Hallo, siehe Betreff. Wie werden solche Dioden hergestellt, bzw. wie verhindert man dabei eine zu hohe Temperatur am PN-Übergang?
@ 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?
Wurde vielleicht das Erwärmen für das Glasgehäuse beim Diffusionsprozess mit berücksichtigt?
Danke erstmal. Ich hätte ja noch gedacht, daß das Ganze evtl. so schnell passiert, daß der Halbleiter selbst von der Hitze kaum was mitbekommt. Aber beispielsweise bei so kleinen Gehäusen wie Micromelf dürfte es ja mehr als schwer werden, eine nennenswerte Temperaturdifferenz zwischen Gehäuse und Halbleiter hinzubekommen.
Das Glasgehäuse besteht aus 3 Teilen: Einen Glasrohr und 2 Kovar Drähten die bereits mit einem Glasrohr aus fusing Glas umschmolzen sind. Damit ist die Wärmebelastung nicht so hoch wenn der Siliziumchip eingeschlossen wird.
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
MaWin schrieb: > 2 Kovar Drähten Diese "Drähte" haben bei Micromelf den Innendurchmesser des Glasrohrs (und mehr Durchmesser als Länge). Fast unvorstellbar, daß man irgendeinen Teil dieser Diode auf z.b. 800-1000° erwärmen kann, ohne den Chip auch sehr stark zu überhitzen. Allein nur die Wärmespeicherung des erhitzten Bereichs müsste reichen, die komplette Diode danach auf 300° zu bringen. Evtl. ist es ein Mix aus schneller Bearbeitung und kurzer Übertemperatur, die der Diode nichts ausmacht?
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?
qwertzuiop schrieb: > Fast unvorstellbar, daß man > irgendeinen Teil dieser Diode auf z.b. 800-1000° erwärmen kann, ohne den > Chip auch sehr stark zu überhitzen. Das Glaslot auf den Drähten schmilzt bei 540 GradC.
Jörg Wunsch schrieb: > 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. Alles weiß ich darüber auch noch nicht, aber die Spitzendioden wurden fertig erkaltet noch mal formiert, also mit definierten Strömen in den Halbleiter einlegiert. Die Ausschußquote kenne ich auch gar nicht.
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...
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dumet-wire.gif
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Es gibt aber offenbar auch (wenigstens) eine weitere Methode, ueber das 'einschmelzen' hinaus. (Bildquelle, Diode Precautions for Application Common Item - Renesas documentation.renesas.com/doc/products/diode/rej27g0008_diode.pdf)
20:50 schrieb: > Es gibt aber offenbar auch (wenigstens) eine weitere Methode, > ueber das 'einschmelzen' hinaus. > > (Bildquelle, Diode Precautions for Application Common Item - Renesas > documentation.renesas.com/doc/products/diode/rej27g0008_diode.pdf) Oups. Jetzt ist etwas floeten gegangen. Ja, Bild stammt aus einem anderen Zusammenhang gibt aber ein gutes Stichwort als Einstieg zu einer Suche. "Dumet-Wire" http://www.fdpchina.com/oxidized-dumet-wire.html http://www.dumet.net/diode_grade_dumet_wire.html https://en.wikipedia.org/wiki/Glass-to-metal_seal
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.
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Diese hattest du wohl nicht im Sinn. Aber bei denen weiter oben, glaube ich fast nicht das das Glas wirklich aufgeschmolzen wird, diue Dichtwirkung scheint auf dem Kupferoxid zu beruhen. Kann mich aber auch irren, aber interessant gelegentlich mal solchen Dingen nachzugehen. Bild Quelle http://www.schott.com/epackaging/german/download/index.html Hermetic Packaging and Sealing Technology Handbook (English)
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.
Interessant also doch, danke. ... the casing 40 can be made of glass, ceramic or other nonporous insulative material, and may preferably consist of a glass, having, for example, a working point of less than about 1000 C., and a softening point of less than about 750 C, such as ... .... The entire assembly may then be. suitably heated for a brief period, such as seconds at about 850 to 950 C. This heating temperatur ... ... In practice it has been found, for example, that in devices constructed according to the pres-` ent invention and employing casings of glass, sealing temperatures as high as 950 C. are feasible, Without incurring any undesirable effects on the junction properties.... -------------------- Ergaenzend: Softening Point -> Erweichungstemperatur oder Littleton-Punkt Softening Point - The temperature at which unsupported glass will begin to sag. If the temperature is reduced slightly, the glass will remain in the sagged shape.
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.
Didi S. schrieb: > 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. Kaum, denn die Metallmaske erlaubt es zwar zigtausend Löcher zu machen, aber nicht zigtausend Pellets, denn dann müsste die Maske quasi aus inversen Löchern bestehen, und die haften bekanntlich nicht aneinander.
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.
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. ;)
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Ich sah mal einen Film wie Dioden im Glasgehäuse hergestellt werden. Der Draht mit Kristall und Glasröhrchen saßen auf einer rotierenden Trommel, eine neben der Anderen, im kurzen Abstand, die Dioden drehten sich ebenfalls, so wie man das bei der Blechdosenherstellung/Füllung kennt. Die Dioden wurden an einer Position gleichzeitig von Wasser und einer Gasflamme bestrahlt und so der Draht mit dem Glas verschmolzen. Das ging ganz fix ! Ich denke etwa eine Sekunde pro verschmelzen einer Diode.
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