DE1473325C - Verfahren zur Herstellung von tempe raturempfindlichen Halbleiterwiderstanden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von tempe raturempfindlichen HalbleiterwiderstandenInfo
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Description
1 2
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung pulverförmigen Halbleitermaterials vor dessen Zuvon
temperaturempfindlichen Halbleiterwiderständen sammensintern in einer Vorzugsrichtung erreicht,
durch Querschnittsverminderung nebst gleichzeitiger wodurch sich die angestrebte Widerstandscharakte-Längung
eines eine im wesentlichen konzentrisch in ristik mit sprunghafter Änderung des Widerstands-Halbleitermaterial
eingebettete Metalldrahtseele umge- 5 wertes bei Erreichen einer bestimmten Temperatur
benden Metallrohres mittels Kaltverformung, vor- ergibt,
zugsweise Ziehen in einer Matrize. Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich-
zugsweise Ziehen in einer Matrize. Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeich-
Es ist bereits ein Verfahren der erwähnten Art nungen näher erläutert. Es zeigt
bekannt, bei welchem eine Metalldrahtseele schraub- Fi g. 1 ein mit pulverförmigem Halbleitermaterial
wendelartig mit einem oder mehreren in einer Lage io gefülltes Metallrohr nebst einer in das Halbleitermatebenachbarten
Halbleiterdrähten nebst einem Strang rial konzentrisch eingebetteten Metalldrahtseele nebst
gleichen Durchmessers aus Isoliermaterial bewickelt zwei Endstopfen im Längsschnitt sowie teilweise in
wird, wonach ein Metallrohr auf die Bewickelung auseinandergezogener Darstellung,
geschoben und in einer Ziehform einer Querschnitts- F i g. 2 die Anordnung gemäß Fi g. 1 nach dem Verminderung unterworfen wird. Diese Querschnitts- 15 Verschweißen beider das Metallrohr abschließender Verminderung des umgebenden Metallrohres erfolgt Stopfen im Längsschnitt,
geschoben und in einer Ziehform einer Querschnitts- F i g. 2 die Anordnung gemäß Fi g. 1 nach dem Verminderung unterworfen wird. Diese Querschnitts- 15 Verschweißen beider das Metallrohr abschließender Verminderung des umgebenden Metallrohres erfolgt Stopfen im Längsschnitt,
jedoch nur in einem solchen Maß, daß eine elektrisch F i g. 3 die Anordnung gemäß F i g. 2 nach Durchleitende
Anlage gegen das drahtwendelartig auf die führung eines Ziehvorganges in einer ersten Matrize
Metalldrahtseele gewickelte Halbleitermaterial be- nebst Teillängung des Metallrohres in Ansicht von
wirkt wird, nicht jedoch eine Zusammenpressung des- 20 außen, .-
selben. Es entsteht auf diese Weise ein langgestreckter F i g. 4 die Anordnung gemäß F i g. 2, 3 nach
Halbleiterwiderstand, welcher entsprechend1 der Stei- Beendigung der Querschnittsverminderung des Metall-
gung der Schraubengänge des drahtförmig aufge- rohres in Ansicht von außen,
wickelten Halbleitermaterials gewissermaßen in eine F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 von
Vielzahl von Längenabschnitten unterteilt ist, wobei 25 Fig. 4 in stark vergrößerter Darstellung,
eine Temperaturänderung an einem dieser Längen- Fig. 6 eine durch Zerteilung der Anordnung nach
abschnitte eine entsprechende Widerstandsänderung F i g. 4 senkrecht zur Achse zu erhaltende Scheibe in
und damit ein Ansprechen einer zugeordneten Über- gegenüber Fi g. 4 wesentlich vergrößerter perspek-
wachungsschaltung hervorrufen kann. tivischer Darstellung, " .
Gemäß einem anderen Verfahren ist es auch bekannt, 30 F i g. 7 und 8 Schaubilder zur Veranschaulichung
zwischen eine Metalldrahtseele und ein Metallrohr verschiedener Widerstandscharakteristiken in Ab-
Halbleitermaterial in Pulverform einzufüllen, wobei hängigkeit von unterschiedlichem pulverförmigen
die Metalldrahtseele schraubenförmig miteinemstrang- Halbleitermaterial.
förmigen Isoliermaterial umwickelt ist, so daß der Das erfindungsgemäße Verfahren geht, wie in
elektrische Kontakt zwischen, der Metalldrahtseele 35 F i g.l veranschaulicht, von einer Metalldrahtseele 3
sowie dem umgebenden pulverförmigen Halbleiter- . sowie einem diese umgebenden Metallrohr 1 aus, das
material wiederum gewissermaßen in Längenab- an einem Ende (vorzugsweise dem unteren Ende)
schnitte unterteilt wird. Bei diesem Verfahren erfolgt mittels eines Stopfens 5 gegenüber der Metalldrahtindessen
weder eine Querschnittsverminderung des seele 3 abgeschlossen ist. Der Stopfen 5 ist mittels
Metallrohres noch ein Zusammenpressen des pulver- 40 zweier (nicht mit Bezugsziffern versehener) ringförmigen
Halbleitermaterials in der Weise, daß eine förmiger Sehweißnähte stirnseitig sowohl mit der
Verdichtung oder gar ein Zusammensintern erfolgt. Metalldrahtseele 3 als auch mit dem umgebenden
Die nach den bekannten Verfahren erhaltenen tem- Metallrohr 1 verschweißt. Der Ringraum zwischen
peraturempfindlichen Halbleiterwiderstände besitzen dem Metallrohr 1 sowie der hierzu konzentrisch vereine
,weitgehend lineare Widerstands-Temperatur- 45 laufenden Metalldrahtseele 3 ist durch pulverförmiges
Charakteristik, was wiederum bei bestimmten Über- Halbleitermaterial 11 ausgefüllt. Nach Einbringung
wachungsschaltungen nicht ausreicht, bei denen ein des Halbleitermaterials 11 sowie Verdichtung desdefiniertes
Ansprechen bei einer bestimmten Tempera- selben durch Rütteln wird das obere Ende 9 des·
tür gefordert wird. · : _ Metallrohres 1 mittels eines dem Stopfen 5 entsprechen-
Zweckder vorliegenden Erfindung ist"die Schaffung 50 den Stopfens 7 abgeschlossen, welcher nach bündiger
eines Verfahrens zur Herstellung eines demgegenüber Einstellung seiner Stirnfläche mit denjenigen des
verbesserten temperaturempfindlichen Halbleiterwider- Metallrohres 1 sowie der Metalldrahtseele 3 in analoger
, Standes,, dessen -Widerstandswert bei Erreichen einer Weise wie der Stopfen 5 mittels zweier ringförmiger
bestimmten Temperatur (unter Voraussetzung eines (nicht mit Bezugsziffern versehener) Schweißnähte
konstanten Spannungsabfalls) sprüngartig auf einen 55 sowohl mit dem Metallrohr 1 als auch mit der Metall-
sehr niedrigen Wert absinkt, ohne daß der Widerstand drahtseele 3 verbunden wird.
hierbei unbrauchbar wird. Erreicht wird dies durch das Nach vorliegender Anordnung gemäß Fig. 2
, an ^sich bekannte Einbringen des Halbleitermaterials erfolgt eine Querschnittsverminderung des Metallin
Pulverform zwischen die Metalldrahtseele sowie das rohres 1 mittels Kaltverformung," vorzugsweise Ziehen
Metallrohr und. durch Beenden der Querschnittsver- 60 in einer Matrize, und zwar zweckmäßigerweise in
minderung des Metallrohres bei einem Wert, welcher mehreren Stufen. In Fig. 3 ist die Anordnung
einem zumindest teilweisen Zusammensintern des gemäß Fig. 2 nach teilweisem Durchlaufen einer
pulverförmigen Halbleitermaterials sowie dessen zu- Ziehmatrize veranschaulicht, wobei ein durch KaItmindest
teilweiser Kaltverschweißung mit dem Metall- verformung einer Querschnittsverminderung unterrohr
und der Metalldrahtseele entspricht. 65 worfener Abschnitt 17 und ein den ursprünglichen
Durch die vorgesehene Kaltverformung und die Querschnitt aufweisender Abschnitt 15 veranschaudamit
verbundene Längenausdehnung des umgeben- · licht sind. Die Querschnittsverminderung des Metallden
äußeren Metallrohres wird eine Orientierung des rohres 1 wird bei einem Wert beendet, welcher einem
zumindest teilweisen Zusammensintern des pulverförmigen
Halbleitermaterials 11 sowie dessen zumindest teilweiser Kaltverschweißung mit dem Metallrohr
1 sowie der Metalldrahtseele 3 entspricht. In der im Vergleich zu Fig. 1 bis 3 etwa maßstäblichen
Darstellung nach F i g. 4 wird die. Querschnittsverminderung beendet, wenn die Anordnung gemäß
F i g. 2 den dort veranschaulichten geringen Querschnitt entsprechend einem Verbunddraht P aufweist.
In F i g. 5 ist durch entsprechende unregelmäßige Darstellung der Innenfläche des Metallrohres 1 sowie
der Außenflächen der Metalldrahtseele 3 die Kaltverschweißung des Halbleitermaterials 11 mit den
Bauelementen 1, 3 veranschaulicht.
Nach Entstehung des Verbunddrahtes P wird dieser
gemäß F i g. 6 senkrecht zur Achse in Scheiben 5 geschnitten, wobei die Axiallänge der Scheiben S
einem gewünschten Widerstandswert entspricht. Abschließend werden sowohl die Stirnfläche der Metalldrahtseele
3 als auch die ringförmige Stirnfläche des Metallrohres 1 kontaktiert, so daß das gebildete Halbleiter-Widerstandselement
in einer elektrischen Schaltungsanordnung verwendet werden kann, gegebenenfalls nach Aufbringung eines schützenden Überzuges
nebst eines Sockels.
Als Halbleitermaterial können folgende Stoffe verwendet werden:
1. anorganische Isolatoren, wie beispielsweise Al8O3,
BaTiO3, NaNO2, SiC, Co2O3, CuO, Fe2O3, NiO,
V2O5, SrTiO3, PbTiO3, BaZrO3, KNO3;
Quarz, Gläser, Steatite, Seignettesalz u.a.;
Quarz, Gläser, Steatite, Seignettesalz u.a.;
2. anorganische Halbleiter, wie beispielsweise dotiertes BaTiO3, Ge, Si, In, Sb, GaAs u. ä.;
3. kristalline organische Isolatoren, wie beispielsweise Saccharose (Rohrzucker), Dextrose od. dgl.
Ein typisches, verwendbares dotiertes BaTiO3 weist
die Formel ■
auf. Dieser Stoff weist in gewissen Temperaturbe
reichen eine positive Widerstands-Temperatur-Charak teristik auf. Typische Glasarten sind Kalkglas sowie
Kunstgläser . (in- F i g. 8 mir- »Kunstglas I« und
»Kunstglas II« bezeichnet).
Das Kunstglas II hat beispielsweise die Zusammensetzung
Aus den F i g. 7, 8 geht hervor, daß sich eine im
wesentlichen nichtlineare Widerstands-Temperatur-Charakteristik ergibt, wobei fast bei jedem dargestellten Halbleitermaterial eine ausgeprägte Sprungsteile der Charakteristik bei einem bestimmten Temperaturwert auftritt (beispielsweise bei etwa 124° C für
Natriumnitrit). Der Widerstand sinkt — ausgehend
von dieser Stelle — bei Erhöhung der Temperatur praktisch auf den Wert Null ab, was einem Durchbruchswiderstand entspricht. Der wesentliche Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die hierbei erhaltenen Widerstandselemente durch
einen derartigen Durchbruch nicht zerstört werden, sondern daß eine Vielzahl von Durchbrüchen stattfinden kann, ohne die Charakteristik des Widerstandselementes wesentlich zu verändern.
Die Sprungstellen der Widerstands-Temperatur-Charakteristik sind eine Funktion der Feldstärke und
damit der angelegten Spannung. In F i g. 7, 8 sind Kurven bei Verwendung von 40 bzw. 42 V aufgenommen,
jedoch ergeben sich wesentliche Veränderungen bei Anlegung anderer Spannungen, insbesondere
eine Linksverschiebung der dargestellten Kurven. In der nachfolgenden Zusammenstellung ist die
normalerweise zu erwartende prozentuale Änderung des Widerstandswertes pro Celsiusgrad in Abhängigkeit
von dem verwendeten Halbleitermaterial nebst dem zugeordneten gültigen Temperaturbereich angegeben.
Material | Prozentuale | Gültiger | C | |
Änderung des Widerstandswertes |
nercicn | C | ||
pro °C Temperatur | C | |||
15 | Titanate | änderung | ||
BaTiO3 | ·'..- ... | 100 bis 600° | ||
SrTiO3 | 1,6% | 100 bis 600° | ||
20 | PbTiO3 | - 2,4% | 100 bis 600° | C |
Keramikstbffe | 1,6% | C | ||
(hohe | C | |||
Temperatur) | C | |||
Steatite | 300 bis 850° | |||
Al2O3 | 1,9% | 100 bis 600° | C | |
BaZrO3 | 0,5% | 200 bis 500° | C | |
SiC | 0,4% | 100 bis 700° | C | |
Gläser | 0,2% | C | ||
30 | Kunstglas II | 100 bis 200° | C | |
3,6% | 300 bis 400° | C | ||
3,1% | 200 bis 300° | C | ||
Kunstglas I | , -2,1% | 200 bis 300° | ||
2,9% | 500 bis 600° | |||
35 | Kalkglas | 1,5% | 200 bis 300° | |
2,9% | 350 bis 500° | C | ||
Sake | 1,5% | C | ||
(niedere | C | |||
Temperatur) | C | |||
4° | Seignettesalz | 25 bis 65° | C | |
NaNO2 (Natri | 12,5% | 25 bis 50° | C | |
umnitrit) | 20,2% | 75 bis 125° | C | |
KNO3 . | 5,7% | 50 bis 150° | ||
(Kaliumnitrat) | 5,2% | 200 bis 300° | ||
45 | Saccharose | 2,2% | 50 bis 150° | |
(Rohrzucker | 3,5% | 150 bis 200° | ||
rein) | 14,6% | |||
Hinsichtlich der Abmessungen wäre zu erwähnen, daß der Außendurchmesser des Metallrohres 1 zweckmäßig zwischen 2,25 und 50 mm und vorzugsweise bei
25 mm liegen kann. Bei Anwendung des letztgenannten Wertes des Außendurchmessers weist das Metall-
rohr 1 eine Wandstärke von etwa 4 mm auf; der Durchmesser der Metalldrahtsäele 3 beträgt dann etwa 8 mm,
was eine Ringraumbreite zur Einfüllung des Halbleitermaterials 11 von etwa 4,5 mm ergibt. Nach dem
Ziehen beträgt der Außendurchmesser des Verbund
drahtes P gemäß F i g. 4 etwa 0,5 mm. Als Material
für das Metallrohr sowie die Metal Irohrseele 3 kann
.gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen entweder
rostfreier Stahl oder Kupfer verwendet werden.
ein aus Kupfer bestehendes Metallrohr 1 von 2,25 mm Außendurchmesser sowie einer Wandstärke von
0,5 mm in Verbindung mit einer ebenfalls aus Kupfer bestehenden Metalldrahtseele von 0,5 mm Durch-
messer verwendet werden, wobei sich ein Enddurchmesser des Verbunddrahtes P nach dem Ziehen von
1,25 mm ergibt.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von temperaturempfindlichen
Halbleiterwiderständen durch Querschnittsverminderung nebst gleichzeitiger Längung
eines eine im wesentlichen konzentrisch in Halbleitermaterial eingebettete Metalldrahtseele umgebenden
Metallrohres mittels Kaltverformung, vorzugsweise Ziehen in einer Matrize, gekennzeichnet
durch das an sich bekannte Einbringen des Halbleitermaterials in Pulverform
zwischen die Metalldrahtseele sowie das Metallrohr und durch Beendigen der Querschnittsverminderung des Metallrohres bei einem Wert, weichereinem
zumindest teilweisen Zusammensintern des pulver- ao förmigen Halbleitermaterials sowie dessen zumindest
teilweiser Kaltverschweißung mit dem Metallrohr und der Metalldrahtseele entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr nebst dem Halbleitermaterial
und der Metalldrahtseele senkrecht zur Achse in Scheiben mit einer einem gewünschten
Widerstandswert entsprechenden Axiallänge zerteilt und danach das einen Bestandteil der Scheibe
bildende Metallrohr sowie die Metalldrahtseele kontaktiert werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung
der Querschnittsverminderung das Metallrohr an beiden Enden mittels Stopfen abgeschlossen wird,
welche die Metalldrahtseele konzentrisch dicht
.. aufnehmen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor Durchführung
der Querschnittsverminderung des Metallrohres
_ das' pulverförmige Halbleitermaterial durch Rütfleln
verdichtet wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
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