Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Elektronikrelaterade (på komponentnivå) frågor och funderingar.
Användarvisningsbild
Wirewrap
EF Sponsor
Inlägg: 300
Blev medlem: 27 januari 2016, 19:29:14
Ort: Södertälje

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av Wirewrap »

Kul,
jag har kvar min första OC71, köpt från Classe på 60talet för ca 10 SEK.

Alla halvledarövergångar är känsliga för fotoner som kan slå loss elektron-hålpar.
Backspänd övergång får ökad läckström.
Tomgående övergång visar en spänning typ solcell.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av E Kafeman »

Glas som kapsling har flera anledningar.
I gamla tider var passivationlagret inte helt komplikationsfritt att lägga på och bidrog till kostnaden.
Passivations-lagret skulle bl.a. skydda från luftens oxidation.
Glas är då gas-tätare material än t.ex. plast vilket gav längre livslängd innan oxidationen började påverka.
Ett annat problem man hade var att transistorn/dioden blev varm och behövde monteras mot en kropp för att bättre avleda värmen.
Den högre temperaturen gjorde att den även kunde specas för en högre ström.
För att kunna avleda värmen var glas utmärkt då det hade samma värmeexpansion som halvledar-keramiken vilket minskade risken för spänningar eller mekaniska skador.
En 1N4148 är ok att använda upp till 200C medan t.ex. en bakelitkapslad 1N4001 bara tål 150C.

Fila toppen av BC107 och limma dit en glödlampa och stoppa in det i ett svart rör var en vanligt förekommande typ av optokopplare innan dessa eller lysdioder fanns.
2N3055 kan agera både solcell och lysdiod om man lyfter av höljet. Transistorn avger IR i NP-övergången vilket kan ses genom en kamera.
Kör man tillräckligt med ström kan bondtrådarna av guld börja glöda i ett grön/rött skimmer.
Användarvisningsbild
JimmyAndersson
Inlägg: 26308
Blev medlem: 6 augusti 2005, 21:23:33
Ort: Oskarshamn (En bit utanför)
Kontakt:

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av JimmyAndersson »

Cosmox:
Kul idé!

Jag testade en 1N4148 men den gav väldigt lite spänning. Knappt märkbart på oscilloskopet.

Ska leta fram en germaniumdiod vid tillfälle.

Undrar vilken sorts diod ger högst spänning…
(Och fungerar udda saker som likriktarbrygga? BC547? En logikkrets?)
Användarvisningsbild
breflabb
Inlägg: 3521
Blev medlem: 8 oktober 2014, 17:00:54
Ort: 59.466579, 16.506872

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av breflabb »

rvl skrev: 2 december 2021, 19:37:30 Har för mig att ha läst om att såga toppen av en typ 2N3055 och använa som solcell.
Här är den som fototransistor. Det funkar kanonbra
IMG_20211203_002309.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av E Kafeman »

Använd komponenter med stor substrat-yta för effektivast detektering av foton-strömmar med voltmeter.
Germanium har bara halva bandgaps-spänningen jämfört med kisel.
De första riktigt effektiva fototransistorerna var baserade på Galliumarsenik (GaAs) och transistortypen kallas FET.
Dess bandgap-spänning är betydligt högre än för kisels-transistorer och de har betydligt högre möjligheter till elektron-rörlighet.
FET's gate relativa strömförstärkning är därför mycket hög jämfört med bas-strömmen på en vanlig kisel eller germaniumtrissa.
Däremot hämmas transistortypen mycket i frekvensområde då kapacitiva strömmar blir stora relativt andra strömmar.
En av dess fördelar som fotonuppfångare är att den har obetydligt bandgaps-knä att övervinna relativt kiselbaserade kretsar innan den kan omvandla fotonströmmar till elektrisk ström.
De vanligaste typerna av solceller är därför oftast GaAs-baserade, för bästa effektivitet.

Vill man absolut kolla på FET så finns t.ex. IRF240 i TO-3 kapsel relativt billigt och är lättöppnad.
Det går då sedan styra dess gate mha av yttre ljuskälla.
cosmox
EF Sponsor
Inlägg: 3854
Blev medlem: 6 januari 2004, 02:11:54
Ort: Hjälteby - Tjörn

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av cosmox »

Tack för intressant info E Kafeman!
Användarvisningsbild
HUGGBÄVERN
Tidigare soundbrigade
Inlägg: 32629
Blev medlem: 23 augusti 2006, 22:44:11
Ort: Lilla Paris
Kontakt:

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av HUGGBÄVERN »

Vi mätte på Ge- och Si-stavar när jag pluggade fysik. Vi sköt på centimeterlånga stavar med laser och fick loss lite laddning som vi sedan studerade genom att spänningssätta staven. Det var just hur pulsen diffunderade vi mätte men vi fick vara snabba för staven fick inte bli för varm.
Användarvisningsbild
Henry
Inlägg: 23588
Blev medlem: 20 april 2005, 02:52:47
Ort: Lund

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av Henry »

En sak jag däremot undrat över är hur de kan kapsla in de i glas för jag menar glas smälter ju vid en rätt bra temp som man tycker borde förstört chipet.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av E Kafeman »

Det är IBM som i ett patent från början av 1960-talet beskriver grund-processen att lägga på glas som passivation.

Man lägger på glas vid en temperatur på 700-900C. Chippet klarar det då det i princip är helt i porslin som i förväg innan glaspåläggningen är förvärmt till denna temperaturen för att inte skapa termisk chock och eventuella bondtrådar är svetsade så de lossnar inte.
Chippet är innan glasbeläggningen elektroplätterad med ytor som underlättar termiska sammansmältningen med glas resp ytor som ska ges extra isolation då glasets ledningsförmåga när det är varmt kan bli påtagligt. Det handlar då om den värmen som i efterhand uppstår vid vanlig drift upp till 200C.
Man kan lägga på flera olika sorters glas (t.ex. bly/bismuth) för att skapa önskade effekter och man kan skapa gasbubblor för vanligen germanium-dioder där ena chip-ytan måste var frilagd och fri från yttre spänningar.
Tillsats av bly gör glaset mer flexibelt och bismuth sänker smälttemperaturen på glas. Man kan skapa bismuth-glas som börjar smälta redan vid 450C, nästan så det går smälta med lödpenna. Finns många andra sorters tillsatser för att åstadkomma olika effekter.

Exempel på germanium-diod där man ser gasbublan med tråden som ska isolera chippets yta från mekanisk stress:
crystal-radio-germanium-diode.gif
Beroende på typ av glas kan det fodras efter att glaset lagts på att man i en timme kyler glaset till rumstemperatur på kontrollerat sätt då annars glaset blir för skört och kan splittras om avsvalningen går för fort.

Ett problem är de yttre anslutningstrådarna vars termiska och mekaniska rörelser kan skada glaset.
Oftas finns en kortare övergångstråd från chippet och evt bondtråd till yttre anslutningsbenet, en tråd i ren koppar som kan ta upp en del rörelsestress. Förbindelse mellan trådarna är ofta en slags lödning istället för svetsning.
Yttre anslutningstrådarna behandlas i förväg för att glaset ska vilja skapa en gastät kontaktyta med metalltrådarnas yta. Tråden består i vanligen av koppar med järnkärna som inte har samma termiska utvidgning som glas varför det lätt blir stora spänningar i glaset efter avsvalningen.
Detta gjorde att man för de tidigare glas-dioderna var tvungen att använda särskilda benbockare för att inte spänningarna skulle bli så stora att glaset sprack runt anslutningstråden.
Rekommendationen att aldrig handbocka benen gäller fortfarande för i synnerhet zener-dioder där det nästan alltid uppstår mikroskopiska skador på glaset vid "fingerbockning" nära glaskroppen. Som ett extra skydd är järnkärnan för många komponenter med glaskropp legerad för att bli mer motståndskraftig mot böjningar.

Typexempel på riktigt styva trådar från glaskropp hittas ofta på REED-switchar där det inte finns några mellan-anslutningar som tar upp trådstress:
reed2.jpg
Har läst någonstans att, trots helt nya dioder, vid koll hittade man tydliga mikrosprickor i mer än hälften av glaskropparna.
Korta ben och benbockar utan böjradie kan ge termiska stress som kan ta livet av 1N4148 vid omild behandling.
Somlig komponenter ger man medvetet extra tunna yttre anslutningsben för att förhindra allt för hårdhänt behandling.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
Henry
Inlägg: 23588
Blev medlem: 20 april 2005, 02:52:47
Ort: Lund

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av Henry »

Tack för infon, det var ungefär som jag tänkte men trodde inte de klarade några 700 grader men 450 är dock bra lägre och vet att det finns lågsmältande glas. Ingen direkt enkel process även om de förstås massproduceras idag, intressant.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av E Kafeman »

700 grader är inte någon kritisk temperatur.
Silkonbäraren smälter vid 1400 grader.
Det vanligaste problemet är inte värmen i sej utan varaktigheten på värmen som får olika oxider och dopingmaterial att åldras.
Guld och germanium är lågtemperatur som åldras påtagligt över 700C och bägge smälter kring 1000 grader. Åldringen kan ske trots att mycket av tillverkningsprocessen är utan närvaro av syre.
Al2O3, arsenik och boron uppvisar olika åldringsproblem strax under 1000 grader.
Detta trots att t.ex. Al2O3 aluminium(III)oxid smälter någonstans över 2000C. Bl.a. kan Al2O3 sönderfalla till Al2O vid 900-1000C trots vakuum, men är mer långtidsstabilt över och under den temperaturen i vakuum.
Mycket handlar också om hur fritt man kan hålla ämnena från föroreningar. En aldrig så liten gnutta felkomna atomer vid plätteringsprocessen kan vara förödande för åldring av olika material, även för silikonbäraren som bl.a påverkas lätt av koppar.

Eftersom glas lätt spricker om det kyls för fort vill man kyla långsamt, tidsperiod kan vara en timme, vilket är i motsats till somliga andra material som man vill kyla snabbare för att minska risken för materialförändringar genom åldring.

Det finns också ett intresse för att glaset ska vara lätt-runnet och ordentligt varmt när det är smält för att undvika att det skapas bubblor och själva chippet förvärms till samma temperatur som glaset för att hindra temperaturchock. Förvärmningen är också ett problem då man inte vill att de olika oxidlagerna ska snabb-åldras av värmen.
Det är rätt fantastiskt att man kan tillverka 1N4148 för några ören med tanke på all teknik och tillverkningsprocess som behövs för att en så "simpel" komponent ska få lång livslängd och stabila egenskaper.
Användarvisningsbild
Henry
Inlägg: 23588
Blev medlem: 20 april 2005, 02:52:47
Ort: Lund

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av Henry »

Ja verkligen, det är mycket involverat i processen men ändå bara struntsummor.
Palle500
Inlägg: 4484
Blev medlem: 6 juni 2015, 14:53:06

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av Palle500 »

Använd även rätt avbitare så att det inte blir sprickor i glaset.
Skall endast vara slipade på ena sidan som riktas från glaskroppen.
Användarvisningsbild
Henry
Inlägg: 23588
Blev medlem: 20 april 2005, 02:52:47
Ort: Lund

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av Henry »

Precis, brukar även använda en vanligt sax.
MiaM
Inlägg: 9912
Blev medlem: 6 maj 2009, 22:19:19

Re: Varför är vissa dioder gjorda av glas?

Inlägg av MiaM »

Man ska väl komma ihåg att plast var inte lika vanligt som material i allmänhet på 50-60-talet jämfört med på 70-80-talet. Samtidigt så användes glas till radiorör så elektronikkomponenttillverkare var vana vid det materialet. För att kapslingen inte ska bli otät så bör plasten ha samma termiska expansion som metallen. Detta var redan utrönat för glas för radiorören, så inget behövde egentligen forskas där.

2N3055 sägs orka ge 20mA 0,7V på varje PN-övergång vid gott om solsken.

Jag har läst att solelpaneler ska tydligen lysa svagt rött om man matar in spänning till dem när det är mörkt ute :)

Jag har för länge sen kapat av locket på BC107/109 för att få en budget-fototransistor. Minns att jag använde detta både för att kontrollera att exponeringstiden stämde på en kamera, och senare för att bygga en slavblixttrigger. Dagens värdelösa vetande härmed förmedlat :)
Skriv svar