DE2124678C3 - Verfahren zum Herstellen eines Metallgitters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Netzförmige feinmaschige Metallgitter verwendet man als Elektroden in Kathodenstrahlröhren wie beispielsweise in Fernsehaufnahmeröhren zur Beschleunigung eines Elektronenstrahls, der durch die Maschen des Gitters auf einen Schirm dringt Der mechanische Aufbau des Metallgitters ist entscheidend dafür, wie weit das Netz mikrofonisch schwingt und bis zu welchem Grad es einen durchtretenden Elektronenstrahl defokussiert. Man hält es zur kleinstmöglichen Defokussierung für günstig, wenn die Gitterstäbe auf der dem Strahlsystem zugewandten Seite, wo die Elektronen des Strahls auf das Gitter zufliegen, gerundet sind, während sie auf der anderen, dem Schirm zugewandten Seite im allgemeinen flach sind. Bei einer solchen Form sind die elektrischen Feldlinien nahe den Oberflächen der Gitterstäbe dort stark gekrümmt, wo die gerundeten und die flachen Seiten zusammentreffen. Es wird angenommen, daß die scharfe Krümmung der Feldlinien den Einfluß der Feldgrößen in der Gitterebene auf die das Gitter verlassenden Elektronen vermindert.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Art (US-PS 31 18 788) wird auf eine Unterlage aus einem Silberphosphat enthaltenden vorerhitzten Spezialgas eine Schutzschicht aufge dampft, in die ein Muster in Form des gewünschten Gitters eingraviert wird. Durch Erhitzen der Unterlage in einer Wasserstoffatmosphäre werden an den Stellen des Musters die Silberionen zu Metall reduziert, worauf zunächst eine Trennschicht aus Zink aufgebracht und diese dann mit Kupfer galvanisiert wird. Das so gebildete Gitter aus Kupfer kann dann von der Zinktrennschicht abgezogen werden. Dieses Verfahren ist sehr aufwendig und bereitet zudem Schwierigkeiten bei dem Eingravieren sehr feiner Gittermuster in die Schutzschicht.

Es ist bereits bekannt, zum Herstellen eines Gitters, z. B. für Elektronenröhren eine Gittermatrize im Photodruckverfahren durch Belichtung und selektives Entfernen einer Schellackschicht auf einer mit Nickel galvanisierten Kupferunterlage zu bilden und galvanisch das Gitter auf die freiliegenden Nickelbereiche aufzubringen (US-PS 27 65 230). Dabei können aber keine Gitter mit dem gewünschten halbkreisförmigen Profil der Gitterelemente entstehen.

Ferner ist ein Verfahren zum Herstellen einer Matrize für ein Gitter einer Bildaufnahmeröhre bekannt, bei dem auf eine Oberfläche einer isolierenden Unterlage, in die das Matrizenmuster rillenartig eingeritzt ist, eine Metallschicht so aufgebracht wird, daß nur in den Rillen Metall für ein anschließendes Aufplattieren der Matrize verbleibt. Die anderen Metallteile können abgerieben werden (US-PS 25 29 086). auf diese Weise ist es nicht möglich, Gitter mit halbkreisförmigem Profil und der häufig erforderlichen Feinheit zu erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das weniger aufwendig ist als das vergleichbare bekannte Verfahren und feinere Muster erlaubt

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt perspektivisch eine Gittermatrize mit dem zugehörigen Aufbau zur Herstellung eines galvanisierten Gitters,

Fig.2 zeigt perspektivisch ein Bruchstück der in F i g. 1 dargestellten Matrize;

Fig.3 zeigt perspektivisch ein Bruchstück der in F i g. 1 dargestellten Matrize nach dem Aufbringen des galvanisierten Gitters;

Fig.4 zeigt den Teil des in Fig.3 dargestellten galvanisierten Gitters nach seiner Abnahme von der Matrize.

Zunächst seien die F i g. 1 und 2 betrachtet. Auf einer ebenen Glasunterlage 12 wird durch ein photolithographisches Verfahren ein aus Chrom bestehendes Muster als Gittermatrize IO aufgebracht Bei einem solchen Verfahren wird eine Chrom-Metallschicht auf die Oberfläche einer sauberen Glasunterlage 12 aufgedampft, wobei die Schicht so dick ist, daß sie zu etwa 2% lichtdurch'ässig ist Die Chromschicht ist etwa 0,1 Mikron dick. Die Chrommetalloberfläche wird anschließend in einer Lösung aus H₂O₂ und Hi SO₄ gereinigt, um organische Stoffe zu entfernen. Die Oberfläche des Chroms wird mit einem als Ätzschutzschicht geeigneten Photolack, der durch Belichtung löslich wird, bedeckt, der anschließend durch Brennen nachbehandelt wird. Mittels einer Schablone mit einem Liniennetz aus lichtundurchlässigen Linien wird ein Kontaktabdruck eines Kreuzgittermusters mit etwa 400 Linien pro cm auf dem Photolack hergestellt

Die Linien in dem Muster sind etwa 4 Mikron breit, während der Abstand von einer Linienmitte zur anderen etwa 25 Mikron beträgt. Der Photolack wird entwickelt, indem der belichtete, löslich gewordene Teil entfernt wird, so daß zwischen den unlöslichen Linien Quadrate aus blankem Chrom bleiben. Die blanken Chromquadrate werden von der Unterlage 12 fortgeätzt, was durch Zerstäubungsätzung oder durch chemisches Ätzen in einer Wachssäurelösung geschehen kann, die beispielsweise durch Mischung von 50 Gramm Cerisulfat, 50 cm³ konzentrierter Salpetersäure und 450 cm³ Wasser hergestellt wird. Hierauf wird die Ätzschutzschicht entfernt Das entstandene Chrommuster bildet eine an der Unterlage 12 haftende Matrize 10 aus Chrom, wie es in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist Ebenfalls vorhanden sind Zuleitungsschienen 14 und starke Ränder 16, welche die freien Flächen 17 und den Umfang der Matrize 10 umgeben und für eine gleichmäßigere Stromverteilung

während des Galvanisieren sorgen. Als nächstes wird die Matrize 10 etwa 2 Minuten lang in konzentrierter Salpetersäure gewaschen und unter heißem, entionisierten Wasser von etwa 55° C abgespült. An einer Zuleitungsschiene 14 wird eine Kontaktk iemme befe- S stigt, und die Matrize 10 wird als Kathode gemeinsam mit einer Anode aus hochreinem Nickel in ein Galvanisierbad für Glanzvernickelung getaucht Die Matrize 10 wird etwa 80 Sekunden lang mit einer Stromdichte von 7,8 Ampere pro m² der zu überziehenden Oberfläche galvanisiert Die verwendete Stromstärke ist in erster Linie durch die Strombelastbarkeit der einzelnen Linien der Matrize 10 begrenzt Ein in F i g. 3 gezeigtes netzförmiges Gitter 18 aus Nickel wird auf diese Weise bis auf eine Dicke von 7,5 Mikron auf die Matrize 10 galvanisiert Nach der Galvanisierung wird das aufgetragene Gitter 18 zunächst in heißem entionisierten Wasser von 55° C und dann in Methanol gewaschen und schließlich zweimal mit Azeton gespült Nachdem das aufgalvanisierte Gitter 18 au.' der Matrize 10 getrocknet ist, wird es an einer Ecke mittels einer Pinzette vorsichtig angehoben und von der Matrize 10 abgezogen. Im Gegensatz zu den bisherigen Verfahren bleiben keine Teile der Matrize 18 an dem aufgalvanisierten Gitter hängen, wenn dieses abgezogen wird. Fig.4 zeigt das galvanisierte Gitter 18 nach seiner Entfernung von der Matrize 10. Im galvanisierten Gitter 18 werden von der Matrize 10 flache und im Querschnitt rechtwinklige Vertiefungen 20 von etwa 0,1 Mikron Tiefe hinterlassen. Die Matrize 10 kann erneut verwendet werden, um ein weiteres Gitter herzustellen. Hunderte solcher galvanisierter Gitter können mit einer einzigen Matrize hergestellt werden, ohne daß örtliche Fehler auftreten.

Die Abmessungen der Matrize 10 und der von ihr !unterlassenen Vertiefungen 20 sind in den Zeichnungen gegenüber den Abmessungen des galvanisierten Gitters 18 stark übertrieben dargestellt, um die Matrize 10 und die Vertiefunger. 20 gut sichtbar zu machen. Die Dicke der Matrize 10 sowie die Tiefe der von ihr in dem galvanisierten Gitter 18 hinterlassenen Vertiefungen beträgt nur etwa 1% der Dicke des galvanisierten Gitters 18 bei einer bevorzugten Ausführungsform. Somit haben die Vertiefungen 20 nur geringe oder gar keine nachteiligen Wirkungen auf die mechanischen oder elektrischen Eigenschaften des galvanisierten Gitters 18.

Das Galvanisierbad zum Galvanisieren des Gitters 18 ist im allgemeinen ein gepuffertes Vernickelungsbad. Es kann aus den nachstehend genannten Bestandteilen so zusammengesetzt sein. Das Bad ist so eingerichtet, daß auf jeden Liter der Galvanisierlösung 150 Gramm Nickelionen und 6,23 Gramm Chloridionen kommen, die durch Nickelchlorid (NiCI₂) und Nickslsulfamat (N1H2I-US2O6) beigesteuert werden. Ferner sind in jedem Liter des Bades 25,4 Gramm Borsäure und 3,74 Gramm eines Glanz- und Entspannungszusatzes vorhanden. Der Glanz- und Entspannungszusatz kann beispielsweise ein sulfonierter Alkylrest wie Naphthalindisulfonsäure sein.

Die Konzentration des Entspannungszusatzes im Galvanisierbad beträgt annähernd ein Zehntel der im allgemeinen bei Vernickelungen verwendeten Konzentrationen. Dem Bad wird ausreichend Sulfonsäure zugefügt, um den pH-Wert zwischen 3,2 und 4,2 einzustellen. Das Bad wird bewegt und auf einer Temperatur von etwa 6O⁰C gehalten. Die Temperatur kann zwischen 55°C und etwa 6O⁰C liegen. Obwohl eine geringe Menge der im Bad befindlichen Substanzen wie z. B. Schwefel in dem Material des Gitters vorhanden sein kann, besteht das nach dem bevorzugten Verfahren galvanisierte Gitter 18 im wesentlichen aus Nickel.

Das neue Verfahren kann zur Herstellung von Gittern verschiedener Form angewandt werden. Beispielsweise können die öffnungen im Gitter auch eine andere Form als eine quadratische haben. Das Gitter kann auch insgesamt eine Form wie die eines Zylindersegments oder einer Kuppel haben, wenn sich die Matrize auf einer entsprechend geformten Unterlage befindet.

Die Unterlage sollte aus einem Stoff bestehen, auf welchen sich das galvanisierte Gittermaterial nicht galvanisieren läßt Die Fläche der Unterlage sollte für ihre Beständigkeit hart sein und ausreichend glatt damit der Galvanisierfilm für die Matrize in elektrischer Hinsicht gleichmäßig ist Poliertes Glas ist als Unterlage besonders geeignet Auch polierter Saphir kann verwendet werden.

Bevorzugter Werkstoff für die Matrize ist Chrom, jedoch können auch andere leitende Materialien wie die Metalle Tantal, Wolfram, Aluminium oder wie Zinnoxyd und Indiumoxyd verwendet werden. Ein als Material für die Matrize verwendetes Metall sollte eine verhältnismäßig unempfindliche Oberfläche haben. Das Material für das galvanisierte Gitter braucht nicht unbedingt Nickel, sondern kann auch Kupfer, Silber, Gold oder Platin sein. In den meisten Fällen erscheint jedoch Nickel am besten geeignet für ein Gittermaterial, welches im Zusammenhang mit verschiedenen Stoffen für die Matrize verwendet werden kann, obwohl für eine Matrize aus Indiumoxid einige der anderen Gittermaterialien meistens ebensogut geeignet sind. Die Zusammensetzung und andere Kennwerte des Galvanisierbades können in bekannter Weise geändert werden, um sich den jeweiligen Gegebenheiten und den Stoffen für das galvanisierte Gitter anzupassen. Bei der Auswahl einer Kombination der Stoffe für die Unterlage, die Matrize und das galvanisierte Gitter ist unbedingt darauf zu achten, daß die Haftfähigkeit der Matrize auf der Unterlage genügend gut ist und daß die Haftfähigkeit des aufgalvanisierten Gitters auf der Matrize ausreichend gering ist, so daß die Matrize an der Unterlage hängen bleibt wenn das aufgalvanisierte Gitter von der Matrize entfernt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines Metallgitters mit angenähert halbkreisförmigem Profil der Gitterstäbe, bei dem auf einer elektrisch isolierenden Unterlage eine elektrisch leitende Gittermatrize gebildet, auf diese Matrize ein Metall aufgalvanisiert und das aufgalvanisierte Metallgitter von der Matrize abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Gittermatrize die aus Glas oder Saphir bestehende Unterlage mit einer haftfähigen Schicht aus Chrom, Tantal, Wolfram, Zinnoxid oder Indiumoxid überzogen wird und augewählte Teile dieser Schicht mit Hilfe einer lichtempfindlichen Ätzschutzschicht durch entsprechendes Beuchten, Entwickeln und anschließendes Ätzen entfernt werden, und daß auf die Matrize als Material geringer Haftfähigkeit Nickel, Kupfer, Silber, Gold oder Platin aufgalvanisiert wird.