DE2532048A1

DE2532048A1 - Verfahren zum herstellen eines mit oeffnungen versehenen werkstuecks

Info

Publication number: DE2532048A1
Application number: DE19752532048
Authority: DE
Inventors: Henry William Kuzminski
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1974-07-17
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1976-02-05
Also published as: US3929532A; NL7508514A; BE831391A; IT1039337B; JPS5134835A; FR2278795B1; AU8271875A; CA1052673A; GB1512825A; FR2278795A1; JPS5416457B2

Description

.G./Ne
RCA 68 334

U.S. Ser. No. 489 393
Filed: July 17,-

RCA Corporation, New York, N.I. (V.St.A.)

Verfahren zum Herstellen eines mit öffnungen versehenen Werkstücks

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines mit Öffnungen versehenen Werkstückes der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen von Schattenmasken für Farbfernseh-Bildröhren.

Eine Schattenmasken-Farbfernseh-Bildröhre enthält eine Farbwahlelektrode, die vom Bildschirm nur wenig beabstandet ist. Diese Farbwahlelektrode hat die Form einer mit Öffnungen versehenen Maske, die Teile des Bildschirmes abdeckt, so dass während des Betriebs der Bildröhre diese abgedeckten Bereiche des Bildschirmes nicht von den Elektronenstrahlen getroffen werden. Um die während der Elektronenstrahlabtastung auftretende Streuung der Elektronen an den Rändern der Schattenmaskenöffnungen zu verringern, verjüngen sich die Öffnungen von der Bildschirmseite zur Seite hin, auf der sich das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem befindet. Der engste Teil

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jeder öffnung wird als sogenannte Messerkante bezeichnet, die sich mit einem kurzen Abstand unterhalb der Maskenf lache befindet. Dieser kurze Abstand wird als Stufenhöhe der Messerkante bezeichnet.

In den US-Patentschriften 2 750 524 und 3 679 500 sind Verfahren zum Herstellen von Schattenmasken mit öffnungen beschrieben, die eine kleine Stufenhöhe aufweisen. Beide bekannten Verfahren benutzen jedoch zwei getrennte Verfahrensschritte für das Ätzen und zwei getrennte Verfahrensschritte zum Beschichten des Metallbleches mit einem vom Ätzmittel nicht angreifbaren Material.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem nur ein einziger BeSchichtungsvorgang und auch nur ein einziger Ätzvorgang erfoderlich ist.

Diese Aufgabe wird durch <±e im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine bestimmte Gruppierung an konischen öffnungen in einem Metallblech dadurch hergestellt, dass die gegenüberliegenden Flächen des Metallblechs mit von Ätzmitteln nicht angreif-baren Mustern beschichtet werden. Das eine Muster besitzt grössere, nicht beschichtete Bereiche, die von dem von Ätzmitteln nicht angreifbaren Material umgeben sind. Das andere Muster besitzt die gleiche Form, weist jedoch kleinere, nicht beschichtete Bereiche auf, die zu den grösseren Bereichen ausgerichtet sind. In jedem kleineren nicht beschichteten Bereich befindet sich ein noch kleinerer, mit dem vom Ätzmittel nicht angreifbaren Material beschichteten Bereich. Wenigstens in einer Dimension sollte der noch kleinere beschichtete Bereich eine Breite von wenigstens 0,025 ^m (1 mil) aufweisen und wenig-

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steris 0,05 mm (2 mils) kleiner sein als der kleinere nicht beschichtete Bereich. Beide Seiten des nicht beschichteten Bleches werden gleichzeitig solange geätzt, bis die gewünschten, konischen Öffnungen darin - ausgebildet sind. Dann wird der Ätzvorgang beendet und das vom Ätzmittel nicht angreifbare Muster von beiden Flächen entfernt.

Auf Grund der Tatsache, dass innerhalb der kleinen nicht beschichteten Bereiche noch kleinere, mit dem vom Ätzmittel nicht angreifbaren Material beschichteten Bereiche liegen, kann im Vergleich zu den bekannten Verfahren die Stufenhöhe verringert und eine gleichmässigere Messerkante erreicht werden. Die Öffnungen, die durch das Zusammenwirken der Muster erzeugt werden, ermöglichen das Ätzen des Metallbleches von beiden Seiten her, wobei jedoch der Ätzvorgang auf der Fläche, die das Muster mit den kleineren nicht beschichteten Bereichen trägt, gesteuert und begrenzt werden kann. Das erfindungsgemässe Verfahren kommt mit nur einem einzigen Beschichtungsvorgang und nur mit einem einzigen Ätzvorgang aus, wogegen die bekannten Verfahren hierzu jeweils zwei Verfahrensschritte benötigen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein gemäss der Erfindung hergestelltes Metallblech in Aufsicht,

Fig. 2 bis 6 Querschnitte durch eine Metallblechöffnung, wodurch die Verfahrensschritte bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt werden,

Fig. 7 in Aufsicht die übereinander angeordneten, vom Ätzmittel nicht angreifbaren Muster bzw. Vorlagen, um entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kreisförmige Öffnungen herzustellen,

Fig. 8 in Aufsicht die übereinanderliegenden, vom Ätzmittel nicht angreifbaren Muster, um gemäss einem weiteren

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Ausführungsbeispiel der Erfindung schlitzförmige Öffnungen herzustellen, und

Fig. 9 in Aufsicht die übereinanderliegenden, vom Ätzmittel nicht angreifbaren Muster, um gemäss einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung Schlitzöffnungen herzustellen.

In Fig. 1 ist in Aufsicht eine geätzte Rohmaske 21 dargestellt, wie sie aus einer Ätzvorrichtung herausgenommen wird, die bei einem Beispiel des erfindungsgemässen Verfahrens benutzt wird. Die Rohmaske 21, die in eine Ifarbfernseh-Bildröhre eingesetzt werden soll, befindet sich in einem Metallblech 2J₁ in dem die Rohmaske^ia, 21 und 21b nebeneinander liegen. Die Rohmasken 21a, 21 und 21b sind an den Rändern 25 mit Ausnahme bestimmter (nicht dargestellter) Stellen durchgeätzt, die die Rohmasken im Metallblech 23 haltern. Die Rohmaske 21 besteht aus einem mit Löchern versehenen Mittelbereich 27» der durch die gestrichelte Linie 28 begrenzt wird, sowie einem Rand- oder Aussenbereich 29, der zwar keine öffnungen aufweist, jedoch teilweise durchgeätzt sein kann. Die Öffnungen können kreisförmige Löcher sein, die in einer sechseckigen oder rautenförmigen Anordnungsweise, oder in einer sonstigen Anordnung vorliegen können. Die öffnungen können auch in senkrechten Reihen angeordnete Rechteckschlitze sein, die beispielsweise Kantenlängen von 0,152 mm (6 mil) χ 0,762 mm (30 mil) besitzen und einen Mittelpunktabstand von 0,762 mm (30 mil) haben. Es können jedoch auch andere Öffnungsformen und andere Anordnungen und Zusammenstellungen der öffnungen verwendet werden. Die Breiten der öffnungen können — wie dies allgemein bekannt ist ~ über den Maskenbereich hinweg gleichförmig oder-auch abgestuft und veränderlich sein.

Die Rohmaske 21 wird in einen kalt gewalzten, einen normalen Kohlenstoffgehalt oder einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweisenden Stahlblech von etwa 1 mm (40 mils) bis 0,254 mm (10 mils) Dicke geätzt. Es können auch Bleche aus

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anderen Materialien, beispielsweise aus Invar-Legierung oder einer Kupfer-Nickel-Legierung geätzt werden. Das Metallblech 23 wird von einer ersten Rolle abgewickelt, und verschiedenen Behandlungs- und Bearbeitungsvorgangen unterworfen. Es wird gereinigt, beschichtet, getrocknet, belichtet, entwickelt, geätzt, gewaschen und getrocknet (wie dies im weiteren noch beschrieben werden wird). Danach wird das Metallblech auf eine zweite Holle aufgewickelt. Danach wird die zweite Rolle abgewickelt und die Maskenrohlinge 21a, 21 und 21b werden aus dem Metallblech ■ abgestreift oder abgetrennt. Die Rohmasken werden dann einer Wärmebehandlung unterzogen (geglüht), flach gewalzt,in einer Presse geformt und danach geschwärzt. Durch diese in bekannter Weise durchgeführten Verfahrensschritte erhält man dann die fertigen Masken, die in die Bildröhre eingesetzt werden.

In den Fig. 2 bis 6 werden nacheinander die Verfahrensschritte wiedergegeben, die durchgeführt werden, um einen sechseckigen Bereich aus kreisförmigen öffnungen im Mittelteil 27 eines 0,152 mm (6 mil) dicken Metallbleches 23 aus kalt gewalztem Stahl (wie in Fig. 1 dargestellt) herzustellen. Das Metallblech 23 wird auf beiden Flächen mit geeigneten, lichtempfindlichen Beschichtungen 31 und 33 aus einem Material, beispielsweise aus in zwei Farben lichtempfindlichem Fischleim, versehen, das vom Ätzmittel nicht angegriffen wird (vgl. Fig. 2). Nachdem die Schichten getrocknet sind, wird das beschichtete Metallblech in einem Rahmen zwischen zwei lichtundurchlässigen Mastervorlagen (beispielsweise wie es in der US-PS 3 751 250 dargestellt ist) gebracht. Auf der einen Fläche des Metallblechs 23 befindet sich die Mastervorlage 35 für die Schicht 31 und auf der anderen Fläche befindet sich die Mastervorlage 37 für die andere Schicht 33, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die lichtundurchlässigen Vorlagen können beispielsweise aus Chrom- oder Nickelschichten auf den dem Metallblech zugewendeten Flächen von Glasplatten 39 und 41 sein, so dass die Vorlagen 35 und 37 auf

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Schichten 31 bzw. 33 aufliegen. Die eine Mastervorlage 35 besteht aus einem Kreisring mit einem Aussendurchmesser von etwa 0,13 ran (5 mils) und einem Innendurchmesser von 0,06 mm (3 mils). Die andere Mastervorlage 37 liegt in Form einer Scheibe oder eines Vollkreises mit einem Durchmesser von etwa 0,41 mm (16 mils) vor. Die Mittelachsen der beiden Mastervorlagen decken sich, sie können jedoch auch gewünschtenfalls zueinander versetzt sein.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, werden die Schichten 31 und 33 mit einer Aushärtstrahlung (die über und unter den Glasplatten 39 und 41 durch Pfeile angedeutet wird) von beispielsweise einer Kohlenbogenlampe belichtet, wobei die Strahlung durch die Glasplatten 39 und 41 hindurchgeht und auf die Schichten 31 und 33 fällt. Durch die Strahlung werden die Schichten 31 und 33 unlöslich mit Ausnahme der Schichtbereiche, die von den Mastervorlagen 35 und 37 abgedeckt wurden. Wenn die Schichten genügend lang belichtet worden sind, wird die Belichtung beendet und die Mastervorlagen entfernt.

Die Schichten werden dann entwickelt, beispielsweise durch Abspülen mit Wasser oder anderen wässrigen Lösungen und die nicht belichteten, abgedeckten Bereiche der Schichten 31 und 33 entfernt. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, besitzt die eine Fläche nach der Entwicklung des Blechs 23 eine vom Ätzmittel nicht angreifbare Schicht mit einer darin befindlichen ringförmigen Öffnung 43· Die vom Ätzmittel nicht angreifbare Schicht 33 auf der anderen Fläche des Bleches besitzt eine Kreis- oder Scheibenöffnung 45-

Das Metallblech 23 mit den dem Ätzmittel widerstehenden Schichten wird danach in einem einzigen Verfahrensschritt einer Ätzlösung ausgesetzt, so dass die gewünschten, konischen Öffnungen entstehen. Fig. 5 zeigt das beschichtete Metallblech 23 in einem frühen Ätzzustand und Fig. 6 dann am Ende des Ätzvorgangs. Das Ätzen wird in bekannter Weise

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mit einer Eisenchlorid-Hydrochlorid-Säure als Ätzflüssigkeit durchgeführt. Zu Beginn des Ätzvorganges löst die Ätzflüssigkeit (vgl. Fig. 5) einen kleinen Teil der Blechflächen 23 an den unbeschichteten Bereichen. In Fig. 5 sind weiterhin durch gestrichelte Linien die verschiedenen, nacheinander auftretenden Ätzflächen dargestellt, wie sie durch die Ätzflüssigkeit vermutlich während des Ätzvorganges gebildet werden.

Dadurch, dass eine ringförmige Öffnung 43 anstelle einer scheibenförmigen Öffnung der Schicht auf der einen Fläche verwendet wird, wird das Ausätzen von dieser Fläche her stark eingeschränkt, so dass sich nur - wie in Fig. 6 dargestellt ist - eine kleine Stufenhöhe 47 ausbildet. Wenn statt der ringförmigen öffnung 43 eine kreisförmige Öffnung verwendet werden würde, wäre die Stufenhöhe wesentlich grosser. Am Ende des Ätzvorganges werden die Schichten 31 und 33 auf den Flächen des Blechs 23 entfernt, so dass danach die Rohmaske weiter verarbeitet werden kann.

In Fig. 7 sind in Aufsicht und übereinander die Mastervorlagen der Platten dargestellt. Die wesentlichen Abmessungen der Hingöffnung der einen Mastervorlage 35 sind der Innendurchmesser 53» der Aussendurchmesser 55 und die Ringbreite 59» die die Hälfte der Differenz von Aussen- und Innendurchmesser ist. Aus praktischen Erwägungen heraus sollte der Innendurchmesser 53 0,025 mm (1 mil) bis 0,20 mm (8 mils), und der Aussendurchmesser 55 etwa 0,076 mm (3 mils) bis 0,25 mm (10 mils) betragen. Die Differenz zwischen Aussen- und Innendurchmesser sollte wenigstens 0,05 mm (2 mils) betragen, so dass die Ringbreite 59 wenigstens 0,025 mm (1 mil) ist. Die wesentliche Abmessung der Kreisöffnung der andern Mastervorlage 37 ist der Durchmesser 57» der im praktischen Falle etwa 0,30 mm (12 mils) bis 0,50 mm (20 mils) beträgt.

Wenn die öffnungen von der Mitte zum Rand des mit Öffnungen

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versehenen Bereiches 27 hin abgestufte Abmessungen haben, so sind die Durchmesser der Ringöffnungen ebenfalls abgestuft. Der Aussendurchmesser der Ringöffnung 35 kann für öffnungen in der Mitte der Maske 0,24 mm (9»5 mils) betragen und zum Rand des mit öffnungen versehenen Bereiches 27 der Maske zu auf etwa 0,19 mm (7»5 mils) abnehmen. Der Innendurchmesser der Ringöffnung 53 kann ebenfalls abgestuft sein, jedoch sollten die Breiten 59 "bei den vorliegenden, vom Ätzmittel nicht angreifbaren Mustern wenigstens 0,025 mm (1 mil) betragen. (Wenn die Ringbreite 59 kleiner wird, nimmt auch die Stufenhöhe bis zu einem kleinsten Wert von etwa 0,025 ™ (1 mils) ab und nimmt danach wieder zu.) Bei diesem Beispiel beträgt der Durchmesser 57 des kreisförmigen Bereiches auf der anderen Seite etwa 0,41 mm (16 mils). Dieser Wert ist jedoch nicht kritisch und kann zwischen etwa 0,30 mm (12 mils) und 0,5 mm (20 mils) liegen. Wenn die Öffnungen in ihrer Grosse abgestuft sind, können die grösseren Kreisbereiche in ihren Abmessungen entweder abgestuft oder auch nicht abgestuft sein. Der Abstand der öffnungen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt ist in einem typischen Beispiel etwa 0,63 mm (25 mils).

Mit dem erfindungsgemässen Verfahren ist es auch möglich, rechteckige Schlitzöffnungen herzustellen, wie dies durch die übereinander liegenden Mastervorlagen in !"ig. 8 dargestellt ist. Die eine Mastervorlage 35' (ausgezogene Linien) und die andere Mastervorlage 37¹ (gestrichelte Linie) sind rechteckig und haben abgerundete Ecken. Bei einem Beispiel beträgt die Aussenbreite 65 der einen Mastervorlage 35' etwa 0,127 mm (5 mils) und die Aussenlänge etwa 0,76 mm (30 mils). Die Innenbreite 63 beträgt etwa 0,05 mm (2 mils) und die Innenlänge etwa 0,69 mm (27 mils). Bei anderen Bemessungsbeispielen kann die Aussenbreite zwischen 0,076 mm (3 mils) und 0,5 mm (20 mils), und die Innenbreite 63 zwischen 0,025 mm (1 mil) und 0,25 mm (10 mils) liegen. Die Differenz zwischen Auesen- und Innenbreite sollte jedoch

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wenigstens 0,05 mm (2 mils) betragen, so dass die Breite des Ringes 69, 61 wenigstens 0,25 mm (1 mil) beträgt. Die andere Mastervorlage 37' kann eine Breite zwischen 0,3 mm (12 mils) und 0.6 mm (24 mils) und eine Länge zwischen 0,51 nun (20 mils) und 1,27 mm (50 mils) aufweisen; die Längen- unddie Breitenabmessungen dieser anderen Mastervorlage 37' sollten jedoch grosser sein, als die entsprechenden Abmessungen der einen Mastervorlage 35'·

In Fig. 9 ist eine weitere Anwendungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung eines Bereiches aus rechteckigen Schlitzen dargestellt. Die in Fig. 9 dargestellten Mastervorlagen für die Schlitzöffnungen unterscheiden sich von den in Fig. 8 dargestellten dadurch, dass bei der einen Mastervorlage 35" die Länge des noch kleineren, beschichteten Bereichs gleich der Lange des kleineren nicht beschichteten Bereichs ist. Der an der schmaleren Seite liegende Hingteil 61 bei der einen Mastervorlage gemäss Fig. 8 kann auch weggelassen werden, wodurch im wesentlichen dieselbe Vorlage wie bei den in Fig. 9 dargestellten Mastervorlagen erzielt wird. Bei den in Fig. 9 dargestellten Beispiel ist es nur in einer Dimension, beispielsweise der horizontalen Dimension der einen Mastervorlage erforderlich, dass der noch kleinere beschichtete Bereich wenigstens 0,051 mm (2 mils) kleiner ist als der kleinere unbeschichtete Bereich.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eines mit öffnungen versehenen Werkstückes, bei dem die beiden gegenüberliegenden Flächen eines dünnen Metallbleches entsprechend einer bestimmten Gruppierung konischer öffnungen mit einem von einem Ätzmittel nicht angreifbaren Muster beschichtet, jede Seite des beschichteten Blechs bis zur Herausbildung der öffnungen geätzt und danach das Muster von den Flächen entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster (33) auf der einen Fläche grössere, nicht beschichtete, von vom Ätzmittel nicht angreifbares Material umgebende Bereiche (37* 37'> 37")» das Muster (31) auf der gegenüberliegenden Fläche kleinere, nicht beschichtete Bereiche (35» 35'» 35") gleicher Form, die zu den grösseren, nicht beschichteten Bereichen (37) 37'» 37") ausgerichtet sind, aufweist, sich in jedem kleineren, nicht beschichteten Bereich (35» 35¹» 35") ein noch kleinerer, mit von Ätzmittel nicht angreifbaren Material beschichteter Bereich befindet und der Ätzvorgang für beide Seiten des beschichteten Bleches (23) gleichzeitig durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der noch kleinere beschichtete Bereich (53» 63, 73) in wenigstens einer Dimension wenigstens 0,025 mm (1 mil) breit und wenigstens 0,051 mm (2 mils) kleiner ist als der entsprechende kleinere, nicht beschichtete Bereich (55, 65, 75).

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser einen Dimension der noch kleinere besehieh-tete Bereich (53, 63, 73) etwa 0,51 mm (2 mils) bis 0,076 mm (3 mils) breit und der entsprechende kleinere unbeschichtete Bereich (55, 65, 75) etwa 0,15 (6 mils) bis 0,25 mm (10 mils) breit ist.

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4-, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grösseren, nicht beschichteten Bereiche (37) im wesentlichen kreisförmige Bereiche mit einem Durchmesser von etwa 0,3 mm (12 mils) bis 0,5 mm (20 mils) und die kleineren nicht beschichteten Bereiche (35) im wesentlichen kreisförmige Bereiche mit einem Durchmesser von etwa 0,15 mm (6 mils) bis 0,25 mm (10 mils) sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grösseren, nicht beschichteten Bereiche (37¹» 37") im wesentlichen rechteckige Bereiche mit einer Breite von etwa 0,3 mm (12 mils) bis 0,5 mm (20 mils) und die kleineren nicht beschichteten Bereiche (35' » 35") im wesentlichen rechteckige Bereiche mit einer Breite von etwa 0,1 mm (4- mils) bis 2,5 mm (10 mils) sind.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des noch kleineren, beschichteten Bereichs gleich der Länge des entsprechenden kleineren, nicht beschichteten Bereichs ist.

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