DE2633086A1

DE2633086A1 - Anschlussrahmen fuer elektronische schaltkreise

Info

Publication number: DE2633086A1
Application number: DE19762633086
Authority: DE
Inventors: Charles Frederick Rapp; Paul Lawrence White
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1975-08-01
Filing date: 1976-07-22
Publication date: 1977-02-10
Also published as: NL7608475A; JPS5219077A; DE2633086B2; GB1503136A

Description

Post Office Box 1035 München, 19. Juli 197S

Toledo, Ohio 43666, USA Anwaltsakte: M-3950

Anschlußrahmen für elektronische Schaltkreise

Die Erfhdung betrifft einen Anschlußrahmen für elektronische Schaltkreise, insbesondere einen Anschlußrahmen für einen "readonly¹¹ -Speicher (ROM, - nur zur Ablesung bestimmter Speicher), der elektronisch programmiert ist und eine bestimmte logische Funktion ausführt. ROMs bewahren eine sich nicht verändernde Information auf, beispielsweise Regelfolgen für datenverarbeitende Einheiten, Tabellen von Konstanten, Translatoren von Codes und ähnliches. Gelegentlich speichern die ROMs Programme, die denjenigen ähnlich sind, die üblicherweise im Hauptspeicher gehalten werden, die aber niemals absichtlich geändert werden. Wenn der ROM einmal mit der erwünschten logischen Punktion programmier^ ist, ist er vor einen zufälligen Veränderung geschützt.

Bei der Herstellung von ROMs ist es häufig notwendig, den Speiche}:

mehrere male erneut zu programmieren, um die für die jeweilige

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Verwendung erforderliche/ genaue logische Funktion zu erzielen.
Dieser Programmiervorgang geschieht dadurch, daß der Schaltkreis j elektronisch adressiert wird und dann der fehlerhafte logische j

Schaltkreis gelöscht wird, indem er einer Ultraviolettstrahlung j

i ausgesetzt wird. Dieses Verfahren ist bekannt (vgl. den Artikel j

mit dem Titel "Programmable ROM" von Gerald Luecke, Jack P.Mize, I

i und William N. Carr, Texas Instruments, Electronic Series, ^; McGraw-Hill, 1973, Seiten 168-173); es bildet keinen Teil der ; vorliegenden Erfindung. '

j Zur Programmierung des ROM werden elektronische Programmierim- _: j pulse an das Speicherelement gelegt, wobei die Datenbits als

Ladungen in Speicherzellen gespeichert werden. Um den ROM löschbar zu machen, besitzt die Kammer, welche den Schaltkreis enthält, ein Fenster, das für Ultraviolettstrahlung transparent ist. Auf

■

; diese Weise kann der Programmierer das Element einer hoch intensiven, kurzwelligen Ultraviolettstrahlung aussetzen. Dadurch werden die Daten innerhalb von Minuten gelöscht.

Solche ROM-Speicher sind wohl bekannt und beispielsweise in den
Artikeln "Programmable ROM" von Gerald Luecke, Jack P. Mize und
William N. Carr, Texas Instruments, Electronic Series, McGraw-Hiljl, 1973, Seiten 168-173; "Densest Erasable ROM has 8-k Bits" von
Bernard CoIe, Electronics, 3.April 1975, Seite 117; "What Are
These Things Calles ROMs?" von J.J.McDowell, Electronics in
Industry, März 1975, Seiten 16-20; in den Artikeln in Electronics), 2. August 1973 "Down Memory Lane", Seite 77; "Addressing and

Transfer", Seite 77; "Three Read-only Variations", Seite 79;
und dem Special Report, Seite 80, beschrieben. _3_

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In der Vergangenheit war es zur Erzielung dieser Ergebnisse allgemeine Praxis, den Anschlußrahmen für den ROM-Speicher mit einem Quarzfenster zu versehen. Quarzfenster sind zwar für viele Anwendungsfälle geeignet; es treten jedoch ernsthafte HerstellungsT Probleme auf, wenn eine spannungsfreie Dichtung zwischen dem Quarzfenster (das einen thermischen Expansionskoeffizient von ungefähr 5x10 /⁰C (0-300⁰C) besitzt) und dem keramischen Träger erzielt werden soll. Der letztere besteht üblicherweise aus Aluminiumoxyd einer elektronischen Gütestufe mit einem thermischen Expansionskoeffizient im Bereich von ungefähr 50-90x10 /⁰C (0-300°C) je nach der Art des Alumniumoxyds. Dementsprechend bilden sich SpannungsSprünge oder andere mechanische Defekte oder Fehler häufig in der Dichtung aus, wenn der Betrieb bei veränderlichen Umgebungstemperaturen erfolgt. Wenn einmal Dichtungssprünge oder -fehler aufgetreten sind, kann Feuchtigkeit aus der Umgebung das Speicherelement berühren; dadurch wird das Gerät für die weitere Verwendung unbrauchbar.

Ein weiterer Nachteil von Quarz besteht darin, daß Quarz-Fenster mit optischer Güte und geeigneter Geometrie aufgrund der schweren Schmelzbarkeit von Quarznicht leicht herzustellen sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Anschlußrahmen für ROMs zu schaffen, welcher ein Fenster besitzt, das für Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen 2250 und 3500 Angstrom transparent ist, das leicht herzustellen ist und das leicht gegenüber einem keramischen Träger abgedichtet werden kann.

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Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 9 beschriebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen erläutert. ;

Die Zusammensetzungen, die Verwendung finden, besitzen einen thermischen Expansionskoeffizient im Bereich zwischen 65 und 90x10 / C (0-300 C). Er kann gewisermaßen maßgeschneidert werden, indem die Verhältnisse der Einzelbestandteile so eingestellt werden, daß der thermische Expansionskoeffizient des Materials (beispielsweise des keramischen Trägers) angenähert wird, mit dem die Fenster dicht verbunden werden sollen. Was noch wichtiger ist: dünne Fenster (beispielsweise mit einer Dicke zwischen 20 und 100 mil, entsprechen 500 und 2500 ,m ) aus diesen Zusammensetzungen lassen 30%, vorzugsweise 50% der einfallenden Strahlung bei 2500 Ä durch. Dies ist ein wichtiges Verhältnis, da sich herausgestellt hat, daß das Speicherelement wirksam gelöscht werden kann, wenn Fenster mit diesen Charakteristiken verwendet werden. Dies geschieht dann mit einer Ultraviolettquelle, die Strahlung mit einer dominanten Wellenlänge von 2500 S emittiert.

Oxyde, die minimalisiert werden sollten und vorzugsweise überhaupt nicht vorliegen sollten, sind diejenigen von Eisen, Titan, Uran, Germanium, Kupfer, Silber, Gold, Vanadium, Tantal, Chrom, Wolfram, Platin, Wismut, Blei und anderer seltener Erden und Übergangsmetalle, die Ultraviolett absorbieren. Eisen und Titan ■ sind verbreitete Verunreinigungen in den Glasausgangsstoffen; -diese Glasausgangsstoffe sollten so gewählt werden, daß die '

ΘΟ98ββ/ 1 ΟδΟ

sich ergebende Glaszusammensetzung eine kombinierte Eisenoxyd- und Titanoxydkonzentration unterhalb von ungefähr 100 ppm besitzt.

Es ist nicht notwendig, daß die Fenster im sichtbaren Bereich, (d.h.zwischen 4000 und 7000 Ä) transparent sind, wenn nur ihre Transmission bei 2500 R mindestens ungefähr 30 % beträgt. In dieser Hinsicht können die Fenster also für das Auge transparent, durchscheinend oder undurchsichtig sein; in einigen Fällen könner sie auch farbig aussehen. Bestimmte Oxyde, beispielsweise Kobaltoxyd und Nickeloxyd können die Transmission im ultravioletten Bereich verbessern, indem sie vorliegendes Eisen in den Zustand Fe umwandeln, der weniger ultraviolette Strahlung absorbiert als der ,Zustand Fe . {vgl. hierzu die Schrift "Coloured Glasse^" von W.A.Weyl, Dawson, London, 1959) .

Selbstverständlich wurden im Ultravioletten durchlässige Gläser bereits in der Vergangenheit hergestellt. Hierzu wird auf die US-Patente 2 719 932, 3 150 281, 2 561 325, 2 895 839, 2 001 504,

1 971 309, 1 964 321, 2 116 742, 2 152 988, 2 152 994, 2 177 728,

2 200 958, 2 212 879, 1 779 176, 2 272 992, 1 774 854, 2 693 422,

1 830 904, 2 505 001, 2 087 762, 2 423 128, 2 100 391, 3 677 778,

3 671 380, 2 569 793, 2 757 305, 2 240 327, 2 433 928, 2 056 627,

2 031 958, 2 077 481, 1 886 280, 2 107 935, 3 496 401, 2 398 2 382 056, 1 830 903, 2 904 713 und 1 830 902 verwiesen. Allerdings offenbart keines dieser Patente die besonderen und außergewöhnlichen Vorteile, die durch die Verwendung des Soda-Kalk-Siliziumdioxyd-Fensters im Anschlußrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung erz ielt werden_£ oder legt_diese nahe ^ __r_6r

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; die Fign. 1 und 2 zeigen perspektivische Explosionsansichten von Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Anschlußrahmens.

Die Bezugszahl 10 in der Zeichnung kennzeichnet einen elektrisch isolierenden keramischen Träger, der aus Siliziumoxyd, Zirkonoxyd, Berylliumoxyd oder Aluminiumoxyd bestehen kann. Aluminium-

oxyd wird allerdings vorgezogen, da es wenig kostet und in Quali-j

tätsstufen erhältich ist, die sich für elektronische Verwendungszwecke eignen. Diese elektronischen Gütestufen von Aluminium- j oxyd besitzen einen thermischen Expansionskoeffizientenim Bereich! zwischen 50 und 9Ox1O~⁷/°C (O bis 300⁰C); sie liegen überlicher-

_ I

weise im Bereich zwischen 60 und 70x10 / C. Die Gesamtabmessun- ^!

gen dieser keramischen Träger können in großem umfang variieren; !

typisch ist eine Länge von ungefähr einem Zoll (etwa 2,5 cm) bei |

einer Breite von 1/2 Zoll (etwa 1,3 cm) und einer Dicke von unge-l

fähr 1/10 Zoll (etwa 0,25 cm). I

Im Träger 10 ist zentral ein Hohlraum 10a angeordnet. Der Hohlraum 10a erstreckt sich nur ungefähr zur Hälfte oder Dreiviertel über den keramischen Träger; er bildet dabei einen Hohlraumboden 10b. In einem typischen Falle besitzt der Hohlraum eine Abmessung von ungefähr 1/4 Zoll (etwa 0,6 cm) im Quadrat und ist zentral im keramischen Träger angeordnet, wie gezeigt.

Auf dem Boden 10b des Hohlraums 10a .ist das durch ultraviolettes Licht löschbare , programmierbare Speicherelement 11 angebracht,

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das aus einem Siliziumhalbleiter so hergestellt ist, wie es in dem oben erwähnten Artikel "Programmable ROM" beschrieben ist. , Dieses Element ist bekannt und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung als solches.

In den keramischen Träger 10 sind außerdem mehrere elektrische Leiter 12 eingebettet, die durch ihn verlaufen und mit dem Element 11 über Zuführungsdrähte 13 verbunden sind. Dies ist allgemeine Praxis. Zum Zwecke der Illustration sind nur sechs Leiter dargestellt; bei handelsüblichen Vorridhtungen sind sehr viel mehr vorhanden. Die elektrischen Leiter 12 führen das Programmier signal und dienen zur nachfolgenden Verbindung mit dem Computer oder für andere Verwendungszwecke. Um die Kanten des Hohlraums 10a herum auf dem keramischen Träger 10 ist eine Dicht-j schicht 15 angebracht; dabei kann es sich um eine anorganische

Dichtung, beispielsweise ein Blei-Borat-Lötglas handeln, wie es im US-Patent 3 778 242 oder in der US-Patentanmeldung, Serial Number 493 091 vom 30.7.1974 beschrieben ist. Es kann sich auch um eine organische Dichtung handeln, beispielsweise um ein Epoxyd harz (beispielsweise die Glycidyl-Äther von Bisphenol A, vernetzt mit Polyaminen, wie dies in Kapitel 8 "Technology of Manufacture: Synthetic Condensation Products" im Buch BdLymer & Resins von Brage Golding, Seiten 242 bis 273, 1959, oder im Kapitel 2 "Synthesis of Glycidyl-Type Epoxy Resins" im Handbook of Epoxy Resins von Henry Lee und Kris Neville, Seiten 2-1 bis 2-33, 1967, beschrieben ist.

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Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist die Dichtschicht 15 so ange- j

ordnet, daß sie ein ultraviolett-durchlässiges Glasfenster 16 - i am keramischen Träger 10 in einer Lage abdichtet, in der das \

Fenster über dem Hohlraum 10a liegt. Das Fenster 16 besitzt -\ Längen- und Breitenabmessungen, die geringfügig größer sind als der Hohlraum 10a. Auf diese Weise liegt es über dem Hohlraum 10a, : wie dies durch die Pfeile in Fig. 1 gezeigt ist. Bei der in Fig.1 gezeigten Ausfuhrungsform kann die Dichtschicht 15 als Muster aufgebracht werden, welches der Dichtzone nahe den Kanten des Fensters 16 entspricht; sie wird nachfolgend durch Schmelzen mit dem keramisehen Träger 10 dicht verbunden. Alternativ dazu kann die Dicht- j schicht 15 als Muster aufgetragen werden, welches der Dichtfläche \ auf dem keramischen Träger entspricht, und nachfolgend durch Schmelzen mit dem Fenster 16 dicht verbunden werden. Es kann auch eine dünne Schicht aus Dichtungsmittel auf den entsprechenden Flächen des Fensters und des keramischen Trägers aufgebracht werden.

Die Ausführungsform, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird in der Praxiä bevorzugt. Hier ist das Fenster direkt über eine Lötglasdichtung gegenüber dem keramischen Träger abgedichtet. Dies ist sowohl vom Standpunkt der mechanischen Stabilität als auch der hermetischen Dichtung von Vorteil.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ähnelt in der Bauweise der Ausführungsform nach Fig. 1 mit der Ausnahme, daß eine Metallflachdichtung 14 zwischen Dichtschicht 15 und Träger 10 gelegt ist. Entsprechende Teile in den Fign. 1 und 2 sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. -9-

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Die Metallflachdichtung 14 in Fig. 2 wird haftend am keramischen Träger befestigt. Die Flachdichtung 14 ist aus Gold, Silber, Kovar oder einem anderen inerten Metall oder einer anderen inerten Legierung; sie dient als Zwischendichtflache zur Verbindung des Fensters mit dem keramischen Träger. Die Flachdichtung 14 ist ein wahlweises Merkmal; bei vielen Anwendungsgebieten liegt sie nicht vor; dann wird das Fenster direkt auf den keramischen Träger mit Lötglas oder einem anderen geeigneten Dichtmittel aufgedichtet. Wie in der Zeichnung gezeigt ist, besitzt die wahlweise Flachdichtung 14 eine öffnung, welche den Außendimensionen des Hohlraums 10a entspricht und auf diesen ausgerichtet ist.

Die Metallflachdichtung 14 kann auch die Form einer dünnen Schicht (beispielsweise bis zu einigen mil, entsprechend einigen -zig .u) eines inerten Metalls besitzen, beispielsweise aus Gold oder Silber, die im Vakuum auf den keramischen Träger 10 oder auf das Glasfenster 16 aufgedampft, durch Siebdruck aufgebracht, chemisch aus dem Dampf niedergeschlagen oder sonstwie aufgebracht wurde.

Die Zusammensetzung des Blei-Borat-Lötglases (einschließlich Blei-Zink-Borat) das verwendet wird, bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung; es kann sich dabei um ein herkömmliches Lötglas handeln, wie es in der US-Patentschrift 3 778 242 beschrieben ist. Es kann dabei so ausgewählt oder abgewandelt werden, daß kompaktible Schmelz-Dichteigenschaften erzielt werden. Die Teilchengröße des Blei-Borat-Lötglases ist nicht

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besonders kritisch bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung. Jede herkömmliche Verteilung der Teilchengröße kann verwendet werden, wie sie beispielsweise im US-Patent 3 778 242 beschrieben ist. Solche Blei-Borat-Lötglase besitzen üblicherweise thermisch^

Kontraktionskoeffizienten von ungefähr 80 bis 110x10~ /°C über j den Temperaturbereich zwischen der Dichttemperatur und Zimmer- j temperatur. Die Expansionskoeffizienten können durch die Ver- ί wendung eines Füllstoffes so modifiziert werden, daß sie die Expansionskoeffizxenten des Fensters und des dagegen abzudichtenden keramischen Trägers noch besser annähern. Solche Gläser werden bekanntermaßen zur Herstellung von Glasdichtungen, Glas-Keramik- oder semikristallinen Dichtungen verwendet. Bereiche der Zusammensetzung in Gewichtsprozent werden nachfolgend angegeben; der Gesamtgehalt aller Oxyde beträgt 100%.

Oxyd Breiter Bereich üblicher Bereich

PbO	70-85	75-85
ZnO	0-20	2-16
B₂O₃	5-15	8-15
SiO₂	0-10	0-5
BaO	0-3	0-2
SnO-.	0-5	0-2

Es können auch andere, herkömmliche Oxyde,die bei der Glasherstellung Verwendung finden, beispielsweise CaO, CuO, Bi₃O₃, Na_0, K₃O, Li₃O, CdO und Fe₃O₃ enthalten sein. In vielen Fällen sollten diese Bestandteile jedoch nicht verwendet werden; vielmehr sollten solche Zusammensetzungen Verwendung finden, die im wesent-

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lichen aus den oben angeführten Bestandteilen bestehen. Die Trans missionscharakteristik des Lötglases im Ultravioletten spielt dabei keine Rolle.

In einigen Fällen werden schwer schmelzbare Füllstoffe verwendet, um den Expansionskoeffizienten und die Schmelzeigenschaften einzustellen. Jedes wohlbekannte Material, synthetisch oder natürlich, das dem Fachmann bekannt ist, ist als schwer schmelzbarer Füllstoff für die vorliegende Erfindung verwendbar. Solche schwer schmelzbare Füllstoffe sind beispielsweise Kieselerde, Lithium-Aluminosilikate wie ^ -Spodumen, Petalit, β -Eucryptit sowie die Lithium-Aluminosilikat-Glaskeramika mit geringer Expansion nach dem US-Patent 3 788 865 (mit oder ohne Farbstoff), Tonerde, AluminoSilikate, wie Mullite-Tone oder andere Tone, Zirkonerde, Zinnoxyd und Zirkon.

Die Prozentsätze des spezifischen Gewichts, die bei einem bestimmten Lötglas und schwer schmelzbarem Füllstoff tatsächlich verwendet werden, variieren über einen breiten Bereich, je nach der letztendlichen Verwendungsart. Allgemein gesprochen sollte eine ausreichende Menge schwer schmelzbaren Oxyds zugegeben werden, so daß sich die notwendige Anpassung des Expansionskoeffizienten, die richtigen Fließeigenschaften und die richtige Kristallisationsgeschwindigkeit ergibt. Der normale Zeit-Temperatur-Faktor des Wärme-Dichtungsprozesses wird dabei verringert, während gleichzeitig eine stabile, absolut hermetische, feuchtigkeitsbeständige Dichtung erzielt wird, üblicherweise geschieht dies im Bereich zwischen 1 und 25 Gew.-% der Mischung aus Löt-

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' ¹² " 2633088 j

glas und schwer schmelzbarem Füllstoff, wobei ungefähr 5 bis j ungefähr 20% in den meisten Anwendungsfällen geeignet ist. I

Die Dichtung wird dadurch gebildet, indem eine Schicht aus ; der Mischung des jeweiligen Lötglases und des jeweiligen schwer
schmelzbaren Füllstoffes thermisch aufgeschmolzen wird, während
sie sich in engem Kontakt mit dem Fenster und dem keramischen
Träger befindet. Dies geschieht bei einer Temperatur und über
eine Zeit hinweg, die ausreicht, daß die Mischung schmilzt und

zu einer stabilen, hermetischen Dichtung verfließt. Diese be-

f sitzt einen thermischen Kon-baktionskoeffizienten, der geringer I ist als der des Lötglases, das anfänglich in der Mischung vor- \ handen war. Temperaturen im Bereich zwischen 350 C und 500 C \ bei Zeitintervallen zwischen einer Minute und ungefähr einer
Stunde sind typisch für kristallisierende und nicht-kristallisierende Lötglase. Niedrigere Temperaturen machen üblicherweise '■· längere Zeitintervalle erforderlich. In der allgemeinen Praxis
bilden sich stabile, hermetisch dichte, reproduzierbare Dichtungen in ungefähr 5 bis 30 Minuten bei Temperaturen im Bereich
zwischen 350 und 450 C. Die Zeit, während der die Temperatur i oberhalb von 400 C liegt, sollte minimal gehalten werden, da
eine so hohe Temperatur einen nachteiligen Effekt auf das
Speicherelement haben kann. Die sich ergebende Dichtung, die
von den Mischungen gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet
wird, kann glasartig oder nicht glasartig (d.h. kristallin)
sein, je nach der Zusammensetzung des Lötglases, der Zeit und
der Temperatur des Schmelzvorgangs. Die Blei-Borat-Lötglase,

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V¹³ ' 2633Q86

die Zink enthalten, neigen eher zur Kristallisation bei der Schinelzbildung und bilden nicht glasartige Dichtungen. Die Blei-Borat-Lötgläser, die wenig oder kein Zink enthalten, neigen eher dazu, beim Schmelzvorgang glasig zu bleiben.

Die Mischungen des jeweiligen Lötglases und jeweiligen schwer schmelzbaren Füllstoffes, die in dieser Erfindung Verwendung finden, können auf das Fenster und/oder den keramischen Träger, die j miteinander dicht verbunden werden sollen, auf irgendeine herkömmliche Art aufgebracht werden, wie dies im US-Patent 3 778 242 beschrieben ist. Beispiele dieser Verfahren sind Aufsprühen, Siebf drucken, pyrolysierbare Bänder. Um aus diesen Mischungen aufsprühbare Brühen herzustellen, werden sie normalerweise in einem flüssigen organischen Trägerstoff dispergiert, beispielsweise in j Alkohol, bis sie eine sprühbare Viskosität erreicht haben. Ein anderes Beispiel für einen Trägerstoff der Brühe ist 1-1/2 %

i ■■-.:■■■■■■ ■ - -: " : . ■ ■

Nitrozellulose in Amylacetat oder einem Alpha-Methyl-Styrol-Harz. Es kann auch irgendein herkömmlicher pastenartiger organischer Trägerstoff verwendet werden, mit dem eine.Paste gebildet wird. Schließlich können auch herkömmliche Bänder verwendet werden.

Wenn die Mischung aufgebracht ist, wird sie getrocknet und/oder erwärmt, je nach dem bekannten Verfahren. Dabei wird der Trägerstoff verflüchtigt. Dann wird die Mischung gebrannt, wodurch die Dichtung mit oder ohne Kristallisation oder Entglasung erschmolzest wird. Zur Abdichtung und Glasierung eines Anschlußrahmens kann eine Aufwärm- und Abkühlrate von ungefähr 80 C pro Minute und mehr verwendet werden, ohne einen thermischen Schock hervorzurufen= . - -14-

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Dieser Hitzezyklus stellt normalerweise eine qualitativ hochwertige Dichtung sicher, ohne daß in den Werkstücken eine nachteilige thermische Spannung hervorgerufen würde.

Um Glasfenster-zusammensetzungen in den angegebenen Bereichen zu erhalten, können sie aus herkömmlichen Ausgangsmaterialien für die Glasherstellung erschmolzen und raffiniert werden. Bei diesen Ausgangsmaterialien handelt es sich beispielsweise um Sand, Kalkstein, Kalk, Feldspart und Sodaasche. Die Wahl des Rohmaterials erfolgt nach ökonomischen Erwägungen; häufig ist es vorteilhaft, Chemikalien mit Laborgüte zu verwenden, um den Gehalt an unerwünschten Verunreinigungen so gering wie möglich zu halten.

Die Stoffe zur Herstellung des Glases werden aufgeschmolzen, i wobei herkömmliche Glasherstellverfahren Verwendung finden. Diese Verfahren sindbeispielsweise das Aufschmelzen in Gas und elektrisch gebrannten öfen bei Temperaturen im Bereich zwischen 1500 und 1600°C. Dies erfolgt über eine Zeit bis zu mehreren Stunden in | neutraler oder reduzierender Atmosphäre mit oder ohne Rühren. So werden homogene, von Ausgangsstoffen freie, kornlose Zusammensetzungen erzielt. Die Zusammensetzungen werden dann gegossen, geformt, gezogen oder in sonstiger Weise auf die erwünschte Fensterkonfiguration gebracht, geschliffen und poliert, um so die erwünschte Oberflächenglätte zu erhalten.

Neutrale oder reduzierende Schmelzatmosphären werden gegenüber oxydierenden Atmosphären vorgezogen.Etwa vorhandenes Eisen

β098δδ/1 OSO

befindet sich auf diese Weise im Ferro-Zustand anstelle des Ferri-Zustands. Es können jedoch auch oxydierende Atmosphären verwendet werden.

Eine Fenstergröße mit einer Länge von 1/2 Zoll (etwa 1,3 cm) und einer Breite von 1/2 Zoll bei einer Dicke von ungefähr 20 bis 100 mil (zwischen 500 und 2500 ,u) ist für viele Anwendungsgebiete geeignet. Es versteht sich, daß die Oberflächenglätte des Fensters Einfluß auf die Transmissionseigenschaften für ultraviolettes Licht besitzt. Rohe Oberflächen lassen waniger Licht aufgrund der Oberflächendiffusion durch. Vorzugsweise sollte daher die Oberfläche so glatt wie möglich sein; die Fenster werden üblicherweise mit einem feinen Schleifmittel poliert, um die erwünschte Oberflächenglätte zu erzielen. Beispielsweise erzeugt das Polieren mit einem Silizium-Karbid-Schleifpapier, Körnung 240, eine Oberfläche mit einer durchschnittlichen Rauhigkeit im Bereich zwischen 1 und 10 Mikrozoll. Dieser Rauhigkeitswert bezeichnet den Höhenunterschied zwischen den Gipfeln und Tälern der Oberfläche. Wenn Ziehverfahren verwendet werden, werden zur Erzielung der erwünschten Oberflächengüte häufig keine Poliervorgänge benötigt.

Die folgenden Beispiele zeigen im Detail, wie das oben beschriebene Gerät hergestellt und zusammengebaut wird. Die angegebenen Teile sind jeweils Gewichtsteile, alle Prozentsätze sind Gewichts Prozentsätze und alle Temperaturen sind in C angegeben, soweit nichts anderes gesagt ist. In einigen Fällen ergibt die Summe der angegebenen Glaszusammensetzung nicht exakt 100%; dies beruht auf analythischen Variationen. -16-

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Beispiel 1

Ein Soda-Kalk-Kieselerdeglas mit der Zusammensetzung

Bestandteil Gew.-%

SiO₂ 73,3

Al₂O₃ 1,7

Na₂O 13,5 j

CaO 11,5 ·

wird aus Kieselerde, Tonerde, Natriumkarbonat und Kalziumkarbonat in Laborgüte durch Aufschmelzen und Raffinierung in einem schwer

ο schmelzbaren Tiegel bei einer Temperatur zwischen 1500 und 1600 C hergestellt. Dies dauert einige Stunden, wobei gelegentlich gerührt wird, bis sich ein homogenes, ausgangsstoffreies, kornfreies, klares Glas gebildet hat. Das Glas wird dann zu einem kleinen Barren gegossen und auf Zimmertemperatur abgekühlt. Das Glas besitzt die folgenden Eigenschaften: ;

Verflüssigungstemperatur: 1013 C;

Temperatur, bei welcher der Logarithmus der Viskosität in Poise

13,4 beträgt: 551⁰C;

Fasererweichungspunkt: 731⁰C;

Dichte 2,491 g/cc;

Thermischer Expansionskoeffizient (0-300°C): 85,9x10 /⁰C.

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Kleine Fenster mit den Abmessungen 0/5 Zoll χ 0,5 Zoll χ ungefähr 35 bis 40 mil (etwa 1,3 cm χ 1,3 cm χ 875 bis 1000 /u) werden aus dem Barren mit einer Diamantsäge herausgeschnitten. Die Fensterflächen werden mit einem Siliziumkarbid-Schleifpapier der Körnung 240 glattgeschliffen, wobei sich eine Oberflächenrauhigkeit von ungefähr 10 Mikrozoll ergibt.

Die Transmxssionseigenschaften dieses Fensters und der anderen Fenster der Beispiele für ultraviolettes Licht wurden mit einem Beckman-Spektrophotometer ermittelt und sind in den nachfolgenden Tabellen angegeben. Das Glasfenster wird in einen Anschlußrahmen unter Verwendung einer Kovar-Metallflachdichtung und eines Expoxydharz-Klebstoffs dicht eingefügt, wie dies in Fig.2 gezeigt.ist. Der Anschlußrahmen wird elektronisch programmiert und mit ultravioletter Strahlung im Wellenlängenereich zwischen ungefähr 2300 und ungefähr 3500 Ä gelöscht, wie dies oben beschrieben wurde. Hervorragende Resultate werden erzielt. Die verwendete Ultraviolettlampe ist eine Lampe mit hoher Intensität, die Strahlung bei ungefähr 2500 8 imittiert. Die Dichtung ist sehr stabil und dauerhaft.

Bei einer anderen Ausführungsform wird eine dünne metallische Goldschicht durch Siebdrucken auf der Glasfensterfläche aufgebracht, wie dies oben beschrieben wurde. Sie liegt dabei über einer Fläche, wie dies in der Zeichnung angegeben ist. Der An-

wie
schlußrahmen wird/oben|beschrieben zusammengebaut; ähnliche

Resultate werden erzielt.

Bei einer weiteren Ausfuhrungsform wird ein Glasfenster, das nach demeben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, mit der Kovar-Metallflachdichtung dicht unter Verwendung eines Lötglases nach den oben beschriebenen Schmelz-Dichtverfahren verbunden. Dieser Versuch zeigt, daß eine Lötglasdichtung zusammen mit der Kovar-Flachdichtung verwendet werden kann, wenn dies erwünscht ist. Dies ist jedoch nicht üblich.

Der sich ergebende Anschlußrahmen wird elektronisch programmiert und mit ultraviolettem Licht gelöscht, wie oben beschrieben wurde.

Ähnliche Resultate werden erzielt. Die Dichtung ist sehr stabil und dauerhaft.

Beispiele 2-6

Um die Grundzüge der vorliegenden Erfindung weiter zu demonstrieren, wurden die folgenden Glaszusammensetzungen hergestellt und zu Fenstern, wie oben beschrieben, geformt: i

609866/1080

Beispiel Bestandteil ^}2

74,3

73,3

OO CF>

O CJOf

CaO

Na₂O

B₂O₃

Thermischer Expansions- ^: koeffizient χ

Temperatur bei welcher der log der Viskosität 13,4" ist

! % Ultraviolett- ■■ Transmission bei

■ 225OÄ

275O& 3OOO8 325O& 35OO8

1	,7	1,7	1,7	1,	7	1,7
11	r5	11,5	10,5	13,	5	12,5
12	,5	12,5	12,5	11,	5	11,5
	0	1,0	2,0	0		1,0

81,7

571°C

82,8

572°C

81,3

568°C

80,8

583°C

82,3

577°C

55%	54%	54%	56%	67%
74	73	67	76	77
82	82	79	85	85
87	87	86	90	90
88	88	88	92	91
88	89	88	92	91

! I S ro

!

Die Glasfenster der Beispiele werden direkt auf die Anschlußrah- ■ men, wie oben beschrieben, unter Verwendung des Lötglas-Dicht- , veifehrens ohne zusätzliche Metallflachdichtung aufgedichtet. Beim elektronischen Programmieren und Löschen des Speicherelements werden ähnliche Resultate erzielt. Das Glas nach Beispiel 4 besitzt unbedeutende optische Fehler, die als "Schlieren" bekannt ; sind.

Zu Kontrollzwecken wird die Transmission einer Quarzprobe mit dem Glasfenster nach Beispiel 1 bei ähnlicher Dicke über den ge- ■ samten ültraviolettberexch verglichen. Das Glas nach Beispiel 1 enthält nach dem Ergebnis der Analyse 4 ppm Gesamtanteil Eisen als Fe₃O₃. Ein weiterer Vergleich erfolgt mit einem Soda-Kalk-Kieselerde-Glas entsprechender Dicke mit den angegebenen Mengen Fe₂O₃. :

Wellenlänge in Angström

% Transmission

Quarz Beispiel 1 Glasplatte Glassplatte

0,049% Fe₃O₃ 0,066% Fe₃O₃

1900	67	2	^1
2000	74	2
2050	77	27	<1
2100	80	52	/1
2200	86	66	<1
2300	87	69	ΙΛ
2500	89	77	Ιλ
2750	91	84	17
3000	91	88	67
3250	92	89	84
3500	93	90

Z1

14 68 87

Die Ablesung .£ 1% bedeutet im wesentlichen die Grundlinie des In-.struments. __., -. _21-

609886/1080

Die obigen Daten zeigen, daß Quarz im kurzen Ultraviolett-Wellenlängenbereich sehr viel stärker durchlässig ist; dennoch benehmen sich die Glasfenster gemäß der vorliegenden Erfindung recht zufriedenstellend, was die Ultraviolett-Löschbarkeit in der Anwendung bei ROMs betrifft. Außerdem neigen Anschlußrahmen, die mit Quarzfenstern versehen sind, stärker zur Verschlechterung und zum Ausfall beim Programmieren und Wiederprogrammieren, als dies die Anschlußrahmen gemäß der vorliegenden Erfindung tun.

Die Eisenoxyd enthaltenden Glasplattenproben lassen nicht ausreichend ultraviolettes Licht durch, um bei den ROMs eingesetzt werden zu können.

Beispiel 7

Dieses Beispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Ein Soda-Kalk-Kiselerdeglas mit der unten angegebenen Zusammensetzung und den unten aufgeführten Eigenschaften wird aus herkömmlichen Ausgangsstoffen nach dem Verfahren von Beispiel 1 erschmolzen.

Bestandteil Gew.-%

SiO₂ 68,9

Al₀O, 6,6

Na₂O 6,0

2,9

CaO 7,2

BaO 5,0

B₂O₃ 3,4

609888/1080

Das Glas hat die folgenden Eigenschaften:

Temperatur, bei welcher der Logarithmus der Viskosität in Poise 13,4 beträgt: 515°C ;

Temperatur, bei der der Logarithmus der Viskosität in Poise 14,5 beträgt: 476°C;

Thermischer Expansionskoeffizient: 7O,7x1O~ /⁰C (O bis 300°C).

Das auf diese Weise hergestellte, geschmolzene Glas wird in eine rechteckige Stange gegossen, die ungefähr 32 Zoll lang, 6-1/8 ZolJL

breit und 5/8 Zoll dick ist (81 cm χ 15,6 cm χ 1,6 cm). Der Querf schnitt wird dann auf 6 Zoll χ 0,59 Zoll (15,24 χ 1,5 cm) mit einem Blanchard-Schleifer und einem Diamantrad der Körnung 120 präzisions-geschliffen. Dann werden die Flächen der Stangen mit einem Diamantrad, 500 Mesh, poliert.

Die Stange wird dann langsam durch einen Ofen abgesenkt; sie wird erweicht, indem sie auf eine Temperatur erwärmt wird, bei welcher der Logarithmus der Viskosität des Glases in Poise ungefähr 5 bis 6 ist. Das Unterteil der Stange wird dann langsam nach unten durch einen Satz automatisch geregelter Rollen gezogen. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Glasstreifen mit einer Breite von 0,5 Zoll (1,27 cm) einer Dicke von 0,035 Zoll (0,09cm) und einer Oberflächenrauhigkeit von ungefähr 4 Mikrozoll gezogen. Der resultierende Glasstreifen wird dann in Einzelabschnitte der Länge 1/2 Zoll (1,27 cm) geschnitten, wodurch die Fenster entstehen. „ . -23-

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Wellenlänge	O A
2250	8
2500	8
2750	8
3000	8
3250
3500

Die Ultraviolett-Transmissionseigenschaften der Fenster sind folgende:

% Transmission

54%

88

Diese Fenster werden dann in einen Anschlußrahmen unter Verwendung einer Lötglasdichtung, wie in Fig. 1 gezeigt, jedoch ohne die wahlweise Metallflachdichtung, hermetisch eingefügt. Der keramische Träger ist Aluminiumoxyd elektronischer Gütestufe mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von 70x10 /⁰C (0 bis 300⁰C).

Die hermetische Dichtung wird aus einer Mischung aus partikuliertem Blei-Borat-Lötglas und partikuliertem Beta-Eucryptit-Füllstoff gebildet, wie dies in der US-Patentanmeldung Nr. 493 beschrieben ist. Die Mischung umfaßt 85 Gew.-Teile Lötglas auf 15 Gew.-Teile Beta-Eucryptit. Das Lötglas hat die Zusammensetzung

Bestanteile Gew.-%

PbO 84,1

B₂O₃ 12,3

ZnO 2,7

SiO₂ 0,4

-■ ■- - --BaO- — 0,5- - ;- — —--2-4·-

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Eine Dichtpaste wird hergestellt, indem ungefähr 89 Teile der Lötglasmischung mit 11 Teilen eines flüchtigen organischen Binde-! mittels vermischt werden. Das organische Bindemittel umfaßt 30 Geir.· Teile Alpha-Methyl-Styrolharz (Dow Resin 276V2) und 70 Teile Terpineöl.

Eine dünne Schicht der Schichtpaste wird durch Siebdrucken auf den Fehsterumfang aufgebracht. Die Paste wird gebrannt, indem auf eine Temperatur von 400 C ungefähr 14 Minuten lang erhitzt und danach auf Zimmertemperatur abgekühlt wird.

Das Fenster besitzt eine um den Umfang verlaufende geschmolzene oder glasierte Leiste aus Lötglas, welche der Fläche entspricht, die als Dichtschicht 15 am Fenster 16 in der Zeichnung dargestellt ist. Eine kürzere Erhitzungszeitdauer (beispielsweise 2 bis 5 Minuten) kann für diesen Glasierschritt ebenfalls verwendet werden.

Das glasierte Fenster wird über dem Hohlraum des keramischen Trägers wie in der Zeichnung gezeigt angebracht; es erfolgt eine Schmelzdichtung durch eine 28 minütige Erwärmung auf 400°C. Ein Fenster wird gegen den keramischen Träger abgedichtet, indem, die Lötglaspaste sowohl auf das Fenster als auch auf den keramischen Träger aufgebracht wird; beide Teile werden gebrannt und glasiert. Danach wird das glasierte Fenster auf die glasierte Fläche am keramischen Träger aufgebracht; es folgt eine Fusionsdichtung durch 14 minütige Erwärmung auf 400°C. Die Dichtung besitzt einen thermischen Expansionskoeffizienten von ungefähr

75 bis 77xiO~⁷/°C. . _₂₅..

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Der sich ergebende Anschlußrahmen wird zyklischen Wärmetests ausgesetzt. Diese erfolgen entsprechend der US-Militär-Norm 883, Verfahren 1010/ Bedingung D zwischen -65 C und +200 C. Die Dichtheit des Rahmens wird vor und nach dem thermischen Zyklus mittels Fluorkohlenstoff-Lecktests und Helium-Lecksuche in Übereinstimmung mit dem US-Milität-Standard 883, Verfahren 1014, Bedingung A (Helium), Bedingung C (Grobleck, Schritt 1) gemessen. Dieser Test ist strenger als es für die Anwendung bei ROMs erforderlich ist. Vier Anschlußrahmen werden getestet; keiner über-

_o

schritt die im Test ausgewählte Helium-Leckrate von 1x10 cc/sec

Einundzwanzig weitere Anschlußrahmen werden hergestellt und wie oben getestet, mit der Ausnahme, daß der thermische Zyklus zwischen -65 C und +150⁰C stattfindet. Ähnliche Testergebnisse werden erzielt.

Eine weitere Probe wird wie oben beschrieben hergestellt, wobei ein Keramikträger mit einem thermischen Expansionskoeffizienten von 50x10 / C (0 bis 300°C) verwendet wird. Sie wird, wie oben beschrieben, getestet, wobei der thermische Zyklus zwischen -65°C und 150 C liegt. Die Probe besitzt eine Leckrate von ungefähr 3x10 cc/sec, was für den vorgesehenen Verwendungszweck hinreichend dicht ist.

Die resultierenden Anschlußrahmen sind zur Verwendung bei ROMs geeignet. Die Dichtungen sind undurchlässig, recht stabil und dauerhaft.

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Beispiel 8

Die Verfahren nach Beispiel 7 werden wiederholt mit der Ausnahme, daß das Glasfenster eine geringfügig andere Zusammensetzung besitzt. Der thermische Expansbnskoeffizient beträgt 72x10 /⁰C. Die Zusammensetzung des Glases ist wie folgt:

Bestandteil Gew.-%

69,3

9,5 11,5

Man erhält einen geeigneten Anschlußrahmen.

Die Verfahren nach Beispiel 7 werden außerdem mit einem Fenster der unten angegebenen Zusammensetzung wiederholt; man erhält einen geeigneten Anschlußrahmen:

SiO	2
Al₂	°3
Na₂	0
CaO
B₂O	3

Bestandteil	Gew.-%
SiO₂	72,3
ZrO₂	2,0
Al₂O₃	3,4
MgO	4,0
CaO	9,4
Li₂O	- 0,5
Na₂O	8,3

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Weitere geeignete Fensterglaszusammensetzungen sind:

Bestandteil Gew.-%

SiO₂	Expansions- X1O⁷/°C	68,1	69,3
Al₂O₃	1,8	3,7
CaO	6,7	11,5
Na₂O	12,2	9,5
^B2°3	11,0	6,0
Thermischer koeffizient	76	71

609806/1080-

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Anschlußrahmen mit einem keramischen Träger-, der einen Hohlraum besitzt, mit einem elektronisch programmierbaren Speicherelement, das in dem Hohlraum angeordnet ist und auf Ultraviolettstrahlung so anspricht, daß ein im Element gespeichertes Programm gelöscht wird, wenn es intensiver ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird, mit einer elektrischen Adressierverdrahtung, die vom Träger getragen wird und mit dem Element verbunden ist, mit einem Fenster, das für Ultraviolette Strahlung durchlässig ist und oberhalb des Hohlraums dicht angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster ein homogenes Natrium-Kalk-Kieselerde-Glas ist mit einer Ultravioletttransmission von mindestens ungefähr 30% bei 2500 S und umfaßt:

Bestandteil 65 Gew. -% SiO₂ 5 bis 75 CaO 5 bis 15 Na₂O bis 15
2. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas außerdem bis ungefähr 20% eines bei der Glasherstel- ;

j lung verwendeten Oxyds in den folgenden Verhältnissen enthält: I

609336/1Ö8Ü

0-10% Al₂O₃, 0-12% B₂O₃, 0-10% MgO, 0-10% BaO, 0-10% P₂O₅,
0-10% ZnO, 0-10% Li₂O und 0-5% ZrO₃.

j
3. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas einen thermischen Expansionskoeffizienten im Bereich i zwischen ungefähr 65 und ungefähr 90x10 / C (0 bis 300°C) ; besitzt. :

\
4. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß j der keramische Träger aus Tonerde (Aluminiumoxyd) ist.

ι
5. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster mindestens ungefähr 50% bei 2500 A durchläßt.

:
6. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem eine mit einer Öffnung versehene Metallflachdichtung (14) enthält, die am keramischen Träger (10) befestigt ist und deren öffnung mit dem Hohlraum (10a) ausge-

; richtet ist, wobei das Fenster (16) auf die Metallflachdichtung (14) oberhalb des Hohlraums (10a) dicht aufgebracht ist.
7. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (16) direkt mit dem keramischen Träger (10) durch eine Lötglasdichtung hermetisch dicht verbunden ist.
8. Anschlußrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (16) mit einer Epoxydharzdichtung abgedichtet ist.

-30-

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I
9. Anschlußrahmen mit einem Tonerdeträger, der einen Hohlraum auf-

j weist, mit einem elektronisch programmierbaren Speicherelement,

ι das in dem Hohlraum angebracht ist und auf Ultraviolettstrah-

i lung in der Weise anspricht, daß ein im Element gespeichertes

: Programm gelöscht wird, wenn es intensiver ultravioletter Strah-

j lung ausgesetzt ist, mit einer elektrischen Adressierverdrah-

! tung, die vom Träger getragen wird und mit dem Element verbun-

; den ist, mit einem Fenster, das für ultraviolette Strahlung

: durchlässig ist und hermetisch in einer Stellung oberhalb des

j Hohlraums mit einer Lötglasdichtung abgedichtet ist, dadurch

; gekennzeichnet, daß das Fenster (16) ein homogenes Soda-Kalk-

i Kieselerde-Glas ist, das eine Ultraviolett-Transmission von

I mindestens ungefähr 30% bei 2500 A* besitzt und umfaßt:

Bestandtexl 65 Gew.- % SiO₂ 5 bis 75 CaO 5 bis 15 Na₂O bis 15
10.Anschlußrahmen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas außerdem bis zu ungefähr 20% bei der Glasherstellung verwendeter Oxyde in den folgenden Verhältnissen enthält: 0-10% Al₂O₃, 0-12% B₂O₃, 0-10% MgO, 0-10% BaO, 0-10% P₃O , 0-10% ZnO, 0-10% Li₂O und 0-5%

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