DE2225826C3

DE2225826C3 - Method for producing a plurality of electrodes, each containing a hole, for electron beam systems

Info

Publication number: DE2225826C3
Application number: DE19722225826
Authority: DE
Inventors: Thomas William Mount Joy Edwards; John Donald Lancaster Herrington
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1971-05-27
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2139005B1; AU4250372A; AU471610B2; CA947224A; IT955496B; NL7207153A; DE2225826B2; JPS5226654B1; NL174002C; NL174002B; FR2139005A1; GB1372802A; DE2225826A1

Description

3030th

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a method according to the preamble of the patent claim.

Feinlochelektroden werden in Kathodenstrahlröhren wie z. B. Fernsehkameraröhren dazu verwendet, den über die Photokathode, Speicherplatte oder Schirmelektrode der Röhre tastenden Elektronenstrahl in seiner Größe festzulegen und zu begrenzen. Die Elektroden werden insbesondere jeweils auf einer Tragkonstruktion befestigt und als Bestandteil eines ίο Elektronenstrahlsystems montiert Bei manchen F<j;rnsehkameraröhren wird die Elektrode als Ausblendelement des Elektronenstrahlsystems verwendet, wobei die Ausblendöffnung mittels geeigneter Fokussierfelder auf dem Schirm abgebildet wird. 4 ■>Fine-hole electrodes are used in cathode ray tubes such. B. television camera tubes used to Electron beam scanned in via the photocathode, storage disk or shield electrode of the tube determine and limit its size. The electrodes are in particular each on one Supporting structure attached and as part of a ίο Electron beam system mounted on some TV camera tubes the electrode is used as a masking element of the electron beam system, whereby the Fade-out opening is imaged on the screen by means of suitable focusing fields. 4 ■>

Die öffnung in der Elektrode muß mit enger Toleranz mit einem Durchmesser von 0,013 bis 1,152 mm hergestellt werden und für Elektronenstrahlsysteme des gleichen Typs einheitliche Größe haben. Derartige Löcher wurden bisher nach einem kostspieligen >o Bohrverfahren hergestellt, wozu Spezialwerkzeuge und -geräte sowie hochspezialisierte Facharbeiter gebraucht werden. Ferner läßt sich beim Bohren nicht die für solche kleinen Löcher erwünschte Präzision erzielen, und das resultierende Erzeugnis ist nicht einheitlich. >">The opening in the electrode must have a diameter of 0.013 to 1.152 mm with a close tolerance and are uniform in size for electron beam systems of the same type. Such Holes have been made by an expensive> o drilling process, including special tools and devices and highly specialized skilled workers are needed. Furthermore, when drilling the achieve the precision desired for such small holes and the resulting product is non-uniform. > ">

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl von Locheiektroden anzugeben, bei dem es nicht erforderlich ist, die Löcher zu bohren, und bei dem die Löcher mit engen Toleranzen herstellbar sind. «>The invention is based on the object of a method for producing a large number of perforated electrodes where it is not necessary to drill the holes and where the holes are narrow Tolerances can be produced. «>

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch gekennzeichnete Verfahren gelöstThis object is achieved by the method characterized in the patent claim

Nach diesem wenig aufwendigen Verfahren hergestellte Elektroden zeichnen sich durch hohe Präzison ihrer zentralen Löcher aus, die eine sehr glatte »"> Oberfläche haben. Für diese Löcher ist typisch daß sie sich nach der einen Seite konisch erweitern. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, daß in einem einzigen Arbeitsgang eine Vielzahl von Elektroden gleichzeitig hergestellt werden.Electrodes manufactured using this inexpensive process are characterized by high precision their central holes, which have a very smooth »"> Have surface. It is typical for these holes that they widen conically on one side. A An additional advantage is that a large number of electrodes can be used simultaneously in a single operation getting produced.

Es ist an sich bekannt, in der Oberfläche einer Unterlage aus Spezialglas zunächst eine leitende Silberschablone durch Reduzierung von in der Unterlage enthaltenem Silber und mit Hilfe lichtempfindlicher Emulsionen zu bilden und darauf unter Zwischenfügung einer Zinktrennschicht ein feinmaschiges Kupfergitter aufzugalvanisieren, das als Elektrode für Elektronenröhren verwendet werden kann (US-PS 3118 788). Hierbei handelt es sich aber nicht um die Herstellung von einzelnen Lochelektroden. Ebenfalls zur Herstellung von derartigen Gittern durch Aufgalvanisieren ist es auch an sich bekannt, zunächst eine Grundmatrix photomechanisch herzustellen (US-PS 27 65 230).It is known per se to first have a conductive layer in the surface of a base made of special glass Silver stencil by reducing the silver contained in the base and making it more light-sensitive To form emulsions and then a fine-meshed copper grid with the interposition of a zinc separating layer electroplating, which is used as an electrode for electron tubes can be used (U.S. Patent 3,118,788). But this is not about manufacturing of individual perforated electrodes. It is also used to produce such grids by electroplating it is also known per se to first produce a basic matrix photomechanically (US Pat. No. 2,765,230).

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert Es zeigtThe invention is explained in detail below with reference to the drawing

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer Netzschablone für die Herstellung seines Metallnetzes, das aus zusammenhängenden Elektroden besteht,F i g. 1 is a perspective view of a mesh template for the production of its metal mesh, the consists of connected electrodes,

Fig.2 eine Schnittdarstellung eines Folienelements einer nach dem Verfahren hergestellten Lochelektrode.2 shows a sectional illustration of a film element of a perforated electrode produced according to the method.

Wie in F i g. 1 dargestellt, wird auf einer flachen Glasunterl?.ge 12 durch Photoätzen eine Netzschablone 10 aus Chrom mit einem netz- oder gitterförmigen Muster angebracht Bei einem solchen Verfahren wird auf die Oberfläche der gesäuberten Glasunterlage 12 eine Schicht aus Chrom in einer Dicke, die eine Lichtdurchlässigkeit von ungefähr 2% und einen Widerstand von ungefähr 20 Ohm pro Quadrat ergibt aufgedampft Die Chromschicht ist ungefähr 0,1 Mikron dick. Sodann wird die Oberfläche der Chromschicht in einer Lösung H₂O₂ und H₂SO₄ gesäubert, um organische Substanzen zu entfernen. Die Oberfläche des Chroms wird mit einem Positiv-Photolack (Photolack, der bei Belichtung löslich wird) überzogen, der dann durch Brennen gehärtet wird. Mit Hilfe eines photographischen Negativs mit einem lichtundurchlässigen Muster wird ein gleichartiges Muster auf die Photolackschicht kontaktgedrucktAs in Fig. 1, a mesh stencil 10 made of chrome with a reticulate or lattice-shaped pattern is attached to a flat glass substrate 12 by photoetching of about 2% and a resistance of about 20 ohms per square results in vapor deposition. The chrome layer is about 0.1 micron thick. The surface of the chromium layer is then _{cleaned in a solution of H 2} O ₂ and H ₂ SO _{4 in} order to remove organic substances. The surface of the chrome is coated with a positive photoresist (photoresist that becomes soluble when exposed to light), which is then hardened by baking. With the aid of a photographic negative with an opaque pattern, a similar pattern is contact-printed on the photoresist layer

Der Photolack wird durch Entfernen der belichteten, löslichgemachten Teile entwickelt, so daß zwischen den zurückbleibenden unlöslichen Teilen des Photolacks das blanke Chrom zutagetritt. Durch Zerstäubungsätzen oder durch chemisches Ätzen mit einer Cersäurelösung, die durch Vermischen von ungefähr 50 g Cersulfat, 50 cc konzentrierter Salpetersäure und 450 cc Wasser zubereitet worden ist wird das blanke Chrom von der Unterlage 12 weggeätzt. Die unlöslichen Teile des Photolacks werden sodann entfernt so daß ein Chrommetallmuster als an der Unterlage 12 anhaftende Netzschablone 10 freigelegt wird, wie in F i g. 1 gezeigt Die Netzschablone hat an ihrem Umfang einen durchgehenden Randsaum 22, damit sich beim Aufgalvanisieren eine gleichmäßigere Stromverteilung ergibtThe photoresist is developed by removing the exposed, solubilized parts so that between the the remaining insoluble parts of the photoresist exposed to the bare chrome. By sputter etching or by chemical etching with a ceric acid solution obtained by mixing approximately 50 g of cerium sulfate, 50 cc Concentrated nitric acid and 450 cc of water will remove the bare chrome from the Base 12 etched away. The insoluble parts of the photoresist are then removed so that a Chromium metal pattern is exposed as a mesh stencil 10 adhering to the base 12, as shown in FIG. 1 shown The mesh stencil has a continuous edge 22 on its circumference so that it can be electroplated results in a more even distribution of current

Die Netzschablone 10 hat zwei Arten von öffnungen verschiedener Form, durch die eine komplexe Anordnung von kleinen, runden Chromelementen 24 gebildet wird, die jeweils eine Mittelöffnung 26 mit einem Durchmesser von ungefähr 0,076 mm haben und untereinander durch Stege 28 verbunden sind.The mesh template 10 has two types of openings of different shapes, through which a complex arrangement of small, round chrome elements 24 is formed, each having a central opening 26 with a Have a diameter of approximately 0.076 mm and are interconnected by webs 28.

Als nächstes wird die Netzschablone 10 ungefähr 2 Minuten lang in konzentrierter Salpetersäure gewaschen und unter heißem entionisierten Wasser von ungefähr 55° C gespült. Am Randsaum 22 wird eine Kontaktschelle befestigt, und die Netzschablone 10 wird als Kathode zusammen mit einer hochreinen Nickelanode in ein Glanznickel-Plattierbad zum GalvanisierenNext, the mesh stencil 10 is washed in concentrated nitric acid for approximately 2 minutes and rinsed under hot deionized water at approximately 55 ° C. At the edge hem 22 is a Contact clip attached, and the mesh template 10 is used as a cathode together with a high-purity nickel anode in a bright nickel plating bath for electroplating

eingetaucht Die Netzschablone 10 wird ungefähr 4 Minuten lang mit ungefähr 650 Ampere pro m² galvanisiert, um einen den Widerstand verringernden Erstüberzug zu bilden. Sodann wird der Strom auf ungefähr 2900 Ampere pro m² erhöht Die Gesamtgalvanisierzeit beträgt ungefähr 15 bis 20 Minuten.The dipped mesh mask 10 is electroplated about 4 minutes at about 650 amperes per m ^2, a resistance to form reducing Erstüberzug. Then, the current to about 2900 amps per m ² increases the Gesamtgalvanisierzeit is approximately 15 to 20 minutes.

Auf die Netzschablone 10 wird ein entsprechendes Nickelnetz mit einer Dicke von ungefähr 0,025 mm aufgalvanisiert Danach wird das aufgalvanisierte Netz in heißem entionisierten Wasser von 55° C und anschließend in Methanol gewaschen und schließlich zweimal mit Azeton abgespült Nachdem das resultierende aufgalvanisierte Nickelnetz auf der Netzschablone 10 getrocknet ist wird es an einer Ecke mit einer Pinzette vorsichtig angehoben und von der Netzschablone 10 abgezogen. Anders als bei bisherigen Verfahren bleiben an dem Netz bei dessen Abziehen keine Teile der Netzschablone hängen. Die Netzschablone 10 kann daher wiederholt verwendet werden, um zusätzliche Netze herzustellen. Man kanc mit einer einzigen Netzschablone Hunderte von solchen Netzen herstellen, ohne daß örtliche Fehler auftreten.A corresponding nickel mesh with a thickness of approximately 0.025 mm is electroplated onto the mesh stencil 10. The electroplated mesh is then washed in hot deionized water at 55 ° C. and then in methanol and finally rinsed twice with acetone. After the resulting electroplated nickel mesh has dried on the mesh stencil 10 If it is, it is carefully lifted at one corner with tweezers and removed from the mesh template 10. In contrast to previous methods, no parts of the mesh template stick to the mesh when it is pulled off. The mesh template 10 can therefore be used repeatedly to create additional meshes. Hundreds of such meshes can be made with a single mesh template without local errors.

Das Nickelnetz wird dann in einzelne runde Elemente 24' zerteilt, von denen eines in Fig. 2 gezeigt ist Diese Elemente sind flache Rundscheibchen mit einem Durchmesser von ungefähr 5 mm, einer Dicke von ungefähr 0,025 mm und einem Loch 26' von ungefähr 0,025 mm Durchmesser. Das Loch 26' hat auf der einen Seite eine größere Öffnungsweite als auf der anderen Seite, so daß das Element 24' von einer konisch verlaufenden öffnung durchsetzt ist Dies ergibt sich aus der Natur des Galvanisierverfahrens. Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von Elektroden in Form der Elemente 24' führt zu Löchern 26' mit glatten Flächen, die gleichmäßig rund oder symmetrisch zu ihren Achsen sind.The nickel mesh is then divided into individual round elements 24 ', one of which is shown in FIG Elements are flat circular disks with a diameter of approximately 5 mm and a thickness of approximately 0.025 mm and a hole 26 'approximately 0.025 mm in diameter. Hole 26 'has on one Side has a larger opening width than on the other side, so that the element 24 'of a conical running opening is penetrated This results from the nature of the electroplating process. The above The method described for the production of electrodes in the form of the elements 24 'leads to holes 26' smooth surfaces that are evenly round or symmetrical to their axes are.

Die Methode des Bohrens der Elektrodenlöcher dagegen ergibt unregelmäßig geformte Löcher, häufig mit Gratbildungen auf der Oberfläche. Durch Unregelmäßigkeiten des Elektrodenloches wird der Elektronenstrahl verzerrt, wenn die Lochplatte als Strahlausblendelement in einem Elektronenstrahlsystem verwendet wird.The method of drilling the electrode holes, on the other hand, results in irregularly shaped holes, often with ridges on the surface. The electron beam is caused by irregularities in the electrode hole distorted when the perforated plate is used as a beam masking element in an electron beam system will.

Die Unterlage 12 soll aus einem Material bestehen, auf welchem das Material des Netzes nicht durch Galvanisieren haftet Die Oberfläche der Unterlage sollte im Hinblick auf Dauerhaftigkeit hart und so glatt sein, daß die Galvanisierschicht für die Netzschablone elektrisch ununterbrochen ist Poliertes Glas eignet sich besonders gut als Unterlage. Man kann auch polierten Saphir verwenden. Kunststoffunterlagen sind an sich auch verwendbar, jedoch nicht besonders gut geeignet, da gewöhnlich die Netzschablone, wenn sie aus einer aufgedampften Schicht besteht nur unzulänglich an der Unterlage haftet.The base 12 should consist of a material on which the material of the network does not come through Electroplating sticks The surface of the substrate should be hard and smooth in terms of durability Be that the electroplating layer for the mesh template is electrically uninterrupted. Polished glass is suitable especially good as a base. You can also use polished sapphire. Plastic pads are in themselves also usable, but not particularly well suited, since usually the mesh template, if it consists of a The vapor-deposited layer does not adhere adequately to the substrate.

Als Material für die Netzschablone verwendet man vorzugsweise Chrom, jedoch kann man auch andere Leitermaterialien wie Tantal, Wolfram, Aluminium, Zinnoxyd und Indiumoxyd verwenden. Ein für die Netzschablone verwendetes Metall sollte eine verhältnismäßig reaktionsträge Oberfläche haben. Das Material der Netzschablone wird als Schicht auf die Unterlage nach einem beliebigen Verfahren, das eine ausreichende Haftung ergibt, aufgebracht und dann auf photolithographischem Wege geätzt so daß sich das Netzschablonenmuster ergibt Die Schicht sollte ausreichend dick sein, so daß sie den für das Aufbringen des Netzes erforderlichen Galvanisierstrom in so kurzer Zeit wie notwendig und zweckmäßig aufnehmen und leiten kann. Da die Festlegung des Schablonenmusters auf photolithographischem Wege erfolgt spart man erheblich an Kosten und Apparateaufwand. Ferner kann die Netzschablone ein kompliziertes Muster aufweisen. Für das Netz kann man auch andereChrome is the preferred material for the mesh template, but other materials can also be used Use conductor materials such as tantalum, tungsten, aluminum, tin oxide and indium oxide. One for that The metal used for mesh stencils should have a relatively inert surface. The material The mesh stencil is applied as a layer to the base using any method that is a gives sufficient adhesion, applied and then etched photolithographically so that the Mesh stencil pattern results. The layer should be sufficiently thick that it is suitable for the application of the Network required electroplating current in as short a time as necessary and expedient and absorb can guide. Since the stencil pattern is determined using a photolithographic method, savings are made considerable in terms of costs and equipment. Furthermore, the mesh template can have a complicated pattern exhibit. You can also use others for the network

ιυ Materialien als Nickel, beispielsweise Kupfer, Silber, Gold oder Platin verwenden, jedoch erweist sich in den meisten Fällen Nickel als das geeignetste Material für die verschiedenen Netzschablonenmaterialien, obwohl für eine Netzschablone aus Indiumoxyd einige der anderen Netzmaterialien nahezu ebenso gut geeignet sind. Die Zusammensetzung und die anderen Eigenschaften des Galvanisierbades können in bekannter Weise so variiert werden, daß sie den jeweiligen Bedingungen und Netzmaterialien angepaßt sind. Ein Hauptgesichtspunkt der bei der Wahl einer Kombination von Unterlagen-, Netzschablonen- und Netzmaterialien zu berücksichtigen ist ist eine ausreichend große Haftung der Netzschablone an der Unterlage und eine ausreichend geringe Haftung des Netzes an der Netzschablone, so daß die Netzschablone an der Unterlage haften bleibt wenn das Netz durch vorsichtiges Abheben einer Ecke mit einem scharfen Instrument und langsames Abziehen von der abgehobenen Ecke aus mit einer Flachzange oder Flachpinzetteιυ materials as nickel, for example copper, silver, Use gold or platinum, however, in most cases, nickel proves to be the most suitable material for the various mesh stencil materials, although some of the other mesh materials are almost equally suitable. The composition and the other properties of the electroplating bath can be varied in a known manner so that they meet the respective Conditions and mesh materials are adapted. A main consideration when choosing a combination of underlays, mesh stencils and mesh materials to be taken into account is a sufficiently large one Adhesion of the mesh template to the substrate and a sufficiently low adhesion of the mesh to the Mesh stencil, so that the mesh stencil sticks to the surface when the net is through carefully lifting one corner with a sharp instrument and slowly pulling it away from the lifted one Corner off with flat-nose pliers or flat-nose tweezers

so von der Netzschablone entfernt wird.so removed from the mesh template.

Die relativen Abmessungen der Folienelemente 24' und der Netzschablone 10 sowie der Glasunterlage 12 sind in Fig. 1 und 2 stark übertrieben dargestellt damit die Netzschablone 10 und die Unterlage 12 deutlich sichtbar werden. Die Dicke der Netzschablone 10 beträgt nur ungefähr 1 % der Dicke des Netzes.The relative dimensions of the foil elements 24 ′ and the mesh template 10 as well as the glass support 12 are shown greatly exaggerated in Fig. 1 and 2 so that the mesh template 10 and the base 12 clearly become visible. The thickness of the mesh template 10 is only about 1% of the thickness of the mesh.

Als Galvanisierbad verwendet man im allgemeinen ein gepuffertes Nickelbad. Fs kann folgende Mischungsbestandteile aufweisen: Das Bad wird so eingestellt daß pro Liter Glavaniserlösung 125 g Nickelionen und 5,6 g Chloridionen durch Nickelchlorid (NiCb) und Nickelsulfamat (NiN₂H₄S₂O₆) eingebracht werden. Vorzugsweise werden die Nickelionen von Nickelchlorid allein geliefert Ferner sind pro Liter Badlösung 21,2 gA buffered nickel bath is generally used as the electroplating bath. Fs can have the following mixture components: The bath is set so that 125 g of nickel ions and 5.6 g of chloride ions are introduced per liter of Glavaniser solution by means of nickel chloride (NiCb) and nickel sulfamate (NiN ₂ H ₄ S ₂ O ₆ ). Preferably, the nickel ions are supplied by nickel chloride alone. Furthermore, per liter of bath solution is 21.2 g

r> Borsäure und 3,1 g eines Glanz- und Entspannungsmittels vorhanden. Dieses Mittel kann beispielsweise eine sulfierte Alkylverbindung wie Naphthalindisulfonsäure sein. Die Konzentration des Entspannungsmittels im Galvanisierbad beträgt annähernd Vio der allgemein bei der Nickelgalvanisierung verwendeten Konzentration. Man gibt dem Bad soviel Sulfonsäure zu, daß sich der pH-Wert auf zwischen 3,2 und 4,2 einstellt Das Bad wird gerührt und auf ungefähr 60⁰C gehalten. Die Temperatur kann zwischen 55 und ungefähr 60⁰C betragen.r> Boric acid and 3.1 g of a gloss and relaxant present. This agent can, for example, be a sulfated alkyl compound such as naphthalene disulfonic acid. The concentration of the relaxation agent in the electroplating bath is approximately Vio of the concentration generally used in nickel electroplating. One gives the bath to as much sulfonic acid that the pH value is adjusted to 3.2 to 4.2 The bath is stirred and maintained at about 60 ⁰ C. The temperature may be between 55 and about 60 ⁰ C.

y-, Obwohl eine kleine Menge an im Bad anwesenden y-, although a small amount of being present in the bathroom

Substances such as sulfur built into the mesh material

werden kann, besteht das Netz vorzugsweise im wesentlichen aus Nickel.the network preferably consists essentially of nickel.

Mesh patterns of various shapes can be used

hi. hergestellt werden. Beispielsweise können die öffnungen oder Löcher im Netz auch eine andere als runde Form haben, oder man kann dem Netz eine Gesamtkontur wie die eines Zylindersegmentes oder einer Schale geben, wenn die Netzschablone auf einer entsprechendhi. be made. For example, the openings or holes in the network have a shape other than round, or you can give the network an overall contour like that of a cylinder segment or a shell, if the mesh template on a corresponding

ι-1 geformten Unterlage angebracht ist.ι-1 shaped pad is attached.

1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Method for producing a plurality of electrodes, each containing a hole, for s Electron beam systems, in which on the surface of an electrically insulating pad, such as Glass, an electrically conductive mesh template formed with the help of a photochemical process is, copper or another metal is electroplated onto the mesh template and then the electroplated Metal mesh is pulled from the mesh template, characterized in that initially one of a plurality of interconnected, each containing a central opening Stencil elements existing mesh stencil is formed by placing a support made of glass or sapphire with a well-adhering layer of chromium, tantalum, tungsten, tin oxide or indium oxide is coated and selected parts of this layer are removed by photoetching, and that then nickel, copper, silver, gold or platinum is electroplated onto the mesh template, the applied metal net is peeled off the net template and the individual elements of the metal net are separated from each other at their respective connection points.