DE2522015C2

DE2522015C2 - Verfahren zum Auftragen einer dielektrischen Glasschicht auf ein Glassubstrat

Info

Publication number: DE2522015C2
Application number: DE2522015A
Authority: DE
Inventors: Thomas Albert West Hurley N.Y. Sherk
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-05-17
Publication date: 1983-03-10
Also published as: GB1501204A; US3917882A; FR2276274B1; JPS512718A; DE2522015A1; FR2276274A1

Description

Bei elektrischen Bauelementen ist es oft erforderlich, Glassubstrate mit dielektrischen Schichten zu überziehen, die dann ihrerseits noch mit Schutzschichten versehen werden. Dies kl insbesondere dann der Fall, wenn die Glassubstrate air Bestandteile von Wechselspannungs-Gasentladungs-Biidschrmen dienen. Wer- den solche Glassubstrate mit ihrem Oberzug in nachfolgenden Herstellungsverfahrensschritten höheren Temperaturen unterworfen, dann neigen die Schutzüberzüge der dielektrischen Glasschicht zur Rissebildung, wobei die Risse sich bei Betrieb solcher Bauelemente als sehr schädlich erweisen können. Dies gilt insbesondere für Gasentladungs-Bildschirme, bei denen der Schutzüberzug aus Magnesiumoxid besteh L In jedem Falle ist man jedoch bestrebt, diese Neigung zur Rissebildung von vorne herein zu unterbinden.

Hierzu besieht die Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Aufbringen dielektrischer Schichten auf Glassubstraten bereitzustellen, so daß die oben genannten Schädigungen nicht mehr auftreten können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, wie es dem Kennzeichen das Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Hierzu besitzt die dielektrische Schicht in vorteilhafter Weise folgende Zusammensetzung in Gewichtspro- zent:

60

PbO	63-70
SiO₂	5-30
B₂O₅	5-30
MgO	0-10
CaO	0-10
AI₂O₃	0- 0,2

65

Der hauptsächliche Vorteil vorliegender Erfindung besieht darin, daß sich die dielektrischen Glasschichten zufriedenstellend mit Hilfe der angegebenen Methode anbringen lassen, wobei die Tendenz eines Magnesjumoxidüberzugs auf der dielektrischen Glasschicht zur Rissebildung ganz wesentlich herabgesetzt wird. Dies ist ganz speziell dann von Vorteil, wenn die Glassubstrate mit den dielektrischen Überzugsschicbten miteinander verschweißt oder verlötet werden sollen, um eine dichte Gasentladungskammer zu bilden, was in typischer Weise im Temperaturbereich zwischen 470 bis 480" C erfolgt Jedenfalls hat sich gezeigt, daß bei solchen Schweiß- bzw. Löttemperaturen bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Rissebildung auch später bei Betrieb überhaupt nicht, feststellbar ist Darüber hinaus haben sich bei Inbetriebnahme keine sonstigen Mängel mehr gezeigt

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Ausführungsbeispielsbeschreibung mit Hilfe der unten aufgeführten Zeichnungen. Es zeigt

F i g. 1 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Verfahrensschritte der Erfindung,

Fig.2 in schematischer Weise eine Anordnung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren drei wesentliche Verfahrensschritte:

1. Oberziehen des Substrates mit der dielektrischen Glasschicht;

2. Aufschmelzen, verbunden mit Zusammenfließen des dielektrischen Glases in feuchter Sauerstoffatmosphäre;

3. Ausheizen der dielektrischen Glasschicht in trockener Sauerstoffatmosphäre.

Unter dem Ausdruck »Oberziehen«, wie er hier im Zusammenhang mit dem ersten Verfahrensschritt benutzt wird, wird verstanden, daß das dielektrische Glas in geeigneter Weise auf ein Glassubstrat aufgebracht wird. So könnte z. B. der Überzugsverfahrensschritt darin bestehen, daß eine gepulverte dielektrische Glasfritte auf das Substrat aufgetragen wird; oder es könnte vorgesehen sein, daß kleine Stückchen des dielektrischen Glases auf das Glassubstrat aufgebracht werden. Jedenfalls sind verschiedene Verfahren bekannt um diesen ersten Verfahrensschritt durchzuführen, so daß hier nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht

Der zweite Verfahrensschritt besteht darin, das dielektrische Glas in feuchter Sauerstoffatmosphäre aufzuschmelzen, womit ein Zusammenfließen verbunden ist Auf diese Weise werden Bläschen im dielektrischen Glasfilm eliminiert, wobei die feuchte Sauerstoffatmosphäre dazu dient, die Viskosität und damit die Oberflächenspannung des dielektrischen Glases zu verringern, so daß es möglich ist eine widerstandsfähigere dielektrische Glasschicht zu erhalten, als es in Luftatmosphäre möglich wäre, im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die feuchte Sauerstoffatmosphäre vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 550 und 63O⁰C für eine Zeitdauer von angenähert einer halben bis zu zwei Stunden bei Atmosphärendruck angewendet, wobei der Sauerstoff einen Taupunkt von mindestens 25° C besitzen sollte. Ein Sauerstoff mit höherem Taupunkt, bis zu etwa 9O⁰C, läßt sich u. U. auch für diesen Aufschmelz-Verfahrensschritt anwenden. Hiermit wird die Wirksamkeit der Bläschenbeseitigung erhöht.

Der dritte Verfahrensschritt besteht aus einem Ausheizvorgang in trockenem Sauerstoff, um OH-

Gruppen aus dem Glas ζ« entfernen. Dies ist erforderlich, da der Wassergehalt des dielektrischen Glases sowohl den spezifischen elektrischen Widerstand des Dielektrikums als auch die Temperatur herabsetzt, bei der eine Magnesiurnoxid-LTberzugsschieht, die anschließend auf die dielektrische Glasschicht aufgebracht wird, zur Rissebildung neigt. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung des dielektrischen Glases sollte die trockene Sauerstoffatmosphäre vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 550 und 630⁰C für ejne Zeitdauer zwischen einer halben und zwei Stunden bei Atmosphärendruck angewendet werden, wobei der Taupunkt nicht geringer sein soll als etwa-40⁰C

In der schematischen Zeichnung nach Fig.2 ist ein Ausführungsbeispiel zur Anwendung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte dargestellt Diese Apparatur enthält einen Ofen 1, durch weichen die Gase geleitet werden. Der Sauerstoff-Vorratsbehälter 2 liefert trokkenen Sauerstoff Ober Ventil 3 zum Ofen 1 oder auch feuchten Sauerstoff über Ventil 4, Sättigungsapparat 5 und Ventil 6 auf den Ofen 1. Der Sättigungsapparat 5 ist mit Heizwicklungen 7 umgeben, die an eine elektrische Stromquelle 8 angeschlossen ist Ein Thermometer 9 dient zur Anzeige und Überwachung der Wassertemperatur im Sättigungsapparat 5.

Wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Anordnung verwendet, wie sie durch das Ausführungsbeispiel in F i g. 2 dargestellt ist, dann wickelt sich der Aufschmelzvorgang, verbunden mit dem Zusammenfließen, folgendermaßen ab. Das mit dem dielektrischen Glas überzogene Glassubstrat wird in den Ofen 1 eingelegt Hierbei sind anfänglich die Ventile 3,4 und 6 geschlossen. Der Ofen 1 wird langsam auf die Aufschmelztemperatur aufgeheizt und zwar mit einer Heizrate von etwa 120⁰C pro Stunde. Wenn der Ofen 1 während des Aufheizens die Temperatur 200⁰C überschreitet, werden die Ventile 4 und 6 geöffnet, so daß der Sauerstoff aus dem Vorratsbehälter 2 über den Sättigungsapparat 5 durch den Ofen 1 gelangen kann. Der feuchte Sauerstoff wird bis zu diesem Zeitpunkt durch den Ofen geleitet um Kondensationsprobleme zu vermeiden. Die Erhöhung der Ofentemperatur wird fortgesetzt bis eine Temperatur zwischen 550 und 63O⁰C erreicht ist; diese Temperatur wird beibehalten für eine Zeitdauer von etwa einer halben bis zwei Stunden. Während des Aufschmelzvcwgangs, verbunden mit dem Zusammenfließen, wird eine kontinuierliche Strömung des feuchten Sauerstoffs beibehalten, wobei ein Taupunkt von wenigstens angenähert 25° C vorliegt In einem bevorzugten Allsführungsbeispiel der Erfindung werden beim Aufschmelzen eine Ofentemperatur von angenähert 620⁰C, eir.e Aufheizzeit von etwa 45 Minuten und ein Taupunkt von etwa 25° C eingestellt.

Nach Beendigung des Aufschmelzvorgangs werden die Ventile 3 und 4 geschlossen und das Ventil 6 geöffnet um den Ofen 1, mit Hilfe trockenen Sauerstoffs aus dem Vorratsbehälter 2 zu reinigen. Wie bereits erwähnt wird dann anschließend während einer Zeitdauer von einer halben bis zwei Stunden ein Ausheizvorgang durchgeführt vorzugsweise bei gleicher Temperatur, wie sfe für den Aufschmelzvorgang angewendet worden ist. Während dieses Ausheizvorgsngs wird eine Strömung von trockenem Sauerstoff aufrechterhalten. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemSßen Verfahrens werden beim AufUeizyorgang eine Ofentemperatur von etwa 62O⁰C, eine Aufheizzeit von etwa 45 Minuten und ein Taupunkt von etwa -40"C eingestellt Nach Beendigung des Ausheizvorganges werden alle Ventile geschlossen und der Ofen wird langsam auf angenähert Raumtemperatur abgekühlt, und zwar mit einer Abkühlrate von angenähert 120⁰C pro Stunde. Nach Abkühlen wird das Glassubstrat mit dem darauf niedergeschlagenen dielektrischen Glasüberzug dem Ofen entnommen.

Verschiedene dielektrische Gläser lassen sich vorteilhafterweise dem erfindungsgemäßen Verfahren unterziehen. Eine bevorzugte Sorte dielektrischer Gläser besitzt im wesentlichen folgende Bestandteile:

Um aas Wiederaufschmelzen des dielektrischen Glases, verbunden mit einem Zusammenfließen, in feuchter Sauerstoffatmosphäre zu ermöglichen, ist darauf zu achten, daß kein Aluminiumoxid in der Glaszusammensetzung vorhanden ist Jedoch sind, wie der Tabelle zu entnehmen ist sehr geringe Anteile von Aluminiumoxid, bis zu etwa 0,1 Gewichtsprozent noch als zulässig anzusehen.

Sieben spezielle Beispiele dielektrischer Glassorten im Rahmen obiger Zusammensetzungen, die sich in vorteilhafter Weise für das erfindungsgemäße Verfahren eignen, besitzen folgende Bestandteile in Gewichtsanteilen:

	Gewichtsprozent
PbO	63-70
SiO₂	5-30
B₂O₃	5-30
MgO	0-10
CaO	0-10
AI₂O₃	0- 0,2

	Gewichtsprozent	II	III	IV	V	VI	VII
	I	68,3	69	68	66	66,7	67
«PbO	69	21,7	20	16	18	23,3	20
SiO₂	22	10	11	16	10	10	10
B₂O₃	9				6		3
MgO

Wird dieses Verfahren beim Herstellen von Gasentladungs-Bildschirmen angewendet dann besteht das Glassubstrat in typischer Weise aus Natrium-Kalzium-Silikat-Floatglas.

Obfciexh sich obenstehende Beschreibung auf den Gebrauch einer Sauerstoffatmosphäre, sowohl beim Aufschmelzen als auch beim Ausheizen bezieht, können auch andere Gasbestandteile in der Sauerstoffatmosphäre enthalten sein, ohne daß dabei nennenswert schädliche Effekte eintreten. So ist z. B. ein wesentlicher Anteil von Stickstoff, sogar bis zu 10-20 Vol.-^c/o, ohne weiteres noch zulässig.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1, Verfahren zum Aufbringen einer dielektrischen Glasschicht, die nach dem Aufschmelzen mit einer Magnesiumoxid-Schutzschicht überzogen werden soll, auf ein für einen Wechselspanmmgs-Gasentladungs-Bildschirm vorgesehenes Glassubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß das aufgebrachte Glasmaterial in einer Atmosphäre aus feuchtem )o Sauerstoff, wobei der Sauerstoff-Taupunkt bei 25 bis 90⁰C liegt, bei einer Temperatur von 550 bis 630⁰C während einer halben bis zwei Stunden aufgeschmolzen, anschließend in einer Atmosphäre aus trockenem Sauerstoff, wobei der Sauerstoff-Taupunktbei —40° C liegt, bei einer Temperatur von 550 bis 630⁰C während einer halben bis zwei Stunden ausgeheizt und schließlich bei geschlossenen Sauerstoffventilen das beschichtete Substrat mit einer Abkühlratp von 120°C/h abgekühlt wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zum Aufschmelzen als auch zum Aufheizen für eine Zeitdauer von 45 Minuten eine Temperatur von 620⁰C zur Einwirkung gebracht wird.