DE2328502B2 - Verfahren zum herstellen von gasentladungs-anzeige- und/oder speichertafeln - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Gasentladungs-Anzeige- und/oder -Speichertafeln, bei dem ebene Trägerplatten mit jeweils darauf aufgebrachtem Leiterfeld und einer darüberliegenden aus Glasfritte unter Temperatureinwirkung gebildeten dielektrischen Schicht zur Bildung eines gasdichten Entladungsraumes zusammengesetzt werden.

Gemäß der DT-OS 22 42 006 wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Gasentladungsanzeigevorrichtung mit einzelnen Entladungshohlräumen vorgeschlagen, bei der Glasmaterial in Form einer Masse aus gemahlenem Glas und mit einer flüchtigen Trägerflüssigkeit verwendet wird.

Des weiteren wurde in der DT-OS 22 29 741 ein Verfahren zur Herstellung einer Gasentladungsanzeigevorrichtung mit mehreren Entladungshohlräumen vorgeschlagen, bei der die Leiter mittels einer leicht schmelzbaren Glasart auf der (den) Platte(n) befestigt werden.

Außerdem wurde schon vorgeschlagen (DT-PS 22 61 217), Gasentladungs-Anzeigetafeln dadurch herzustellen, daß man auf einem aus Kieselerde und Natronkalk bestehenden Glassubstrat nacheinander Schichten von Chrom, Kupfer und dann wieder Chrom niederschlägt, daraus durch Ätzen eine Gruppe paralleler laminierter Leiter erzeugt und dann die ganze Baugruppe in einer Gasatmosphäre zur Bildung einer Chromoxydschicht auf der freiliegenden Chromschicht erhitzt, um die Leiter für die nachfolgende Hochtemperatur-Behandlung zu passivieren. Danach wird ein Brei aus feingemahlener Glasfritte über die Leiter gespritzt, dann getrocknet und in einem Ofen erhitzt, um die Glasfritte zur Bildung eines schützenden dielektrischen Glasüberzuges gleichmäßiger Dicke über allen Leitern zum Verfließen zu bringen. Danach wird die ganze Baugruppe abgekühlt und in einem Vakuum eine Magnesium-Oxydschicht über das Dielektrikum als Überzug niedergeschlagea Zwei mit Magnesiumoxyd überzogene Platten werden dann zu einer integrierten Struktur so zusammengeschmolzen, daß die Leiteran ordnungen auf den Platten orthogonal zueinander in einem vorgegebenen genauen Abstand verlaufen. Dabei wird ein Dichtungsmaterial verwendet, welches bei relativ niedriger Temperatur erweicht, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Dielektrikums liegt, so daß sich zwischen den miteinander dicht verbundenen beiden Glasplatten eine genau bemessene gasdichte Kammer bildet, die mit leuchtfähigem Gas gefüllt und dann abgedichtet wird

Die gegenwärtig verfügbaren Glassubstrate aus Kieselerde und Natronkalk werfen sich jedoch bei Temoeraturen über etwa 600^CC, und außerdem neigen die Magnesiumoxydüberzüge zur Bildung von Haarrissen während die Platten in der Dichtungsoperation auf etwa 460-480⁰C erwärmt werden. Diese Haarrißbüdung beginnt normalerweise bei Temperaturen von 435⁰C entsprechend einer Viskosität des dielektrischen Glases von 10¹⁰·³ Poise. Die Temperatur, bei welcher die Haarrißbildung beginnt, kann jedoch mit steigender Viskosität des dielektrischen Glases angehoben werden. Ungünstigerweise steigt jedoch mit der Viskosität des Glases auch die zum Verfließen erforderliche Erwärmungstemperatur, wodurch sich wieder die obenerwähnten das Glassubstrat betreffenden Probleme ergeben.

Zur Vermeidung dieser Nachteile besteht die Aufgabe der Erfindung in der Entwicklung eines Herstellungsverfahrens, bei dem dielektrisches Glas hoher Viskosität verwendet werden kann, bei welchem sich das Substrat nicht wirft, bei dem ein besonderer Passivierungsschritt zur Erzeugung eines Schutzüberzugs über den Leitern überflüssig wird, und bei welchem ein Dichtungsmaterial verwendet wird, welches bei Temperaturen erweicht, die wesentlich unter der Temperatur liegen, bei welcher die Haarrißbildung beginnt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die ebenen Trägerplatten mit darauf aufgebrachtem Leiterfeld und darüberliegender Glasfritte zur Herabsetzung der zum Verfließen der Glasfritte erforderlichen Temperaturen in feuchter Atmosphäre erhitzt werden, welche frei von reduzierenden Bestandteilen ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens liegt erfindungsgemäß darin, daß zur Erzeugung der feuchten Atmosphäre wasserdampfhaltige Druckluft oder wasserdampfhaltiger Sauerstoff bzw. Stickstoff zugeführt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschließend näher beschrieben. Es zeigt

Fi g. 1 eine schematische perspektivische Darstellung (mit teilweiser Schnittansicht) der Gasentladungs-Anzeigetatel,

Fig. 2 eine fragmentarische vertikale Schnittansicht (vergrößert) der in F i g. 1 gezeigten Anordnung,

F i g. 3 eine leicht vergrößerte Schnittansicht der Baugruppe vor der Wärmebehandlung, die zu der in F i g. 2 gezeigten Anordnung führt,

F i g. 4 ein Ablaufdiagramm für die einzelnen Verfahrensschritte und

Fig.5 eine schematische Darstellung eines Gerätes zum Erhitzen der Baugruppe in einer feuchten Atmosphäre.

In den F i g. 1 bis 3 ist eine Gasentladungs-Anzeigetafel gezeigt, die nach dem in Fig.4 schematisch dargestellten Verfahren hergestellt ist Diese Einheit umfaßt eine obere Plattenanordnung 10 und eine untere Plattenanordnung 11 mit den Trägerplatten 12 bzw. 13 auf deren einander zugewandten Oberflächen Leiterfelder 14 bzw. 15 ausgebildet sind. Jedes Leiterfeld 14,15 besteht aus einer dünnen, auf der Trägerplatte 12 bzw 13 niedergeschlagenen Chromschicht und einer darüber liegenden dünnen Kupferschicht (siehe Fig.4a). Die überlagerten Schichten wurden selektiv weggeätzt, um parallele Leiter zu erzeugen. Die Leiter des Feldes 14 liegen orthogonal zu denen des FeWes 15, und die Enden eines Feldes auf jeder Trägerplatte ragen über die Kanten der anderen Trägerplatte hinaus, um eine gute Anschlußmöglichkeit vorzugeben. Wie am besten in den Fi g. 2 und 3 zu sehen ist, werden die Chrom-Kupferleiter eines jeden Feldes 14, 15 mit einem Glasfritte-Brei übersprüht (siehe F i g. 4c), der dann getrocknet wird. Die Fritte wird dann in einem Ofen (siehe Fig.4d) erhitzt, so daß sie verfließt und bei der anschließenden Abkühlung transparente dielektrische Überzüge 16, 17 liefert, die ebene Oberflächen 18,19 aufweisen. Auf den ebenen Oberflächen 18,19 wird ein dünner Magnesium-Oxydüberzug aufgebracht (siehe F i g. 4e).

Um die Plattenanordnungen 10 und 11 zu einer integrierten Struktur zu verschmelzen, werden ungeschmolzene, durch Hitze schmelzbare Dichtungsstäbe

20 aus einem Glas mit einem niedrigen Erweichungspunkt nach Art eines Fensterrahmens auf die Oberfläehe 19 der unteren Plattenanordnung 11 gelegt Diese Stäbe 20 haben einen einheitlichen Durchmesser, der wesentlich größer ist als der genaue festgelegte Abstand, in welchem diese Plattenanordnungen schließlich miteinander verbunden sein sollen. Dann werden zwei Sätze von oberen und unteren Glasdistanzstäben

21 und 22 mit einander gleichen Abmessungen in einem zweischichtigen Kreuzmuster innerhalb der Umgrenzung übereinander gelegt. Die unteren Stäbe 22 verlaufen parallel zu und in gleichem Abstand von je zwei benachbarten Chrom-Kupferleitern des Leiterfeldes 15 und ruhen auf der ebenen Oberfläche 19, wogegen die oberen Stäbe 21 auf den unteren Stäben 22 liegen.

Die obere Plattenanordnung 10 wird jetzt quer über die untere Plattenanordnung 11 so gelegt, daß die Oberfläche 18 der oberen Plattenanordnung die Dichtungsstäbe 20 berührt, und daß die oberen Stäbe 21 parallel zu und in gleichem Abstand von je zwei benachbarten Chrom-Kupferleitern des Leiterfeldes 14, aber wesentlich niedriger verlaufen. Die Stäbe 21, 22 haben einen erheblich höheren Erweichungspunkt als die Dichtungsstäbe 20, und ihre kombinierte Höhe ist wesentlich geringer als der Durchmesser der Dichtungsstäbe. Wenn nun die so vorbereitete Baugruppe aus einzelnen Teilen in einen Vakuumofen gesetzt (siehe Fig.4f) und auf eine Temperatur erwärmt wird, die ausreicht, um das Dichtungsmaterial der Stäbe 20 zum Schmelzen und zum Verfließen zu bringen, bewegt sich die obere Plattenanordnung 10 langsam aus der in fts F i g. 3 gezeigten Position nach unten, bis die Oberfläche 18 die oberen Distanzstäbe 21 gemäß Darstellung in F i g. 2 berührt. Wenn sich die ganze Baugruppe abkühlt, verschmilzt das wieder verflüssigte Dichtungsmaterial, welches in Fig.2 mit 20' bezeichnet ist, mit den Oberflächen 18,19 der dielektrischen Schichten 16, 17 und damit werden die Plattenanordnungen 10, 11 zu einer integrierten Struktur verbunden, die eine gasdichte Kammer 23 aufweist, welche am Umfang durch das Material 2C abgedichtet ist Diese Kammer 23 wird dann auf herkömmliche Weise mit einem Absaugrohr 24 (Fig. 1) evakuiert und mit einem leuchtfähigen Gas unter entsprechendem Druck gefüllt; danach wird das Rohr abgedichtet, um das Gas permanent in der Kammer einzuschließen.

Das Herstellungsverfahren für Gasentladungs-Anzeige- und/oder -Speichertafeln der beschriebenen Art unterscheidet sich vom Stand der Technik in folgenden wichtigen Gesichtspunkten:

1. Der besondere Passivierungsschritt entfällt. (Bisher mußte die ganze Baugruppe nach dem Ätzen des Leitermusters und vor dessen Übersprühen mit einer Glasfritte, d. h. zwischen den Schritten b und c in Fig.4, erhitzt werden. Bei dem vorliegenden Verfahren ist das nicht mehr notwendig oder erwünscht.)

2. Die Glasfritte wird in einer feuchten, von reduzierenden Bestandteilen freien Atmosphäre in einem Ofen 100, wie er in F i g. 5 gezeigt ist, erhitzt (siehe Fig.4d). Die Substrate 12, 13 mit den entsprechenden Leiterfeldern 14, 15, die mit der Glasfritte überzogen sind, werden auf eine Platte 101 in einer erwärmten Kammer 102 gelegt. Ein von reduzierenden Bestandteilen freies Gas wie Luft, Argon, Stickstoff oder Sauerstoff wird unter Druck von einer Quelle 103 durch ein Rohr 104 einem Wassertank 105 zugeführt. Das Rohr gibt unter der Wasseroberfläche unter Druck stehendes Gas ab und ermöglicht so die Überführung eines Gas-Wassergemisches durch das Rohr 106 in den Ofen 100, von wo es durch eine kleine öffnung 109 abgesaugt werden kann, so daß die dielektrische Glasfritte in einer feuchten Atmosphäre erhitzt wird.

Die durch Erhitzen der mit der dielektrischen Glasfritte überzogenen Trägerplatten in einer feuchten, von reduzierenden Bestandteilen freien Atmosphäre erzielten Ergebnisse und unerwarteten Vorteile werden anschließend genauer an Hand der nachfolgenden Tabellen erklärt:

Tabelle 1

Verschiedene Zusammensetzungen des dielektrischen Giases (% Gewicht)

PbO
B2O3
SiO₂
AI2O3
MgO

Erweichungs-Temp.
("C)

Temperatur, ab der
MgO Haarrisse bekommt (⁰C)

73,5
12,6
13,7
0,2

69,0
20,0
11,0

475 498

69,0

20,0

7,8

0,2

3,0

530

69,6

13,6

13,6

0,2

3,0

547

435 458 474 484

Tabelle II

ErwärmungstemperaUiren für die verschiedenen Zusammensetzungen des dielektrischen Glases

Erwärmungstemperatur ("C)	Zusammensetzung	B	C	D
	A	650	700	715
Trockenes Argon	620	650	700	715
Trockener Stickstoff	620	630	665	680
Trockene Luft	604	590	—	—
Feuchtes Argon (210C)	585	596	620	630
Feuchter Stickstoff (210C)	582	575	609	619
Feuchte Druckluft (2 Γ C)	570

Feuchte Druckluft (50⁰C) 560 - - 620
Feuchter Sauerstoff (2TC) 515 560 585 600

Tabelle I zeigt vier dielektrische Glaszusammensetzungen (mit den Bezeichnungen A, B, C, D) und die zugehörigen Temperaturen, bei denen sie erweichen und bei welcher die Haarrißbildung im Magnesiumoxyd auftritt. Da die Erweichungstemperatur eine Funktion des Logarithmus der spezifischen Viskosität (7, 6) ist, haben Glaszusammensetzungen mit hoher Viskosität, wie die Zusammensetzungen C und D, höhere Erweichungstemperaturen. Mit steigender Viskosität des Glases erhöht sich ;iuch wunschgemäß die Temperatur, bei welcher die Haarrißbildung in Magnesiumoxyd beginnt.

Aus Tabelle II ist zu ersehen, daß die dielektrischen Glaszusammensetzungen A, B, C oder D in einer feuchten Atmosphäre bei wesentlich niedrigeren Temperaturen verfließen ab in einer trockenen Atmosphäre. Zusammensetzung B, die z. B. in trockener Luft auf 630⁰C erhitzt werden muß, verfließt in feuchtem Sauerstoff bereit* bei 560° C, also bei einer 70° C niedrigeren Temperatur, und für die Zusammensetzungen C und D wird die benötigte Temperatur um 80⁰C reduziert. Mit steigender Viskosität nehmen zwar auch die erforderlichen Temperaturen zu, der Unterschied der erforderlichen Temperatur bei feuchtem Sauerstoff gegenüber trockener Luft wird jedoch noch stärker betont Wie bereits ausgeführt wurde, wird der Magnesium-Oxydüberzug (siehe Fig.4e) nach dem Verfließen des dielektrischen Glases aufgebracht (F i g. 4d); während der Abdichtungsoperation (F i g. 4f) muß die Baugruppe jedoch stufenweise bis auf etwa 500⁰C erhitzt werden. Wenn das dielektrische Glas während des Abdichtungsschrittes sich zu erweichen beginnt, zieht es Magnesiumoxyd in Lösung, wodurch sich Haarrisse im Glas bilden. Bei einem dielektrischen Glas mit hoher Viskosität wie z. B. der Zusammensetzung C, kann das Glas jedoch in einer feuchten oxydierenden Umgebung auf mindestens 600° C erhitzt werden, und die Haarrißbildung des Magnesiumoxyds während des nachfolgenden Abdichtungsschrittes beginnt erst, wenn die Temperatur 474° C in diesem Schritt übersteigt, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Haarrißbildung sehr klein gehalten wird.

Durch die Erhitzung des dielektrischen Glases in einer feuchten, von reduzierenden Bestandteilen freien Atmosphäre ergibt sich ein zweiter völlig unerwarteter Vorteil. Es wurde festgestellt, daß man Randwinkel von 12—20° erhält, wenn das dielektrische Glas, wie z. B. die

ίο Zusammensetzung A, als Elrei über Chrom-Kupfer-Chrom-Leiter gesprüht, getrocknet und dann in feuchtem Stickstoff ohne besonderen Passivierungsschritt herkömmlicher Art erhitzt wird. Für Chrom-Kupferleiter 14, 15 ergeben sich Randwinkel von 10-12°.

Im Gegensatz dazu konnte die Beobachtung gemacht werden, daß beim Übersprühen von Chrom-Kupfer-Chrom-Leitern (800 A/10 000 Ä/800 Ä) mit einer ähnlichen dielektrischen Zusammensetzung, anschließender Trocknung und nachfolgender Passivierung in einem Gas sowie dem nachfolgenden Erhitzen des Dielektrikums Randwinkel von 50 — 90° entstanden. Um ebene und glatte Oberflächen 18, 19 auf den dielektrischen Schichten 16,17 sicherzustellen, sollten die Randwinkel jedoch so klein wie möglich sein. Die Oberflächen sollten deshalb eben sein, um den Abstand zwischen den Platten 10 und 11 konstant zu halten, um dadurch für alle Koordinatenpaare von Leitern gleiche Betriebsbedingungen zu erreichen.

Die zum Verfließen erforderlichen Temperaturen des dielektrischen Glases wurden durch das beschriebene Verfahren beim Erhitzen in sehr feuchtem Sauerstoff um 80° gesenkt. Die Reduzierung der erforderlichen Temperatur steigt progressiv bei stärkerer Oxydation der Umgebung. Außerdem wird durch zunehmende Temperatur der umgebenden Atmosphäre im Ofen der Dampfdruck erhöht und somit die erforderliche Temperatur weiter herabgesetzt (siehe Tabelle 11. die eine Reduzierung der zum Verfließen benötigten Temperatur um 10° C bei der Zusammensetzung A zeigt, wenn diese Zusammensetzung unter feuchter Druckluft mit einer Temperatur von 50°C statt 2TC erhitzt wird). Somit lassen sich die besten Ergebnisse mit der feuchtesten Atmosphäre erzielen.

Das Erhitzen in feuchter Atmosphäre liefert nicht bei allen dielektrischen Glasfritten diese gewünschten Ergebnisse.. Das gilt z. B. für alkalische Glasfritten oder solche Fritten, die wesentliche Mengen von Zinkoxyd oder Aluminiumoxyd enthalten. Die mit den Bezeichnungen A₁, B und C angegebenen spezifischen dielektrischen Glaszusammensetzungen bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung, es sind dies nur einige von zahlreichen Zusammensetzungen, die entwickelt und optimiert wurden, um die Erweichungstemperatur

möglichst hoch zu halten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Gasentladungs-Anzeige- und/oder -Speichertafeln, bei dem ebene Trägerplatten mit jeweils darauf aufgebrachtem Leiterfeld und einer darüberliegenden aus Glasfritte unter Temperatureinwirkung gebildeten dielektrischen Schicht zur Bildung eines gasdichten Entladungsraumes zusammengesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Trägerpiatten (12,13) mit darauf aufgebrachtem Leiterfeld (14, 15) und darüberliegender Glasfritte zur Herabsetzung der zum Verfließen der Glasfritte erforderlichen Temperatur in feuchter Atmosphäre erhitzt werden, weiche frei von reduzierenden Bestandtei len ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der feuchten Atmosphäre wasserdampfhaltige Druckluft zugeleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der feuchten Atmosphäre wasserdampfhaltiger Sauerstoff zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der feuchten Atmosphäre wasserdampfhaltiger Stickstoff zugeführt wird.

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