-
Transistor mit elastisch angeordneten und dicht benachbarten Spitzenelektroden
Ein Punktkontakttransistor besteht allgemein aus einem Halbleiterkörper, einer am
Halbleiterkörper befestigten und ihn tragenden Metallplatte, die einen festen Basiskontakt
oder eine Basiselektrode mit größerem Flächenkontakt bildet, und zwei Punktkontakten
bzw. -elektroden, die als Emitter und Kollektor bezeichnet werden. Emitter und Kollektor
sind gewöhnlich als Spitzenelektroden durch Zuspitzen des Endes eines zylindrischen
Drahtes derart ausgebildet, daß am Drahtende eine plangeschliffene Fläche mit einem
Winkel von 45° zur Drahtachse vorhanden ist. Gewöhnlich werden Drähte mit Durchmessern
in der Größenordnung von 0,13 mm verwendet. Die Spitze dieses Kontaktes wird auf
die Oberfläche des Halbleiterkörpers aufgesetzt. Durch Biegen des Drahtes erreicht
man einen gewissen Kontaktdruck, damit die Elektrodenspitze sich fest in ihrer Stellung
auf dem Halbleiterkörper, der im allgemeinen aus Germanium besteht, hält.
-
Bei Transistoren bestehen häufig dadurch Schwierigkeiten, daß sie
ihre elektrischen Eigenschaften nicht für längere Zeit aufrechterhalten. Manche
dieser Schwierigkeiten beruhen auf geringen Veränderungen in der Stellung der Kontakte
oder sind auf Schwankungen in der Federspannung der Kontakte bei Alterung zurückzuführen.
Die Eigenschaften der Transistoren sind außerdem Veränderungen durch Temperaturen
unterworfen. Es ist anzunehmen, daß auch diese Veränderungen wenigstens teilweise
einer gleichzeitigen Veränderung der Federspannung zuzuschreiben sind. Es ist bei
Halbleiterdioden bekanntgeworden, zwischen Kontaktstift und Elektrodenanschluß eine
Spiralfeder einzufügen. Derartige Kontaktanordnungen haben aber den Nachteil der
zu großen Selbstinduktivität und der mangelnden mechanischen Stabilität der Kontaktfederspannung.
In der Überwindung der bestehenden Schwierigkeiten liegt die der Erfindung zugrande
liegende Aufgabe.
-
Für einen Transistor mit elastisch angeordneten und dicht benachbarten
Spitzenelektroden besteht danach die Erfindung darin, daß an dem dem Halbleiterkristall
zugewandten Ende des durch den Sockel des Transistors isoliert durchgeführten Anschlußstiftes
fahnenartig eine Blattfeder angeschweißt oder angelötet ist, an deren freiem, abgewinkeltem
Ende ein Kontaktelement angeschweißt oder angelötet ist, dessen freies und zugespitztes
Ende die Halbleiteroberfläche unter Federdruck berührt.
-
Der erfindungsgemäße Transistor weist gegenüber den bekannten Transistoren
ein verbessertes Kontaktsystem mit höherer Federspannung und höheren Kontaktdrücken
auf. Die Transistorenkontaktanordnung besitzt stabilere Eigenschaften, insbesondere
in bezug auf Federspannung und Kontaktdruck, als die der bekannten Transistoren.
Ein weiterer Vorteil der Transistorkontaktspitzenanordnung nach der Erfindung liegt
in den besseren mechanischen Eigenschaften. Die Federspannung kann bei der erfindungsgemäßen
Anordnung unabhängig von den Eigenschaften des Kontaktdrahtes bestimmt werden, so
daß dieser Draht nur im Hinblick auf seine Kontakteigenschaften ausgewählt zu werden
braucht. Höhere Kontaktdrücke und stabilere Kontaktdrücke können in dieser Weise
erreicht werden.
-
Nach einer Abwandlung des Erfindungsgedankens ist die Kontaktspitze
durch Abflachen des Endes des Drahtes oder eines Streifens, z. B. mit Hammer und
Amboß, und durch Verwendung einer Ecke der abgeflachten Spitze als Kontakt hergestellt.
-
Nach einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform ist die Kontaktspitze
aus Streifenmaterial anstatt aus Draht geformt.
-
Das Streifenmaterial kann in herkömmlicher Weise zu einer Spitze abgeschliffen
oder gehämmert werden. Der Kollektorkontaktkann vorteilhaft als zusammengesetzte
Anordnung gebildet sein, während der Emitterkontakt durch Ausbildung einer Spitze
am Ende des Federstreifens geformt sein kann.
-
Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen für einige beispielsweise
Ausführungsformen näher beschrieben. Fig. 1 ist ein waagerechter Schnitt gemäß der
Linie I-I in Fig. 2 und zeigt einen nach der Erfindung hergestellten Transistor;
Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1, in Pfeilrichtung
gesehen; Fig.3 enthält eine genaue vergrößerte Darstellung, teilweise im Aufriß
und teilweise im Schnitt nach
Linie III-III in Fig. 1; die Fig.
3 zeigt auch Einzelheiten eines der Kontakte; Fig. 4 zeigt einen Teil der Oberfläche
des Halbleiterkörpers in Draufsicht; auf dieser Oberfläche liegt ein sogenannter
2,Punkt,<-Kontakt auf, der stark vergrößert dargestellt ist, um den Umriß des
Kontaktbereiches zu veranschaulichen; Fig. 5 ist ein im Aufriß gezeichneter Kontakt
nach der Erfindung; Fig. 6 ist eine Ansicht von rechts für die Anordnung nach Fig.
5; Fig. 7 zeigt den Umriß des Kontaktbereiches, den man mit der Kontaktausbildung
nach den Fig.5 und 6 erreicht; Fig. 8 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 5 ; die
Anordnung nach Fig. 8 bildet einen Teil der Anordnung nach Fig. 1; sie zeigt das
Verhältnis des Kontaktaufbaues nach Fig. 5 zu den sie tragenden Teilen Fig. 9 zeigt
teilweise eine abgewandelte Form für die Auflage des Federelementes, das seinerseits
den Kontakt trägt; Fig. 10 zeigt ein abgewandeltes Kontaktsystem; Fig. 11 ist ein
Schnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 10, in Pfeilrichtung gesehen; Fig. 12 zeigt
eine abgewandelte Form des Kontaktsystems; Fig.13 ist eine Schnittdarstellung nach
der Linie XIII-XIII in Fig. 12.
-
Die Fig. 1 bis 3 zeigen einen Transistor, bestehend aus der Metallgrundplatte
1, die einen Pfosten 2 trägt, welcher senkrecht vom Mittelpunkt der Grundplatte
absteht und auf einer Seite nahe dem oberen Ende den Halbleiterkörper 3 trägt. Der
Pfosten 2 bildet zugleich die Basiselektrode für den Transistor. Zwei Drähte 4 und
5 sind aufrecht durch die metallische Grundplatte 1 geführt, von der sie durch Isoliermuffen
6 und 7 isoliert sind. Der Transistor befindet sich in einem Metallgehäuse 19.
-
Die oberen Enden der Drähte 4 und 5 sind abgebogen und mit 4cs bzw.
5a bezeichnet. An den abgebogenen Teilen 4 a und 5 a sind flache Blattfederelemente
8 befestigt. Diese Befestigung kann z. B. durch Punktschweißen oder Löten erfolgen.
Die Blattfedern 8 stehen seitlich von dem Draht 4a ab, und ihre freien Enden 8a
(Fig. 1) sind etwa um 135' gebogen. An den gebogenen Enden 8ca der Blattfedern 8
sind, z. B. durch Punktschweißen oder Löten, Kontaktspitzen 9 befestigt. Jede dieser
Kontaktspitzen 9 besteht aus einem kurzen Ende zylindrischen Drahtes, dessen Ende
durch Schleifen einer einzigen Fläche 9 a in einem Winkel von 45' zur Achse des
Drahtes zugespitzt ist. Die Spitze dieser Fläche 9 a wird unter Druck gegen den
Halbleiterkörper 3 durch die Spannung des Federelementes 8 gehalten.
-
Bei einem Vergleich des dargestellten Transistors nach der Erfindung
mit den Kontaktsystemen bekannter Halbleitervorrichtungen zeigt sich, daß ein üblicher
Draht mit einem Durchmesser von 0,13 mm um 0,09 mm aus seiner freien Lage abgelenkt
wurde, um einen Transistorkontakt zu bilden, wobei der Druck in dem Draht bei seiner
Ablenkung 2,7 g betrug. Ein anderer üblicher Draht von 0,17 mm Durchmesser und mit
derselben Ablenkung von 0,09 mm hatte einen Druck von 9,2 g. Vergleichsweise enthielt
eine erfindungsgemäße Kontaktanordnung ein Federelement 8 aus Nickel mit einer Breite
von 0,79 mm und einer Dicke von 0,13 mm. Bei Ablenkung um 0,09 mm zur Bildung eines
Transistorkontaktes betrug der Druck in dem Federelement 24 g. Die dadurch erreichte
Federspannung war fast dreimal so groß wie die größte mit der bekannten Kontaktkonstruktion
erreichbare Federspannung und mehr als achtmal so groß wie die Spannung des anderen
erwähnten bisher üblichen Kontaktes. Der Kontaktdruck wurde proportional vergrößert,
da in beiden Fällen derselbe Kontaktumriß verwendet wurde.
-
Die Fig. 4 zeigt den Umriß des Kontaktbereiches, den man bei den bisher
üblichen Kontaktkonstruktionen erhält. Es ist in Fig. 4 ein Teil 10 des Germaniumkörpers
dargestellt, wobei ein in gestrichelten Linien gezeigter länglicher Bereich 11 angibt,
wo die Spitze eines Kontaktes (z. B. des Kontaktes 9) das Germanium berührt. In
diesem Bereich 11 befindet sich ein kleiner mittlerer Bereich 11a von etwa kreisförmigem
Umriß, wo ein sehr hoher Kontaktdruck entwickelt wird.
-
Die Fig. 5 bis 8 stellen eine abgewandelte Kontaktanordnung nach der
Erfindung dar. Diese Figuren zeigen einen Kontakt, der aus der Spitze eines Drahtes
12 durch Abflachen des Drahtendes, z. B. mit Hilfe von Hammer und Amboß, geformt
ist, um so eine keilförmige Spitze 12a zu bilden. Die Fig.7 zeigt den Umriß des
Kontaktbereiches, den man mit einer Spitze (nach Fig. 5 und 6) erreicht. Man sieht
also, daß der Kontaktbereich 13 eine Form hat, die im allgemeinen der eines Kreissegmentes
gleicht, welcher etwas größer als ein Halbkreis ist und entlang der geraden Seite
scharf abgeschnitten ist.
-
Die keilförmige Spitze 12a kann wesentlich leichter und schneller
hergestellt werden als die bisher bekannten geschliffenen Spitzen und hat gleich
gute elektrische Eigenschaften.
-
Die Fig. 8 zeigt, wie man den Kontakt 12 anbringen kann, um geeignete
Kontaktdruckbedingungen zu sichern. Gemäß Fig. 8 wird der Kontakt 12 von einer Feder
14 festgehalten, die im rechten Winkel abgebogen und z. B. durch Löten oder Punktschweißen
an einem aufrecht stehenden Pfosten 15 befestigt ist. Der Pfosten 15 kann z. B.
dem Draht 5 in Fig. 1 und 2 entsprechen.
-
Die Fig.9 veranschaulicht eine abgewandelte Ausführungsform zum Festhalten
der Feder B. Nach Fig. 9 ist die Feder 8 z. B. durch Löten an dem oberen Ende eines
Drahtes 16 befestigt, dessen Durchmesser etwas größer als der des Drahtes 5 von
Fig. 2 ist. Der Draht 16 verläuft in seiner gesamten Länge senkrecht. Sein oberes
Ende ist nicht abgewinkelt. Obwohl durch das Nichtvorhandensein eines abgewinkelten
Endes die Länge der Verbindung zwischen der Feder 8 und dem Draht 16 gegenüber der
entsprechenden Verbindung bei der abgebogenen Spitze 6« des Drahtes 5 verkleinert
ist, hat es sich doch gezeigt, daß dadurch, daß man dem Draht 16 einen größeren
Durchmesser als dem Draht 5 gibt, die Verbindung stark genug und die Herstellung
des Transistors erleichtert wird.
-
Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen eine abgewandelte Ausführungsform
der Kontaktspitzenelemente. Die Federelemente 8 und der Halbleiterkörper 3 sind
dieselben wie in den Anordnungen nach den vorhergehenden Figuren. Die Kontaktspitzenelemente
17 sind jedoch insofern anders, als sie aus flachem Bandmaterial anstatt aus Drahtmaterial
wie bei den Anordnungen nach den vorhergehenden Figuren bestehen. Die Spitzen an
den Kontaktelementen 17 können durch Schleifen wie bei der bekannten Drahtspitze
geformt werden, oder man kann eine keilförmige Spitze durch Hämmern wie bei der
Ausführung nach den Fig. 5 bis 8 formen.
-
Die Fig. 12 und 13 zeigen eine weitere abgewandelte Form der Transistorausbildung.
Bei dem hier gezeigten Transistor ist an der Kollektorelektrode eine Spitze 17 geformt,
wie sie in Fig. 10 und 11 gezeigt ist. Die Emitterelektrode ist jedoch insofern
anders, als sie direkt am freien Ende eines Federelementes 18 geformt ist, das das
Federelement 8 nach den vorhergehenden Figuren ersetzt. Diese Kontaktspitze 18r
am Ende des Federelementes 18
kann entweder nach dem üblichen Schleifverfahren
oder durch Hämmern - wie hier beschrieben - geformt werden.
-
Es hat sich gezeigt, daß hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften
der Emitterelektrode weniger Gefahr besteht, daß diese durch Veränderungen in der
Qualität des verwendeten Kontaktmaterials ungünstig beeinflußt werden, und daß man
in vielen Fällen einen zufriedenstellenden Emitterelektrodenkontakt gemäß Fig. 12
und 13 direkt am Ende eines Federelementes 18 formen kann, dessen Material vor allem
nach seinen Federeigenschaften anstatt nach seinen elektrischen Eigenschaften ausgewählt
wird.
-
Um eine lange Lebensdauer und stabile Eigenschaften bei Transistoren
zu erreichen, hat man versucht, die Feuchtigkeit aus den Transistoren auszuheizen,
bevor sie in Kunststoff-, Glas- oder anderen Kolben verschlossen werden. Es hat
sich jedoch als unmöglich erwiesen, bei sehr hohen Temperaturen zu heizen, weil
die üblicherweise verwendeten Drahtmaterialien, z. B. Kupferlegierungen, bei solchen
Temperaturen ihre Spannung verlieren. Jeder nach der Erfindung hergestellte Transistor
kann jedoch in vorteilhafter Weise auch bei hohen Temperaturen ausgeheizt werden,
indem man für die Federn 8 Federmaterialien auswählt, die eine geringe Entspannung
oder einen geringen Spannungsverlust bei hohen Temperaturen erfahren; z. B. gestatten
bestimmte Nickellegierungen (78,50/0 Ni, 14°/o Cr, 6,5°/'° Fe, 0,20/0 Cu, 0,250j0
Mn und 0,25°/o Si oder 74°/o Ni, 150'o Cr, 7% Fe, 0,40;'0 Si, 2,50/0 Ti und 0,90/0
Al oder 700j0 Ni, 14,160/0 Cr, 2,25 bis 2,75°/° Ti, 0,7 bis 1,2°/0 Nb, 0,4
bis 1,00/0 Al, 5 bis 90j0 Fe und 0,3 bis 10/, Mn) und die aushärtbare Legierung
mit den Bestandteilen 98,5°;'° Ni, 0,030/0 Cu, 0,2°/0 Mn, 0,10;`0 Fe, 0,150/0 S1,
0,40/0 T1, 0,350/0 Mg, 0,250j0 C und 0,00501, S eine Verarbeitung bei hoher
Temperatur und behalten trotzdem ihre guten Federeigenschaften. Nickeleisenlegierungen
und einige Siliziumstäbe sind von diesem Gesichtspunkt aus ebenfalls vorteilhaft
zu verwenden.