DEI0005966MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 7. Juni 1952 Bekanntgemacht am 12. Juli 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Kristallgleichrichtern unter Verwendung halbleitender Stoffe, wie z. B. Germanium.

Bei den bisher bekannten Ausführungsformen für Kristallgleichrichter werden meistens Teile verwendet, bei denen die Abmessungen sehr genau eingehalten werden müssen. Dadurch Wird die Herstellung solcher Kristallgleichrichter sehr verteuert. Außerdem sind die bisher bekannten Kristallgleichrichter empfindlich gegen Erwärmung, so daß sie beim Einlöten in elektrische Stromkreise gekühlt werden müssen.

Es ist auch schon eine Ausführungsform bekannt, bei der die Nadelelektrode an einer durch Verformung eines blattförmigen Metallteiles entstandenen napfförmigen Kappe befestigt ist, die ihrerseits in dem für den Gleichrichter bestimmten rohrförmigen Gehäuse eingeklemmt ist, während der Halbleiterkörper über einen Haltedraht starr mit dem Gehäuse verbunden ist.

Das Verfahren nach der Erfindung zielt darauf ab, die Konstruktion von solchen Gleichrichtern zu vereinfachen und zu verbilligen.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß Spitzenelektrode und/oder Halbleiterkörper an blatt- oder scheibenförmigen Metallteilen befestigt werden, die beim Einbringen in das' aus einem Isolierrohr bestehende Gehäuse oder nach dem Einbringen verformt werden, und daß hierbei die

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Spitzenelektrode in gleichrichtendem Kontakt mit dem halbleitenden Körper eingestellt wird und die Teile in dieser Stellung fixiert werden.

: Gegenüber der bekannten Konstruktion besitzt

das Verfahren nach der Erfindung den Vorteil, daß verschiedene Verfahrensschritte, die bisher vorgenommen werden mußten, eingespart werden. Dies wirkt sich vor allem bei der industriellen Serienfertigung günstig aus.

ίο Die Erfindung soll an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. · .

Fig. ι stellt einen Aufriß eines Kristallgleichrichters dar, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;

Fig. 2 bis 7 zeigen Einzelheiten des Herstellungsprozesses dieses Gleichrichters;

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf einen vollständigen Gleichrichter;

Fig. 9 bis 12 zeigen Einzelheiten von anderen

Ausführungsformen des Gleichrichters gemäß der Erfindung;

Fig. 13 bis 16 zeigen Einzelheiten einer anderen Form des Gleichrichters gemäß der Erfindung, bei welchem die Stopfen, an denen die Elektroden montiert sind, aus vollen Metallstücken bestehen, anstatt daß sie aus Metallblech ausgepreßt sind;

Fig. 17 und 18 zeigen Einzelheiten der abgeänderten Form mit den Vollmetallstopfen;

Fig. 19 und 20 zeigen Abwandlungen von Fig. 13 und 14;

Fig. 21 und 22 zeigen Einzelheiten einer anderen Ausführungsform des Gleichrichters mit Vollmetallstopfen.

Fig. ι zeigt einen Aufriß eines Gleichrichters

gemäß der Erfindung, bei welchem die gleichrichtenden Elemente in ein zylindrisches Rohr 1 aus Keramik oder anderem geeignetem Isoliermaterial eingeschlossen sind, dessen äußerer Durchmesser z. B. 6 mm betragen kann. Der Kristall 2, welcher vorzugsweise aus Germanium besteht, und die Nadelelektrode 3 sind an Metallblechen von Napfform befestigt, welche mit 4 und 5 bezeichnet sind und welche an entgegengesetzten Enden in das Rohr ι hineingepreßt wurden, so daß sie fest darin sitzen. Die zugehörigen Anschluß leiter 6 und 7 sind an den Stopfen 4 und 5 befestigt, und die Enden des Rohres sind durch Blöcke 8 und 9 aus geeignetem, wärmehärtendem Zement dicht verschlosssen. Es kann z.B. ein Zement aus gelbem Bleioxyd und Glyzerin verwendet werden. Um die Anschlüsse des Gleichrichters zu kennzeichnen, können die Zementblöcke verschieden gefärbt sein. So kann z.B. der Block 8 rot sein und der Block 9 weiß.

Die Stopfen 4 und 5 können aus flachen Scheiben 10 aus Nickel oder anderem geeignetem Metall geformt werden, wie z. B. dies in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Scheibe kann z. B. V₁₀ mm dick sein und soll etwas größer im Durchmesser sein als die Bohrung des Rohres. So kann z. B. der Durchmesser der Scheibe 5 mm betragen. Sie kann mit einem Ansatz 11 versehen sein, an welchem der zugehörige Anschlußleiter 6 oder 7 (Fig. 1) durch Schweißen oder Löten befestigt wird. Es können auch andere Metalle für die Scheibe 10 verwendet werden, wie z.B.. Kupfer, Eisen, Messing oder Silber.

Wie in Fig. 3 gezeigt, kann die' Nadel 3 aus einem scharf zugespitzten Wolframdraht bestehen, der in die übliche S-Form gebogen ist und angeschweißt oder anderweitig im Mittelpunkt der Scheibe 10 befestigt ist. Verschiedene andere Metalle und Legierungen können für die Nadelelektrode verwendet werden. Die Anordnung ist konzentrisch am Ende des Rohres 1 angeordnet. Ein zylindrischer Stempel drückt dann auf den mittleren Teil der Scheibe 1, die dabei in das Rohr hineingepreßt wird und einen napfförmigen Stopfen bildet, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Das Blech des Stopfens 5 ist so ausgestanzt, daß es einen Ansatz 11 hat. Der Durchmesser des Stempels ist vorzugsweise um einige hundertstel Millimeter kleiner als der Innendurchmesser des so geformten Napfes, damit ein Zerbrechen des Rohres 1 vermieden wird und der Stempel leicht wieder herausgezogen werden kann.

Der Anschluß draht 7 wird an dem Ansatz 11 angeschweißt oder auf eine andere Weise daran befestigt, wie dies in Fig., S dargestellt ist. Dieser Anschlußdraht besteht vorzugsweise aus kupferplattiertem Eisen oder aus. einer Kupfer-Eisen-Nickel-Legierung, aber es können auch andere Stoffe, wie z. B. reines Kupfer oder Nickel, verwendet werden. Der Draht 7 wird vorzugsweise koaxial in dem Rohr 1 angeordnet.

Der Zementblock 9 wird vorzugsweise aus einem Gießharz-Klebemittel hergestellt, wie es unter der geschützten Bezeichnung . »Araldit« bekannt ist. Es können jedoch auch andere wärmehärtende oder thermoplastische Stoffe oder andere Arten von Zement benutzt werden. Die Anordnung 1 wird auf eine Temperatur von ungefähr 250⁰C erhitzt, z. B. indem man das Rohr 1 auf eine erhitzte Platte stellt. Das Gießharz wird in Form eines dünnen Stabes benutzt und damit das obere Ende des Rohres 1 berührt, bis eine genügende Menge geschmolzen ist, welche den Stopfen 5 füllt und das Ende des Rohres bedeckt. Das Harz polymerisiert und härtet in ungefähr 10 Minuten, wobei sich der Stopfen und das Rohr fest miteinander verbinden und das Ende dicht verschlossen wird. Das Harz kann auch als Pulver angewendet werden oder in Form einer kleinen Scheibe mit einer zentralen Öffnung, die gerade die Größe hat, um den Block 9 zu bilden und die auf den Draht 7 aufgesteckt wird. .

Wie in Fig. 6 gezeigt, wird der Kristall 2 an einer zweiten Scheibe in ähnlicher Weise befestigt, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, z. B. durch Anlöten oder mittels eines passenden leitenden Stoffes, wie es mit 12 angedeutet ist. Vorzugsweise verwendet man einen leitenden Zement. Die Scheibe, die den- Kristall 2 trägt, wird dann in das offene Ende des Rohres 1 hineingepreßt, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, und zwar mittels eines Stempels, wie dies vorher beschrieben wurde. Sie

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wird vorsichtig so weit hineingedrückt, daß gerade . zwischen der Nadelelektrode 3 und dem Kristall 2 der Kontakt hergestellt ist. Der Stopfen 4 wird . nun ungefähr 0,07 mm weiter vorgeschoben, um υ einen genügenden Kontaktdruck herzustellen, der eine mechanische Stabilität des Kontaktes gewährleistet.

Der Anschlußdraht 6 (in Fig. 7 nicht dargestellt) wird dann an, dem Ansatz 11 befestigt, und der Stopfen4 wird mit dem Gießharz verschlossen, wie es bezüglich Fig.. 5 beschrieben wurde. Der fertige Gleichrichter ist in Fig. 8 dargestellt. Um wieder das Rohr 1 zu erwärmen, kann es in eine Öffnung in einem dicken Metallblock eingesetzt werden, welcher auf einer heißen Platte liegt.

Der Zement, der für das die Nadelelektrode enthaltende Ende des Rohres 1 verwendet wird, besteht vorzugsweise aus einer Mischung von 50 P/o Araldit-Gießharz' und 50% Tonerde oder einem anderen weißen Pulver oder Farbstoff, so daß sich nach der Polymerisation ein weißer Block bildet. Es kann aber auch ungefülltes »Araldit«-Harz oder ein anderes Klebemittel benutzt werden. Der Block an dem Kristallende kann aus einem mit Tonerde gefüllten Harz gebildet werden, dem ein Farbstoff oder Pigment von z. B. roter oder einer anderen gut zu unterscheidenden Farbe zugesetzt wird.

Der Gleichrichter wird vorzugsweise einer weiteren Wärmebehandlung in einem Ofen bei einer Temperatur von 135⁰C für 24 Stunden ausgesetzt, um den Verschluß bei den Stopfen 8 und 9 endgültig auszuhärten.

Fig. 9 bis 12 zeigen eine andere Methode, um die Nadel und den Anschlußdraht an dem zugehörigen Stopfen zu befestigen! Wie in Fig. 9 und 10 dargestellt ist, wird der Stopfen 5 aus einer flachen Scheibe 13 mit einer zentralen öffnung an Stelle des Ansatzes gebildet. Die Scheibe wird in das Ende des Rohres 1 eingepreßt, wie dies vorher beschrieben wurde und wie es in Fig. 10 dargestellt ist.

Die Nadel 13 ist an dem Anschlußdraht 7 angeschweißt, wie in Fig. 11 gezeigt, und gleichzeitig ist ein federnder Draht 15 damit verbunden, der eine nach unten offene V-Form aufweist. Der Draht .7 wird durch die Öffnung 14 von innerhalb des Rohres eingeführt und hindurchgezogen, wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Der Draht 15 hält die Nadel 3 in der Mitte des Rohres. In diesem Fall ist es nicht nötig, die Nadel oder den Anschlußdraht an den Stopfen 5 anzulöten oder anzuschweißen. Der Verschlußblock 9 wird dann wie beschrieben aufgebracht.

Fig. 13 bis 16 zeigen eine Ausführungsform eines Gleichrichters gemäß der Erfindung, bei welcher die Stopfen, an denen die Nadel und der Kristall befestigt sind, aus einem Stück weichen Metalls bestehen, anstatt daß sie aus scheibenförmigem Material ausgepreßt werden. Der Stopfen für den Kristall ist in Fig. 13 dargestellt. Er besteht aus einem zylindrischen Stopfen 16 aus Blei oder anderem . weichem Metall oder einer Legierung und hat eine zentrale Durchbohrung, in welcher, der Anschlußdraht 6 befestigt ist. Vorzugsweise ist der Draht verzinnt und das Blei herumgezogen oder damit legiert, um eine im wesentlichen gelötete Verbinbung zu erhalten. Der Durchmesser des Stopfens ·. soll um ein geringes größer sein als der Innendurchmesser des Rohres 1, und er soll ganz schwach konisch sein, damit er anfänglich leicht in das Rohr eingeführt werden kann. Dann wird er mit einem passenden Stempel, wie zuvor beschrieben, hineingepreßt. Die Dicke des Stopfens kann z. B. 1,7 mm betragen. Der Stopfen 17 für die Nadel, der in Fig. 14 dargestellt ist, unterscheidet sich insofern von dem anderen, als der Anschlußdraht durch den Bleistopfen hindurchgeführt ist und mit seinem Ende 18 auf der anderen Seite hervorsieht, woran die Nadel 3 angeschweißt werden kann.

Fig. 15 zeigt den Stopfen 17 mit der daran befestigten Nadel 3. Der Stopfen ist in das Ende des Rohres ι eingepreßt. Fig. 16 zeigt den fertigen Gleichrichter mit dem Stopfen. 16, welcher den Kristall trägt und der in das untere Ende des Rohres eingepreßt ist. Der Gleichrichter ist mit den Zementblöcken 8 und 9 verschlossen, wie dies zuvor beschrieben wurde. Der Kristall 2 kann auf eine beliebige Weise, wie bereits ausgeführt, an dem Stopfen 16 befestigt sein. go

Das Material des Stopfens 16 und 17 kann auch aus Blei bestehen, dem Kalzium oder Antimon oder Zinn und Silber zulegiert sind.

Es soll noch bemerkt werden, daß die Dichtungswirkung des weichen Metalls einen guten Abschluß gegen das Eindringen von Feuchtigkeit darstellt, wenn das Rohr 1 aus einem nicht porösen, glasierten keramischen Material besteht. Der Abschluß wird weiter verbessert durch die Verwendung des »Araldit«-Harzes, welches sehr gut sowohl an dem Metall wie an dem keramischen Material haftet und eine geringe Feuchtigkeitsaufnahme hat.
■ Fig. 17 und 18 zeigen eine Abwandlung der Befestigungsmethode für den Stopfen, welcher die Nadelelektrode trägt. Wie in Fig. 17 gezeigt, wird eine Bleischeibe 19, die etwas kleiner als der Durchmesser der Bohrung im Rohr 1 ist, verwendet, \velche in das Rohr hineingebracht und zwischen zwei Stempeln 20 und 21 gepreßt wird, die vielleicht einen halben Millimeter im Durchmesser kleiner sind als der Innendurchmesser des Rohres. Das Blei wird zwischen den Stempeln. a.useinandergequetscht und dadurch in dem Rohr fixiert. Dann wird eine kleine zentrale Öffnung in den Stopfen gebohrt und ein Zuleitungsdraht mit daran befestigter Nadelelektrode, ähnlich wie in Fig. 11 dargestellt, durch das Loch geführt, wie dies in Fig. 18 gezeigt ist.

Fig. 19 und 20 zeigen Abwandlungen, der Ausführung nach Fig. 13 und 14, bei welchen der Bleistopfen aus zwei einzelnen koaxialen Scheiben besteht. Der obere Teil 22 ist etwas größer, der untere Teil 23 etwas kleiner als der Innendurchmesser des Rohres. Dies erleichtert eine Zentrierung des Stopfens in dem Rohr, bevor dieser eingepreßt wird.

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Eine andere Methode zur; Zentrierung des Stopfens von der Art, wie er in Fig. 13 und 14 dargestellt ist, wird in Fig. 21 und 22 veranschaulicht. Die Enden des Rohres 1 sind innen etwas erweitert, wie dies in Fig. 21 bei 24 und 25 zu sehen ist. Der Durchmesser des Bleistopfens liegt zwischen dem weiteren und dem engeren Innendurchmesser des Rohres. In Fig. 22 ist. der Stopfen 17 dargestellt, nachdem er mittels eines Stempels eingepreßt wurde, dessen Durchmesser ebenfalls zwischen dem größeren und dem.kleineren Innendurchmesser des Rohres liegt. Das Blei weicht zum Teil nach unten und zum Teil nach außen aufwärts rund um den Stempel aus. Der Stopfen der den Kristall trägt, kann in das untere Ende des Rohres in derselben Weise eingepreßt werden. Die Enden werden wieder mit. Gießharz dicht verschlossen, wie dies zuvor beschrieben wurde.

Bei den Kristallgleichrichtern gemäß der Erfindung braucht keiner der Teile mit genauen Abmessungen hergestellt zu werden, und die Gleichrichter sind leicht zusammenzubauen. Es werden keine Schrauben oder Lötmittel dabei verwendet. Sie können sehr leicht und klein ausgeführt und in Stromkreise eingelötet werden, ohne besonders darauf Rücksicht zu nehmen, daß sie kühl gehalten werden müssen.

Es soll noch betont werden, daß die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen nur Beispiele zur Verdeutlichung des Erfindungsgedankens darstellen, nicht aber eine Beschränkung desselben bedeuten sollen.

Claims (10)

PatentanspruchE:

1. Verfahren zum Herstellen eines Kristallgleichrichters, bei dem ein Körper aus halbleitendem Material und eine mit diesem in gleichrichtendem Kontakt stehende Elektrode in einem Rohr aus isolierendem Material angeordnet und an je einem Metallstopfen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallstopfen blatt- oder scheibenförmige Metallteile verwendet werden, die beim Einbringen in das Isolierrohr oder anschließend verformt werden, und daß hierbei die Spitzenelektrode in gleichrichtendem Kontakt mit dem halbleitenden Körper eingestellt wird und daß schließlich die Teile in dieser Stellung fixiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallstopfen eine Scheibe aus dünnem blattförmigem Metall benutzt wird, deren Durchmesser größer ist als der Innendurchmesser des Isolierrohres,' und daß die Scheibe konzentrisch auf das offene Ende des Rohres gelegt und in dieses mittels eines zylindrischen Stempels hineingepreßt wird, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Innen

durchmesser des beim Preßvorgang entstehenden Napfes.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallstopfen eine Metallscheibe aus weichem Material benutzt, und in das Isolierrohr so eingepreßt wird, daß sie sich dabei verformt und damit gleichzeitig einen dichten Abschluß des Isolierrohres bewirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Scheibe aus Blei oder einer Bleilegierung benutzt wird, deren Durchmesser mindestens teilweise etwas größer ist als der Innendurchmesser des Rohres.

5· Verfahren nach Anspruch rund 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zylindrische Scheibe aus Blei oder einer Bleilegierung benutzt wird, deren Durchmesser etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Isolierrohres und daß diese Scheibe zwischen zwei zylindrischen Stempeln im Innern des Rohres zusammengepreßt wird, deren Durchmesser etwas geringer sind als' der Innendurchmesser des Isolierrohres.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine abgestufte zylindrische Scheibe aus Blei oder einer Bleilegierung benutzt wird, bei welcher der obere Teil etwas großer und der untere Teil etwas kleiner als der Innendurchmesser des Isolierrohres ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das Einsetzen der abgestuften Scheibe ein innen nach der offenen Seite hin ringförmig erweitertes Isolierrohr vorgesehen wird und daß die Abstufung des erweiterten Endes der Abstufung der Metallscheibe angepaßt wird. '

8. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Nadelelektrode und halbleitender Körper an der zugehörigen Scheibe vor dem Einpressen befestigt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem die Nadelelektrode tragenden Anschlußdraht ein V-förmig ge-.bogener Draht aus federndem Material--zur Zentrierung der Elektrode innerhalb des Isolierrohres befestigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einpressen der blatt- oder Scheibenförmigen Metallteile die offenen Enden des Rohres mit thermoplastischem oder wärmehärtendem Material verschlossen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Britische Patentschrift Nr. 572 511;

Zeitschrift »Elektrotechnik«, Bd. 5, Nr. 6, 1949, S. 168;

Torrey und Whitmer, »Crystal Rectifiers«, 1948, S. 369.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen