DE931907C - Verfahren zur Herstellung einer Kristallode - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer KristallodeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kri'stallode, z. B. einer Kristalldiode,
deren Umhüllung von einem elektrisch nichtleitenden Schutzgehäuse gebildet wird.
Für das elektrische Verhalten einer Kristallode ist es wesentlich, nach Fertigstellung des Gehäuses
den Whisker mit dem Kristall in geeigneter Weise in Berührung zu bringen und anschließend die relative
Lage zwischen Whisker und Kristall zu fixieren. Die Art und Weise der Fixierung richtet
sich im einzelnen Fall nach dem Material der miteinander zu verbindenden Teile (Gehäusewand,
Kristallhalter). Bestehen diese z. B. aus Metall, so empfiehlt es sich, ein geeignetes Lötverfahren zur
Anwendung zu bringen.
Da man hierbei die Befürchtung hatte, daß die durch den Lötvorgang bedingte nachträgliche Erhitzung
des Systems wieder Veränderungen im Kristall oder an der Aufsatzstelle des Whiskers zur
Folge haben könnte, sei es durch größere Temperaturänderungen direkt oder durch thermische Ausdehnungseffekte,
war man bei den bekannten Herstellungsverfahren für Kristalloden stets bestrebt,
die Wärmezufuhr nur auf den sehr kleinen Bereich, in dem die Fixierung erfolgen sollte, zu lokalisieren.
Der Kristall selbst sowie dessen nähere Umgebung (Kristallhalter) wurde vor einer Erwärmung
weitgehend zu schützen versucht. Die Beachtung dieser Vorsichtsmaßnahme war für die Ausführungsformen
und Herstellungsverfahren der bisher bekanntgewordenen Halbleitersysteme von entscheidender
Bedeutung. Insbesondere hat man in diesem Zusammenhang bisher davon abgesehen, die
Einlötung des Kristallhalters in das Gehäuse erst
nach erfolgter Fixierung" des Whiskers vorzunehmen,
sondern hat im allgemeinen den Whisker bzw. den ihn tragenden Halter als letzten Bauteil
mit dem Gehäuse verbunden.
Abb. ι zeigt z. B. eine Kristalldiode bekannter Art
im Schnitt, bei welcher die Fixierung der relativen Lage zwischen Whisker und Kristall mittels Lötung
erfolgt. Der Gehäuseteil ι des dargestellten Systems besteht aus einer ein Zusammenschmelzen
ίο mit Metall zulassenden Glassorte, beispielsweise aus unter dem Handelsnamen bekannten Fernico-Glas,
und die beiden an den Enden eingeschobenen Gehäuseteile 2 sind zwei aus unter dem Handelsnamen bekannten Fernico bestehende Metallhülsen,
welche in dem Uberlappungsbereich fest mit dem Glas des Mantels i- verschmolzen sind. "Mit- dem
Bezugszeichen 3 ist ferner ein Metallstift bezeichnet, welcher an seinem vorderen Ende den Whisker 4
und an seinem hinteren Ende den Zuleitungsdraht 5 trägt, und 6 stellt ebenfalls einen Metallstift dar,
an dessen im Gehäuse liegenden Ende der Kristall 7 und an dessen anderem Ende der Zuleitungsdraht 8
befestigt ist. Nachdem der Kriställhalter 6 mittels einer Lötvorrichtung geringer Wärmekapazität an
den Stellen 9 mit der Metallhülse 2 verlötet worden ist, wird anschließend durch Verschieben und Verdrehen
des Stiftes 3 der Whisker 4 mit dem Kristall 7 in Berührung gebracht. Nach Auffinden einer
günstigen Stelle wird auch dieser Stift an den Punkten 10 mit der Metallhülse 2 verlötet und die
gewünschte Fixierung hergestellt. Eine solche Ausführungsform gewährleistet infolge ihrer langgestreckten
Form, daß die beim Lötvorgang aufgewandte Wärme weitgehend vom Kristall 7 sowie dessen näherer Umgebung ferngehalten wird. Ein
wesentlicher Nachteil dieses Systems besteht jedoch darin, daß man, infolge der metallischen Zwischenstücke
2, zur Herstellung des Diodengehäuses auf das sehr kostspielige Fernico-Glas angewiesen ist.
Außerdem sind zwei Einschmelzungen und zwei Lötverbindungen, insgesamt also vier Abschlüsse des
Gehäuses erforderlich, was einen gewissen Aufwand bedingt.
Bei den bisherigen Herstellungsverfahren für
Kristalloden war man also, wie die obigen Ausführungen
erkennen lassen, bestrebt, nach erfolgter Einstellung des Whiskers sowohl den Kristall selbst
als auch dessen nähere Umgebung vor größeren Wärmeeinwirkungen zu schützen, da man befürchten
mußte, daß sich hierdurch die elektrischen Eigenschaften der Kristallode wieder nachteilig
verändern würden. Diese Vorsichtsmaßnahme hat sich jedoch nach eingehenden Untersuchungen als
Vorurteil erwiesen. Die auf optimalen Wert eingestellten elektrischen Größen verändern sich zwar
entsprechend der Eigenleitfähigkeit des Halbleiterkristalls (Germanium, Silizium) bei höherer Temperatur
in erheblichem Maße. Es hat sich jedoch ergeben, daß nach Wiederabkühlung die Gleichrichtereigenschaften
nicht nur wiederkehren, sondern sich infolge der Wärmebehandlung sogar noch verbessert haben. Letzteres hat wohl seinen Grund
in der Tatsache, daß bei der hohen Temperatur störende und die -Gleichrichtereigenschaft behindernde
Verunreinigungen sowie Feuchtigkeit, die im Kristall und im Innern des Gehäuses noch enthalten
sind, verdampfen und ausgetrieben werden. Außerdem ist zu vermuten, daß durch die Wärmebehandlung
noch ein thermischer Formierungsprozeß stattfindet.
Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen,
zur Herstellung einer Kristallode, z. B. einer Kristalldiode, deren Umhüllung von einem elektrischen
nichtleitenden Schutzgehäuse gebildet wird, ein Verfahren zu verwenden, welches sich aus folgenden
Schritten zusammensetzt. Zuerst wird der den Halbleiterkristall tragende Kristallhalter in
das mit dem Whisker schon fest verbundene Gehäuse eingeführt, darauf wird die Einstellung der
für die elektrischen Eigenschaften der Kristallode maßgebenden relativen Lage des Whiskers zum
Kristall vorgenommen, und anschließend wird der Kristallhalter durch eine kurzzeitige starke Erhitzung
bei einer solchen Temperatur mit dem Gehäuse luftdicht verbunden, insbesondere verlötet,
daß die hierbei aufzuwendende Wärme gleichzeitig den Kristall und/oder dessen nähere Umgebung auf
solche Temperatur erhitzt, daß in ihm noch vorhandene Verunreinigungen- weitgehend beseitigt
werden. Die für den Kristall selbst bisher als go störend angesehene Lötwärme soll also erfindungsgemäß
zunächst dazu verwendet werden, die im System noch vorhandenen Verunreinigungen auszutreiben.
Unmittelbar auf diesen Prozeß erfolgt dann der luftdichte Abschluß der-Lötstelle durch
Festwerden des Lotes. Um bei dem Lötvorgang gleichzeitig eine hinreichende Erwärmung des
Kristalls zu gewährleisten, ist es wichtig, daß der Einbau des Kristallhalters in das Gehäuse derart
erfolgt, daß sich der Kristall in der Nähe der Lotstelle befindet.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Anwendung der Hochfrequenzerwärmung bzw. -lötung
auf das erfindungsgemäße Verfahren erwiesen. Hierdurch gelangt man zu einem wesentlich
rascheren Arbeitsverfahren, welches sich insbesondere hervorragend als Fertigungsverfahren für
große Stückzahlen eignet.
Die beiden folgenden Abb. 2 und 3 dienen zur näheren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
und zwar sei an Hand von Abb. 3 die Anwendungsmöglichkeit der Hochfrequenzlötung veranschaulicht,
während Abb. 2 die Ansicht einer besonders einfachen Ausführungsform einer Kristallode
zeigt, deren Einfachheit im Aufbau sich aus dem neuen Herstellungsverfahren ergibt.
Abb. 2 läßt im wesentlichen zwei Hauptteile erkennen, aus welchen die neue Kristalldiode besteht.
Mit Ί ι ist ein das Schutzgehäuse bildender Glaskörper
bezeichnet, mit dem in seinem Scheitelpunkt eingeschmolzenen und diesen in Achsrichtung
durchstoßenden Zuführungsdraht 12 mit Whisker 13, und 14 stellt den zylinderförmigen, beispielsweise
aus Messing bestehenden Kristallhalter dar, der an seinem vorderen Ende den Halbleiterkristall
und an seinem hinteren Ende die Zuführungs-
leitung 16 trägt. Bei Verwendung von Hartglas als Gehäusematerial wird als Zuführungsdraht 12 vorzugsweise
ein Draht auj Fernico verwendet, während sich bei Weichglas die Verwendung von
Kupfermanteldraht empfiehlt. Das Gehäuse 11 besitzt ferner, wie ersichtlich, an seinem vorderen
Rand eine wulstartige Verdickung 17, die aus einem aufgetragenen Weichlot, z. B! aus Zinn, besteht.
Dieses ist auf einer vorher in das Glas eingebrannten, gegebenenfalls auch noch mit Kupfer
überzogenen Silberschicht aufgetragen. In entsprechender Weise ist auch der Kristallhalter 14 verzinnt,
was in der Abb. 2 durch die Verdickung 18 der rechten Hälfte des Kristallhalters zum Ausdruck
gebracht ist.
Der Halbleiterkristall 15 wird vorzugsweise auf dem Kristallhalter 14 durch Auflöten befestigt. Zu
diesem Zweck wird der Kristallhalter an seinem vorderen Ende mit einer kleinen Bohrung 19 ver-■20
sehen, welche zur Aufnahme des Lötmetalls dient. Um bei der später erfolgenden Verlötung des
Kristallhalters 14 mit dem Gehäuserand 17 das Wiedererweichen dieser Lötstelle zu verhindern,
empfiehlt es sich jedoch, an dieser Stelle ein härteres Lot, z. B. Zink, zu verwenden. Der Kristall 15
selbst wird dabei zweckmäßig zunächst als kleines Kügelchen ausgebildet und nach erfolgter Auflötung
an seinem äußeren Teil eben geschliffen.
Nachdem die beiden Hauptteile 11 und 14 der
Kristalldiiode durch die vorausgehenden Schritte des Herstellungsverfahrens soweit fertiggestellt sind,
erfolgt nunmehr deren Zusammenbau. Dieser wird beispielsweise mittels einer Einrichtung vorgenommen,
wie sie in Abb. 3 dargestellt ist. Hier ist mit 20 ein Hochfrequenzwärmegenerator bekannter
Art bezeichnet, dessen Hochfrequenzspule 21, wie ersichtlich, außerhalb des Gehäuses in zugänglicher
Weise angeordnet ist, und 22 stellt einen Meßoszillographen zur Beobachtung der elektrischen
Eigenschaften des Kristallsystems dar. In der Spule 21 ist ferner ein Konzentrator 23 eingeführt, welcher
bewirkt, daß sich die sehr starke kurzzeitige Erwärmung nur auf die Lötstelle und die nähere
Umgebung des Kristalls beschränkt. Man erkennt den in den Konzentrator eingesetzten Gehäuseteil
11 der Abb. 2 und den an einer verstellbaren Haltevorrichtung
24 befestigten Kristallhalter 14. Durch langsames Herunterschieben der Haltevorrichtung
wird der Kristallhalter 14 vorsichtig in das glockenförmige Schutzgehäuse 11 eingeführt und
der Kristall mit der Whiskerspitze in Berührung gebracht. Gleichzeitig wird an das System eine
Wechselspannung angelegt und die Stromspannungscharakteristik (Gleichrichterkennlinie) auf
den Leuchtschirm 25 des Meßoszillographen beobachtet. Durch geringfügiges Verstellen der Haltevorrichtung
24 nach oben oder unten läßt sich die Kurve leicht zwischen zwei vorgegebenen auf den
Leuchtschirm aufgezeichneten Toleranzlinien verschieben und so die optimale Einstellung ermitteln.
Nachdem der vom Kathodenstrahl gezeichnete Kurvenverlauf den geforderten elektrischen Bedingungen
angepaßt ist, wird durch eine Kondensatorentladung formiert und durch eine nochmalige
Druckvergrößerung stabilisiert. Dann wird durch Betätigung des Druckknopfes 26 ein hochfrequenter
Stromstoß ausgelöst, der während einer kurzen, beispielsweise mittels einer gittergesteuerten Gasentladungsröhre,
geregelten Zeitdauer die Hochfrequenzspule 21 durchfließt. Das sich hierbei ausbildende
Hochfrequenzfeld bedingt eine kurzzeitige starke Erhitzung des mit Lot überzogenen Gehäuserandes
17 sowie des Kristallhalters 14 und bewirkt hierdurch eine absolut homogene und luftdichte
Lötverbindung zwischen dem Gehäuse und dem Kristallhalter. Möglicherweise trotzdem noch in
der Lötstelle vorhandene kleinere Poren, durch welche nachträglich wieder Verunreinigungen und
Feuchtigkeit in das Innere des Systems eindringen könnten, lassen sich gegebenenfalls durch Überziehen
der Lötstelle mit einem geeigneten Lack unwirksam machen.
Gegenüber der Kristalldiode nach Abb. 1 mit zwei Einschmelzungen und zwei Lötverbindungen hat
die neue Diode nach Abb. 2 nurmehr eine Ein-Schmelzung und eine Lötstelle aufzuweisen.
Claims (8)
- Patentansprüche:i. Verfahren zur Herstellung einer Kristallode, ζ. Β. einer Kristalldiode, deren Umhüllung aus einem elektrischen nichtleitenden Schutzgehäuse besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der den Halbleiterkristall tragende Kristallhalter in das mit dem Whisker bereits fest verbundene Schutzgehäuse eingeführt wird, daß darauf die Einstellung der für die elektrischen Eigenschaften der Kristallode maßgebenden relativen Lage des Whiskers zum Kristall erfolgt und daß anschließend der Kristallhalter durch eine kurzzeitige starke Erhitzung in solcher . Weise mit dem Gehäuse luftdicht verbunden, insbesondere verlötet wird, daß durch die hierbei aufzuwendende Wärme gleichzeitig der Kristall und/oder dessen nähere Umgebung auf eine solche Temperatur erhitzt werden, daß noch vorhandene Verunreinigungen weitgehend beseitigt werden.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Whisker vor dem Zusammenbau des Systems in das Gehäuse eingeschmolzen wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschluß des Kristallhalters mit dem Gehäuse und die Fixierung seiner Lage durch Hochfrequenzlötung erfolgt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines aus Glas bestehenden Schutzgehäuses die Lötstelle vor Aufbringen des Lötmetalls mit einer anderen Metallschicht überzogen wird, vorzugsweise durch Metallisierung.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Zusammenbau zunächst der Kristall mit dem Kristallhalter durch einen ersten Lötvorgang und währenddes Zusammenbaues der Kristallhalter mit dem Schutzgehäuse durch einen zweiten Lötvorgang verbunden' werden und daß für den ersten Lötvorgang ein, bei einer höheren Temperatur sdhmelzmdies Lot als für den zweiten Lötvorgang verwendet wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lötstelle mit einem Lack überzogen wird.
- 7. Kristallode mit einem Halbleiterkristall, insbesondere aus Germanium oder Silizium, die insbesondere nach einem Verfahren nach Anspruch ι hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem aus Glas oder einem anderen nichtleitenden Werkstoff hergestellten, glocken-. förmig ausgebildeten Gehäuse, dem in die Glocke eingeschmolzenen und sie in Achsrichtung duirclhstoßend'en JVÜiisker und dem in die Öffnung der Glocke eingesetzten und mit dem Glockenrand verlöteten, den Kristall tragenden Kristallhalter besteht.
- 8. Kristallode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der den Kristall tragende Kristallhalter in einer solchen Lage mit dem Gehäuse verlötet ist, daß sich der Kristall und/oder dessen nähere Umgebung in der Nähe der Lötstelle befindet.Angezogene Druckschriften:
Belgische Patentschrift Nr. 502 229.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen©509534 8.55
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1952T0006491 DE931907C (de) | 1952-07-24 | 1952-07-24 | Verfahren zur Herstellung einer Kristallode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1952T0006491 DE931907C (de) | 1952-07-24 | 1952-07-24 | Verfahren zur Herstellung einer Kristallode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE931907C true DE931907C (de) | 1955-08-18 |
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ID=7545310
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1952T0006491 Expired DE931907C (de) | 1952-07-24 | 1952-07-24 | Verfahren zur Herstellung einer Kristallode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE931907C (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1130077B (de) * | 1958-12-08 | 1962-05-24 | Pacific Semiconductors Inc | Hochspannungsgleichrichter mit mehreren in Reihe geschalteten Halbleiterdioden |
DE976643C (de) * | 1953-12-22 | 1964-01-16 | Philips Nv | Halbleiteranordnung mit einer aus Glas bestehenden Huelle |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE502229A (de) * | 1950-03-31 |
-
1952
- 1952-07-24 DE DE1952T0006491 patent/DE931907C/de not_active Expired
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BE502229A (de) * | 1950-03-31 |
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DE1130077B (de) * | 1958-12-08 | 1962-05-24 | Pacific Semiconductors Inc | Hochspannungsgleichrichter mit mehreren in Reihe geschalteten Halbleiterdioden |
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