DE2247633A1

DE2247633A1 - Verfahren zur beschichtung eines substrats

Info

Publication number: DE2247633A1
Application number: DE19722247633
Authority: DE
Inventors: Alfred Aubrey Machmiller
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-11-26
Filing date: 1972-09-28
Publication date: 1973-05-30
Also published as: FR2169780A1; JPS4860732A; US3730760A; GB1403899A; JPS555392B2; FR2169780B1

Description

Böblingen, 20. September 1972 bm-fr

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: SA 971 030

Verfahren zur Beschichtung eines Substrats

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrats, bei dem auf das sich drehende Substrat das Schichtmaterial in dispergiertem Zustand aufgebracht wird.

Es ist eine Vielzahl von Beschichtungsverfahren bekannt. Bei magnetischen Aufzeichnungsträgern, insbesondere bei Magnetplatten, wird eine Schleuderbeschichtung verwendet, bei der das Schichtmaterial auf eine sich drehende Unterlage aufgebracht wird. Die Schichtmaterialien sind in der Regel auf der Basis synthetischer Harze hergestellt, in die magnetische Teilchen eingebettet werden. Bei dem bekannten Verfahren zur Schleuderbeschichtung ist die zu beschichtende Oberfläche horizontal angeordnet. Die Zuführungsvorrichtung für das Schichtmaterial wird über der zu beschichtenden Oberfläche von der Außenkante ausgehend nach innen bewegt, um, zuerst eine Benetzung der Oberfläche zu erzielen. Die Beschichtung erfolgt durch die Verteilung des Schichtmaterials auf der Oberfläche durch die Zentrifugalkraft. Bei diesem Verfahren treten Schwierigkeiten auf, wenn ein. relativ zähflüssiges Material mit einer Viskosität von mehr als 50 Centipoise verwendet wird, das auf ein sich mit mehr als 500 Umdrehungen pro Minute drehendes Substrat gegeben wird. Es erfolgt dabei nur eine ungenügende Benetzung des Substrats, so daß das aufgebrachte Schichtmaterial

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nicht haftet und wieder fortgeschleudert wird. Weiterhin können mit dem bekannten Verfahren die Schichten oft nicht mit der gewünschten geringen Dicke hergestellt werden.

Die durch die Zentrifugalkraft bewirkte Verteilung des Schichtmaterials hat zur Folge, daß die aufgebrachte Schicht im Innern der Fläche dünner ist als am Außenrand. Eine Steuerung dieses sogenannten Rampeneffektes ist wünschenswert, jedoch sehr schwierig.

Das herkömmliche Verfahren ermöglicht es weiterhin nur, das Substrat in einem Arbeitsgang jeweils nur auf einer Seite zu beschichten. Daher müssen bei einer Beschichtung auf zwei parallelen Oberflächen des Substrates das Aufbringen des Schichtmaterials sowie das Trocknen bzw. Aushärten der Schicht jeweils zweifach vorgenommen werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schleuderverfahren zur Beschichtung eines Substrats anzugeben, mit dem sich sehr dünne Schichten von z.B. nur 0,5 pm Dicke herstellen lassen und mit dem sich der Rampeneffekt in gewünschter Weise beeinflussen läßt. Es sollen sich relativ zähflüssige Schichtmaterialien bei vergleichsweise hohen Substratdrehzahlen verwenden lassen. Weiterhin soll das Verfahren die Möglichkeit bieten, zwei parallele Substratoberflächen gleichzeitig zu beschichten, wodurch eine Zeit- und Kostenersparnis erzielt wird. Diese Aufgaben werden bei dem anfangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zu beschichtende Substratoberfläche vertikal angeordnet wird. Vorzugsweise werden dabei zwei parallele Flächen des Substrats gleichzeitig beschichtet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

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Fig. IA einen senkrechten Schnitt durch eine Beschxchtungsvorrichtung für eine kreisförmige Platte entlang der Linie A-A in Pig. IB,

Fig. IB die Seitenansicht der in Fig. IA dargestellten

Beschxchtungsvorrichtung und

Fig. 2 die Abhängigkeit der erzielten Schichtdicke von

der Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats für ein bestimmtes Schichtmaterial.. '

Einer der wesentlichen Gesichtspunkte bei der Beschichtung von Substraten, insbesondere kreisförmigen Platten, besteht darin, für eine bestimmte Schichtdicke die richtige Viskosität und den geeigneten Feststoffanteil des Schichtmaterials auszuwählen. Je niedriger sowohl die Viskosität als auch der Feststoffanteil gewählt werden, desto geringer wird die erreichbare Schichtdicke. Es sind hierbei jedoch gewisse Einschränkungen gegeben. Wenn z.B. die Viskosität erheblich unter 50 Centipoise gesenkt wird, dann wird bei einer Magnetschicht die aufgebrachte Dispersion so dünn, daß die darin enthaltenen magnetischen Eisenoxydteilchen nicht länger dispergiert bleiben.

bei der horizontalen Schleuderbeschichtung wird das Schichtmaterial auf einmal auf eine Seite des waagerecht angeordneten Substrates gegeben. Das Schichtmaterial wird bei~-einer Drehgeschwindigkeit im Bereich von etwa 200 bis 500 Umdrehungen pro Minute auf der gesamten Substratoberfläche verteilt. Es hat sich gezeigt, daß bei Geschwindigkeiten über 500 Umdrehungen pro Minute Schichtmaterialien, die eine höhere Viskosität besitzen als 50 Centipoise, nicht auf der Substratoberfläche haften und von dieser wieder fortgeschleudert werden. Durch dieses Beschichtungsverfahren sind somit Einschränkungen hinsichtlich der gewünschten Dicke der aufgebrachten Schicht gegeben.

Für das Substrat kann ein beliebiges Material verwendet werden.

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Als bevorzugtes Material gilt jedoch Aluminium, das mit einer spiegelglatten Oberfläche versehen wird. Die Substratoberfläche soll so eben wie möglich sein, damit auch die Oberfläche der aufgebrachten Schicht eben ist. Als Substratmaterial können auch verschiedene andere Metalle, beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierungen, keramische Materialien oder Glas gewählt werden. Die einzigen wesentlichen Bedingungen für das Substratmaterial bestehen darin, daß es von dem verwendeten Schichtmaterial benetzbar ist und daß es den beim Aufbringen der Schicht auftretenden Kräften widersteht.

Als Bindemittel für das Schichtmaterial sind verschiedene Arten von synthetischen Harzen bekannt. Beispiele hierfür sind warm härtbare Harze wie Harze auf Epoxydbasis, Epoxydphenolharze, Polyurethane und Harnstofformaldehyd-Harze sowie thermoplastische Harze wie Polystyrol, Polyvinylchlorid und Polyester. Diese Materialien dienen als Bindemittel für Pigmente und andere Teilchen. Das für die Beschichtung von magnetischen Speicherplatten ausgewählte Material besitzt vorzugsweise einen Eisenoxydanteil von 50 bis 60 % und eine Viskosität im Bereich von 55 bis 65 Centipoise.

Die Fig. IA zeigt zwei zum Aufbringen des Schichtmaterials dienende Pistolen 1, deren Düsen auf die Substratoberfläche gerichtet und in gewissem Abstand von dieser angeordnet sind. Das Substrat 2 besteht aus einer kreisförmigen Platte, die in einer Einspannvorrichtung 3 gehalten wird. Das Substrat 2 ist senkrecht in der von einem Motor 4 angetriebenen Einspannvorrichtung angeordnet. Der eingespannte Teil des Substrats 2 wird durch einen Dichtring 5 gegen das Eindringen von Schichtmaterial geschützt. Die Einspannvorrichtung läßt die zu beschichtenden Oberflächen des Substrats 2 frei. Diese Fläche auf der einen Substratseite ist in Fig. IB mit 10 bezeichnet. Die dargestellten Pistolen 1 befinden sich in ihrer Endstellung auf dem inneren Kreis 11. Die Pistole 9 in Fig. IB ist vom äußeren Kreis 13 zum inneren Kreis 11 entlang der Sehne 12 bewegt worden. Wie die strich-

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lierte Darstellung der Pistole zeigt, braucht diese jedoch nicht unbedingt vom äußeren Kreis 13 zum inneren Kreis 11 bewegt zu werden.

Es kann jede Art von Pistole verwendet werden, die einen ständigen Fluß des Schichtmaterials zur Substratoberfläche hin gewährleistet. Es können beispielsweise Sprühpistolen verwendet werden. Anstelle der Pistolen kann jedoch auch ein aus dem Schichtmaterial bestehendes Bad vorgesehen werden, in das das sich drehende Substrat eingetaucht und dann wieder herausgezogen wird. Da die Beschichtung durch die Zentrifugalkraft erfolgt, besteht das einzige Erfordernis für die verschiedenen Vorrichtungen zum'Aufbringen des Schichtmaterials darin, eine ausreichende Menge dieses Materials auf die Substratoberfläche zu liefern.

Bei der Verwendung von Pistolen kann das Schichtmaterial auf verschiedene Arten auf die Substratoberfläche aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Pistole über dem sich drehenden Substrat vom äußeren zum inneren Durchmesser der zu beschichtenden Fläche geführt werden. Nach diesem ersten Beschichten kann die Pistole über dem inneren Durchmesser verbleiben, wobei weiterhin Schichtmaterial zugeführt wird, oder die Pistole wird in ihre Ausgangsstelle zurückgebracht, wobei das Aufbringen weiteren Schichtmaterials freigestellt ist. Es ist wünschenswert, jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Pistole über den ganzen Weg zwischen äußerem und innerem Durchmesser bewegt wird. In jedem Fall müssen die Pistolen bis zum inneren Kreis geführt werden, um auch dort eine gleichmäßige Beschichtung zu erreichen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die beiden Pistolen entlang der in Fig. IB gezeigten Sehne 12 bis zum inneren Kreis 11 bewegt. Die Geschwindigkeit des Substrats soll dabei mindestens 800 Umdrehungen pro Minute betragen. Im Gegensatz zur horizontalen Beschichtung tritt dabei kein Fortschleudern des aufgebrachten Materials auf. Selbst bei Drehgeschwindigkeiten von mehr als 3000 Umdrehungen pro Minute wurde dieser Effekt

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nicht festgestellt. Demgegenüber ist bei einem horizontal angeordneten Substrat eine einwandfreie Beschichtung schon bei mehr als 500 Umdrehungen pro Minute nicht mehr möglich.

Der verwendbare Geschwindigkeitsbereich liegt zwischen der Mindestgeschwindigkeit, die die für eine einwandfreie Beschichtung ausreichende Zentrifugalkraft bewirkt und der Höchstgeschwindigkeit, bei der ein Fortschleudern des aufgebrachten Materials einsetzt. Dieser Bereich ist abhängig von der Viskosität des Schichtmaterials und dem beim Aufbringen dieses Materials verwendeten Druck. Weiterhin ist es möglich, das Schichtmaterial bei einer relativ niedrigen Drehgeschwindigkeit aufzubringen und das Trocknen dieser Schicht bei einer höheren Drehgeschwindigkeit vorzunehmen. Es können jedoch auch beim Aufbringen des Materials Drehgeschwindigkeiten gewählt werden, die über 30OO Umdrehungen pro Minute betragen.

In der Zusammenfassung kann also folgendes festgestellt werden: Es wird ein sauberes, plattenförmiges Substrat in senkrechter Läge auf einer von einem Motor angetriebenen Spindel angeordnet. Die Drehgeschwindigkeit der Spindel kann über 3OOO Umdrehungen pro Minute betragen. Das Substrat wird vorzugsweise durch Pistolen auf den beiden senkrecht verlaufenden Oberflächen gleichzeitig beschichtet. Das Schichtmaterial enthält vorteilhaft ein Epoxydphenolharz als Bindemittel und Eisenoxyd mit einem Gewichtsanteil von 50 bis 60 %. Die Viskosität des Schichtmaterials liegt bei Raumtemperatur im Bereich zwischen 55 und 65 Centipoise. Die Pistolen zum Zuführen des Schichtmaterials sind so angeordnet, daß ihre Düsen sich etwa 1,25 cm von der Substratoberfläche entfernt befinden. Das Substrat wird mit der für die gewünschte Schichtdicke erforderlichen Drehgeschwindigkeit angetrieben. In Flg. 2 ist die Abhängigkeit der Schichtdicke von der Drehgeschwindigkeit für ein bestimmtes Schichtmaterial dargestellt. Es sind jeweils die Werte für die Dicke am inneren und am äußeren Durchmesser der ringförmigen Schicht angegeben. Wie bereits erwähnt, erhält man bei der Schleuderbeschichtung durch den Rampeneffekt

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eine Schicht, die außen dicker ist als im inneren Bereich. Die Dickenänderung zwischen dem inneren und dem äußeren Durchmesser erfolgt im wesentlichen linear. Der Rampeneffekt kann durch die Art der Aufbringung des Schichtmaterials auf das Substrat beeinflußt werden. So ist hierbei von Bedeutung, ob die Pistolen vom äußeren zum inneren Kreisdurchmesser bewegt werden und ob.sie am inneren Durchmesser verweilen und dann wieder zurückgeführt werden. Außerdem ist der Zeitpunkt der Beendigung des Zuführens des Schichtmaterials zu beachten. Vorzugsweise beginnen die Pistolen das Schichtmaterial zu liefern, wenn sie vom äußeren Durchmesser zum inneren Durchmesser hin in Bewegung gesetzt werden Bei einer Breite der aufzubringenden Schicht von etwa 5 cm auf einer kreisförmigen Platte mit einem Durchmesser von ca. 35 cm beträgt die Dauer der Bewegung der Pistolen von der äußeren zur inneren Kante der aufzubringenden Schicht etwa 1,5 Sekunden1 An der inneren Kante erfolgt eine weitere Zuführung des Schichtmater ials für die Dauer von etwa 0,5 Sekunden. Während der insgesamt 2 Sekunden werden dabei etwa 6 ml des Schichtmaterials auf jede Seite des Substrats aufgebracht. Die zu beschichtenden Substratoberflächen sind nach dieser Zeit noch nicht vollständig vom Schichtmaterial bedeckt. Die Drehbewegung des Substrats wird jedoch fortgesetzt, so daß durch die Zentrifugalkraft eine gleichmäßige Verteilung des Schichtmaterials stattfindet.

Durch die Drehgeschwindigkeit können die Schichtdicke und der Rampeneffekt gesteuert werden. Es können beim Auftragen des Schichtmaterials Geschwindigkeiten von mehr als 3000 Umdrehungen pro Minute eingestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, für das Aufbringen eine niedrigere Geschwindigkeit zu wählen und diese nach Beendigung des Aufbringens zu erhöhen. Die vertikale Anordnung der zu beschichtenden Substratoberflächen erlaubt diese hohen Drehgeschwindigkeiten, so daß gegenüber den bekannten Verfahren zur Schleuderbeschichtung Schichtmaterialien verwendet werden können, die einen hohen Feststoffgehalt besitzen und die sehr zähflüssig sind. Aus einem noch nicht vollständig geklärten

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Grund erfolgt ein Fortschleudern des aufgebrachten Schichtmaterials erst bei sehr viel höheren Drehgeschwindigkeiten als bei der horizontalen Beschichtung. Es lassen sich daher Schichten mit einer Dicke von weniger als 0,5 um herstellen,. Ein weiterer -Vorteil des beanspruchten Verfahrens besteht darin, daß zwei parallele Substratoberflächen gleichzeitig beschichtet werden können.

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Claims

_. Q *— PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Beschichtung eines Substrats, bei dem auf das sich drehende Substrat das Schichtmaterial in dispergiertem Zustand aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Substratoberfläche vertikal angeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallele Flächen des Substrats gleichzeitig beschichtet werden»

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein plattenförmiges, rundes Substrat verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schichtmaterial gewählt wird, das magnetische Teilchen in einem Kunstharz-Bindemittel enthält.

5. ' Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schichtmaterial mit einer Viskosität von mindestens 50 Centipoise gewählt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial mit einer Pistole aufgebracht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Pistole in einem ersten Bewegungsabschnitt vom äußeren zum inneren Durchmesser über die zu beschichtende Fläche geführt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 3, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pistole entlang einer die innere Kante der zu beschichtenden Fläche berührenden Sehne ge-

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führt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtmaterial durch Eintauchen
in ein Bad aufgebracht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für das Substrat eine Umdrehungsgeschwindigkeit von mindestens 800 Umdrehungen pro Minute gewählt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufbringen des Schichtmaterials eine höhere Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats gewählt wird als während des Aufbringens.

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