DE2551099C2

DE2551099C2 - Stoffzusammensetzung für die Herstellung eines Glasüberzugs und Verfahren zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE2551099C2
Application number: DE2551099A
Authority: DE
Inventors: Leslie Clarence Kingston N.Y. 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: 1982-12-02
Also published as: FR2296924B1; FR2296924A1; US4257904A; JPS5179299A; IT1054397B; JPS5651442B2; CA1070938A; DE2551099A1; GB1520406A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Stoffzusammensetzung für die Herstellung eines praktisch von Verunreinigungen freien aufsprühbaren Glasüberzuges unter Verwendung einer Polymethacrylate und Glas enthaltenden Mischung und ein Verfahren zum Herstellen derselben.

Bei Herstellungsverfahren zum Aufbringen von _b0 Überzügen aus dielektrischen Gläsern sind oft ein oder mehrere Mahlvorgänge erforderlich. FJn Nachteil eines solchen Verfahrensschrittes besteht darin, daß eine Verunreinigung der Mischung nur schwer zu vermeiden ist. Obgleich das Vermählen in einer Kugelmühle _b5 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 Verunreinigungen.

Aufgabe der Erfindung ist es also, ein neues und sicheres Verfahren für die Herstellung von im wesentlichen von Verunreinigungen freien dielektrischen Überzügen zu schaffen. Außerdem soll eine Stoffzusammensetzung angegeben werden, die in nur einem Mahlgang in einer Kugelmühle auf die richtige Teilchengröße gebracht werden kann und bei welcher keine nachfolgenden Verfahrensschritte zum Vermischen von Teilchen erforderlich sind. Die neue Stoffzusammensetzung soll sich nach der Verarbeitung in der Kugelmühle durch Aufsprühen oder Auflegen in Form einer Folie auf einem Substrat anbringen lassen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Stoffzusammensetzung gelöst, die 4,7 bis 39,7 Gew.-% lineares 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. Diese Bestandteile werden zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel (wie z. B. Äthylglykolmonoäthylätheracetat) in einer Kugelmühle auf die erforderliche 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 62O⁰C 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. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

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 Stoffzusammensetzung in einer Kugelmühle auf die richtige Teilchengröße gebracht werden kann und daß weitere Mischverfahrensschritte nicht erforderlich sind.

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.

Zunächst wird eine Mischung aus linearem 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 aus den folgenden Bestandtei-

len innerhalb der folgenden Bereiche: 4,7 bis 39,7% Polymethylmethacrylat (PPMA), 0 bis 9,1% Weichmacher und 60,3 bis 93,0% dielektrisches Glas, alles in

Tabelle I

Gewichtsprozenten. Die Tabelle zeigt außerdem die Menge des zugegebenen Lösungsmittels.

PMMA
Weichmacher
dielektrisches Glas
Lösungsmittel

50(18,2%)
25 ( 9,1%)

200(72,7%)

225

10 ( 4,7%)
5( 2,3%)
200(93,0%)
285

59 ( 4,8%)
30 ( 2,5%)

1131(92,7%)

46(39,7%)
0

70 (60,3 %)
230

50(19,2%)
10 ( 3,8%)

200(76,9%)

240

Beim Herstellen der Mischung sollte ein lineares Polymethylmethacrylat von mindestens 99% Reinheilsgrad 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 obengenannten Mischungsbeispiele verwendete Lösungsmittel ist Äthylglykolmonoäthylätheracetat, 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 obengenannten Beispielen wurde ein Glas verwendet, Jas im wesentlichen aus 56,0Gew.-% PbG, 21,£Gew.-% B₂Oj, 12,0% SiO₂, 1,0% AI₂O₃,5,5% CaO, 2,0% MgO nd 2,0% Na₂O 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 werden soll. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Trübe ausgesprüht. Die bevorzugte durchschnittliche Teilchengröße liegt unterhalb von I μηι. 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 μίτι annehmbar, so daß die Verweilzeit in der Kugelmühle von etwa 16 Stunden γ, ausreichend ware.

Nach dem Mahlvorgang wild die Mischung 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'C je Minute hochgefahren, bis die Temperatur von etwa 620"¹C 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 VC je Minute abkühlen, bis eine Tcrnoeratur von 375°C erreicht wird.

worauf die Abkühlgeschwindigkeit bis zum Erreichen der Zimmertemperatur auf 2° C je Minute erhöht wird.

Während des Aufheizens wird das Lösungsmittel ausgetrieben (es könnte allerdings auch schon vorher ausgetrocknet sein), das Polymethylmethacrylat 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 A'-mosphäre 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.

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 Polymethylmethacryh! Diese Mischung eignet sich nicht besonders f'i^r Anwendungsgebiete, bei denen die Filmdicke gen.¹.'; überwacht werden muß, da die Mischung zu lek'-zerfließt. Diese Mischung läßt sich jedoch dj·ι:. verwenden, wenn die Filmdicke und die Gleichmaß,,·; keit des Filmes nicht kritisch sind. Die Mischung E ha; ein Verhältnis von Weichmacher zu Polymethylacr i.: von 20%, läßt sich leichter handhaben, da sich der Fun leichter steuern läßt. Jedoch selbst bei diesem Verhältrl· ist es schon etwas schwierig, überschüssiges Glas vr· dem Brennen von dem Substrat zu entfernen. 20% \?.· daher die bevorzugte untere Grenze des Verhältnis¹;: von Weichmacher zu PMMA. In den Beispielen Λ. i.i und C liegt das Verhältnis bei 50 bis 51%. Dabei erh'-.. man eine bei Zimmertemperatur sehr leicht handhab! : rc Trüben und für die Herstellung von Gasentladung anzcigctafeln ist dies das bevorzugte Mischungsverrt;i· nis.

Claims

Patentansprüche: IO

1. Stoffzusammensetzung für die Herstellung eines praktisch von Verunreinigungen freien aufsprühbaren Glasüberzuges unter Verwendung einer Polymethacrylate und Glas enthaltenden Mischung, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile und Anteile in Gewichtsprozent:

Lineares Polymethylmethacrylat 4,7 bis 39,7%,

Weichmacher 0,0 bis 9,1 %,

dielektrisches Glas mit einem Schmelzpunkt von etwa 375°C, 60,3 bis 93,0% und

einen entsprechenden Anteil Lösungsmittel.

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 Äthylglykolmonoäthylätherazetat besteht.

4. Stoffzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchengröße kleiner ist als 1 μΐη.

5. Stoffzusammensetzung nach einem der Ansprüehe 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 4,7 bis 19,2Gew.-% linearem Polymethylacrylat, 2,3 bis 9,1 Gew.-% Weichmacher und 76,9 bis 93,0% dielektrischem Glas mit einem Schmelzpunkt von angenähert 375°C besteht.

u. Stoffzusammensetzung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Weichmachers in dem Bereich von angenähert 20 bis 51% der Menge des Polymethylmethacrylats liegt.

7. Verfahren zum Herstellen eines im wesentlichen von Verunreinigungen freien Überzugs aus einem dielektrischen Glas auf einem Substrat, unter Verwendung einer Stoffzusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Vermischen eines Lösungsmittels mit einer Mischung, die im wesentlichen aus 4,7 bis 39,7 Gew.-% linearem Polymethylacrylat, 0,0 bis 9,1 Gew.-% Weichmacher und 60,3 bis 93,0 Gew.-% dielektrischem Glas mit einem Schmelzpunkt oberhalb von etwa 375°C besteht und gemeinsames Mahlen dieser Mischung auf eine zum Aufsprühen auf ein Substrat geeignete Teilchengröße.