. Bemerkenswert ist, dass der Ätzvorgang beim Emitter deutlich schneller fortschreitet als bei der Basis. Auch das spricht dafür, dass die Emittermetallisierung dicker ist als die Basismetallisierung. Auf Seiten des Emitters bildet die Siliziumoxiddeckschicht einen höheren Kanal, der einen umfangreicheren Stoffaustausch zulässt und so die Reaktion des tiefer liegenden Aluminiums beschleunigt.

 

BUX42 Die HCL 12d 7h

Nach einer Einwirkzeit von insgesamt zwölf Tagen und 7 Stunden ist die Metalllage des Dies bis auf Reste an den äußeren Rändern vollständig aufgelöst. Die Bondbereiche sind sehr sauber. Die zurückgebliebene Siliziumoxidschicht behindert etwas die Sicht auf die restlichen Flächen. Dennoch ist ein deutlicher Unterschied zwischen den Bereichen zu erkennen, die das darunter liegende Silizium kontaktierten (dunkelgrau) und den Bereichen, die davon isoliert waren (grün).

 

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

Zum Bondpad hin ist die Siliziumoxidschicht teilweise eingebrochen.

 

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

BUX42 Die Detail HCL 12d 7h

Mit einem schrägeren Blickwinkel zeigt sich der Zwischenraum zwischen der oberen Siliziumoxidschicht und der untern Siliziumschicht, in der sich zuvor die Aluminiumlage befand.

Auf diesen Bildern ist auch die untere, isolierende Siliziumoxidschicht zu erkennen, die den Emitterbereich teilweise abdeckt und so die "wide-emitter narrow-contact" Struktur generiert.

 

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