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Motorola MRF18060ALR3

MRF18060A

Der MRF18060A ist ein Hochfrequenz-Leistungstransistor (N-Kanal-MOSFET), der als Verstärker in GSM-Basisstationen eingesetzt wird. Er ist entsprechend auf den Frequenzbereich zwischen 1805Mhz und 1880MHz optimiert und leistet darin mit einer Verstärkung von 13dB dauerhaft bis zu 60W.

Entwickelt wurde der MRF18060A von Motorola, mittlerweile wird er von NXP vertrieben. Auf dem Datenblatt ist unter dem NXP-Logo noch Freescale Semiconductor zu lesen. Erklären lässt sich das dadurch, dass Freescale eine Ausgründung von Motorola war, die später von NXP aufgekauft wurde.

 

MRF18060A Package

Das Package des MRF18060 ist typisch für einen HF-Leistungstransistor. Die massive Grundplatte ermöglicht die großflächige Anbindung an einen Kühlkörper. Das Datenblatt spezifiziert einen entsprechend guten Wärmewiderstand von 0,97°C/W. Die Grundplatte stellt den Source-Anschluss des Transistors dar. Darauf sind zwei Keramikelemente aufgeklebt, zwischen denen sich zwei Bleche befinden. Das abgeschrägte Blech bildet den Drain-Anschluss, das gegenüber liegende Blech ist der Gate-Anschluss. Die breiten Kontakte sorgen für eine niedrige parasitäre Induktivität.

 

MRF18060A Aufbau

MRF18060A Aufbau

Der Kleber, mit dem die Keramikelemente verbunden wurden, zersetzt sich bei hohen Temperaturen, so dass der Deckel des Transistors abgenommen werden kann.

Im Package befinden sich zweimal drei Elemente. Von oben trifft das Gate-Potential ein, das erst einen Kondensator kontaktiert und dann zum mittigen Transistor geführt wird. Nach unten hin verbinden Bonddrähte das Drain-Potential des Transistors abwechselnd mit einem weiteren Kondensator und dem Kontaktblech.

 

MRF18060A Aufbau

Die im MRF18060A integrierten Kondensatoren dienen dazu die Hochfrequenzeigenschaften des Eingangs und des Ausgangs so anzupassen, dass sie sich ohne größere Umstände in eine Gesamtschaltung integrieren lassen. Die längliche Konstruktion des Transistors und die vielfache Anbindung ist ebenfalls so gewählt, das die Hochfrequenzeigenschaften möglichst ideal ausfallen. Es ist sicherlich auch kein Zufall, dass die Drain-Kondensatoren im Gegensatz zu den Gate-Kondensatoren nicht von den Ausgangsbonddrähten kontaktiert werden sondern eigene Bonddrähte besitzen, die zum Transistor führen.

 

MRF18060A Gate-Kondensator Detail

MRF18060A Gate-Kondensator Detail

Die Kondensatoren bestehen üblicherweise aus einem Siliziumblock auf dessen Oberseite sich wie bei einem integrierten Schaltkreis eine Siliziumoxidschicht und eine Metalllage befinden. Die Metalllage stellt somit die obere Elektrode dar, die untere Elektrode bildet das Siliziumsubstrat. Über die Breite des Metallstreifens kann die Kapazität des Kondensators eingestellt werden. Das Datenblatt gibt für den Gate-Anschluss eine Gesamtkapazität von 160pF an, am Drain-Anschluss sind 740pF spezifiziert (Vds=26Vdc, Vgs=0V, +/-30mVac, 1MHz).

 

MRF18060A Gate-Kondensator Detail

MRF18060A Drain-Kondensator Detail

Die Kondensatoren tragen die Zeichenfolgen J32J-48A und J10T-48A.

 

MRF18060A FET

Der eigentliche MOSFET hat die recht sperrigen Abmaße 5,35mm x 0,84mm. Diese Form ist notwendig, da für eine vorgegebene Leistung eine bestimmte aktive Fläche verfügbar sein muss. Gleichzeitig kann aber bei derart hohen Frequenzen kein kompakter Transistor wie zum Beispiel im BUX22 eingesetzt werden. Die homogene Verteilung der von außen kommenden Potentiale wäre auf Grund von Reflextionen äußerst schwierig bis unmöglich.

Das Drain-Potential wird von unten angebunden, das Gate-Potential erreicht den MOSFET von oben.

 

MRF18060A FET Detail

MRF18060A FET Detail

Die Zeichenfolge HV4 könnte eine interne Bezeichnung des MOSFETs sein. MOT steht für Motorola.

Klar erkennbar ist eine horizontale Zweiteilung und eine vertikale Unterteilung in viele einzelne Elemente. Der Aufbau der Transistoren selbst lässt sich nicht vollständig auflösen, was mehrere Gründe hat: Die minimale Strukturbreite ist relativ klein (<4µm). Dazu kommt, dass bei derartigen Hochfrequenz-Leistungstransistoren oftmals zwei Metalllagen verwendet werden und zusätzliche Schirmflächen zum Einsatz kommen.

An den Enden der MOSFETs befinden sich Schutzstrukturen, die zwischen dem Gate-Potential und dem Substrat, also dem Source-Potential, eingebunden sind. Der genaue Aufbau der Schutzstrukturen erschließt sich mit den vorliegenden Bildern nicht. Man kann aber davon ausgehen, dass es sich um eine Z-Dioden- oder Supressordioden-Struktur handelt.

 

MRF18060A FET Detail

Von der Gate-Sammelschiene führen ungefähr 4µm breite Metallleitungen in den aktiven Bereich. Auf den folgenden Bildern ist noch deutlicher zu erkennen, dass Sammelschiene und Leitungen miteinander verbunden sind. Von der Drain-Sammelschiene aus verlaufen dickere Leitungen nach oben. Die Source-Kontaktierung lässt sich nicht eindeutig identifzieren.
Das Datenblatt beschreibt einen Lateral-MOSFET, also einen horizontalen Transistoraufbau. Die Source-Kontaktierung befindet sich nichtsdestotrotz auf der Rückseite des Dies. Vermutlich stellt die helle Metallfläche im aktiven Bereich das Source-Potential dar. Diese Metallfläche überlagert die Gate-Leitungen und kontaktiert in diesem Bereich auch das Substrat. Ein solcher Aufbau würde zu den gängigen Beschreibungen derartiger Hochfrequenztransistoren passen.
In der Gate-Sammelschiene sind Durchkontaktierungen zu erkennen. Von diesen Durchkontaktierungen führen Polysilizium-Leitungen in den aktiven Bereich. Es existieren Veröffentlichungen über Hochfrequenz-Leistungstransistoren, in denen eine Polysilizium-Elektrode das Gate darstellt und das Gatepotential zusätzlich über eine Metalllage übertragen wird. Das wäre also ebenfalls plausibel.
Oberflächlich scheint es, dass sich das Polysilizium-Gate und die Zuführung des Drain-Potentials im gleichen Bereich befinden. Der Eindruck kann allerdings täuschen, da die genaue Leitungsführung und die Kontaktierungen des Drain-Potentials nicht wirklich zu erkennen sind.

 

MRF18060A FET Detail

MRF18060A FET Detail

Auch mit anderen Blickwinkeln lassen sich die Strukturen nicht besser zugeordnen.

 

MRF18060A Die Beschädigung

MRF18060A Die Beschädigung

Einer der MOSFETs weist eine Beschädigung in Form einer abgebrochenen Kante auf. Funktionale Probleme sind mit einer derart periphären Beschädigung nicht zu erwarten. Da die Bruchstücke während der Herstellung mit dem Die im Gehäuse fixiert wurden, besteht außerdem keine unmittelbare Gefahr von Folgeschäden durch lose Teile.

 

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