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Verfahren und Vorrichtung zum maschinellen Aufbau von Kristalldioden
Die Erfindung betrifft den maschinellen Aufbau von Kristalldioden. Beim Aufbauen von Kristalldioden bildet insbesondere das Kontaktsuchen und die Kontaktherstellung zwischen einer Spitzenkontaktelektrode und einer Halbleiteroberfläche eine schwierige Aufgabe, besonders wenn dieser Verfahrensschritt vollkom- men automatisch durchgeführt werden soll.
Bei einem bekannten Verfahren nach der deutschen Patentschrift Nr. 931907 wird ein die Spitzenkontaktelektrode tragender Draht langsam in Längsrichtung verschoben und vorsichtig auf die Kristalloberfläche geführt. Durch Bewegung des Drahtes wird ein günstiger Kontaktpunkt auf der Halbleiteroberfläche aufgesucht. Es ist dabei üblich, die axiale Bewegung des Drahtes nach Berührung mit der Kristalloberfläche erst dann zu beenden, wenn eine Messung auf elektrische Eigenschaften ein günstiges Ergebnis liefert. Ein ähnliches Verfahren ist in der deutschen Patentschrift Nr. 885755 beschrieben worden, bei dem der Draht fein in Längsrichtung verschiebbar und um seine Achse verdrehbar ist.
Ein Nachteil der bekannten Verfahren ist, dass die erforderliche Feinbewegung des die'Spitzenkon- taktelektrode tragenden Drahtes eine zeitraubende Arbeit darstellt, bei der stets, also bei jeder zusammenzustellenden Kristalldiode einzeln vorsichtig festgestellt werden muss, wann eine Berührung mit der Kristalloberfläche stattfindet und des weiteren die axiale Feinbewegung des Drahtes erst beendet wird, nachdem ein günstiges Messergebnis erzielt worden ist. Da diese für Massenfertigung zeitraubende Arbeit praktisch nur von Hand ausgeführt wird, ist das Endergebnis stark von der diese Arbeit ausführenden Per- son abhängig, was einen hohen Ausschussprozentsatz mit grossen Schwankungen zur Folge hat.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für den automatischen Aufbau von Halbleiterkristalldioden, welches ein sehr schnelles und richtiges Einstellen der Spitzenkontaktelektrode auf einer Kristalloberfläche ermöglicht, wobei das Verfahren praktisch unabhängig von der ausführenden Person ist und bei dem das zeitraubende Verschieben eines die Spitzenkontaktelektrode tragenden Drahtes völlig vermieden werden kann.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zum automatischen Aufbau das Spitzenkontaktelektrodenende mit einer einstellbaren nahezu konstanten Kraft mit der Halbleiterfläche zur Berührung gebracht wird, und beim gewünschten Messergebnis unter Beibehaltung dieser Kraft das Glasgehäuse zugeschmolzen wird.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird also ein ganz anderer Weg als bei den bekannten Verfahren eingeschlagen. Das Elektrodenende und die Halbleiteroberfläche werden mit einer konstanten Kraft miteinander in Berührung gebracht. Wenn das Elektrodenende als Folge der konstanten Kraft eine Endstellung einnimmt, werden die elektrischen Eigenschaften gemessen. Bei günstigem Messergebnis wird der Draht unter Beibehaltung seiner Einstellung an das Glasgehäuse angeschmolzen. Die Anwendung einer konstanten Kraft, mit der bei jeder Diode einer aufzubauenden Serie die Spitzenkontaktelektrode auf dem Kristall ruht, ergibt die Möglichkeit, eine der Variablen bei den bekannten Verfahren, nämlich die axiale Bewegung der Elektrodenspitze bis zur günstigen Messung, völlig zu vermeiden.
Ein auf dieser Erkenntnis begründetes Verfahren, bei dem also für jede Diode einer Serie das Elektrodenende mit einer vorbestimm-
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ten Kraft auf dem Kristall zu ruhen kommt und der Kontakt erst danach gemessen wird, vereinfacht die
Mechanisierung der Massenfertigung von Dioden ganz beträchtlich. Es hat sich ergeben, dass durch den
Fortfall einer der Variablen, nämlich des Druckes zwischen dem Elektrodenende und dem Kristall, die
Wahrscheinlichkeit, dass der Kontakt bereits gute elektrische Eigenschaften hat, gross ist, wenn die End- stellung des aufruhenden Elektrodenendes nur dadurch bedingt ist, dass sie unter konstanter Kraft aufruht.
Ein zeitraubendes und deshalb in Massenfertigung kostspieliges Kontaktsuchen wird somit ganz vermie- den.
Wie ausgeführt, sind nach dem Anbringen eines Kontaktes mit konstanter Kraft die meisten Messer- gebnisse schon gut. Für den Fall, dass das Messergebnis nicht befriedigend sein sollte, wird nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung in der Weise vorgegangen, dass bei einem unerwünschten Ergebnis der Prüfung der elektrischen Eigenschaften der Diode die Spitzenkontaktelektrode vom Halbleiterkristall wieder entfernt wird, dass die Spitzenkontaktelektrode um ihre Längsachse relativ zur Halbleiteroberfläche gedreht wird und dass dann die Spitzenkontaktelektrode mit der Halbleiterober- fläche wieder in Berührung gebracht und eine neue Prüfung durchgeführt wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens weist das Kennzeichen auf, dass sie als Karussell od. dgl. mit einer Einstell-, Einschmelz- und einer Kühlzone ausgebildet ist, an dessen
Umfang auf demselben Teilkreis Einstellköpfe liegen, die je mit einer Zange zum Haltern des Kathoden- teiles mit dem Kristall, mit einem Halter zum gerichteten und magnetischen Festhalten eines Drahtes mit Spitzenkontaktelektrode (Anodenteil) in der Weise, dass der Kristall des Kathodenteiles in Flucht mit diesem Draht liegt, mit einem von einem Hebelsystem gesteuerten Gewicht zum Verschieben des Spit- zenkontaktdrahtes in seiner Längsrichtung, wobei die Beweglichkeit dieses Gewichtes derart von Anschlägen begrenzt ist,
dass am Ende der Bewegung die Spitzenkontaktelektrode mit einer für jeden Einstellkopf nahezu konstanten und einstellbaren Kraft auf dem Kristall zu ruhen kommt, und mit einer um den Spitzenkontaktdraht in seiner Längsrichtung verschiebbaren Vorrichtung zum Erhitzen der zusammengebrachten Kathoden- und Anodenteile versehen sind und weiter eine an sich bekannte Messvorrichtung zum Prüfen der elektrischen Eigenschaften des Kontaktes zwischen dem Kristall und der auf diesem ruhenden Spitze der Spitzenkontaktelektrode vorgesehen ist, bevor die Erhitzungsvorrichtung wirksam gemacht wird.
Bei einer Ausführungsform dieser Vorrichtung sind an einer oder mehreren Stellen in der Nähe des Teilkreises der Einstellköpfe in bezug auf den Teilkreis bewegliche Reibungsfinger zum leichten Drehen eines die Spitzenkontaktelektrode tragenden Drahtes angeordnet, wobei diese Finger wirksam gemacht werden, wenn die Messung der elektrischen Eigenschaften der Kontaktstelle ein ungünstiges Ergebnis liefert und die Spitzenkontaktelektrode vom Kristall entfernt worden ist.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung ist vorzugsweise in dem gesteuerten beweglichen Gewicht ein gegen den Druck einer Feder verschiebbares zweites Gewicht angebracht, wobei in der Endlage des ersten Gewichtes das Spitzenkontaktende mit einer im wesentlichen durch die Feder bedingten Kraft auf den Kristall zu ruhen kommt.
Durch das Verfahren nach der Erfindung und die zur Durchführung des Verfahrens dienende Vorrichtung ist es möglich, praktisch unabhängig von der Geschicklichkeit der die Vorrichtung bedienenden Person eine grössere Zahl von Kristalldioden pro Stunde herzustellen, die untereinander weitgehend gleiche Eigenschaften aufweisen.
Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein Schema des Verfahrens nach der Erfindung dargestellt. Fig. 2 zeigt einen Einstellkopf mit einigen Detailskizzen. In Fig. 3 ist eine Vorrichtung zum Erzielen eines konstanten Druckes zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall dargestellt. In Fig. 4 ist schematisch veranschaulicht, wie der in einem Halter verschiebbare Anodendraht etwas in diesem Halter gedreht werden kann, Fig. 5 zeigt eine schematische Übersicht eines mit Einstellköpfen ausgebildeten Karussells und in Fig. 6 ist ein Transporthalter in vergrössertem Massstab dargestellt.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird ein mit einem Spitzenkontakt 3 versehener Anodendraht 1 (Fig. la) verschiebbar in einem Halter 6 (Fig. Ib) angeordnet, und ein mit einem Kristall 4 versehener und mit einem Glaskolben 5 verschmolzener Kathodendraht 2 wird mit seinem Kolbenteil im Halterungsorgan 7 festgehalten. Dem Anodendraht wird darauf eine Verschiebung in seiner Längsrichtung erteilt ,Fig. 1c), bis sein Spitzenkontaktende mit einer Kraft P auf die obere Seite des Kristalles 4 zu ruhen kommt. In dieser Lage kann über die Kontaktstelle zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall eine Prüfung bezüglich der elektrischen Eigenschaften erfolgen.
Wenn die Messung günstige Ergebnisse liefert,
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wird unter Aufrechterhaltung der Kraft P die noch offene Seite des mit dem Kathodendraht verschmolzenen
Kolbens anschliessend mittels einer Heizvorrichtung mit dem Anodendraht verschmolzen (Fig. lf), worauf schliesslich das fertiggestellte Erzeugnis (Fig. lg) nach erfolgter Abkühlung als Kristalldiode aus den Hal- tern 6 und 7 entfernt werden kann.
Falls das Ergebnis der Messung unbefriedigend sein sollte, wird nach der Erfindung vor dem Anschmel- zen der Spitzenkontaktdraht vom Kristall entfernt und diesem Draht eine kleine Winkeldrehung erteilt (Fig. lad), worauf der Anodendraht mit dem Spitzenkontakt wieder auf den Kristall gebracht wird (Fig. le). Hiebei kann wieder eine gleiche Messung durchgeführt werden wie bei Fig. Ic. Wenn die Messung dann noch keine befriedigenden Ergebnisse liefert, kann das Entfernen des Spitzenkontaktes vom Kristall und die geringe Winkeldrehung des Anodendrahtes gegebenenfalls nochmals wiederholt werden. Auf diese
Weise wird also gegebenenfalls mehrmalig"gestochen"und gemessen, bevor eine Verschmelzung des
Anodendrahtes mit dem Kolben bewirkt wird.
Zum Erzielen des gewünschten einstellbaren und vorzugsweise konstanten Kontaktdruckes zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall ist es notwendig, dass der Anodendraht, nachdem sein Spitzenkon- taktende mit der Kristall. oberfläche in Berührung gekommen ist, noch über einen kleinen Abstand ge- senkt wird. Dazu wird nach der Erfindung eine Vorrichtung verwendet, die im nachfolgenden noch näher beschrieben wird.
Die vorstehend beschriebenen Handlungen können mittels eines Einstellkopfes durchgeführt werden, dessen Bauart aus Fig. 2 und aus den Fig. 2a - 2f ersichtlich ist. An diesem Einstellkopf lassen sich unter anderem folgende Teile unterscheiden : Ein mit V-förmigen Lagerstellen versehener Halter 6 mit einem
Magnetblock 12 zum gerichteten und in der Längsrichtung verschiebbaren Festhalten eines Anodendrahtes
1, wobei dieser Halter über die Körper 10 und 11 mit dem Gestell 8 des Einstellkopfes fest verbunden ist, eine Zange 7 zur zentrierten Halterung eines an einer Seite mit einem mit einem Kristall versehenen Ka- thodendraht verschmolzenen rohrförmigen Glaskolbens, wobei ein Stift 13 zum Öffnen und Schliessen der
Zange vorhanden ist (Fig.
2a und 2b), eine verschiebbare Stange 16 mit einem Ende 17 zum Verschieben des Anodendrahtes 1 mit dem Spitzenkontakt in der Längsrichtung, wobei die Stange mittels eines um die
Welle 21 schwenkbaren Hebels 20 eine senkrechte Bewegung ausführen kann und dabei im Lager 25 ge- führt ist (Fig. 2e), eine in der Längsrichtung um den Glaskolben 5 verschiebbare, mit den aus Isoliermaterial bestehenden Körpern 26 und 29 verbundene Heizvorrichtung 14, welche um eine Welle 24 drehbar ist und mittels der Stifte 28 auf nicht näher dargestellte Weise an eine elektrische Energiequelle angeschlossen werden kann (Fig. 2 und 2e). Weiterhin ist bei diesem Einstellkopf eine durch einen nicht näher dargestellten Nocken in ihrer Längsrichtung bewegliche Stange 15 mit mit ihr verbundenen Trägern 22 und 23 vorhanden.
Bei der Aufwärtsbewegung der Stange 15 werden das Ende 17 der Stange 16 und die Heizvorrichtung 14 von diesen Trägern mit einem durch Anschläge bedingten Hub heraufbewegt. Dabei ist die Einstellung derart, dass zunächst der Hebel 20 mit der Stange 16 und dann die Heizvorrichtung heraufbewegt werden.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung kann wie folgt erklärt werden. Wenn sich die Teile 17 und 14 in ihren oberen Lagen befinden, wird zunächst eine halbeingeschmolzene Kathode in die Zange 7 gesetzt (Fig. 2a und 2b). Darauf wird die Stange 15 herabbewegt, so dass die Heizvorrichtung 14 die Kathode umgibt (Fig. 2c). Die Stange 15 wird dann kurzzeitig in dieser Lage gehalten, bis ein Anodendraht 1 mit Spitzenkontakt in den Halter 6 eingesetzt worden ist (Fig. 2d). Darauf wird die Stange 15 weiter herabbewegt, wobei die Vorrichtung 14 durch die Federstahlstreifen 27 in ihrer Lage gehalten wird (Fig. 2) und die Stange 16 mit dem Endel7den Anodendraht herabschiebt (Fig. 2e).
Dabei sind der Anschlag 31 und der Stellbolzen 32 derart eingestellt, dass, nachdem der Spitzenkontaktpunkt des Anodendrahtes 1 mit dem Kristall in Berührung gekommen ist, die Stange 16 infolge ihres Eigengewichtes weiter sinken kann und dabei die Spitze des Spitzenkontaktes mit einer unter anderem durch dieses Gewicht bedingten Kraft auf den Kristall drückt. Falls dieses Gewicht zu gross wäre, was bei sehr leicht zu deformierenden Spitzenkontakten leicht der Fall ist, und um die Massenkräfte des sich herabbewegenden Endesl7der Stange 16 auf die Spitze des Spitzenkontaktes des Anodendrahtes 1 herabzusetzen, ist nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Ende 17 der Stange 16 mit einem darin verschiebbaren, einer Federwirkung unterworfenen Gewicht 33 mit einem Magnetblock 34 versehen (s. Fig. 3).
Bei dieser Ausführungsform wird der Kontaktdruck zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall im wesentlichen durch die einstellbare Kraft der Feder 35 bedingt. Der Einstellkopf ist weiterhin mit zwei Anschlussstellen 36 und 37 versehen, die über die Anschlusskabel 18 und 19 mit einer nicht näher dargestellten Messvorrichtung zum Prüfen der elektrischen Eigenschaften des Kontaktes zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall verbunden sind. Wie beim Verfahren nach der Erfindung bereits beschrieben, wird bei unbefrie-
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digenden Ergebnissen der Messung der Anodendraht mit dem Spitzenkontakt vom Kristall entfernt. Dazu ist das Ende 17 der Stange 16 mit einem Magnet versehen, der bei einer Aufwärtsbewegung der Stange 16 den Anodendraht in denV-förmigenTrägern des Halters 6 hochziehen-kann.
Dem Anodendraht kann dann auf die in Fig. 4 schematisch dargestellte Weise eine Winkeldrehung erteilt werden, wobei ein auf den Anodendraht zu bewegter Gummiblock 39, der mit einem Finger 38 verbunden ist, gemäss dem Pfeil 40a mit seiner flachen Seite gegen den Anodendraht gebracht wird und anschliessend der Finger 38 über einen kurzen Abstand gemäss dem Pfeil 40b bewegt wird.
Fig. 5 zeigt schliesslich eine schematische Übersicht eines mit Einstellköpfen der vorstehend beschriebenen Art ausgerüsteten Karussells. Dabei liegen die Einstellköpfe auf demselben Teilkreis auf einem stufenweise drehbaren Tisch, der gegenüber dem Gestell 41 jeweils um eine Position gedreht wird. Gegen- über dem Gestell 41 lassen sich bei diesem Karussell mehrere Zonen unterscheiden, d. h. : Eine Einstellzone A, eine Einschmelzzone B, eine Kühlzone C und eine Zone D zum Zuführen von Anoden- und Kathodendrähten und zum Abführen der fertigen, auf dem Karussell hergestellten Dioden.
In der Einstellzone wird bei der Position b ein Anodendraht auf einen Kristall geführt. In der Position c wird dieser Kontakt hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften geprüft. Bei der Position d wird der Spitzenkontakt vom Kristall gehoben, während beim Weiterdrehen des Karussells zur nächsten Position der Anodendraht mittels eines Gummiblocks etwas gedreht wird. In der Position e wird der Anodendraht dann wieder gegen den Kristall geführt. Der Zyklus kann dann gewünschtenfalls nochmals in den Positionen f, g und h wiederholt werden. Das Maschinengestell ist weiterhin am Umfang des Karussells mit Teilen zum
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digende Ergebnisse liefert.
Wenn bei der letzten Messung bei k noch stets nicht der richtige elektrische Kontakt zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall erzielt ist, wird bei der Position m auf gleichfalls elektromagnetische Weise die Kathodenzange mittels des Stiftes 19 geöffnet (Fig. 2a) und der Kolben mit dem Kathodendraht fällt aus der Zange heraus.
In der Einschmelzzone B wird die Heizvorrichtung jedes Einstellkopfes betätigt und es erfolgt das Verschmelzen des Anodendrahtes mit dem Kolben der Kathode unter Aufrechterhaltung des in der Einstellzone bewirkten Kontaktdruckes zwischen dem Spitzenkontakt und dem Kristall.
In der Zone C werden die angeschmolzenen Dioden in einer ruhigen Umgebung abgekühlt.
Die Maschine ist weiterhin mit zwei Führungsbahnen 42 und 43 zum Zu - und Abführen von Transporthaltern 52 (Fig. 6) versehen. Diese Halter besitzen mehrere Öffnungen zum aufrechten Einsetzen von an sich geraden Anodendrähten mit Spitzenkontakt und Kathodendrähten mit Kolben und sind weiterhin mit einer Seitenflanke versehen, an der mehrere Zähne in solcher Weise angebracht sind, dass die Zahl der Zähne der Zahl der Öffnungen entspricht. Nach dem Einsetzen in die Führungsbahnen 42 und 43 kann ein antreibender Sperrklinkenmechanismus 47 diese Halter derart in diesen Führungsbahnen verlagern, dass bei jeder Weiterdrehung des Karussells um eine Position die Halter gleichfalls um einen Zahn weitergeschoben werden. Synchronisiert wirksam mit der Weiterschiebbewegung dieser Halter sind Übernahme-Elemente zum Herausnehmen der Kathoden- bzw.
Anodendrähte- aus den Haltern und zu deren Einsetzen in die Po- sitionen s und t der Maschine gemäss den Schwenkbewegungen 48 und 49 sowie zum Herausnehmen von Dioden bzw. zurückgebliebenen Spitzenkontaktdrähten bei den Positionen n und r gemäss den in der Figur dargestellten Schwenkbewegungen 50 und 51. Schliesslich sind in der Zone D Elemente zum elektromagnetischen Sperren der verschiedenen Handlungen in dieser Zone vorgesehen, wobei die Sperrung derart wirksam ist, dass beim Nichtfunktionieren des Teiles zum Herausnehmen von Dioden der Normaltransport einen Befehl zum Nichteinsetzen eines Anoden- bzw.
Kathodendrahtes in die Position eines noch eine Diode enthaltenden Einstellkopfes : erhält. Die Sperrung ist ausserdem derart eingestellt, dass, wenn kein Kathodendrahtin die Maschine eingesetzt wird, auch kein Anodendraht in den betreffenden Einstellkopf eingeführt wird.
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