<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het vervaardigen van een plaat van elektrisch isolerend materiaal met een patroon van gaten en/of holtes.
De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een plaat van elektrisch isolerend materiaal met een aantal in een patroon gerangschikte holtes en/of gaten.
Dergelijke platen, die in het bijzonder van harde, brosse materialen zoals glas of keramisch materiaal kunnen zijn gemaakt, vinden in het bijzonder toepassing in electro-luminescerende gasontladingsdisplays, zoals plasmadisplays, in veldemissiedisplays, in kathodestraa1displays en in displays waarin electronen in kanalen met wanden van elektrisch isolerend materiaal gepropageerd worden (z. g. electronenfiberdisplays), waarbij de gaten of holtes dienen voor het manipuleren van electronenstromen.
Ze kunnen uitgevoerd zijn als (multi-apertured) controleplaat en voorzien zijn van (adresseerbare) electrodes die met de gaten samenwerken, als transportplaat met een aantal evenwijdige holtes (transportkanalen), of als van gaten voorziene afstandplaat (b. v. tussen een controleplaat en het luminescerende scherm van een luminescerend display).
In US Patent 4, 388, 550 wordt een luminescerend gasontladingsdisplay beschreven. Hierin is een controleplaat nodig die de individuele beeldpunten controleert.
Deze controleplaat verdeelt de binnenruimte van zulke displays in twee gebieden, een plasmagebied en een naversnellingsgebied. Hij bevat een "geperforeerde" plaat met aan een zijde een lijnenrangschikking en aan de andere zijde een kolommenrangschikking van metalen geleiders of electrodes die de perforaties omgeven of er langs lopen.
Hiermee kunnen electronen selectief vanuit het plasmagebied door de gaten heen naar het naversnellingsgebied getrokken worden en het luminescerende scherm treffen.
Andere gasontladingsdisplays bevatten bijvoorbeeld platen met (tegenover elkaar liggende) holtes.
In het geval van een controleplaat wordt het aantal perforaties of gaten in een plaat van het hierboven beschreven type bepaald door het aantal gewenste
<Desc/Clms Page number 2>
beeldpunten.
Bij hedendaagse televisielijnscan-patronen heeft men bijvoorbeeld te maken met ongeveer 500 x 700 beeldpunten met een horizontale steek van 0, 5 mm, en een verticale steek van 0, 7 mm. Deze bepalen het gatenpatroon dat in de controleplaat van elektrisch isolerend materiaal moet worden aangebracht.
Uit EP 0 562 670 is het bekend dat deze patronen met behulp van een van gaten voorzien masker en een poederstraalbewerking vervaardigd kunnen worden. Door het grote verschil in afnamesnelheid tussen het maskermateriaal en het materiaal van het voorwerp waarin een gatenpatroon moet worden aangebracht (in het bijzonder glas) is dit proces mogelijk. Een probleem dat bij het gebruik van een los (metalen) masker blijkt op te treden is echter dat het masker tijdens het stralen vervormt, c. q. bol gaat staan, met als gevolg o. a. dat het niet meer goed aanligt op het van een patroon te voorziene product, wat ten koste gaat van de nauwkeurigheid van dat patroon.
Een ander nadeel van vervormen is dat een verandering van de absolute maten van het masker ten gevolge van vervorming maakt dat het niet meerdere malen bruikbaar is.
De uitvinding heeft ten doel een (bij voorkeur eenvoudige) werkwijze voor het vervaardigen van een plaat, die in het bijzonder geschikt is voor de hierboven beschreven toepassingen, te verschaffen die de genoemde problemen vermindert.
De werkwijze volgens de uitvinding wordt daartoe gekenmerkt doordat het patroon gemaakt wordt met behulp van de volgende stappen : - het produceren van tenminste een straal die abrasieve poederdeeltjes bevat ; - het richten van de straal op een oppervlak van de plaat ; - het beperken van de gebieden waar de straal het oppervlak treft ; - het uitvoeren van een relatieve beweging tussen de straal en de plaat ; waarbij voor het beperken van de gebieden waar de straal het oppervlak treft een masker wordt gebruikt dat op z'n oppervlak waar de straal op invalt is bedekt met een laag die de hoeveelheid energie die door de bestraling met de poederdeeltjes in het masker wordt gedissipeerd
<Desc/Clms Page number 3>
vermindert.
De uitvinding berust op het inzicht dat het vervormen, c. q. kromtrekken, een gevolg is van het feit dat er door de poederdeeltjes energie in het masker wordt
EMI3.1
gedissipeerd wat tot opbouw van spanningen leidt, en dat dit probleem in aanzienlijke mate kan worden verminderd indien een laag op het masker wordt aangebracht die voldoende dik en elastisch is om dissipate van energie in het masker te voorkomen.
Geschikte materialen voor deze laag zijn bijvoorbeeld zachte laksoorten, in het bijzonder zogenaamde soft-touch lakken. Dit kunnen bijvoorbeeld lakken op polyurethaanbasis of epoxybasis zijn. Deze kunnen op eenvoudige wijze vooraf door middel van spuiten op het masker worden aangebracht. De laag moet dik genoeg zijn om de energie van de poederdeeltjes op te kunnen nemen. In veel gevallen betekent dit dat de laag tenminste een dikte moet hebben die overeenkomt met de grootte van de poederdeeltjes. Bij gebruik van poederdeeltjes met een grootte van bijvoorbeeld 25 micron dus tenminste een dikte van ongeveer 25 micron. Wil men nauwkeurige patronen krijgen dan mag de dikte van masker + coating niet te groot worden. In het algemeen betekent dit dat de coating een dikte van 100 micron niet overschrijdt.
Het is van belang dat de genoemde laag een voldoende bestandheid tegen het straalproces bezit. Soft-touch lakken blijken deze bestandheid in zekere mate te bezitten. Het gebruik van een (top) laag met een kleverig oppervlak biedt extra
EMI3.2
voordelen, want de bij het straalproces gebruikte poederdeeltjes blijven dan in het kleverige oppervlak plakken en geven een extra bescherming, hetgeen de levensduur ten goede komt. Bijvoorbeeld fotolijm en andere kleverige lijmen zijn voor dit doel geschikt.
In plaats van op een los masker kunnen de hiervoor genoemde materialen direct op het van een patroon te voorziene voorwerp aangebracht worden en na gepatroneerd te zijn als masker dienen.
Zeer geschikt blijkt echter het gebruik van een geperforeerde (in het bijzonder metalen) plaat als masker te zijn. Door toepassing van de uitvinding blijven de maten behouden en kan deze een aantal malen gebruikt worden. Zonodig kan men voordat het masker een volgende maal gebruikt wordt de laag herstellen of vernieuwen.
Bij gebruik van een losse metalen of kunststof plaat als masker is het van voordeel om deze op de te stralen plaat vast te kleven. Hiervoor kan men een kleefmiddel gebruiken dat zich gemakkelijk laat verwijderen. (Kleefmiddelen op
<Desc/Clms Page number 4>
glucosebasis laten zieh bijvoorbeeld gemakkelijk met water verwijderen.) Een alternatief is om voor het masker een plaat uit een magnetiseerbaar metaal te gebruiken, bijvoorbeeld Fe, en deze met behulp van een aan de andere zijde van de te stralen plaat met behulp van "magneetklemmen" opgewekt magneetveld aan de te stralen plaat te laten "kleven".
Het vastkleven is van belang om plaatselijk loskomen van het masker tijdens het stralen, waardoor er poederdeeltjes onder kunnen komen die de niet te bestralen delen kunnen beschadigen (zogenaamd onderstralen), zoveel mogelijk te voorkomen.
In het geval dat het (metalen) masker met behulp van een kleefmiddel verlijmd is, kan de hechtkracht van het kleefmiddel soms te kort schieten om loskomen van het van een patroon te voorziene voorwerp (ten gevolge van het opbouwen van mechanische spanningen in het masker) volledig te voorkomen. In het bijzonder kan dit optreden bij maskers met een hoge transmissie (klein lijmoppervlak). Door het masker aan de te verlijmen zijde vooraf te voorzien van een hechtprimer (lakprimer) verbetert men de hechtkracht, i. h. b. in het geval van het gebruik van glucose.
Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen aan de hand van de volgende uitvoeringsvoorbeelden nader worden toegelicht.
Fig. 1 toont een dwarsdoorsnede door een van een geperforeerd masker voorziene plaat ;
Fig. 2 toont dwarsdoorsneden door twee van een coating voorziene geperforeerde maskers ;
Fig. 3 toont een dwarsdoorsnede door een veldemissiedisplay ;
Fig. 4a toont een aanzicht en
Fig. 4b toont een dwarsdoorsnede van een electronenfiberdisplay ;
Fig. 5 toont een dwarsdoorsnede door een gasontladingsdisplay ;
Fig. 6 toont een exploded view van een flat panel display ;
Fig. 7 en 8 tonen schematisch het met behulp van een poederstraalinrichting aanbrengen van een gatenpatroon in een plaat.
EMI4.1
Voor het gebruik in verschillende soorten (electro-luminescerende) 0
<Desc/Clms Page number 5>
displays zijn elektrisch isolerende controleplaten, transportplaten en/of afstandplaten met zeer nauwkeurige gaten en/of holten patronen nodig. De plaatdikte kan liggen tussen 50 en 5000 micron, in het bijzonder tussen 50 en 700 micron. Een karakteristiek materiaal voor deze toepassingen is glas of keramiek.
Fig. 1 toont een dwarsdoorsnede door zo'n plaat 1 met daarop een metalen masker 2. Geschikte metalen zijn metalen die gemakkelijk etsbaar zijn, zoals Fe en Fe-legeringen. Bij voorkeur vertonen ze weinig "shot peening". Akoca is in dit opzicht een geschikt materiaal. De uitvinding geeft echter een ruimere keus aan te gebruiken materialen. In plaats van een metalen masker, kan men een lakmasker (bijvoorbeeld van een met behulp van een zeefdruktechniek aangebrachte lak) of een kunststofmasker (bijvoorbeeld van een UV-gevoelige kunststof) gebruiken.
Het masker 2 wordt, bijvoorbeeld door middel van een of meer sproeistappen, van een laag 4 voorzien (Fig. 2), volgens de uitvinding een soft-touch lak en/of een kleverige lijm. De laag 4 kan alleen het oppervlak van het masker 2 bedekken (links in fig. 2) of ook de wanden van de gaten (rechts in fig. 2) Eventueel bevindt zich tussen de laag 4 en het masker 2 een laag hecht primer. Een los masker kan men met behulp van een kleeflaag 5 op de plaat 1 kleven om plaatselijk loskomen tijdens het poederstraalproces tegen te gaan. De kleeflaag 5 kan een in water oplosbaar kleefmiddel (bijvoorbeeld een kleefmiddel op basis van glucose) bevatten.
Een dergelijk kleefmiddel laat zich eenvoudig en goedkoop aanbrengen en na gebruik eenvoudig verwijderen. (Een alternatief is om het masker 2 van een magnetisch materiaal te vervaardigen en het met behulp van een magneetveld tegen de plaat 1 te laten "kleven".)
Het met behulp van glucose of een ander kleefmiddel verlijmen van het masker op een van een patroon te voorziene plaat kan men verbeteren door het masker aan de te verlijmen zijde vooraf te voorzien van een ten aanzien van het gebruikte kleefmiddel effectieve hechtprimer (lak primer). Daardoor kan men beter voorkomen dat het masker tijdens het straalproces (ten gevolge van de mechanische spanningen die zich in het masker opbouwen) loskomt van de plaat.
De met stippellijnen aangegeven gaten 3 in de plaat 1 lopen in de uitvoeringsvorm van Fig. 1 enigszins taps toe. Bij toepassing als interne vacuÜmondersteuning (afstandplaat) in veldemissiedisplays is een dergelijke gatvorm niet ongebruikelijk. Men kan echter ook nagenoeg cilindrische gaten, of holtes met nagenoeg evenwijdige wanden maken. Platen met cilindrische gaten zijn bijvoorbeeld
<Desc/Clms Page number 6>
geschikt om als spacer tussen een controleplaat en het luminescerende scherm in een electronenfiberdisplay te dienen.
Fig. 3 toont een schematische dwarsdoorsnede door een veldemissiedisplay, met een substraat 40, konusvormige emissietips 41, een afstandplaat 42 met gaten 43 en een voorwand 45 met een luminescerend scherm 44. De afstandplaat 42 kan met voor deel met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigd worden.
Fig. 4a toont een schematisch aanzicht, en Fig. 4b een dwarsdoorsnede, van een electronenfiberdisplay 6 zoals beschreven in EP-A-400 750. Hierin bevindt zieh tussen een transparante faceplaat 7 en een achterwand 14 een aantal van regelmatige gatenpatronen voorziene isolatorplaten 10a, lOb, lOc, lord.
Op het binnenoppervlak van de faceplaat 7 is een luminescerend scherm 15 aangebracht. Hieraan grenst een (glazen) flu-spacerplaat lOd, met een karakteristieke dikte van ongeveer 0, 4 tot 1 mm en bijvoorbeeld 1 x 10 gaten die corresponderen met het aantal luminescerende gebieden (kleurendots) op het scherm 15. De kleurendots worden geadresseerd met behulp van een voorselectieplaat lOa en een fijnselectieplaat lOc, elk bijvoorbeeld van glas en 0, 5 mm dik. De plaat lOc heeft in dit geval een patroon van gatentripletten R, G, B. De gaten in de plaat 10c worden bijvoorbeeld rijgewijs geactiveerd met behulp van metalen fijnselectie-electrodes 13,13', 13",....
Deze kunnen na het maken van de gaten zijn aangebracht, wat de mogelijkheid geeft om ook de gatwanden te metalliseren. Een alternatief is de fijnselectie-electrodes vooraf aan te brengen. Voorselectieplaat lOa is van fijnselectieplaat lOc gescheiden door een spacerstructuur lOb, in dit geval een plaat met (grote) gaten die elk van de b. v. 350. 000
EMI6.1
gaten 8, 8',... in de voorselectieplaat lOa verbinden met een aantal gaten in de fijnselectieplaat lOc. Op de voorselectieplaat lOa zijn voorselectie-electrodes 9, 9',... aangebracht voor het b. activeren van de gaten 8, 8',... die met electronentransportleidingen 11, 11', il",... communiceren (zie ook Fig. 4a).
De v. rijgewijs,transportleidingen 11, 11', 11..... zijn in dit geval van elkaar gescheiden door elektrisch isolerende tussenwanden 12, 12', 12",.... Ben alternatief is om de transportleidingen (enkele honderden in totaal, b. v. 200 of 400) als kanaalvormige holtes met een diepte van enkele mm en breedte van bijvoorbeeld 0,5 of 1 mm in de achterwand 14 aan te brengen. Ook hiervoor is de werkwijze volgens de uitvinding toepasbaar. De achterwand 14 vormt in dat geval een electronentransportplaat. De
<Desc/Clms Page number 7>
transportleidingen 11, 11', 11",... werken via een geperforeerde kathodeplaat 16 (van bijvoorbeeld 1 mm dik glas) samen met een-lijnvormige-electronenbron 18.
De gaten 17 in de kathodeplaat 16 (eveneens enkele honderden in getal, bijvoorbeeld 200 of 400) kunnen eveneens met voordeel met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding aangebracht zijn.
Onder andere in verband met de zeer grote aantallen gaatjes is vervorming en/of loskomen van het masker zeer ongewenst en biedt de uitvinding een uitkomst bij de fabrieksmatige fabricage.
Fig. 5 toont een schematisch aanzicht van een gasontladingsdisplay zoals beschreven in DE-2 412 869. Hierin bevindt zich een van een regelmatig patroon van gaten 22 voorziene isolatorplaat 21. Over de gaten 22 lopen aan n zijde rijengeleiders 23. Deze zijn bijvoorbeeld door middel van printen, opdampen of fotolithografie aangebracht. Over de andere zijde van de gaten 22 lopen kolomgeleiders 24. Voor de werking van een dergelijk display wordt naar DE-2 412 869 verwezen. De isolatorplaat 21 kan met voordeel met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding vervaardigd worden.
Fig. 6 toont een schematisch aanzicht van een flat panel display van het beam matrix type. Hierin bevindt zich een groot aantal, van sleufvormige gaten voorziene, metalen electronenbundel-controle-electrodes 25, 25', 25",... tussen een achterwand 26 en een luminescerend scherm 27. Door deze electrodes op een van eenzelfde gatenpatroon voorziene plaat van elektrisch isolerend materiaal aan te brengen, kunnen voordelen qua hanteerbaarheid en ophanging gerealiseerd worden.
Fig. 7 toont een te stralen plaat 28 die op een support 29 ligt. Het support 29 is beweegbaar in de richting van de pijl P loodrecht op het vlak van de tekening. Op de plaat 28 is een masker 30 in de vorm van een geperforeerde metalen plaat aangebracht. Het masker 30 heeft in dit voorbeeld een regelmatig patroon van ronde gaten. (Zie Fig. 8). Een inrichting 31 voor het uitvoeren van een abrasieve bewerking (poederstraalinrichting) is schematisch getoond als een straaleenheid 32 voorzien van een nozzle 33 die naar het oppervlak van de plaat 28 gericht is. Er b. v. van afhankelijk of er gaten of holtes gemaakt moeten worden, kan de nozzle/masker afstand liggen tussen 0, 5 en 25 cm, typisch tussen 2 en 5 cm.
Tijdens bedrijf wordt er een straal met abrasieve poederdeeltjes, b. v. siliciumcarbide-deeltjes, aluminiumoxyde-deeltjes, glaskorrels, staalkorrels, of mengsels daarvan, uit de nozzle 33 geblazen. Hierbij kan
<Desc/Clms Page number 8>
een drukprincipe of een venturiprincipe gebruikt worden. Voor het doel van de uitvinding geschikte afmetingen van de abrasieve deeltjes liggen in het gebied tussen 1 en 200 micron, typisch tussen 10 en 100 micron.
Straaleenheid 32 met nozzle 33 is in dit voorbeeld traverseerbaar in een richting dwars op de pijl P door middel van een traverseerinrichting 34 voorzien van een spindel 35, maar ook andere manieren van bewegen zijn toepasbaar.
Met elektrische contacten uitgeruste eindstops worden getoond als 36 en 37 en worden verondersteld met een omkeerschakeling te zijn verbonden om de draaizin van de door een motor aan te drijven spindel 35 om te keren.
Tijdens bedrijf beweegt het support 29 met de plaat 28 bijvoorbeeld heen en weer evenwijdig aan de X-as en voert de straaleenheid 32 axiale traverseerbewegingen evenwijdig aan de Y-as uit (Fig. 8), waarbij de bewegingssnelheden zodanig op elkaar zijn afgestemd dat het complete gewenste gaten-of holtespatroon in de plaat 28 ontstaat. In plaats van een nozzle kan men (bijvoorbeeld om het proces te versnellen, maar in het bijzonder om de homogeniteit van het gewenste patroon te vergroten) een aantal nozzles gebruiken. Dit aantal kan 6 zijn, maar eventueel ook 100.
Voor een goede homogeniteit is het nuttig dat elke nozzle over elk stukje van het masker bewogen wordt.
Een 0, 5 mm dikke plaat van 30 bij 40 cm kan op de hierboven beschreven wijze bijvoorbeeld in 1 minuut van een zeer nauwkeurig gatenpatroon met 1 x 1Q6 gaatjes met een diameter van 600 micron worden voorzien.
Voor electronenfiberdisplays van het Fig. 4 type zijn geperforeerde platen nodig met gatenpatronen met aantallen gaatjes vari rend van 100 x 103 tot 10 x 1Q6.
Een andere toepassing van de uitvinding is het aanbrengen van een groot aantal evenwijdige langwerpige holtes in een plaat van elektrisch isolerend materiaal, welke holtes als electronentransportleidingen dienen in een electronenfiberdisplay. Het in Fig. 4a getoonde display omvat enkele honderden (b. v. 400) van zulke electronentransportleidingholtes 11, 11', 11",... enz.
Kan men poederstralen op een wijze waarbij de maskers minimaal vervormen, dan is het aantrekkelijk om de maskers te voorzien van een additioneel gatenpatroon voor het vormen van uitrichtkenmerken in de te behandelen plaat. Dit patroon kan gelijktijdig met het gatenpatroon langs fotolithografische weg in het masker
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
aangebracht worden. Door de sjabloonwerking van het poederstraalproces wordt de nauwkeurigheid van de plaats van de uitrichtkenmerken ten opzichte van het gatenpatroon in de te behandelen plaat bepaald met de nauwkeurigheid van de fotolithografie.
Een uitvoeringsvorm waarbij van het bovenstaande gebruik wordt gemaakt is een additioneel gatenpatroon in de vorm van een lijnvormige spleet. Tijdens het poederstralen ontstaat hierdoor een V-vormige groef in de onderliggende plaat (Fig. 9).
Door in de groef een cilindrisch lichaam te plaatsen en een van een tegengroef voorziene plaat hierop te leggen, kan men twee platen nauwkeurig ten opzichte van elkaar positioneren (Fig. 10). Het cilindrische lichaam kan bijvoorbeeld een massieve fiber (Fig. 11), een massieve fiber met een verende, krimpende of vloeiende buitenmantel (Fig. 12) of een verende metalen buis (Fig. 13) zijn. Met behulp van de werkwijze volgens de uitvinding kan men ook uitrichtkenmerken (bijvoorbeeld gematteerde oppervlakken, kruisende groeven, concentrische groeven) in de te behandelen plaat aanbrengen die dienst doen bij het optisch uitrichten van de plaat.
Een nog niet genoemd voordeel van de coating uit een materiaal dat energiedissipatie in het masker vermindert, is nog dat men relatief dun maskermateriaal kan gebruiken zonder dat gevaar voor vervorming optreedt. Hierdoor zijn kleinere geometrien van het gatenpatroon mogelijk. Een ander voordeel is dat het abrasieve poeder minder snel slijt.