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AC153 Drahtbruch

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Achim Dassow
 
 
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17.Jun.20 18:37

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Hallo Zusammen,

als mögliche Ursache für den Bruch von Transistor Anschlussdrähten kommen in Frage:

  1. Chemische Reaktionen zwischen Vergussmasse und dem Kupfer der Anschlussdrähte, nachdem die schützende Zinnschicht durch eine äussere Einwirkung eingerissen oder korrodiert ist
     
  2. Korrosion durch Flussmittelreste, die am Anschlussdraht während des Lötens "gewandert" sind. Flussmittel waren in früheren Jahrzenten agressiver, als wie sie das heutzutage sind.
     
  3. Mechanische Kräfte (insbesondere Vibrationen, auch sehr kleiner Amplituden), die die schützende Zinnoberfläche im Laufe der Jahre "aufbrechen" oder gar das innenliegende Kupfer allmählich mit "erweichen".

Zu 1:
Feuchtigkeit, die an der ungeschützten Zinnoberfläche kondensiert könnte die Zinnschicht zerstören und dann das Kupfer korrodieren lassen. Wenn an anderen Stellen im Gerät Feuchtigkeit keine Spuren hinterlassen hat (z.B. Rost), dann ist diese Möglichkeit eher auszuschliessen. Für eine chemische Reaktion zwischen Vergussmasse und Draht müsste ebenfalls, wenn überhaupt möglich, Feuchtigkeit vorhanden (gewesen) sein.

Zu 2:
Da bei Isolationsschläuchen über den Anschlussdrähten zunächst nicht sichtbar ist, ob Flussmittel entlang der Drähte "wandern" konnte, sind die Isolierschläuche zu entfernen und die Draht-Oberfläche muss kontrolliert werden. Da die Anschlussdrähte aber meist relativ lang sind ist diese Möglichkeit der "Flussmittelwanderung" eher unwahrscheinlich.

Zu 3:
Vibrationen, und sind sie noch nicht einmal wahrnehmbar, können über längere Zeitdauer hinweg zum Aufbrechen der Zinnschicht führen, insbesondere an den Übergangsstellen zu einem festen Körper, den das Gehäuse eines Transistors ja darstellt. Restluftfeuchte lässt dann das Kupfer korrodieren und die weiter anhaltenden Vibrationen besorgen dann den Rest.
Da m.E. diese Version am wahrscheinlichsten scheint, müsste überprüft werden, ob die Lötpunkte der Drähtchen (Anschlussplatte o.ä.) möglichst starr mit dem Gehäuse-Befestigungspunkt des Transistors verbunden sind.

Anschlussdrähte von Transistoren waren nicht immer aus verzinntem Kupfer. Ich habe hier noch BC107B im TO-Gehäuse, die wesentlich "steifere" Anschlussdrähte haben. Leider beschrieben (und beschreiben) die Halbleiterhersteller nicht die Materialien der Anschlussdrähte in ihren Datenblättern, was in solchen Fällen durchaus hilfreich wäre.

Gruss

Achim

Bernhard Nagel
Bernhard Nagel
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18.Jun.20 01:41

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Diesen Effekt haben vielleicht einige schon beobachtet: Nach dem Kürzen von Anschlussdrähten an bestimmten Transistoren und Dioden bleiben die Drahtreste am Seitenschneider "kleben" - durch Rest-Magnetismus am Werkzeug! Offensichtlich enthält der Anschlussdraht eine ferromagnetische Legierung im Kern.

Mit einem Ringmagnet aus einer Hörkapsel des Kopfhörers DT48 (Beyerdynamic) und einer Handvoll Transistoren unterschiedlichster Hersteller startete ich eine Versuchsreihe. Welche Halbleiter würden mit ihren Drähten am Magnet haften bleiben?

 

Es wurden Transistoren im Glas-, Metall- und Kunststoffgehäusen, Germanium- und Siliziumtypen überprüft. Getestet wurden auch kleine Dioden in Allglas- und Kunststoffausführung.

 

Ergebnis:
Alle Transistoren im Metall- oder Glasgehäuse werden mit den eher federnden und harten Drähten vom Magnet angezogen. Dabei waren OC44, OC615M, AF116, AC122, AC151, AF201, BCY79, GFT25, OC306... Dioden wie 1N4148, OA70 gehören ebenfalls dazu. Bei runden ICs im Metallgehäuse wie Operationsverstärker 741, Differenzverstärker µA703 ist das ebenfalls der Fall. Die Drähte können vernickelt oder vergoldet sein. Einige ICs im DIL Gehäuse haben ebenfalls magnetisch anziehende "Beine".

Nicht magnetische Drähte haben z.B. BC547 und andere Kunststoff-Typen oder Dioden wie 1N400x. Sie blieben vom Magnet unbeeinflusst. Diese sind auch wesentlich weicher und federn nicht. Ausnahmen sind die Plastik-Transistoren von Texas Instruments wie BC214 und BC264, diese haben ferromagnetische Drähte!

Eine Gemeinsamkeit der magnetisch angezogenen Halbleiterdrähte: Sie haben (bis auf die Kunststoff-TI-Typen) alle eine Glasdurchführung bzw. Einschmelzung der Anschlüsse in Glas. Wahrscheinlich ist die Materialzusammenstellung ferromagnetischer Draht - Glas hier entscheident für die Auswahl gewesen.

Der Ausfall/Drahtbruch des AC153 könnte also durch Rost verursacht worden sein. Bei entsprechendem Klima über Jahre (Taupunkt!) konnte ich sogar an vergoldeten Drähten der Halbleiter Rostbefall beobachten.

This article was edited 18.Jun.20 01:53 by Bernhard Nagel .

Achim Dassow
 
 
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18.Jun.20 19:42

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Gute Idee mit dem Magneten, die Bezeichnung “Eisenkern“ trifft die Sache möglicherweise besser als gedacht.

Nach einem Test verschiedener Transistoren hier zeigt sich ein noch differenzierteres Bild:

 

Transistor

Drahtmaterial

 

Gehäuse M=Metall,

Typ

Innen (NE=Nichteisen)

Aussen

G=Glas, K=Kunststoff

AC106

Fe

Sn/Pb

M

AC107

Fe

Sn/Pb

G/M

AC121

Fe

Sn/Pb

M

AC126

Fe

Sn/Pb

M

AC151

Fe

Sn/Pb

M

AC152

Fe

Sn/Pb

M

AC162

Fe

Sn/Pb

M

OA79

Fe

Sn/Pb

G

OC604

Fe

Sn/Pb

G/M

OC140

Fe

Sn/Pb

M

OC75A

Fe

Sn/Pb

G

AF116

Fe

Sn/Pb

M

AF202

Fe+

Au

M

BC179

Fe+

Au

K

BC107

Fe+

Au

M

BC108B

Fe+

Sn/Pb

M

BC207B

Fe-

Au

K

BC308A

NE

Sn/Pb

K

BC250C

NE

Sn/Pb

K

BC549

NE

Sn/Pb

K

BCY59

Fe

Sn/Pb

M

2N3819

Fe-

Sn/Pb

K

Fazit:

Die Anschlussdrähte enthalten unterschiedlich viel Eisen (Fe), denn die “Zugkraft“ am Magneten unterscheidet sich doch recht deutlich, daher in der Tabelle Fe-, Fe, Fe+ zur Unterscheidung der magnetischen Kraft.
Auch war festzustellen, dass es durchaus Transistoren mit Kunststoffgehäuse (K) gibt, die aber eisenhaltige Anschlussdrähte besitzen, nicht nur bei Texas Instruments.

Bei den OCxxx Typen war feststellbar, dass teilweise trotz Glasgehäuse magnetische Anziehung besteht, also sind im Inneren ebenfalls magnetische Materialien verwendet worden.

Aufschlussreich in Bezug auf den Drahtaufbau wären da Schliffbilder der Drahtquerschnitte, so könnte man feststellen, ob der Aufbau aus Schichten verschiedener Metalle besteht, oder ob Legierungen zum Einsatz kommen.

Bei der Betrachtung der Materialien ist auch festzuhalten, dass Transistoren mit Cu-Drähten etwas besser gekühlt werden können als solche mit Fe-Drähten, da Cu ein deutlich besserer Wärmeleiter ist.

Achim Dassow
 
 
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19.Jun.20 18:21
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Hallo zusammen,

um Missverständnissen vorzubeugen, möchte ich meinen vorherigen Post noch ergänzen:

Dieser ist nicht als Kritik an der Information von Hr. Nagel zu verstehen, sondern als Ergänzung.

Da selbstverständlich auch Nickel als mögliches magnetisches Metall in Frage kommt, muss ich auch dazu etwas klarstellen.
Nickel ist viel zu teuer, als dass man es als massives Material an Anschlussdrähten verwendet.
In Frage kommt Nickel lediglich als (Mikrometerdicke) galvanische Zwischenschicht bei verzinnten oder vergoldeten Anschlussdrähten.

Dazu folgende Information:
Chemische Nickelüberzüge sind lötbar und (obwohl Nickel zu den ferromagnetischen Metallen zählt) nicht ferromagnetisch.

Bei der Vergoldung können nur bestimmte Basismaterialien vergoldet werden.
Beispielsweise lässt sich das häufig wegen der guten elektrischen Leitfähigkeit verwendete Kupfer nicht dauerhaft direkt vergolden, da Kupfer die Tendenz hat, durch die dünne Goldschicht zu diffundieren, sich an der Goldoberfläche anzulagern und dort zu oxidieren (kann bei länger gelagerten Leiterplatten mit Vergoldung passieren).
Das wird verhindert durch mehrlagige galvanotechnische Verfahren, in denen man zunächst auf den Kupferträger eine dünne Schicht aus Nickel galvanisch aufbringt und dann anschließend die Nickelschicht vergoldet (ich habe selbst längere Zeit in der QS einer Leiterplattenfertigung gearbeitet).

Auch Eisen und Stahl werden zunächst verkupfert (wie auch beim Verchromen) oder man taucht sie nach dem Ätzen mit Salpetersäure in etherische Gold(III)-chloridlösung, sofern man nicht die Nickel-Zwischenschicht verwendet.
Um Goldschichten härter zu machen wird in sehr geringen Mengen (<<1%) Kobalt zugesetzt, daher kann auch Kobalt nicht am stärkeren Magnetismus von Anschlussdrähten beteiligt sein.

Woher die grüne Oxidfarbe stammt, dürfte damit wahrscheinlich geklärt sein.

Gruß

Achim

Rüdiger Walz
Rüdiger Walz
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19.Jun.20 21:47

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Lieber Bernhard, 

Deine Beobachtungen mit dem Magneten bestätigen die damals verwendete Technologien. Ursprünglich wurden die Trägerdrähte mit einer winzigen Glasperle fixiert. Dafür wurde der aus der Röhrentechnik schon bekannte Kupfermanteldraht verwendet, der den gleichen Ausdehnungsquotienten wie das verwendete Glas hat, und dessen Kupfermantel sich mit dem Glas verbindet.

Möglicherweise wurde ein leichtschmelzender stärker alkalihaltiges Glas verwendet, dass unter Feuchtigkeitseinfluß den Draht an der Austrittsstelle angreift oder beim Verzinnen hat sich dort Flussmittel abgesetzt.

Im Beitrag von Michael Schott sieht man auf den Makroaufnahmen sehr gut den Eisenkern und den Kupfermantel. Diese Technik wurde bei den frühen Glastransistoren und Transistoren mit Metallgehäuse vewendet, was durch den Magnetismus bestätigt wird.

Bei den Metalltranistoren bekam die Glasperle eine Metallmanschette, die mit dem Gehäusedom nach Einbau des eigentlichen Transsitors verlötet wurde. 

Später benutzte man spezielles Epoxidharz für die Gehäuse und konnte normalen Kupferdraht als Träger einsetzen, der natürlich nicht magnetisch ist.

Rüdiger Walz

Im Nachgang noch einige Bilder aus einem Schaukasten über die Entstehung eines Hf bzw. Nf Transistors

This article was edited 19.Jun.20 23:29 by Rüdiger Walz .

  
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