Wie werden Dioden im Glasgehäuse hergestellt?

@ qwertzuiop (Gast)

>Hallo, siehe Betreff. Wie werden solche Dioden hergestellt, bzw. wie
>verhindert man dabei eine zu hohe Temperatur am PN-Übergang?

Wenn die Diode elektrisch nicht benutzt wird, sind auch 1000°C kein 
Problem. Sas Silizium schmilzt da noch lange nicht und die 
Diffusionsprozesse haben zu wenig Zeit, um bei 1000°C viel zu bewegen.

Falk Brunner schrieb:

> Wenn die Diode elektrisch nicht benutzt wird, sind auch 1000°C kein
> Problem. Sas Silizium schmilzt da noch lange nicht und die
> Diffusionsprozesse haben zu wenig Zeit, um bei 1000°C viel zu bewegen.

Naja, 1000 °C wirft schon einiges an Diffusion an.  Aber Glas schmilzt
schon bei etwas geringeren Temperaturen.

Wirklich interessant ist in der Hinsicht eigentlich die Tatsache, wie
man es seinerzeit bei den höchst empfindlichen Germanium-Spitzendioden
geschafft hat, diese in Glas einzuschmelzen.  Deren Legierungs- und
Diffusionsprozesse waren ja deutlich wackeliger als unsere heutigen
Technologien.

@Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite

>> Diffusionsprozesse haben zu wenig Zeit, um bei 1000°C viel zu bewegen.

>Naja, 1000 °C wirft schon einiges an Diffusion an.

Wie lange ist die Diode auf 1000°C?

>Aber Glas schmilzt
>schon bei etwas geringeren Temperaturen.

Sicher, aber es muss ja eine gewisse Viskosität erreichen. Welche 
Temperaturen da wirklich auftreten weiß ich aber auch nicht :-0

>Wirklich interessant ist in der Hinsicht eigentlich die Tatsache, wie
>man es seinerzeit bei den höchst empfindlichen Germanium-Spitzendioden
>geschafft hat, diese in Glas einzuschmelzen.  Deren Legierungs- und
>Diffusionsprozesse waren ja deutlich wackeliger als unsere heutigen
>Technologien.

Vielleicht verhindert die Wärmekapazität des Kristalls, dass dieser zu 
heißt wird. Der Einschmelzvorgang dauert doch nur ein paar Dutzend 
Millisekunden, oder?

Falk Brunner schrieb:
> Der Einschmelzvorgang dauert doch nur ein paar Dutzend Millisekunden,
> oder?

Ich denke, dass es etwas länger dauern wird.  Allzu schnell kann man
Glas nicht abkühlen, sonst springt es.

>Allzu schnell kann man
>Glas nicht abkühlen, sonst springt es.

Ja und nein. Ich sage nur Prinz Rupert Tropfen!
http://www.youtube.com/watch?v=xe-f4gokRBs

Alles machbar, was mich aber sehr beeindruckt hat, ist die Tatsache, 
dass im Glaszylinder der Chip kreisrund ist. Wer schon einmal mit 
Silizium gearbeitet hat, weiß das Halbleiter gesägt oder gebrochen 
werden. Im Normalfall sind also immer eckige Strukturen gegeben ..... 
nicht so in der Glasdiode.

gruß

Didi S. schrieb:
> dass im Glaszylinder der Chip kreisrund ist.

Bestimmt werden die Chips nach dem Sägen alle einzeln abgedreht in
einer Drehmaschine. :-))

Didi S. schrieb:

> Im Normalfall sind also immer eckige Strukturen gegeben .....
> nicht so in der Glasdiode.

Solarzellen sind auch oft kreisrund...

@ Harald Wilhelms (wilhelms)

>> Im Normalfall sind also immer eckige Strukturen gegeben .....
>> nicht so in der Glasdiode.

>Solarzellen sind auch oft kreisrund...

Gestanzt? Rausgelasert? Mit Diamant geritzt und gebrochen?

Harald Wilhelms schrieb:
> Didi S. schrieb:
>
>> Im Normalfall sind also immer eckige Strukturen gegeben .....
>> nicht so in der Glasdiode.
>
> Solarzellen sind auch oft kreisrund...

Weil Solarzellen oft ganze Wafer sind. Dioden eher nicht...

Florian V. schrieb:
> Weil Solarzellen oft ganze Wafer sind.

Die größeren dabei auch nicht mehr monokristallin.  Die werden in die
passende Form gegossen, soweit ich weiß.

Vor langen Jahren wurde die Herstellung von GE-Spitzen-Dioden
in einem SW-Film mal im TV gezeigt.
An mehr kann ich mich aber nicht mehr erinnern.
Wenn die Kennlinie nach mechanischem justieren gepasst hat,
gabs einen kurzen Stromstoß.Vorher wurde wohl das Glas-Gehäuse
noch zugeschmolzen.

noch mal einen Nachschlag zu meine Frage von gestern: Wie bekommt man 
die Siliziumscheiben in Form kleiner runder Chips (Pellets), die dann in 
den Glasröhren eingesetzt werden?

Antwort: mittels Sandstrahlen

Das ist kein Witz. Auf einer großen Siliziumscheibe wird eine 
Metallmaske aufgebracht und dann die Scheibe in einen 
Sand-/Siliziumstrahl gelegt. Innnerhalb kurzer Zeit können 250.000 
runder Chips in einem Prozeßschritt hergestellt werden. Als ich das sah, 
war ich schon beeindruckt. Übrigens ist der Sand wohl temperiert. Die 
Pellets müssen nicht nachgearbeitet werden und können direkt verbaut 
werden.

Gruß

@ Didi S. (kokisan2000)

>noch mal einen Nachschlag zu meine Frage von gestern: Wie bekommt man
>die Siliziumscheiben in Form kleiner runder Chips (Pellets), die dann in
>den Glasröhren eingesetzt werden?

Wozu macht man das? Damit man die Diodenchip in kleinere Gehäuse 
bekommt?

Ich hab vor einiger Zeit mal ein paar Leistungsdioden geknackt, 
Durchmesser 3-8mm, die hatten alle sechs (oder acht?) eckige Chips drin.

Mit Hilfe von Sandstrahlen kann man in sehr kurzer Zeit sehr viele 
Einzeldioden herstellen. Alle anderen Techniken kosten deutlich mehr 
Zeit und erhöhen damit den Verkaufspreis.

MaWin, klar hast Du Recht auf dem ersten Blick. Ich kann nur sagen, daß 
nacheinander von zwei Seiten gestrahlt wurde und auf Ober- und 
Unterseite unterschiedliche Masken verwendet wurden. Am Ende des 
Prozesses lagen viele tausend Diodenscheibchen in einem Glasgefäß, 
bereit zur weiteren Verarbeitung.

@MaWin (Gast)

>aber nicht zigtausend Pellets, denn dann müsste die Maske quasi aus
>inversen Löchern bestehen, und die haften bekanntlich nicht aneinander.

Ein lösbares Problem, wie es diverse Matritzen für Strangpressprofile 
und Nudeln zeigen. Der Trick liegt in der 3. Dimension, dort kann man 
die Halterungen rausführen. Ob das bei Wafern wirklich so gemacht wird 
weiß ich nicht.

>einen Nachschlag zu meine Frage von gestern: Wie bekommt man
>die Siliziumscheiben in Form kleiner runder Chips (Pellets), die dann in
>den Glasröhren eingesetzt werden?

Kann es sein, daß es Dir nur so rund erscheint? Eigentlich ist nur der 
Träger (breitgequetschtes Drahtende, das in den Glaskörper reingeht) 
rund, und auf dem dann der kleinere, eckige Chip gelötet. Manchmal sitzt 
der Chip noch in einer Vertiefung auf dem Träger, so daß dessen Ecken 
vielleicht nicht mehr so gut sichtbar sind.

@Didi S. (kokisan2000)

>Antwort: mittels Sandstrahlen

>Das ist kein Witz. Auf einer großen Siliziumscheibe wird eine
>Metallmaske aufgebracht und dann die Scheibe in einen

da muß das aber schon eine ziemlich harte Metallmaske sein (härter als 
das Si selbst, welches ja schon recht hart ist). Sonst kannst nach jeder 
Scheibe eine neue Maske nehmen.

Hallo Jens,

die kleinen Siliziumscheiben sind kreisrund. Aufgrund des mechanischen 
Bearbeitungsprozesses ist der äußerste Randbereich kristallografisch 
zerstört und damit elektrisch hochohmig.

Auch der weitere Zusammenbau war sehr interessant. Es gab eine Vielzahl 
von Schüttelrahmen mit vielleicht 400x400 Positionen für die Dioden. Die 
einzelnen Komponenten wurden in diese Rahmen gekippt und durch Rütteln 
haben sich die jeweiligen Komponenten in die vorgesehen Löcher richtig 
abgesetzt. Was an Material zuviel im Rahmen war und keine Position fand 
wurde später abgestreift. Dann wurde der nächste Rahmen aufgesetzt und 
die nächste Komponente in den Rahmen gegeben und in die einzelnen 
Positionen geschüttelt. So wuden auch die vorgefertigten Gläschen in 
Position gebracht. Übigens hatten die Dioden im inneren keine 
Drahtanbindung, sondern die Siliziumscheibe wurde beidseitig durch runde 
Kupferscheiben kontaktiert. Eine Dame schaffte in vielleicht 5 Minuten 
so alle Komponenten sandwichartig zu stapeln und im Stapelrahmen zu 
positionieren. Danach gab es verschieden Temperaturprozesse des 
kompletten Rahmens mit den Diodenbausätzen. Am Ende hatte man viele 
tausend Dioden, die nur noch aus dem Rahmen geschüttelt weden mussten. 
Die Beinchen wurden in einem späteren Prozeß bei Bedarf angeschweisst.

Die Produktion läuft bis heute in Europa und ist absolut 
konkurrenzfähig.

Falk Brunner schrieb:
> Wie lange ist die Diode auf 1000°C?

Das ist eine gute Frage. Ein Standard-Diffusionsprozess dauert bei uns 
in der FAB bei ca. 900-1020 °C lediglich ~6h bis ~17h, je nach 
Diffusionsgrad usw. Da kann man so ne Kennlinie schon böse verschieben 
wenn man den Chip ne Minute auf 1000 °C hoch treibt... :(

@ Michael Köhler (sylaina)

>Das ist eine gute Frage. Ein Standard-Diffusionsprozess dauert bei uns
>in der FAB bei ca. 900-1020 °C lediglich ~6h bis ~17h, je nach
>Diffusionsgrad usw. Da kann man so ne Kennlinie schon böse verschieben
>wenn man den Chip ne Minute auf 1000 °C hoch treibt... :(

??
1 Minute / 6 h = 0,27%

Und ich vermute, dass die Zeit stark nichtlinear eingeht, was die 
Wirkung weiter abschwächt. Ausserdem dauert das Einschmelzen nicht mal 
ansatzweise 1 Minute, eher Richtung 1s. Sagte ich bereits.

Ja mit den Smilies muss ich noch üben, Falk ;)

Falk Brunner schrieb:
> Und ich vermute, dass die Zeit stark nichtlinear eingeht, was die
> Wirkung weiter abschwächt.

Nö, die Zeit geht linear ein.  Die Temperatur geht aber stark
nichtlinear ein (3. Potenz, so ich mich an meine Technologievorlesungen
noch recht erinnere).

Jörg Wunsch schrieb:
> Nö, die Zeit geht linear ein.

Aber nur bei einer unerschöpflichen Dotierstoffquelle und an der 
Oberfläche, hat man bei einer Diode aber eher weniger. Da ist die 
Dotierstoffquelle erschöpflich und es geht in die Tiefe und spielt sich 
nicht nur an der Oberfläche ab. Alleine schon bei der Dotierung in die 
Tiefe (das meint schon den dreistelligen Nanometer-Bereich) geht die 
Zeit quadratisch ein, d.h. um die Dotierung zu verdoppeln muss man vier 
mal länger warten. Umkehrschluss daraus: Je tiefer die Dotierung kommt 
desto stärker wird die Dotierung gebremst. ;)