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Verfahren zum Verschließen von Gehäusen für elektrische Halbleiteranordnungen
mittels Erwärmung Da Kristallrichtleiter, beispielsweise aus Germanium, Silizium
oder Verbindungen der Elemente der III. und V. oder II. und VI. Gruppe des Periodischen
Systems, sehr empfindlich gegen Feuchtigkeitseinflüsse sind, ist man neuerdings
dazu übergegangen, sie in eine Glashülle einzubauen, welche gegebenenfalls evakuiert
ist. Als besonders günstig hat sich die Form der Ganzglasausführung erwiesen, bei
der die Träger für den Halbleiterkristall und die Zuführungen zu den Elektroden
in Glas eingeschmolzen sind.
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Hierbei bereitet es aber erhebliche Schwierigkeiten, die Spitze der
Elektrode bzw. die Spitzen oder Schneiden der Elektroden, falls mehrere in einer
Richtleiter-, Transistoranordnung od. dgl. vorhanden sind, in geeigneter Weise auf
die Halbleiterkristalloberfläche aufzusetzen und in der gewünschten Stellung zu
halten, so daß sich eine optimale Gleichrichtung bzw. Transistorwirkung ergibt.
Es hat sich gezeigt, daß sich beim Verschließen der Glasgefäße mittels Erwärmung
im allgemeinen eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften derartiger Richtleitergeräte
ergibt oder daß mindestens ein erheblicher Ausschuß bei der Serienfertigung vorhanden
ist. Es ist bereits bekannt, diesem Nachteil dadurch zu begegnen, daß man zwischen
Glasdurchschmelzung und Halbleiterkristall eine gewisse Entfernung beläßt, so
daß
die erst durch Wärmeleitung an den Kristall gelangende Erwärmung in zulässigen geringen
Grenzen bleibt. Dies erfordert jedoch erstens einen unnötigen Aufwand, und zweitens
wird hierdurch das Gehäuse der Richtleiteranordnung vergrößert. Die der Erfindung
zugrunde liegenden Versuche haben gezeigt, daß diese Nachteile und Schwierigkeiten
hauptsächlich durch die Wärmeausdehnung der verwendeten Teile und ihre Zusammenziehung
beim Abkühlen nach dem Zusammenschmelzen hervorgerufen werden, indem sich der Kontaktdruck
der Elektrodenfeder gegen die Halbleiteroberfläche verändert und sich teilweise
auch die Lage der Elektrodenspitze verschiebt.
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verschließen von
Gehäusen für elektrische, gegen Wärmeeinflüsse empfindliche Halbleiteranordnungen
mittels Erwärmung, das diese Nachteile vermeidet. Erfindungsgemäß werden das Gehäuse
und die in dieses einzubauende Anordnung beim Zusammenbau so gehaltert, daß das
Gehäuse und die einzubauende Anordnung während der Erwärmung der Schmelzstelle sich
infolge der Längenausdehnung derart in der gleichen Richtung bewegen, daß sich dadurch
während der Erwärmung ihre relative Lage zueinander nicht ändert. Es wird also die
beim Erwärmen der Verschlußstelle sowie die nachträglich beim Wiederabkühlen der
Anordnung auftretende Längenänderung durch besondere Mittel kompensiert. Gemäß einer
besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens wird dies dadurch erreicht, daß die
Halterungsvorrichtung für die Richtleiteranordnung während der Erwärmung der Schmelzstelle
in demselben Maße erwärmt bzw. ausgedehnt wird wie die Kristallanordnung; hierdurch
werden die durch die Erwärmung in der Richtleiteranordnung auftretenden Dilatationen
selbsttätig ausgeglichen. Eine andere Ausbildung des Erfindungsgedankens besteht
darin, daß eine entsprechende Halterungsvorrichtung von entgegengesetztem Ausdehnungskoeffizienten,
beispielsweise eine Bimetallanordnung, vor die Richtleiteranordnung vorgeschaltet
ist, so daß auch auf diese Weise sich eine gegenseitige selbsttätige Kompensation
der beiden Ausdehnungen ergibt, wenn sowohl die Richtleiteranordnung als auch die
Kompensationseinrichtung in gleicher Weise erhitzt werden. Hierbei kann entweder
in der Weise vorgegangen werden, daß sowohl Richtleiteranordnung als auch Kompensationsvorrichtung
gleichzeitig, vorzugsweise mit derselben Wärmequelle, auf dieselbe Temperatur erhitzt
werden, oder aber es kann die Kompensationseinrichtung derart konstruiert und dimensioniert
sein, daß sie eine entsprechend höhere Kompensationsausdehnung bzw. -zusammenziehung
bei einer geringeren Erwärmung bzw. Abkühlung bewirkt.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens wird ein Glas
von verhältnismäßig niedrigem Schmelzpunkt angewandt, wodurch von vornherein eine
übermäßig starke Temperaturbeeinflussung der Halbleiteranordnung in bezug auf den
mechanischen Kontaktdruck sowie in bezug auf das elektrische Verhalten der Oberfläche
weitgehend herabgemindert und kompensiert ist. Das verwendete Glas sollte einen
Schmelzpunkt haben, der an der unteren Grenze oder sogar etwas unterhalb derjenigen
von Glasmaterialien liegt, wie sie sonst für Röhrenzwecke verwendet werden. Als
besonders zweckmäßig hat sich ein Glas erwiesen, dessen Bleigehalt zwischen 24 bzw.
26 und 33%, möglichst bei ungefähr 3o%, liegt, welches also Eigenschaften eines
Einschmelzglases besitzt. Auch diese Maßnahme der Glaswahl kann an Stelle oder zusätzlich
zu den oben vorgeschlagenen Verwirklichungen des Erfindungsgedankens angewandt werden.
Auf Grund der Maßnahme nach der Erfindung ist es unter Umständen möglich, auf jeglichen
toten Raum im Glasgefäß für eine Richtleiter- oder Transistoranordnung zu verzichten
oder mindestens diesen toten Raum möglichst gering zu halten.
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Inder Zeichnung ist eine Anordnung zur Ausübung des Verfahrens nach
der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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I und 2 sind zwei Klemmvorrichtungen, die mittels Mikrometerschraube
3 und Zahnstange 4 gegeneinander verstellt werden können. Die beiden Klemmvorrichtungen
I und 2 dienen zur Halterung der Zuführungsdrähte 5 und 6 einer Richtleiteranordnung
7 mit insgesamt zwei Elektroden. Die Richtleiteranordnung besteht im wesentlichen
aus dem Halbleiterkristall 8, an den der gleichzeitig als Durchführung dienende
Zuführungsdraht 5 angelötet ist, und einer Elektrodenspitze 9, die in bekannter
Weise an das Ende des Durchführungsdrahtes 6 angeschweißt ist und unter einem bestimmten
Kontaktdruck auf die Oberfläche des Halbleiterkristalls 8 aufzusetzen ist. Die Halterungsteile
I und 2 sind erfindungsgemäß durch einen keramischen Teil II miteinander verbunden,
welcher den Ausdehnungskoeffizienten besitzt, wie die Glashülle Io der Halbleiteranordnung.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Zunächst wird der Draht
5, auf dem der Kristall 8 befestigt ist, in das eine Ende des Glasröhrchens Io eingeschmolzen.
Dann wird der Zuführungsdraht 6, an dem sich bereits die Kontaktfeder 9 befindet,
mit einer Glasperle I2 umgeben und jeder der beiden Teile, nämlich der Draht 5 mit
der Hülle Io und dem Kristall 8 einerseits und der Draht 6 mit der Perle 12 und
der Kontaktfeder 9 andererseits, in die beiden Haltevorrichtungen i und 2 eingesetzt.
Mittels einer Wärmequelle, die nach dem Ausführungsbeispiel aus den Gasbrennern
13 und 14 besteht, wird die Glasperle 12 in die Hülle 1o eingeschmolzen und gleichzeitig
derKeramikkörper i i derart erwärmt, daß die beim Einschmelzen der Perle 12 auftretende
Wärmeausdehnung in der Richtleiteranordnung durch die Ausdehnung des Keramikkörpers
i i gerade kompensiert wird. Nach dem Einschmelzen kühlt sich die ganze Anordnung
wieder ab, wobei sich ebenfalls die beiden Ausdehnungen wieder rückgängig machen.
Es ist hierbei darauf zu achten, daß nicht nur die beiden
Teile,
nämlich die Halbleiteranordnung und der Kompensationskörper, gleiche Ausdehnungskoeffizienten
besitzen, sondern gleichzeitig auch die gleichen Erwärmungs- und Abkühlungszeiten
haben. Dies ist durch entsprechende Wahl der Wärmekapazität und der äußeren Erwärmung
bzw. Abkühlung des Kompensationskörpers zu erreichen.