DE2551099A1

DE2551099A1 - Dielektrisches material und verfahren zum aufbringen dieses materials als ueberzug auf einem substrat

Info

Publication number: DE2551099A1
Application number: DE19752551099
Authority: DE
Inventors: Leslie Clarence Anderson
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1975-11-14
Publication date: 1976-07-08
Also published as: JPS5179299A; JPS5651442B2; FR2296924A1; US4257904A; IT1054397B; FR2296924B1; CA1070938A; GB1520406A; DE2551099C2

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: KI 974 017

Dielektrisches Material und Verfahren zum Aufbringen dieses Materials als überzug auf einem Substrat

Die Erfindung betrifft dielektrische Materialien und Verfahren, mit denen diese Materialien auf einem Substrat als überzug aufgebracht werden können. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf solche Materialien und Verfahren, die sich in einem Herstellungsverfahren für Gasentladungsanzeigetafeln eignen.

Bei Herstellungsverfahren zum Aufbringen von überzügen aus dielektrischen Gläsern sind oft ein oder mehrere Mahlvorgänge erforderlich. Ein Nachteil eines solchen VerfahrenSchrittes besteht darin, daß eine Verunreinigung der Mischung nur schwer zu vermeiden ist. Obgleich das Vermählen in einer Kugelmühle weniger Verunreinigungen ausgesetzt ist als das reine Vermählen, so hat man bisher bei der Glasherstellung unter Verwendung von Kugelmühlen und Vermählen der verschiedenen Bestandteile gewöhnlich auch nach dem Vermählen in der Kugelmühle eine oder mehrere Verfahrensschritte zum Vermischen der einzelnen Bestandteile benutzt. Dabei ergeben sich weitere Schwierigkeiten durch Verunreinigung.

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Aufgabe der Erfindung ist es also, ein neues und sicheres Verfahren für die Herstellung dielektrischer Überzüge zu schaffen. Dabei soll insbesondere eine Stoffzusairanensetzung angegeben werden, die sofort in einer Kugelmühle auf die richtige Teilchengröße gebracht werden kann und bei welcher keine nachfolgenden Verfahrensschritte zum Vermischen von Teilchen erforderlich sind. Vorzugsweise soll sich die neue Stof fzusairanensetzung nach der Verarbeitung in der Kugelmühle durch Aufsprühen oder Auflegen in Form einer Folie auf einem Substrat anbringen lassen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zu diesem Zweck eine Stoffzusairanensetzung geschaffen, die 4,7 bis 39,7 Gew.-% Polymethylmethacrylat, 0 bis 9,1 % Weichmacher (wie z. B. Dibutylphthalat) und 60,3 bis 93,0 Gew.-% dielektrisches Glas enthält, das bei einer Temperatur oberhalb von 375 C schmilzt, wobei diese Bestandteile zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel (wie z.B. Äthylcellosolveacetat) in einer Kugelmühle auf die erforderlichen Teilchengröße gebracht werden, damit sie aufgesprüht werden können. Die zum Sprühen verwendbare Trübe wird dann in der gewünschten Dicke auf ein Substrat aufgesprüht und für etwa zwei Stunden bei einer Temperatur von angenähert 620 ⁰C aufgeheizt. Während des Aufheizens zersetzt sich das Polymethylmethacrylat in das Methylmethacrylatmonomere. Der sich dabei ergebende dielektrische Film enthält Spuren des Monomeren und des Weichmachers, besteht im wesentlichen aber aus dem dielektrischen Glas.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß man auf diese Weise ein sicheres und sauberes Verfahren zum Herstellen dielektrischer Überzüge erhält.

Ein weiterer ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß die neue Stoff zusammensetzung in einer Kugelmühle auf die richtige Teilchengröße gebracht werden kann und daß weitere MischVerfahrensschritte nicht erforderlich sind.

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Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die StoffZusammensetzung nach Verarbeitung in der Kugelmühle in Form einer Folie oder durch Aufsprühen auf das Substrat aufgebracht werden kann und sich in einer reinen Atmosphäre, die entweder oxidierend, reduzierend oder inert ist, durch Fließen gleichmäßig verteilen läßt. Von Vorteil ist es außerdem, daß die neue Stoffzusammensetzung in der Kugelmühle verarbeitet werden kann, ohne daß sich dabei das Polymethylmethacrylat oder andere Bestandteile der Stoffzusammensetzung zersetzen.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben .

Die unter Schutz zu stellenden Merkmale sind den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen im einzelnen zu entnehmen.

Zunächst wird eine Mischung aus Polymethylmethacrylat (PPMA), Weichmacher und dielektrischem Glas mit einem Lösungsmittel hergestellt. In der Tabelle sind fünf Ausführungsbeispiele mit Mischungsverhältnissen für Polymethylmethacrylat, Weichmacher und Glas (Gramm und Prozentsätze) angegeben, die verwendbar sind. Alle diese Stoffzusammensetzungen bestehen im wesentlichen auf den folgenden Bestandteilen innerhalb der folgenden Bereiche: 4,7 bis 39,7 % Polymethylmethacrylat, O bis 9,1 % Weichmacher und 60,3 bis 93,0 % dielektrisches Glas, alles in Gewichtsprozenten. Die Tabelle zeigt außerdem die Menge des zugegebenen Lösungsmittels.

TABELLE	I	I	59	C	8%)	D	(39	,7%)	E	(19	,2%)
B	30	(4,	5%)	46			50	(3,	8%)
10(4,7%)		(2,		0			10
5(2,3%)

PMMA 50(18,2%)

Weichmacher 25(9,1%)

dielektrisches

Glas 200(72,7%) 200(93,0%)1131(92,7%)7O(6O,3%) 200(76,9%) Lösungsmittel 225 285 1347 230 240

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Beim Herstellen der Mischung sollte ein lineares Polymethylmethacrylat von mindestens 99 % Reinheitsgrad verwendet werden. In allen oben genannten Beispielen wurde Dibutylphthalat als Weichmacher benutzt, jedoch können auch andere Weichmacher wie z.B. lineare oder aromatische Weichmacher, die mit Polymethylmethacrylat verträglich sind, benutzt werden. Das bei der Herstellung der oben genannten Mischungsbeispiele verwendete Lösungsmittel ist Äthylcellosolvacetat, jedoch können auch andere Lösungsmittel wie Ketone, Ester, Alkohole und chlorierte Lösungsmittel, die Polymethylmethacrylat auflösen können, benutzt werden. Aus Sicherheits- und Gesundheitsgründen wird jedoch das Äthylcellosolvacetat vorzuziehen sein. Das bei den Mischungen benutzte dielektrische Glas sollte bei einer Temperatur oberhalb von etwa 375 C schmelzen, so daß es nicht zu schmelzen beginnt, bevor die Zersetzung des Polymethylmethacrylats beendet ist. In den oben genannten Beispielen wurde ein Glas verwendet, das im wesentlichen aus 56,0 Gew.-% PbO, 21,5 Gew.-% B₂°3' 12,0 % SiO₂, 1,0 % Al₂O₃, 5,5 % CaO, 2,0 % MgO und 2,0 % Na₃O besteht. Trotzdem kann praktisch jedes dielektrische Glas, das bei einer Temperatur oberhalb von 375 C schmilzt, benutzt werden .

Nach Herstellung der oben beschriebenen Mischung wird diese in einer Kugelmühle auf die richtige Teilchengröße gebracht. Die Mahlzeit, die etwa zwischen 12 und 36 Stunden liegt, hängt von der gewünschten Teilchengröße ab. Die Teilchengröße wiederum hängt von der Art und Weise ab, wie die Trübe aufgebracht wer^ den soll. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Trübe aufgesprüht. Die bevorzugte durchschnittliche Teilchengröße liegt unterhalb von 1 Mikron, so daß die Stoffzusammensetzung etwa 24 Stunden in der Kugelmühle bearbeitet werden muß. Falls man die in der Kugelmühle gemahlene Mischung auf das Substrat in Form einer Folie aufbringen will, dann wäre eine Teilchengröße von etwa 2 Mikron annehmbar, so daß die Verweilzeit in der Kugelmühle von etwa 16 Stunden ausreichend wäre.

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Nach dem Mahlvorgang wird die Mischling auf ein Substrat (z.B. als Folie oder durch Sprühen) aufgebracht, das dann in einen Ofen eingebracht wird. Die Ofentemperatur wird mit einer Geschwindigkeit von angenähert 5 ⁰C je Minute hochgefahren, bis die Temperatur von etwa 620 ⁰C erreicht wird, wobei diese Temperatur dann für die Dauer von etwa zwei Stunden eingehalten wird. Man läßt anschließend den Ofen mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 C je MLnute abkühlen, bis eine Temperatur von 375 C erreicht wird, worauf die Abkühlgeschwindigkeit bis zum Erreichen der Zimmertemperatur auf 2 Sc je Minute erhöht wird.

Während des Aufheizens wird das Lösungsmittel ausgetrieben, (es könnte allerdings auch schon vorher ausgetrocknet sein), das PoIymethylmethacrylat zersetzt sich in Methylmethacrylat und das Monomere und der Weichmacher werden bis auf ganz kleine Reste ebenfalls ausgetrieben. Der sich dabei ergebende dielektrische Film besteht daher zu mehr als 99 % aus dielektrischem Glas. Da die Zersetzung des Polymethylmethacrylats und das Austreiben von Methylmethacrylat und Bindemittel durch die Atmosphäre in dem Ofen nicht beeinflußt werden, so ist für diesen Verfahrensschritt keine besondere Atmosphäre vorgeschrieben.

Bei den oben angegebenen Stoffzusammensetzungen unterstützt das Polymethylmethacrylat die Bildung des dielektrischen Films. Obgleich der Weichmacher weggelassen werden könnte, wäre die Mischung doch für eine bequeme Handhabung zu spröde, wenn die Menge des beigemischten Weichmachers unterhalb von 20 % der Menge des Polymethylmethacrylats liegt. Wenn andererseits wesentlich mehr als die Hälfte an Gewicht von Polymethylmethacrylat als Weichmacher beigegeben wird, dann wird das Polymethylmethacrylat für eine Handhabung zu weich. Was das Lösungsmittel angeht, ist dem Fachmann ohne weiteres klar, daß die Menge des verwendeten Lösungsmittels von dem Verfahren zum Aufbringen eines Überzugs aus dieser Stoffzusammensetzung auf das Substrat abhängig ist.

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Die Wichtigkeit des Verhältnisses von Weichmacher zu Polymethylmethacrylat wird durch die Eigenschaften der Mischungsbeispiele noch unterstrichen. Mischung D enthält keinen Weichmacher und benötigt daher einen relativ hohen Prozentsatz an Polymethylmethacrylat. Diese Mischung eignet sich nicht besonders für Anwendungsgebiete, bei denen die Filmdicke genau überwacht werden muß, da die Mischung zu leicht zerfließt. Diese Mischung läßt sich jedoch dann verwenden, wenn die Filmdicke und die Gleichmäßigkeit des Filmes nicht kritisch sind. Die Mischung E hat ein Verhältnis von Weichmacher zu Polymethylacrylat von 20 %, läßt sich leichter handhaben, da sich der Film leichter steuern läßt. Jedoch selbst bei diesem Verhältnis ist es schon etwas schwierig, überschüssiges Glas vor dem Brennen von dem Substrat zu entfernen. 20 % ist daher die bevorzugte untere Grenze des Verhältnisses von Weichmacher zu PMMA. In den Beispielen A, B und C liegt das Verhältnis bei 50 bis 51 %. Dabei erhält man eine bei Zimmertemperatur sehr leicht handhabbare Trüben und für die Herstellung von Gasentladungsanzeigetafeln ist dies das bevorzugte Mischungsverhältnis.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Stoffzusammensetzung für die Herstellung eines Überzugs aus einem dielektrischen Film auf einem Substrat gekennzeichnet durch folgende Bestandteile und Anteile in Gew.-%, Polymethylmethacrylat 4,7 bis 39,7 %,
Weichmacher 0,0 bis 9,1 %
dielektrisches Glas 60,3 bis 93,0 %.
2. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Dibutylphthalat als Weichmacher benutzt ist.
3. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel im wesentlichen aus
Äthylcellosolvacetat besteht.
4. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße kleiner ist als 1 Mikron.
5. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 4,7 bis 19,2 Gew.-% Polymethylacrylat, 2,3 bis 9,1 Gew.-% Weichmacher und

76,9 bis 93,0 % dielektrischem Glas besteht.
6. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Weichmacher Dibutylphthalat verwendet ist.
7. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel als Äthylcellosolvacetat besteht.
8. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße durchschnittlich kleiner ist als 1 Mikron.

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9. StoffZusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Weichmachers in dem Bereich von angenähert 20 bis 51 % der Menge des Polymethylmethacrylats liegt.
10, Verfahren zum Herstellen der Stoffzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte, Vermischen eines Lösungsmittels mit einer Mischung, die im wesentlichen aus 4,7 bis 39,7 Gew.-% Polymethymethacrylat, 0,0 bis 9,1 Gew.-% Weichmacher und 60,3 bis 93,0 % dielektrischem Glas besteht, wobei das dielektrische Glas einen Schmelzpunkt oberhalb etwa

375 ⁰C aufweist, Bearbeiten dieser Mischung in einer Kugelmühle auf die gewünschte Teilchengröße und Aufbringen der so bearbeiteten Mischung auf ein Substrat, und Aufheizen des so überzogenen Substrats auf eine Temperatur, die zum Zerfließen des dielektrischen Glases ausreicht.

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel im wesentlichen Äthylcellosolvacetat verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung in der Kugelmühle bis auf eine Teilchengröße von durchschnittlich weniger als 1 Mikron durchgeführt wird.

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