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Verfahren zur Kontaktierung von Halbleiter-Widerständen aus Metalloxyden
Halbleiter-«'iderstände, insbesondere solche mit negativem Temperaturkoeffizienten,
bestehen im allgemeinen aus gesinterten Metalloxyden in Stab-oder Knüppelform etwa
in der Größe von Schichtwiderständen bekannter Bauart von '/2 bis '/a Watt Belastbarkeit.
'lehr noch als, bei Schichtwiderständen ist bei solchen Halbleiter-Widerständen
die Kontaktierung, d. 1i. die Anbringung der Stromzuführung ein bisher noch ungenügend
gelöstes technisches Problem. Eiitw-eder sind die Kontakte unbeständig oder im Betrieb
nicht zuverlässig oder die Kontaktierung ist im Vergleich zu den sonstigen Herstellungskosten
in der Fertigung zu teuer. Es ist z. B. vorgesc1ilagen worden, wie bei üblichen
Widerständen an den Enden der Oxy-dstäbe Metallkappen anzubringen, indem die Stabenden
zuvor mit einer Leitfähigkeitslösung behandelt oder galvanisch mit einem leitenden
Überzug versehen und nach Aufbringung der Kappen mit diesen durch eine weitere galvanische
Behandlung oder in einem Schmelzbad möglichst innig verbunden werden. Diese innige
elektrisdhe Verbindung läßt sich aber in der 'Mengenfertigung wegen der Kleinheit
der Gegenstände und Hohlräume nicht genügend sicher und für die wechselnde Wärmebelastung
der Heißleiter dauerhaft herstellen. Die Folge sind durch den Übergangswiderstand
unbestimmte Widerstandswerte, Wackelkontakte und Störungen im Stromkreis, die zu
Kratzgeräuschen Anlaß geben.
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Es ist auch vorgeschlagen worden, die Enden der isolierten Stäbe mixt
einer dünnen Metallschicht zu versehen und an den Stirnflächen Metallplättchen aufzuschweißen
oder während. der Sinterung aufzubringen. die unmittelbar als Elektroden dienen
können oder an die die Zuleitungen angelötet oder angeschweißt werden. Diese Ausführung
der Kontaktierung ist verhältnismäßig teuer und verlangt in der Fertigung große
Vorsicht, damit in dem Schweißvorgang die Stabenden nicht unzulässig hoch oder zu
lang erwärmt werden, da sich sonst
durch Zersetzung der Metalloxyde
Sperrschichten bilden können, die die Leitfähigkeit des Widerstandes verändern.
Auch das Schweißen in reduz;erender Atmosphäre beseitigt diese Gefahr nicht vollständig.
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Die Erfindung behebt diese Schwierigkeiten in der Fertigung und im
Gebrauch durch eine Kontaktanordnung, die nur ein einfaches Bauteil, nämlich den
Zuführungsdraht, benötigt und deren Fertigung sich durch wenige übersichtliche Arbeitsgänge
auszeichnet.
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Erfindungsgemäß werden die Anschlußstellen des stabförmigen Oxydkörpers
zunächst durch Markierungen, z. B. Kerben oder Rillen, und Aufbringen eines leitenden
Überzuges mechanisch und elektrisch für die Aufnahme der Anschlußdrähte vorbereitet.
Diese werden durch Umschlingen des Oxydkörpers und einfaches Verdrillen an ihm mechanisch
festgelegt und durch Galvanisieren in innigen elektrischen Kontakt mit ihm gebracht.
Der so mit Anschlüssen versehene Halbleiter-Widerstand wird schließlich in bekannter
Weise in ein teilweise entleertes oder mit einem indifferenten Gas gefülltes Gefäß
eingebaut oder mit einem Überzug gegen atmosphärische Einwirkung versehen.
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Die folgende Beschreibung mit Verfahrensbeispiel wird durch eine Zeichnung
erläutert, in der Fig. i einen Halbleiter-Widerstand mit drahtförmigen Stromzuführungen,
Fig.2 dien haarnadelförmig gebogenen Zuführungsdraht darstellt, Der Stabrohling,
wie er z. B. nach dem Strangpressenverfahren hergestellt wird, erhält zunächst in
einem anschließenden Arbeitsgang an seinen Enden in Höhe der Stromzuführungen je
eine Kerbe i (Fig. i links), die vorteilhaft als periphere Rille 2 (Fig. i rechts)
ausgebildet ist. Wird der Stab aus Pulver unter hohem Druck gepreßt, so wird die
Kerbe bzw. Rille durch die Form erzeugt und dieser Arbeitsgang kann eingespart werden.
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Nach dem Sintern, das in diesem Zusammenhang nicht näher betrachtet
wird, werden die Stabenden bis zur Höhe der Stromzuführungen mit einem metallischen
Überzug versehen. Dies geschieht zweckmäßig durch Aufbringen einer Leitfähigkeitslösung,
z. B. einer bekannten Versilberungslösung, die durch Pinseln, Spritzen oder Eintauchen
in das Lösungsbad aufgebracht und durch Erhitzen auf 6o bis 400° C eingebrannt wird.
Wie Versuche ergeben haben, ist dieser weite Spielraum möglich, und man bewegt sich
zweckmäßig an seiner unteren Grenze, um die Leitfähigkeitslösung in normaler Atmosphäre,
also ohne Anwendung einer Schutzatmpsphäre einbrennen zu können.
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Als Zuleitungsdrähte 3 dienen dünne, verzinnte Kupferdrähte, die durch
Biegen in Haarnadelform (Fig. 2) vorbereitet sind, wobei der Biegeradius etwa dem
Radius der Rille 2 entsprechen soll. Der Draht wird in die Kerbe oder Rille eingelegt
und die überstehenden Enden 4 werden verdrillt. Dies geschieht vorteilhaft mit einer
einfachen, motorisch angetriebenen Vorrichtung; an dieser kann entsprechend der
Drahtfestigkeit und dem gewünschten Kontaktdruck des Drahtes auf den Oxydkörper
eine gleichbleibende Verdrillungsspannung eingestellt werden. Es liegt im Rahmen
der Erfindung, wenn der Anschlußdraht nicht llaarnadelförmig vorgebogen, sondern
zwei- oder mehrmals in der Rille um den Widerstandskörper geschlungen wird, jedoch
haben Versuche ergeben, daß die im Verfahren vorgeschlagene einfachste Ausführung
für die Kontaktgabe ausreichend ist, Die Anwendung verdrillter Zuleitungsdrähte
ist bereits zur Kontaktierung von Drahtwiderständen aus 'keramischen Körpern vorgeschlagen.
worden. Jedoch ist die technische Aufgabe bei Drahtwiderständen eine ganz andere
als bei lialbleiter-Widerständen und dementsprechend auch das Vorgehen in dem erwähnten
Vorschlag ein anderes und auf einen anderen Zweck gerichtet.
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Nachdem die Zuleitungsdrähte mechanisch an dem Oxydkörper festgelegt
sind, werden sie zur sicheren elektrischen Kontaktverbindung anschließend in die
Kerben bzw. Rillen eingalvanisiert. Vorbereitend wird der Teil des Stabes zwischen
den Kontaktenden zum Schutz gegen eine Einwirkung des Bades zweckmäßig mit einer
Lackschicht abgedeckt, die z. B. durch Pinseln oder Spritzen aufgebracht wird. Hierfür
hat sich Schellacklösung als geeignet erwiesen, die hinreichend abgedeckt und im
letzten Arbeitsgang, beim Glasieren des Widerstandes, ohne schädliche Rückstände
abbrennt. Für das Galvanisieren eignet sich, wie Versuche ergel>en haben, ein saures
Kupferbad. Der Widerstand wird in einfacher Weise mit seinen beiden Zuleitungsdrähten,
die die eine I3a@delektrodc darstellen, in das Bad eingehängt; als Gegenelektrode
dient eine Kupferschiene im Bad. Die Zuleitungen werden zweckmäßig mit einer dicken
Kupferschicht eingalvanisiert.
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Der nach diesem Verfahren mit drahtförmigen Anschlüssen versehene
Halbleiter-Widerstand kann nun in bekannter `leise in ein Glasgefäß eingebaut werden.
Es ist jedoch wesentlich einfacher, billiger und für die meisten Zwecke ausreichend,
ihn frei der Umgebung ausgesetzt wie einen üblichen Widerstand zu verwenden. In
diesem Falle ist es nötig, ihn im Betrieb gegen die Aufnahme von Sauerstoff zu schützen,
um seine elektrischen Eigenschaften auch sicher zu erhalten. Er wird deshalb in
bekannter Weise mit einem organischen oder anorganischen Überzug oder einer Kombination
aus beiden Arten versehen, der den gesamten Stab einschließlich der verkupferten
Enden bedeckt. Als vorteilhaftes, weil dauerhaftes und billiges Verfahren hat sich
erwiesen, eine pulverförmige, niedrig schmelzende Flußmasse, die zu einer dicken
Paste angerührt ist, durch Tauchen oder Pinseln auf den Oxyd'körper aufzubringen
und diesen anschließend selbsttätig durch einen Heizofen zu führen und i bis 2 Minuten
einer Temperatur von etwa 6oo° C auszusetzen. Brenntemperatur und ,dauer müssen
durch Versuche so aufeinander abgestimmt werden, daß ein glatter Fluß entsteht,
ohne daß während des Schmelzvorganges bereits
eine Veränderung der
llalbleitereigehschaften auftreten kann.
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Abschließend werden die Zuleitungsdrähte neu verzinnt. Wie sich gezeigt
hat, wirkt die erste Verzinnung günstig einer Verzunderung der Drähte während des
Brennvorganges entgegen, und der zweite Überzug haftet sofort, ohne daß Ätzvorgänge
zur Entfernung der ohne diese Maßnahme auftretenden Ztin:derscliicht zwischengeschaltet
werden müssen.