DE2638114A1

DE2638114A1 - Verfahren zum fuellen von oeffnungen mit kristallinem werkstoff

Info

Publication number: DE2638114A1
Application number: DE19762638114
Authority: DE
Inventors: Arnold Robert Moore; Roland Wright Smith
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1975-08-29
Filing date: 1976-08-25
Publication date: 1977-03-10
Also published as: GB1557039A; JPS5244838A; US4059707A

Description

26381H

Dipl.-Ing. H. Saueniand · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte ■ 4οαα Düsseldorf ao · Cecilienallee 7s. · Telefon -3JgJgXSX

: _: : ... _: 452008

24. August 1976 30 955 B

RCA Corporation, 30 Rockefeiler Plaza-, New York, N. Y. 10020. .(V.St .A.)

"Verfahren zum Füllen von öffnungen mit kristallinem

Werkstoff"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Füllen- von Löchern mit kristallinem Werkstoff, insbesondere zum Füllen einer Vielzahl .von winzigen. Löchern in..einem plattenförmigen Werk-stück, wobei eine Plattenoberfläche, in der Löcheröffnungen liegen, mit einer Schicht des kristallinen Werkstoffs bedeckt wird. '" ■■'"·"

Verschiedene' Schirme zur Strahlungsumwandlung, z.B. solche, mit denen Röntgenstrahlen in sichtbares Licht umgesetzt werden, werden aus einer Glastafel hergestellt, die mit einer Vielzahl von Löchern versehen wird. Diese Löcher werden dann mit einem phosphoreszierenden Werkstoff gefüllt, der die Röntgenstrahlen in sichtbares Licht umwandelt. Der phosphoreszierende Werkstoff in jedem Loch muß optisch so transparent wie möglich sein, um die Ausstrahlung des in dem Loch erzeugten Lichtes vom phosphoreszierenden Material zu ermöglichen. Es ist daher äußerst wünschenswert, daß das phosphoreszierende Material in jedem Loch eine Struktur besitzt, die der Einkristallstruktur so nahe als möglich kommt, da jede Ungleichförmigkeit in der Struktur die Lichtdurchlässigkeit behindert. Wenn das phosphoreszierende Material einen größeren Brechungsindex besitzt als die Glastafel, bildet jedes Loch ein faseroptisches Element=

ORIGINAL INSPECTED

7098 1 G/08 1 S

26381K

— p —

Diese Art der Herstellung von Umwandlungsschirmen erlaubt es j die Platten bzw. Tafeldicke und die Elementdurchmesser auf optimale Auflösung'und Empfindlichkeit .-" einzustellen. ' ' ■·..·-.

Jüngste technologische Entwicklungen haben es möglich gemacht, Glastafeln mit einer Matrix extrem kleiner Löcher herzustellen. So sind z.B. Glastafeln bzw. -platten erhältlich , die mit einer Matrix eng beieinanderliegende-r . Löcher versehen sind, von denen'jede einen Durchmesser von ΙΟμπι besitzt. Jedoch haben sich Schwierigkeiten ergeben, wenn konventionelle Herstellungsverfahren angewandt werden, mit denen die winzigen Löcher mit phosphore^ieren- _ dem Material gefüllt'werden sollen.'Bisher wurde der phosphore^ierende Merkstoff auf der Plattenoberfläche durch Erwärmen der gesamten Platte geschmolzen. Kapillarkräfte ziehen dann den Werkstoff in die Löcher. Wegen des relativ' geringen Durchmessers, der !löcher wird-_der geschmolzene kristalline Werkstoff schnell abgekühlt, während er in jedes Loch fließt, und rekristallisiert demzufolge, bevor das gesamte Loch gefüllt:ist. Wenn große Schirme hergestellt werden, wird das Füllen noch durch die Temperaturgradienten entlang der Plattenoberfläche erschwert. Der geschmolzene kristalline Werkstoff neigt dazu, in die kühleren Bereiche der Platte zu fließen,.was zu ungleicher Füllung der Löcher führt...

Aufgabe- der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das die aufgezeigten Nachteile nicht besitzt, vielmehr ein einwandfreies Füllen auch -solcher plattenförmigen Werkstücke ermöglicht, deren Löcher eng beieinander liegen und einen äußerst geringen Durchmesser besitzen. Diese Aufgabe wird

709810/081S

ORIGINAL

2638 U4

erfindun-gsgemäß dadurch gelöst, daß die Schicht mit einer lokalisierten Wärmequelle erhitzt wird, bis ein Teil der Schicht schmilzt und in einige Löcher fließt, und daß die Schicht mit der Wärmequelle abgetastet wird, bis der kristalline Werkstoff in alle zu füllenden Löcher geflossen ist.

Anhand der beigefügten Zeichnung, in der verschiedene Füllmöglichkeiten dargestellt sind, wird die Erfindung nachfolgend näher erläuterte Es zeigenr

Fig. 1 einen Schritt des- erfindung&gemäßen Verfahrens zum Füllen von Löchern mit kristallinem: Werkstoff;

Fig. 2 den in Fig. 1 dargestellten Schritt unter Verwendung eines anderen- Gerätes j. und

Fig. 5 denselben Schritt unter gleichzeitiger Verwendung der beiden in Fig. 1 und 2 dargestellten Geräte.

Obwohl die Erfindung anhand des Beispiels der Herstellung eines für die Umwandlung von Röntgenstrahlen geeigneten Schirmes näher beschrieben wird, ist das erfindungsgemäße Verfahren selbstverständlxch auch für andere Anwendungszwecke geeignet, bei denen relativ kleine Löcher mit kristallinem Werkstoff zu füllen sind. Gemäß Fig. 1 besitzt eine P]£fcte 12, beispielsweise aus Glas, eine Vielzahl kleiner Löcher 14, die sich durch die Platte erstrecken. Jedes Loch kann einen Durchmesser von 5 oder 10 um und eine Tiefe von 0,25 bis 0,5 rom besitzen. Eine Plattenoberfläche, in der die. Lochöffnungen liegen, wird mit einer Schicht 16 aus kristallinem, phosphoreszierendem Werkstoff bedeckt, der einen niedrigeren Schmelzpunkt als die Platte 12 besitzt. Zum Beschichten der Platte 12 mit die&em kristallinen Werkest off können herkömmliche Aufdampfverfahren benutzt werden.

709810/0815

Im Falle der Herstellung eines Röntgenstrahlen-Umwandlungsschirms kann natriumaktiviertes Cäsiumjodid als phosphoreszierendes Material verwendet werden. Die Menge an phosphoreszierendem Werkstoff in der Schicht 16 hängt von der Röntgenstrahlenenergie ab, die erfaßt werden soll₉ und ist ungefähr gleich dem Betrag, der für das Füllen der Löcher benötigt wird.

Eine lokalisierte Wärmequelle, z.B. ein Laser 18₉ der einen Strahl 20 aussendet, wird eingesetzt, um einen kleinen Bereich der phosphoreszierenden Schicht 14 mindestens bis zum Schmelzpunkt zu erwärmen. Unter "lokalisierter Wärmequelle "wird im vorliegenden Zusammenhang ein Gerät verstanden, das in der Lage ist, relativ kleine Bereiche gezielt zu erhitzen. Zum Beispiel hat sich für das Erhitzen der ungebündelte Strahl eines 10 Watt-CO₂-Gaslasers mit Intensität sregler als geeignet erwiesen. Der phosphoreszierende werkstoff im erhitzen Bereich der Schicht 16 wird geschmolzen und kann in die darunter liegenden Löcher 14 fließen. Der Erwärmungsschritt kann dadurch gesteuert bzw. überwacht werden3 daß der betreffende Bereich der Schicht durch ein Mikroskop betrachtet und die Intensität des Laserstrahls 20 reguliert wird₉ um den richtigen Wärmebetrag zum Schmelzen des phosphoreszierenden Werkstoffs und Fließen in die Löcher 14 zu liefern«, Die Bedienungsperson ist in der Lage, das Benetzen der Glasplatte und das Fließen des phosphoreszierenden Werkstoffs in die Löcher zu beobachten. Sobald die Löcher 14 mit dem phosphoreszierenden Werkstoff gefüllt worden sind_s wird der Laserstrahl 20 auf einen benachbarten Bereich der Schicht 16 gerichtet« Dieser benachbarte Bereich wird dann bis sum Schmelzen des phosphoreszierenden Werkstoffs ιιηά dem Füllen der Löcher erhitzt ο nachdem der Laserstrahl 20 bewegt worden ist_s kühlen sich die Löcher

η ο υ; ρ ι η / π 2 ι κ

π 2 ι

l4 im zuvor behandelten Bereich ab und der phosphoreszierende Werkstoff rekristallisiert. Der Laserstrahl 20 wird über die phosphoreszierende Schicht 16 hin- und herbewegt, wodurch die gesamte Oberfläche der Schicht abgetastet wird, bis sämtliche Löcher 14 gefüllt sind,, Alternativ kann der Laser 18 feststehen und die Platte 12 zum Zwecke des vorerwähnten Abtastens hin- und herbewegt werden.

Als lokalisierte Wärmequelle kann auch ein Strahl heißen inerten Gases, wie in Fig. 2 dargestellt _s benutzt werden. Ein kleines Metallrohr 22 wird dazu über einen Schlauch mit einer Quelle für inertes Gas, z.B. Helium, verbunden. Das Rohr 22 kann aus reinem Platin bestehen und einen Innendurchmesser von ungefähr 838 μηι besitzen. Elektrische Anschlüsse 26 sind an jedem Ende des Rohrs 22 vorgesehen. Die elektrischen Anschlüsse 26 sind mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden. Durch das Rohr 22 wird ein Strom geleitet, der das Rohr auf ungefähr 1000 C erhitzt. Dann wird das inerte Gas durch das Rohr 22 in einer Menge von ungefähr 75 cm³/min geleitet. Das offene Ende 28 des Rohrs 22 wird dann in die Nähe de" Oberfläche der phosphoreszierenden Schicht 16 gebracht. Das aus dem offenen Ende 28 herausfließende, erhitzte Gas schmilzt einen kleinen Bereich der Schicht l6, der dann in die darunterliegenden Löcher 14 fließt. Die Bedienungsperson ist in der Lage, diesen Vorgang durch überwachen des Erwärmungsschritts und Regeln des Gasflusses zu steuern. Der Gasstrahl tastet die Oberfläche der die Löcher 14 füllenden Schicht l6 ab» Alternativ kann der Gasstrahl feststehen und die Platte 12 zum Abtasten bewegt werden. Außerdem kann der Gasstrahl in weiterer Alternative durch eine in einer evakuierten Kammer untergebrachte Elektronenkanone ersetzt werden. Dabei erhitzt der von der Kanone ausgesandte Elektronenstrahl die

709310/08

phosphoreszierende Schicht ΐβ in genau derselben Weise wie der Heißgasstrahl.

Der in Fig. 1 dargestellte Laser sowie der in Fig. 2 dargestellte Gasstrahl erhitzen die phosphoreszierende Schicht 16 in unterschiedlicher Weise. Wenn die phosphoreszierende Schicht 16 für den Laserstrahl relativ durchlässig ist, passiert der Laserstrahl 20 die Schicht, ohne sie zu erhitzen. Jedoch wird die Glasplatte unterhalb der Schicht 16 dann durch den Laserstrahl erhitzt. Es ist also die Wärme der Glasplatte 12, die zum Schmelzen der phosphoreszierenden Schicht 16 durch Wärmeleitung führt. Bei Anwendung des Gasstrahls gemäß Fig. 2 erhitzt das die phosphoreszierende Schicht 16 berührende Heißgas die Schicht direkt. Die Glasplatte 12 wird dabei durch die heiße phosphoreszierende Schicht 16 erwärmt« Da es im Interesse einer optimalen Rekristallisation wünschenswert ist, den Temperaturgradienten in der phosphoreszierenden Schicht 16 und zwischen dieser und der Platte 12 minimal zu halten, wird das Verfahren vorzugsweise unter Verwendung des Lasers 18 und des Heißgasstrahls 30 in der in Fig. 3 dargestellten Kombination durchgeführt. Der Laserstrahl 20 und der Heißgasstrahl werden so ausgerichtet, daß sie gleichzeitig dieselbe Fläche der phosphoreszierenden Schicht 16 erhitzen, wobei sie die gesamte Oberfläche der Schicht abtasten. Zusätzlich kann der Temperaturgradient bei allen drei Ausführungsbeispielen dadurch möglichst klein gehalten werden, daß ein weiteres Heizgerät eingesetzt wird, um die gesamte Platte 12 auf eine Temperatur vorzuerwärmen, die niedriger ist als die Schmelztemperatur des phosphoreszierenden Materials.

7Q9310/081S

Claims

26381U RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, N.Y. 10020 (V.St.A) Patentansprüche:

1. »Verfahren zum Füllen von Löchern mit kristallinem Werk- ^^-" stoff, insbesondere zum Füllen einer Vielzahl winziger Löcher in einem plattenförmigen Werkstück, wobei eine Plattenoberfläche, in der LöcherÖffnungen liegen, mit einer Schicht des kristallinen Werkstoffs bedeckt wird, dadurch gekenn ze ic hnet , daß die Schicht (l6) mit. einer lokalisierten Wärmequelle (20 oder 22) erhitzt wird, bis ein Teil der Schicht (16) schmilzt und in einige Löcher (l4) fließt, und daß die Schicht (16) mit der Wärmequelle (20 oder 22) abgetastet wird, bis der kristalline Werkstoff in alle zu füllenden Löcher (14) geflossen ist-

2. Verfahren nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet _s daß die gesarate Platte (12) während des dem Schmelzen dienenden Erhitzens und Abtastens auf eine unterhalb des Schmelzpunktes des kristallinen Werkstoffs liegende Temperatur erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2₃ dadurch gekennzeichnet , daß durch einen auf einem Teilbereich der Schicht (16) gerichteten Laserstrahl (20) erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet _s daß durch einen auf einen Teilbereich der Schicht. (16) gerichteten Heißgasstrahl eines inerten Gases erhitzt wird»

709810/081

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Gas auf ungefähr 100O⁰C erhitzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2_S dadurch gekennzeichnet _} daß gleichzeitig durch einen auf einen Teilbereich der Schicht gerichteten Laserstrahl (20) und einen auf denselben Teilbereich der Schicht (16) gerichteten Heißgasstrahl eines inerten Gases erhitzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß durch einen auf einen Teilbereich der Schicht gerichteten Elektronenstrahl erhitzt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7₃ dadurch gekennzeichnet , daß die lokalisierte Wärmequelle bzw. die lokalisierten Wärmequellen zum Abtasten der Oberfläche der Platte (12) bewegt werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (12) zu ihrem Abtasten relativ zu der lokalisierten Wärmequelle· bzw. den lokalisierten Wärmequellen bewegt wird.

709810/081 5