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Leiterplatte für eine Bild- bzw. Anzeigeröhre
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Leiterplatte für eine Bild-bzw. Anzeigeröhre Beschrieben wird eine
Leiterplatte für eine Bild- bzw.
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Anzeigeröhre.
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Eine Elektronenbild- oder -anzeigeröhre ermöglicht die verschiedensten
Anzeigevorgänge in einem Vakuumkolben oder einem mit einem Inertgas gefüllten, hermetisch
versiegelten Kolben durch Ausnutzung einer auf eine Entladung, eine Leuchtstoffaktivierung,
eine elektrische Erwärmung u.dgl. zurückzuführende Lichtemission.
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So kann man beispielsweise die Bild- oder Anzeigeröhre als Anzeigemechanismus
bei elektronischen Rechnern, elektronischen Armbanduhren, Verkaufsautomaten u.dgl.
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verwenden.
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Bei einer Bild- oder Anzeigeröhre dieser Art sind ein Keramiksubstrat
mit einer als Anode ausgebildeten Elektrode und eine darauf befindliche, mehrschichtig
ausgebildete Verdrahtungsschicht sowie sonstige elektronische Bauteile in einen
flachen Glaskolben mit nach außen reichenden Zuleitungen eingebaut.
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Der Leiter und die Leiterplatte als dessen Vorläufer müssen folgenden
Erfordernissen genügen:
1. Da in zunehmendem Maße Hochleistungs-Anzeigeröhren
benötigt werden, muß die Leiterplatte, um diesem Erfordernis zu genügen, vorzugsweise
eine hohe Leitfähigkeit aufweisen. Eine Zunahme der Leitfähigkeit führt auch zu
einer Abnahme des Leistungsverlusts.
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2. In einer Hochleistungs-Anzeigeröhre sollte die Leiterplatte vorzugsweise
eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, damit die beim Betrieb der Anzeigeröhre
entstandene Wärme wirksam abgeleitet wird.
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3. Da eine Leiterplatte in der Regel eine Stärke von 0,15 - 0,4 mm
aufweist, kommt es bei ihrer Herstellung oftmals zu einer Deformierung, in der Regel
zu einem Abknicken, so daß die Ausbeute an entsprechenden Leiterplatten sinkt. Folglich
muß also die Leiterplatte vorzugsweise eine hohe Deformationsbeständigkeit erhalten.
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4. Trotzdem eine Leiterplatte eine komplizierte Form aufweist, sollte
sie auf einfache Weise maschinell herstellbar bzw. bearbeitbar sein.
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5. Da eine Anzeigeröhre oftmals im Freien, z.B. bei einem im Freien
stehenden Verkaufsautomaten, benutzt wird, sollten die entsprechenden Leiter eine
hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen.
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6. Da die Drahtanschlüsse sich aus dem Glaskolben durch eine (zum
Versiegeln des Glaskolbens) niedrigschmelzende Glasschicht nach außen hin erstrecken,
darf die Leiterplatte den Versiegelungsvorgang durch ein niedrigschmelzendes Glas
nicht behindern.
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Von den genannten Erfordernissen für Leiter oder Leiterplatten
sind
die Erfordernisse 1 bis 4 die bedeutendsten.
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Bisher gibt es keine Leiterplatten, die sämtlichen sechs Erfordernissen
genügen.
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So wird beispielsweise ein üblicher Leiter aus einer 42%Ni-6%Cr-Fe-Legierung
verwendet, um gute Siegelungseinschaften mit niedrigschmelzenden Gläsern zu erreichen.
Eine Leiterplatte dieser Art besitzt eine gute Haftfähigkeit an Glas und läßt sich
ohne Schwierigkeiten maschinell bearbeiten. Andererseits besitzt jedoch eine solche
Leiterplatte nur eine schlechte Korrosionsbeständigkeit. Auch ihre elektrischen
Leitfähigkeitseigenschaften und Wärmeleitfähigkeitseigenschaften lassen noch zu
wünschen übrig.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Leiterplatte hoher elektrischen
Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, hoher Deformations- und Korrosionsbeständigkeit
und guter Haftfestigkeit an Glas, die sich ohne Schwierigkeiten maschinell bearbeiten
oder verarbeiten läßt, anzugeben.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Leiterplatte für eine Bild-
oder Anzeigeröhre aus einer Legierung aus 15 - 30 Gew.-% Chrom und zum Rest im wesentlichen
Eisen.
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Vorzugsweise enthält die Legierung 0,1 - 1,0 Gew.-% Titan und/oder
0,05 - 1,5 Gew.-% Aluminium.
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Ferner enthält die Legierung vorzugsweise 0,001 - 1 Gew.-% eines Seltenerd-Elements.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen
zeigen:
Fig. 1 eine ebene Darstellung einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Leiterplatte; Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Beispiel einer
Bild- oder Anzeigeröhre und Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie
III-III von Fig. 1.
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Wie bereits erwähnt, besteht eine erfindungsgemäße Leiterplatte aus
einer Legierung aus 15 - 30 Gew.-% Chrom und zum Rest im wesentlichen Eisen.
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Chrom verbessert die Korrosionsbeständigkeit der Leiterplatte ohne
Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit und steuert
darüber hinaus den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leiterplatte innerhalb eines
Bereichs von 115 x 10 7 bis 98 x 10 cm/cm/°C.
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Wenn der Chromgehalt 30 Gew.-% übersteigt, sinken die Wärmeleitfähigkeit
(0,05 cal/s/cm/°C oder mehr, zweckmäßigerweise 0,06 - 0,08 cal/s/cm/°C) und die
elektrische Leitfähigkeit (2,0% IACS oder mehr, zweckmäßigerweise 2,5 - 3,0% IACS)
der Leiterplatte. Wenn andererseits der Chromgehalt unter 15 Gew.-% liegt, stellt
sich die gewünschte Wirkung nicht ein. Vorzugsweise beträgt der Chromgehalt 16 -
25 Gew.-%.
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Eine zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Leiterplatte für Anzeigeröhren
verwendete Legierung enthält vorzugsweise Titan und/oder Aluminium. Beim Zulegieren
dieser Elemente verbessern sich die Siegeleigenschaften der Leiterplatte mit Glas
ohne Beeinträchtigung der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Leitfähig-
keit.
Beim Zulegieren von Titan wird verhindert, daß sich während des Abkühlens in der
Austenitlegierung (y-Phase) eine -Phase, die Glas zum Reissen bringt, abscheidet.
Darüber hinaus bildet sich in einer später noch näher erläuterten Voroxidationsstufe
ohne Schwierigkeiten auf der Oberfläche der Leiterplatte ein Chromoxidfilm. Beim
Zulegieren von Aluminium bildet sich ohne Schwierigkeiten ein dichter Chromoxidfilm.
Wenn der Anteil an diesen Zusätzen zu hoch ist, kommt es zu einer Beeinträchtigung
der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Leitfähigkeit. Wenn der Anteil an diesen
Zusätzen andererseits zu gering ist, stellt sich die gewünschte Wirkung nicht ein.
Folglich beträgt der Titangehalt 0,1 - 1,0, vorzugsweise 0,2 - 0,5 Gew.-%.
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Der Aluminiumgehalt beträgt 0,05 - 1,5, vorzugsweise 0,1 - 0,5% Gew.-%.
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Eine Legierung, aus der eine erfindungsgemäße Leiterplatte gefertigt
ist, kann ein Seltenerd-Eletrent enthalten. Beispiele für solche Seltenerd-Elemente
sind Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lanthan (La), Cer (Ce), Praseodym (Pr), Neodym
(Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadollinium (Gd), Terbium (Tb),
Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) und Lutetium
(Lu). Durch Zulegieren eines Seltenerd-Elementes läßt sich die Korrosionsbeständigkeit
der zur Herstellung der Leiterplatte verwendeten Legierung verbessern. Wenn der
Gehalt an dem Seltenerd-Element zu groß ist, kommt es zu einer Beeinträchtigung
der Siegeleigenschaften der Legierung mit Glas und der Wärmeleitfähigkeit und elektrischen
Leitfähigkeit. Wenn der Gehalt an dem Seltenerd-Element andererseits zu gering ist,
stellt sich die gewünschte Wirkung nicht ein. Der Gehalt an dem Seltenerd-Element
muß somit 0,001 - 1, vorzugsweise 0,01 - 0,5 Gew.-% betragen.
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Unter Verwendung einer Legierung der geschilderten Zusarzzensetzung
lassen sich Leiterplatten gemäß der Erfindung in üblicher bekannter Weise herstellen.
So werden beispielsweise die genannten Legierungsbestandteile in gegebenem Verhältnis
miteinander gemischt und erschmolzen. Nach dem Abkühlen wird der Legierungsblock
auf eine Stärke von etwa 5 cm geschmiedet, worauf der geschmiedete Legierungsblock
auf eine Stärke von 0,5 cm warmgewalzt wird. Danach wird angelassen, kaltverformt
u.dgl., wobei man letztlich ein dünnes Blech einer Stärke von 0,15 - 0,4 mm erhält.
Das dünne Blech wird schließlich gestanzt, wobei man dann eine Leiterplatte einer
Form, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, erhält.
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Die in Fig. 1 dargestellte Leiterplatte 10 besteht aus einem Hauptrahmen
12, inneren Leitern 14 und sich nach außen erstreckenden äußeren Leitern 16.
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Die Leiterplatte wird in feuchter Wasserstoffatmosphäre (eines Taupunkts
von beispielsweise 25 - 300C) auf eine Temperatur von 800 - 1000°C, vorzugsweise
von 900 - 10000C, erhitzt, um auf ihrer Oberfläche einen schwarzen, Chromoxid enthaltenden
Film zu erzeugen.
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Wenn der Oxidfilm zu dick ist, läßt er sich nicht ohne Schwierigkeiten
vor dem später durchgeführten Anlöten äußerer Leiterdrähte 13 entfernen. Folglich
sollte der Chromoxidfilm eine Stärke von etwa 0,5 ßm oder weniger aufweisen.
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Wie sich aus Fig. 2 ergibt, wird die Leiterplatte mit dem darauf ausgebildeten
Chromoxidfilm mit einem mehrschichtigen, metallisierten Keramiksubstrat 22 verbunden
und mit Hilfe von Glasplatten 24 eingesiegelt.
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Im vorliegenden Falle werden die sich nach außen er-* an bestimmten
Stellen
streckenden äußeren Leiter der Leiterplatte 10 mit Hilfe
einer Glasmasse, z.B. einer Sodaglasmasse, eingesiegelt.
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Die äußeren Leiter erstrecken sich aus dem Verbundgebilde durch eine
Glasmassenschicht 26 nach außen.
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Wenn jeder sich nach außen erstreckende äußere Leiter 16 der Leiterplatte,
wie in Fig. 3 dargestellt ist, derart abgerundet ist, daß er einen Krümmungsradius
von 1/10 oder mehr (beispielsweise etwa 0,02 mm) seiner Stärke aufweist, lassen
sich hervorragende Siegeleigenschaften mit dem Glas gewährleisten. Andererseits
wird jeder sich nach außen erstreckende äußere Leiter 16 geknickt, damit die Glasmasse
nicht (ab) fließen kann, oder es wird ein Vorsprung vorgesehen, damit man ausgezeichnete
Siegeleigenschaften mit dem Glas gewährleisten kann.
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Eine Leiterplatte gemäß der Erfindung besitzt eine hervorragende elektrische
Leitfähigkeit, d.h. eine Leitfähigkeit von 2,0% IACS oder mehr, vorzugsweise von
2,5% IACS oder mehr, eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, eine gute Deformations-
und Korrosionsbeständigkeit, eine hervorragende maschinelle Be- oder Verarbeitbarkeit
und ausgezeichnete Siegeleigenschaften mit Glas. Die Korrosionsbeständigkeit läßt
sich als Elastizitätsmodul in Längsrichtung ausdrücken. Eine Leiterplatte gemäß
der Erfindung besitzt einen Elastizitätsmodul in Längsrichtung von 196 200 MPa (20
000 kg/mm2) oder mehr, insbesondere von 196 200 - 206 010 MPa (20 000 - 21 000 kg/mm2).
Eine übliche Leiterplatte aus einem Fe-42%Ni-6%Cr-Legierung besitzt einen niedrigen
Elastizitätsmodul in Längsrichtung von nur 156 960 MPa (16 000 kg/mm2). Folglich
neigt eine übliche Leiterplatte zur Deformation während ihrer Herstellung, wodurch
der Ausstoßgrad sinkt.
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*und die Glasplatten 24
Die Erfindung wird anhand
der Beispiele näher erläutert.
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Beispiel Entsprechend den Angaben in der folgenden Tabelle wird ein
Ausgangsmaterial für eine Leiterplatte (für eine Bild- oder Anzeigeröhre) bereitgestellt,
worauf dessen elektrische Leitfähigkeit und Warmbearbeitbarkeit ermittelt werden.
Das Plattenmaterial wird in einem Ofen unter Wasserstoffatomosphäre eines Taupunkts
von etwa 300C während 30 - 50 min bei einer Temperatur von 900 - 10000C einer Voroxidation
unterworfen. Danach werden die Korrosionsbeständigkeit und die Siegeleigenschaften
mit Glas ermittelt. Es wird ein Korrosionsbeständigkeitstest durchgeführt, wobei
jedes Plattenmaterial 2 h lang mit Salzwasser besprüht wird. Die mit den verschiedenen
Materialien erzielten Ergebnisse werden miteinander verglichen. Beim Siegeleigenschaftstest
wird jedes Plattenmaterial nach der Voroxidation mittels einer Glasmasse eingesiegelt,
dann 24 h lang liegengelassen und schließlich daraufhin betrachtet, ob im Glas Risse
entstanden sind.
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TABELLE Legierungsbestandteil und Gehalt (in Gew. -%) Ni Cr Ti Al
seltene Fe Erdeelement Beispiel 1 - 18 - - - Rest Beispiel 2 - 18 0,34 - - Rest
Beispiel 3 - 18 - 0,21 - Rest Beispiel 4 - 18 - - Y 0,02 Rest Beispiel 5 - 18 0,28
0,11 - Rest Beispiel 6 - 18 0,49 0,21 Y 0,01 Rest La 0,01 Vergleichs- 42 6 - - -
Rest beispiel 1 Vergleichs- - 13 - - - Rest beispiel 2 Vergleichs- - 35 - - - Rest
beispiel 3
TABELLE (Fortsetzung) : EIGENSCHAFTEN Siegel- Korrosions-
Wärmleit- elektrische Warmbearbeit- Gesamtbewereigen- beständig- fähigkeit Leitfähig-
barkeit* tung schaften keit (cal/s/cm/°C) keit (Auftre- (% IACS) ten von Glasrissen)
Beispiel 1 ja gut 0,074 3,2 gut akzeptabel Beispiel 2 nein gut 0,072 2,9 gut sehr
gut Beispiel 3 nein gut 0,072 3,0 gut sehr gut Beispiel 4 nein gut 0,074 3,1 gut
sehr gut Beispiel 5 nein gut 0,072 2,9 gut sehr gut Beispiel 6 nein sehr gut 0,066
2,6 gut ausgezeichnet Vergleichs- nein Korrosion 0,032 1,9 gut akzeptabel beispiel
1 tritt auf Vergleichs- ja Korrosion 0,075 3,4 gut schlecht beispiel 2 tritt auf
Vergleichs- nein sehr gut 0,062 2,5 schlecht schlecht beispiel 3 *Warmbearbeitbarkeit
wird ermittelt durch Schmieden eines Blechs auf eine Stärke von 5 cm und Heißwalzen
(bei einer Temperatur von 1150°C) desselben zu einem Blech einer Stärke von 0,5
cm.