DE10129094A1

DE10129094A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Bedrucken eines Substrats

Info

Publication number: DE10129094A1
Application number: DE2001129094
Authority: DE
Inventors: Martin Stork; Uwe Metzner; Rolf Peter Droege
Original assignee: STORK GmbH
Current assignee: STORK GmbH
Priority date: 2001-06-16
Filing date: 2001-06-16
Publication date: 2003-02-27

Abstract

Eine Vorrichtung 1 zum Bedrucken eines Substrats umfasst einen Einlauftisch 68, eine Substrattransporteinrichtung 6, ein oberes Druckwerk 2 und ein unteres Druckwerk 3. Im oberen und im unteren Druckwerk sind Druckköpfe angeordnet und jedes Druckwerk befindet sich in einem Linearkreuztisch, der aus einem in Transportrichtung X und einem in Querrichtung Y verfahrbaren Tisch besteht. Die Substrattransporteinrichtung führt die Substrate horizontal zwischen dem oberen und unteren Druckwerk in Transportrichtung X hindurch. Die Druckköpfe bedrucken ein im Druckbereich befindliches Substrat, das während des Druckvorganges angehalten wird, beidseitig und deckungsgleich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bedrucken eines Substrats mit einem Druckmittel, mit Druckköpfen, die in Transportrichtung des Substrats und in Querrichtung hierzu verfahrbar sind, Steuereinheiten für die Druckköpfe, ein Display, eine Substrattransporteinrichtung, mit einer Schnittstelle für eine Ansteuerhardware, die mit einem Datenausgang eines CAD-Systems mit bildbearbeitenden Programmen verbunden ist und ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mit Druckbildmustern.
Bei der Herstellung von Grundbausteinen für elektronische Geräte wie beispielsweise elektrische Leiterplatten, Platinen, Lötschutzmasken werden strukturierte metallische, elektrisch leitfähige Leiterbahnen mit Hilfe von flüssigen oder festen Fotoresisten, Ätzpasten, Lötstoplacken im Allgemeinen im Fotodruck- oder Siebdruckverfahren erzeugt. Beim Fotodruckverfahren werden Fotoresiste vollflächig auf ein Substrat aufgetragen und anschließend erfolgt durch Belichten einer Vorlage auf die Fotoresistschicht eine Strukturierung, während beim Siebdruckverfahren die Fotoresiste schon strukturiert auf das Substrat aufgetragen werden.

Aus der DE 199 55 223.1 ist eine Druckeinrichtung zum beidseitigen simultanen Bedrucken von bogenförmigen starren oder flexiblen Substraten und Substratbahnen mit einem druckfähigen Medium aus Fotoresist, Ätzpaste oder Lötstoplack, mit einem oberen und einem unteren Druckwerk für das Bedrucken der horizontal durch einen Spalt der Druckzylinder hindurchgeführten Substrate oder der hindurchgeführten Substratbahn bekannt, wobei das obere und das untere Druckwerk jeweils eine Auftragwalze, einen Plattenzylinder, eine Gummituchwalze und einen Druckzylinder aufweist. Die Walzen und die Zylinder des oberen Druckwerks sind mittels Flanschlager auf zwei gemeinsame, entlang von Schienen vertikal auf und abverschiebbaren Lagerplatten befestigt, von denen jede mit einer Hubverstellvorrichtung verbunden ist, die einen Antriebsmotor, ein Schneckengetriebe mit einer Welle, eine Spindel, eine Schiebehülse, eine Spindelmutter und ein Drucklager umfasst, das seitlich an der Lagerplatte befestigt ist. Die Antriebsmotoren sind über digitale Regelmodule synchron steuerbar.

Aus der DE-A 40 20 215 ist eine Einrichtung zum Bedrucken von plattenförmigen Gegenständen, insbesondere elektrischen Leiterplatten mit Lacken, Ätzpasten, Lötstoplacken und dergleichen mittels Sieb druck bekannt. Bei dieser Einrichtung sind zwei Druckvorrichtungen für vertikal ausgerichtete Platten vorgesehen, wobei die Druckvorrichtungen mit ihren Bedruckungsseiten einander zugewandt und im Abstand einander genau gegenüberliegend angeordnet sind. Die beiden Druckvorrichtungen sind nach dem Hineinbewegen einer zu bedruckenden Platte an diese heran- und nach Bedrucken der Platte von dieser wegbewegbar. Jede der beiden Druckvorrichtungen besitzt eine Siebdruckschablone und eine oder mehrere Farbauftragsrakeln und gegebenenfalls Abstreifrakeln, die jeweils in eine genaue Gegenüberlage zueinander einstellbar sind. Wie schon erwähnt, ist diese bekannte Druckeinrichtung nur für das Siebdruckverfahren geeignet, jedoch nicht für das Photodruckverfahren oder ein Offsetdruckverfahren. Die mit Siebdruck erreichbaren Genauigkeit in der Lage und der Konturschärfe eines Leiterbildes und die verfahrensbedingte geringe Auflösung ermöglichen es nur, laterale Strukturbreiten auf der Leiterplatte von gleich/größer 100 µm zu erreichen.

In der EP-B 0 113 601 ist eine Offset-Rotationsdruckmaschine für variable Formate mit einem Gestell beschrieben, das in seinem oberen Teil eine Schwärzungs-, eine Anfeuchtungsvorrichtung, mindestens eine Farbwalze und drei Druckwalzen sowie eine Kassette enthält, die die übereinanderliegenden Druckwalzen abstützt, wobei diese vertikal übereinanderliegenden Walzen in Druckstellung einander berühren. Des weiteren sind Mittel zum Versetzen der Kassette in horizontaler Richtung vorhanden. Die Wellen der drei übereinanderliegenden Druckwalzen sind an jedem Ende auf einem Schlitten drehbar gelagert, der zwischen zwei vertikalen, an einem Pfosten der Kassette angeordneten Führungseinrichtungen bewegbar ist. Die Schlitten sind voneinander durch Zwischenlagen getrennt, deren Höhe dem Abstand zwischen den Achsen der Wellen entspricht. Dieser Abstand ist vom Druckformat abhängig, die beiden unteren Schlitten, auf denen die Welle der unteren Gegendruckwalze drehbar gelagert ist, stützen sich auf oberen Stangenenden von vertikalen Hubzylindern ab, die ein höhenverstellbarer Querbalken trägt. Diese Offset-Rotationsdruckmaschine ist nur für das einseitige Bedrucken eines Substrats geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art so weiter zu entwickeln, dass Substrate mit Druckbildmustern beidseitig bedruckbar sind, deren Formate in Breite und Länge variabel sind, wobei die Auflösung der Druckbildmuster frei wählbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in der Weise gelöst, dass die Druckköpfe in einem oberen und einem unteren Druckwerk angeordnet sind, dass jedes der Druckwerke sich in einem Linearkreuztisch befindet, bestehend aus einem X- und einem Y-Tisch, dass eine Substrattransporteinrichtung die Substrate horizontal zwischen dem oberen und unteren Druckwerk in Transportrichtung X hindurchführt und dass die Druckköpfe ein im Druckbereich befindliches Substrat gleichzeitig, beidseitig und deckungsgleich bedrucken.

Die wesentlichen Bestandteile der Vorrichtung sind das obere und das untere Druckwerk und die Substrattransporteinrichtung. Das Druckbildmuster - Layout - wird von einem CAD-System in Form einer Datei ausgegeben, die durch die bildbearbeitende Software der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend den Anforderungen an die Vorrichtung umgesetzt wird. Die so aufgearbeiteten Daten werden durch einen Treiber über die Peripheriehardware an die Druckköpfe übertragen.

In Weiterbildung der Erfindung weist jeder der Druckköpfe in zumindest einer Reihe angeordnete Düsen auf.

In Ausgestaltung der Erfindung bewegen sich das obere und das untere Druckwerk sowohl bei der Druck-Hinfahrt in Transportrichtung X der Substrate als auch bei der Druck-Rückfahrt entgegengesetzt zur Transportrichtung X der Substrate gegenläufig zueinander.

In Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Druckköpfe in jedem Druckwerk in Druckkopfreihen angeordnet, wobei die Druckköpfe in einer Druckkopfreihe voneinander beabstandet sind und sind die Druckköpfe zweier benachbarter Druckkopfreihen gegeneinander so versetzt, dass der gesamte Druckbereich eines Druckwerkes durch die Druckköpfe zweier benachbarter Druckkopfreihen vollständig abgedeckt ist. Dabei ist jeder einzelne Druckkopf für sich in Transportrichtung X, in Querrichtung Y zur Transportrichtung und in Höhenrichtung Z justierbar.

Die weitere Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich aus den Merkmalen der Patentansprüche 6 bis 17.

Das Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mit Druckbildmustern mittels Druckköpfen in einer Druckmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass Linien mit einem Mittenabstand c zweier benachbarter Düsen in einem ersten Druckgang simultan, beidseitig und deckungsgleich auf die Vorder- und Rückseite des stillstehenden Substrats gedruckt werden und dass Lücken zwischen den Linien durch weitere Druckvorgänge mit Linien ganz oder teilweise ausgefüllt oder die Linien auf vorgegebene Linienbreiten verbreitert werden. Hierzu führen für einen Druckvorgang die X-Tische des oberen und unteren Druckwerkes eine Druck-Hinfahrt in Transportrichtung X und in dazu gegenläufiger Richtung aus. Während eines Druckvorganges bewegen sich ganz allgemein das obere und das untere Druckwerk simultan und gegenläufig zueinander. Aufeinanderfolgende Druckvorgänge werden alternierend in Transportrichtung X und in dazu gegenläufiger Richtung ausgeführt und zwischen den einzelnen Druckvorgängen werden die Druckwerke durch die Y-Tische in Querrichtung Y versetzt.

In Ausgestaltung des Verfahrens werden nach dem Drucken eines ersten Streifens durch eine erste Düse eines Druckkopfes die Druckwerke in Querrichtung Y versetzt, wird während der Druck-Rückfahrt ein zweiter Streifen überlappend mit dem ersten Streifen neben den ersten Streifen gedruckt, wird der benachbarte zweite Streifen während der Druck-Rückfahrt des Druckkopfes durch eine zweite Düse des Druckkopfes gedruckt und wird ein dritter, vierter, fünfter Streifen überlappend mit dem zweiten, dritten, vierten Streifen neben dem zweiten, dritten, vierten Streifen durch eine dritte, vierte, fünfte Düse des Druckkopfes gedruckt.

In vorteilhafter Weise drucken die Druckköpfe Pixel mit einem Pixelbreite b überlappend hintereinander zu geschlossenen Linien, werden die Druckköpfe in Querrichtung Y um eine Pixelbreite b plus dem Abstand zweier benachbarter Düsen eines Druckkopfes versetzt, um weitere Linien zu drucken.

Die weitere Ausgestaltung des Verfahrens ist durch die Patentansprüche 24 bis 31 charakterisiert.

Mit der Erfindung werden die Vorteile erzielt, dass die Druckbildmuster gleichzeitig deckungsgleich auf der Ober- und Unterseite der Substrate während der Hin- und Rückfahrt der Druckwerke gedruckt werden, wodurch Leerfahrten der Druckwerke vermieden und daher die Druckgeschwindigkeit erhöht wird, und dass ein ganzflächiges Laminieren der Substrate mit Fotoresist, das Belichten und das Entfernen von überschüssigem Fotoresist entfallen, so dass nach dem Bedrucken der Substrate sofort geätzt werden kann.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Druckvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Substrattransporteinrichtung,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 2,
Fig. 4 eine Explosionsdarstellung und ein perspektivische Ansicht einer Andruckrolle der Substrattransporteinrichtung,
Fig. 5 schematisch das Wirkprinzip der Substrattransporteinrichtung,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Moduls von Druckwerken mit Linearkreuztischen der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 7 schematisch die Verfahrensweise eines oberen Druckwerks,
Fig. 8 schematisch die Druck-Hinfahrt des oberen und eines unteren Druckwerks während eines Druckvorgangs,
Fig. 9 schematisch die Druck-Rückfahrt des oberen und unteren Druckwerks während eines Druckvorgangs,
Fig. 10 in Draufsicht Druckkopfreihen eines Druckwerks,
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Anordnung der Druckköpfe des oberen Druckwerks zueinander und die Justiervorrichtungen der einzelnen Druckköpfe,
Fig. 12 in Explosionsdarstellung das untere Druckwerk,
Fig. 13 eine Explosionsdarstellung und perspektivische Ansichten einer Aufnahmevorrichtung für einen Druckkopf,
Figur en 14(a) bis (e) schematisch den Ablauf eines Druckvorgangs, bei dem sich überlappende Linien von benachbarten Düsen eines Druckkopfes nach dem Intralations- Prinzip gedruckt werden,
Fig. 15 ein schematisiertes Druckbildmuster (Layout), aufgebaut aus überlappenden Pixeln, die zu geschlossenen Linien zusammengesetzt sind,
Fig. 16 in perspektivischer Ansicht die Einrichtungen zur Positionsbestimmung eines Druckwerkes und zum Übertragen/Auslösen der Druckimpulse für die Druckköpfe, und
Fig. 17 ein Flußdiagramm zur Verarbeitung der Druckbildmuster-Daten vom CAD- System bis zur Ansteuerhardware für die Druckköpfe.
Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Vorrichtung 1, bei des es sich um eine Druckmaschine zum beidseitigen, deckungsgleichen und gleichzeitigen Bedrucken von Substraten mit einem flüssigen Fotoresist, Ätzpaste, Lötstoplack, leitfähiger Tinte oder leitfähiger Paste handelt. Ebenso kann mit einer Druckfarbe beispielsweise einer Farbtinte gedruckt werden, falls die Vorrichtung zum Bedrucken von Stoff-, Papier- oder Folienbahnen eingesetzt wird. Die Substrate werden über einen Einlauftisch 68, der geschlossene, endlos umlaufende, angetriebene Transportbänder besitzt, zu einer Substrattransporteinrichtung 6 befördert, die das Substrat zwischen einem unteren Druckwerk 3 und einem oberen Druckwerk 2 horizontal hindurchführt. Das obere und untere Druckwerk umfasst eine Anzahl von Druckköpfen, bei denen es sich beispielsweise um Tintendruckköpfe handelt, durch deren Düsen ein Druckmittel in Tröpfchenform auf die Ober- und Unterseite des Substrats gedruckt wird. Das Druckbildmuster bzw. Layout hat ein in Länge und Breite variables Format. Die Auflösung des Druckbildmusters hängt von der Anzahl der Druckfahrten der Druckwerke in Transportrichtung X der einzelnen Substrate und in Querrichtung Y hierzu ab, wobei die Anzahl der Druckfahrten frei wählbar ist. Der in Fig. 1 dargestellte Aufbau der Vorrichtung 1 ist beispielhaft und gibt einen Prototyp der Vorrichtung 1 wieder, der hinsichtlich seiner Kompaktheit, räumlichen Zuordnung der einzelnen Bauteile in der Vorrichtung 1 und den Abmessungen bei serienmäßig hergestellten Druckvorrichtungen noch Änderungen erfahren kann.
Das Druckbildmuster wird, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, von einem CAD- System in Form einer Datei ausgegeben, die durch eine bildbearbeitende Software der Druckvorrichtung den Maschinenanforderungen entsprechend umgesetzt wird. Die auf bereiteten Daten werden über eine Ansteuerhardware an die Druckköpfe der Druckwerke übertragen.
Bei den Substraten handelt es sich in erster Linie um plattenförmige elektrische Leiterplatten, auf die Lacke, Ätzpasten, Lötstoplacke, elektrisch leitfähige Tinten oder Pasten und/oder dergleichen als Druckbildmuster strukturiert aufgedruckt werden. Durch die gezielte lokale Aufbringung von beispielsweise ätzresistentem Druckmedium bzw. Druckmittel entsprechend einer Leiterbildstruktur wird gegenüber einer vollflächigen Aufbringung von Fotoresist bei herkömmlichen Verfahren die verbrauchte Menge an Fotoresist - auch wegen der geringeren Schichtdicke beim Drucken - um ca. 60% abgesenkt. Nach dem Bedrucken kann das Leiterplattensubstrat sofort geätzt werden. Gegenüber den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von elektrischen Leiterplatten entfällt das ganzflächige Laminieren des Substrats mit Ätzresist, die Herstellung der Filme, das Belichten sowie das Entfernen des überschüssigen Resists.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht der Substrattransporteinrichtung 6. Um Leerlaufzeiten zu minimieren befinden sich mehrere Substrate 14, 15, 16, 17 gleichzeitig in der Substrattransporteinrichtung 6 und bewegen sich in Transportrichtung X in Richtung der Druckwerke. Ein Wirkbereich 69 des oberen Druckwerkes und ein Wirkbereich 70 des unteren Druckwerkes sind schematisch angedeutet. Das Substrat 16 befindet sich beispielsweise in den Wirkbereichen 69 und 70 und wird gleichzeitig auf der Ober- und Unterseite von den Druckwerken, wie nachstehend noch näher erläutert werden wird, bedruckt. Ist der Druckvorgang des Substrats 16 beendet, so werden die Substrate 14 bis 17 so lange weitergerückt, bis das nachfolgende Substrat 15 in die Wirkbereiche der Druckwerke gelangt. Sobald dies geschehen ist, werden die Substrate während des Druckvorgangs angehalten. Einlaufseitig werden die von dem Einlauftisch 68 (s. Fig. 1) an die Substrattransporteinrichtung 6 übergegebenen Substrate eingezogen und von der Substrattransporteinrichtung auslaufseitig als bedruckte Substrate an die nachfolgenden prozessverarbeitenden Einrichtungen abgegeben, beispielsweise an eine Ätzeinrichtung. Mit anderen Worten, die Substrattransporteinrichtung 6 arbeitet kontinuierlich, was gleichbedeutend damit ist, dass die Einlaufrichtung mit der Auslaufrichtung der Substrate übereinstimmt. Die Substrate 14 bis 17 werden an den Substraträndern mittels Andruckrollen 47 geklemmt und seitlich gespannt. Das Substrat 16 wird in den Wirkbereichen der Druckwerke während des Druckens gehalten und danach aus den Wirkbereichen abtransportiert. Die beidseitige Klemmung der Randbereiche der Substrate 14 bis 17 erfolgt zwischen den Andruckrollen 47 und einem Obertrum eines endlos umlaufenden Riemens, wie an Hand von Fig. 3 näher erläutert wird.
Durch die Schrägstellung der Andruckrollen 47 entstehen Reibkräfte in Querrichtung Y, die das jeweilige Substrat spannen.
Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Substrattransporteinrichtung 6. Der Riemen 45 läuft endlos geschlossen um Riemenscheiben 44 herum, von denen die vordere Riemenscheibe 44 dargestellt ist. Der Riemen 45 ist in einer Riemengleitschiene 46 geführt. Gegen das Obertrum des Riemens 45 liegen die Andruckrollen 47 an. Wie schon zuvor erwähnt wurde, klemmen die Andruckrollen 47 die Randbereiche des Substrats 16, wobei in Fig. 3 nur der linke Randbereich des Substrats 16 dargestellt ist, gegen den umlaufenden Riemen 45. Jede Andruckrolle 47 ist an einer Schwinge 48 befestigt, die mit einem Winkel 50 verbunden ist. Jede Andruckrolle 47 wird durch eine Druckfeder 49 gegen das Obertrum des Riemens 45 oder den Rand des Substrats 16, der auf dem Riemen 45 aufliegt, angedrückt. Bei den Andruckrollen 47 handelt es sich beispielsweise um Gummirollen.
In Fig. 4 ist eine Explosionsdarstellung und eine perspektivische Ansicht einer Andruckrolle 47 zusammen mit dem Winkel 50 und der Schwinge 48 gezeigt. Wie der Explosionsdarstellung zu entnehmen ist, läuft die Andruckrolle 47 um zwei kleine nebeneinander liegende Kugellager 71 um, die in eine zentrale Ausnehmung der Andruckrolle 47 eingesetzt sind und mittels einer Schraube mit der Schwinge 48 lösbar verbunden sind. Die Schwinge 48 ist mit einer inneren Fläche des Winkels 50 verschraubt, der an einem Halter 74 mittels zweier Schrauben befestigt ist. Eine Schraube erstreckt sich senkrecht durch den Halter 74 und mit Hilfe dieser Schraube wird die Andruckrolle 47 zusammen mit der Schwinge 48 und dem Winkel 50 mit der Substrattransporteinrichtung 6 verschraubt. Durch die kürzere Schenkelfläche des Winkels 50 erstreckt sich senkrecht eine Schraube 58, deren unteres Ende mit dem Gewinde einer Federbuchse 72 im Eingriff steht, wobei die Federbuchse 72 durch eine Schraubenmutter 73 gekontert ist. Gegen einen Bund dieser Federbuchse 72 liegt das obere Ende der Druckfeder 83 an. Die Schraube 58 ist im Eingriff mit einem Gewinde einer Durchgangsöffnung in der kürzeren Schenkelfläche des Winkels 50 und wird durch eine Schraubenmutter 49 gekontert. Das untere Ende der Druckfeder 83 befindet sich in einem Sackloch der Schwinge 48. Durch Verstellen der Schraube wird der auf die Schwinge ausgeübte Druck eingestellt.
Die perspektivische Ansicht der Fig. 4 zeigt eine zusammengefügte Einheit aus Andruckrolle 47, Schwinge 48, Winkel 50 und Halter 74, die an der Substrattransporteinrichtung 6 befestigt wird.
An Hand von Fig. 5 wird das Wirkprinzip des Substrattransportes erläutert. Die Draufsicht auf das Substrat 14 lässt erkennen, dass die Andruckrollen 47 in den sich gegenüberliegenden Randbereichen des Substrats 14 gegenüber der Transportrichtung X schräg gestellt sind. Der Winkel α der Schrägstellung beträgt 2 bis 10° und ist innerhalb dieses Bereiches variabel einstellbar. Zugmittel 75 erteilen dem Substrat 14 einen Vorschub in Richtung der Pfeile g, während durch die Schrägstellung der Andruckrollen 47 seitliche Reibkräfte in Richtung der Pfeile h auf das Substrat ausgeübt werden. Dadurch wird das Substrat in Querrichtung zur Transportrichtung X gestrafft.
In Fig. 6 ist ein Modul 57 der Vorrichtung 1 gezeigt, das das obere Druckwerk 2 und das untere Druckwerk 3 enthält. Jedes der Druckwerke befindet sich in einem Linearkreuztisch 11 bzw. 12, wobei der Linearkreuztisch 11 für das obere Druckwerk 2 aus einem X-Tisch 7 und einem Y- Tisch 9 besteht, während der Linearkreuztisch 12 für das untere Druckwerk 3 einen X-Tisch 8 und einen Y-Tisch 10 umfasst. Die Bezeichnungen X-Tisch und Y-Tisch zeigen an, dass die entsprechenden Tische in Transportrichtung X bzw. in Querrichtung Y dazu linear verschiebbar sind. Das Substrat 14 ist horizontal zwischen dem oberen und unteren Druckwerk in Transportrichtung X hindurchgeführt. Das obere und das untere Druckwerk 2 bzw. 3 besteht jeweils aus einer Anordnung von Druckköpfen, die durch einen Bewegungsablauf entlang der Transportrichtung X und der Querrichtung Y ein flächenhaftes Bedruckes des Substrates 14 ermöglichen. Das obere und das untere Druckwerk 2 bzw. 3 bewegen sich gegenläufig zueinander sowohl bei der Druck-Hinfahrt in Transportrichtung X der Substrate als auch bei der Druck-Rückfahrt.
An Hand von Fig. 7 wird der Bewegungsablauf des oberen Druckwerkes 2 erläutert. Druckköpfe 4 des oberen Druckwerkes sind in zwei zueinander parallelen Druckkopfreihen 20, 21 angeordnet. Selbstverständlich können auch mehr als zwei Druckkopfreihen vorhanden sein. Die Druckköpfe 4 der beiden Druckkopfreihen 20, 21 sind gegeneinander versetzt. Beim Druckvorgang werden sowohl das obere als auch der untere Druckwerk durch die jeweiligen X- Tische 7 und 8 verfahren, wobei es in Transportrichtung X zu der Druck-Hinfahrt 76 kommt. Hierbei wird eine Linie gedruckt. Am Ende der Druck-Hinfahrt 76 erfolgt eine kurze Querfahrt 84 des Druckwerkes in Querrichtung Y und danach eine Druck-Rückfahrt 77, entgegengesetzt zu der Transportrichtung X. Bei der Druck-Rückfahrt 77 wird gleichfalls gedruckt. Daran schließt eine Querfahrt 85 in Querrichtung Y an, die in eine weitere Druck-Hinfahrt übergeht. Durch diese Verfahrensweise werden Leerfahrten vermieden, da die Druckfahrten alternierend in positiver und negativer Transportrichtung X ausgeführt werden. Durch die Querfahrten 84, 85, bei denen die jeweiligen Y-Tische 9 und 10 der Druckwerke verfahren werden, wird ein überlappendes Aneinanderdrucken von einzelnen Linien erreicht. Beim Versetzen der Druckwerke 2 und 3 und den Druck-Rückfahrten gelangt das Prinzip der sogenannten Intralation zur Anwendung, wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird.
Die Druck-Hinfahrt und die Druck-Rückfahrt der beiden Druckwerke 2 und 3 wird an Hand der schematischen Darstellungen der Fig. 8 und 9 erläutert. Zu Beginn des Druckvorgangs befindet sich das obere Druckwerk 2 oberhalb des rechten Endes des Substrats 14, während das untere Druckwerk 3 unterhalb des linken Endes des Substrats 14 angeordnet ist. Das Druckwerk 2 ist an der Unterseite des X-Tisches 7 befestigt, dessen Oberseite mit dem Y-Tisch 9 verbunden ist. Das untere Druckwerk 3 ist spiegelbildlich hierzu mit dem X-Tisch 8 verbunden, der mit dem Y-Tisch 10 in Verbindung steht. Die Druck-Hinfahrt des oberen Druckwerkes 2 erfolgt in entgegengesetzter Richtung zu der Transportrichtung X und ist durch den Pfeil jangezeigt. Die Druck-Hinfahrt des unteren Druckwerkes 3 erfolgt entgegengesetzt dazu, d. h. in Transportrichtung X und ist durch den Pfeil i angedeutet. Sobald die Druck-Hinfahrten beendet sind, erfolgt die zuvor beschriebene Querversetzung mittels der Y-Tische 9 und 10. Danach befinden sich die Druckwerke 2 und 3 in einer Position zu Beginn der Druck-Rückfahrt, wie dies aus Fig. 9 ersichtlich ist. Das obere Druckwerk 2 ist dann oberhalb des linken Randes des Substrates positioniert, während das untere Druckwerk 3 unterhalb des rechten Randes des Substrates 14 angeordnet ist. Die Druck-Rückfahrt des oberen Druckwerkes 2 erfolgt in Transportrichtung X und ist durch den Pfeil 1 angedeutet. Die Druck-Rückfahrt des unteren Druckwerkes 3 geschieht in entgegengesetzter Richtung zur Transportrichtung X und ist durch den Pfeil k angezeigt.
Die Anordnung der Druckköpfe 4 bzw. 5 in dem oberen Druckwerk 2 bzw. dem unteren Druckwerk 3 ist in Fig. 10 schematisch dargestellt. Die Druckköpfe 4; 5 sind innerhalb der Druckwerke 2; 3 zueinander in Transportrichtung X versetzt angeordnet. Dies ist erforderlich, da die Druckköpfe breiter als ein Druckbereich 67 des einzelnen Druckkopfes sind und daher die Druckköpfe nicht in einer Linie positioniert werden können, um einen vollen Druckbereich 22 eines Druckwerkes abzudecken. Die Druckbereiche 67 grenzen bezüglich der Querrichtung Y so aneinander, dass sie lediglich um einen Düsenabstand 66 voneinander getrennt sind. Die Druckbereiche 67 der Druckköpfe 4 bzw. 5 der beiden Druckkopfreihen liegen auf Referenzlinien 63 bzw. 64. Der Abstand d zwischen den Referenzlinien 63, 64 beträgt 15 bis 80 mm. Die Positionstoleranz der Düsenreihen der einzelnen Druckköpfe innerhalb einer Druckkopfreihe ist durch e gegeben. Die Parallelitätsabweichung einer Düsenreihe von der Referenzlinie 63 bzw. 64 lautet f. Die Größen d, e und f führen zu Lageabweichungen der Düsenreihen der einzelnen Druckköpfe 4 bzw. 5 untereinander. Diese Lageabweichungen werden bei der Inbetriebnahme der Druckvorrichtung ermittelt, die erhaltenen Parameter in die bildaufbereitende Software eingespeist, die diese Abweichungen im Zuge der Bildaufbereitung berücksichtigt und rechnerisch ausgleicht.
Die Justierung der einzelnen Druckkopfpositionen bzw. Düsenpositionen wird an Hand der schematischen Darstellung gemäß Fig. 11 der Anordnung der Druckköpfe des oberen Druckwerkes zueinander beschrieben. Die Druckköpfe 4 sind in den zueinander versetzten Druckkopfreihen 20, 21 angeordnet und jeweils in Querrichtung Y justierbar. Des Weiteren sind die Druckköpfe 4 in Höhenrichtung Z verstellbar. Der Abstand 56 der Druckköpfe 4 von dem Substrat 14 beträgt etwa 0,7 bis 2 mm. Der Abstand 66 in Querrichtung Y der Druckbereiche sich überlappender Druckköpfe aus je einer Druckkopfreihe soll möglichst gleich dem Abstand c sein. Die Druckkopfpositionen bzw. Düsenpositionen für das untere Druckwerk sind analog zu den in Fig. 11 gezeigten Positionen des oberen Druckwerkes. Wie an Hand von Fig. 12 beschrieben ist wird, sind für alle Druckköpfe eigene Justiervorrichtungen vorhanden.
Fig. 12 zeigt in Explosionsdarstellung das untere Druckwerk, das eine Druckmontageplatte 31 und Spannwände 40, 41 umfasst, die schenkelartig mit der Druckwerkmontageplatte 31verbunden sind. An den Innenflächen der Spannwände 40, 41 befinden sich Aufnahmevorrichtungen 32 für die Druckköpfe, die in der Zeichnung aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nur angedeutet sind. Auf den Außenseiten der Spannwände ist je ein Bügel 42 vorhanden, durch den sich Spannmittel 43, wie beispielsweise Schrauben, in Transportrichtung X erstrecken, die mit Spannklötzen 33 im Eingriff sind und die Aufnahmevorrichtung 32 in Transportrichtung X so lange justieren, bis diese gegen eine Anschlagleiste 36 anliegen, die mittig in Längsrichtung der Druckwerkmontageplatte 31 angeordnet ist. An Stelle einer mit der Druckwerkmontageplatte 31 mittels Schrauben verbundenen Anschlagleiste 36 kann eine derartige Leiste auch direkt aus dem vollen Material bei der Fertigung der Druckwerkmontageplatte geformt sein, beispielsweise kann eine derartige Leiste aus dem vollen Material ausgefräst sein. Die Anschlagleiste 36 begrenzt die Verstellbewegung der Aufnahmevorrichtungen 32 für die Druckköpfe in Transportrichtung X und sichert eine genau ausgerichtete Justierung der Druckköpfe einer Druckkopfreihe in Transportrichtung X. Die einzelne Aufnahmevorrichtung 32 besteht aus einer Konsole 23, einer Grundplatte 26 und einer Verstellplatte 25, auf welcher der Druckkopf befestigt wird. Jede Grundplatte 26 weist eine Durchgangsbohrung 39 und ein Feingewinde 78 auf. Zum Justieren der Aufnahmevorrichtungen 32 in Querrichtung Y sind unterschiedlich lange Stellspindeln 37, 38 vorhanden, die von gegenüberliegenden Seiten aus mit den Grundplatten 26 der Aufnahmevorrichtung 32 im Eingriff sind und/oder diese durchsetzen. Die kurze Stellspindel 37 ist dann beispielsweise mit dem Feingewinde 78 der außenliegenden Aufnahmevorrichtung 32 in Eingriff und dementsprechend ist dann auf der gegenüberliegenden Seite die kurze Stellspindel 37 mit dem Feingewinde der dort befindlichen Aufnahmevorrichtung 32 im Eingriff. Die lange Stellspindel 38 durchsetzt die Durchgangsbohrung 39 der Grundplatte 26 der außenliegenden Aufnahmevorrichtung 32 und ist im Eingriff mit dem Feingewinde einer innenliegenden Aufnahmevorrichtung 32. Das Gleiche gilt in analoger Weise für die lange Stellspindel 38, die von der gegenüberliegenden Seite der aneinander gereihten Aufnahmevorrichtungen 32 die entsprechende Durchgangsbohrung 39 durchsetzt.
Die Klemmriegel 34 halten die Aufnahmevorrichtungen 32 auf der Druckwerkmontageplatte nieder, wobei diese Klemmriegel sich über Einbuchtungen 80 der Vorderkanten der Grundplatten 26 der Aufnahmevorrichtungen 32 erstrecken, auf den Grundplatten 26 und der Anschlagleiste 36 anliegen und mit der Druckwerkmontageplatte 31 verschraubt sind. Die Spannklötze 33 halten die Hinterkanten der Grundplatten 26 nieder und drücken diese gegen die Druckwerkmontageplatte 31, indem Spannmittel 79 in Gestalt von Schrauben die winkelförmigen Spannklötze 33 in Z-Richtung an die Druckwerkmontageplatte 31 andrücken. Die Spannklötze 33 liegen an Hinterkanten 81 der Grundplatten 26 der Aufnahmevorrichtungen 32 an.
Mittels der Stellspindeln 37, 38, die jeweils mit Feingewinden in den Grundplatten 26 im Eingriff sind, ist eine sehr genaue Justierung der Aufnahmevorrichtungen 32 und somit der Druckköpfe in Querrichtung Y möglich. In Höhenrichtung Z erfolgt die Justierung der Druckköpfe durch Verschieben der Verstellplatten 25, an denen die Druckköpfe befestigt sind. Hierzu wird auf Fig. 13 verwiesen.
Die Explosionsdarstellung und die perspektivische Vorder- und Hinteransicht der Aufnahmevorrichtung 32 für einen Druckkopf 5 des unteren Druckwerkes in Fig. 13 zeigen die Konsole 23, die Grundplatte 26 und die Verstellplatte 25, an welcher der Druckkopf 5 montiert ist. Zwei Führungsachsen 27, 28 durchsetzen senkrecht die Verstellplatte und sind einerseits in der zugehörigen Konsole gelagert und andererseits in der Grundplatte 26 gelagert. Hierzu sind in den beiden vertikalen außenliegenden Bohrungen der Verstellplatte 25, die von den Führungsachsen durchsetzt werden, für jede Bohrung zwei Buchsen vorgesehen, die in die Bohrungen eingedrückt sind. Druckfedern 29, 30 umgeben die Führungsachsen 27, 28 im unteren Teil und liegen gegen die Bunde der unteren Buchsen in der Verstellplatte 25 an und üben einen Gegendruck auf die Verstellplatte 25 aus, die mittels einer Justierschraube 24 in Z-Richtung nach unten gedrückt wird. Auf der Rückseite der Konsole 23 befindet sich eine Querplatte 35, die von der Justierschraube 24 durchsetzt ist. Die Querplatte 35 ist mit der Rückseite der Verstellplatte 25 über Schrauben lösbar verbunden. Die Justierschraube 24 ist mit der Grundplatte 26 der Aufnahmevorrichtung 32 verschraubt, so dass eine Drehung der Justierschraube die Verstellplatte 25 in Höhenrichtung Z verschiebt. Wird die Aufnahmevorrichtung 32, wie in der Explosionsdarstellung gezeigt, zusammengebaut, so erhält man die in der perspektivischen Vorderansicht gezeigte Aufnahmevorrichtung 32 mit dem montierten Druckkopf 5. Es ist selbstverständlich, dass der Druckkopf 4 des oberen Druckwerkes in ähnlicher Weise in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung 32 montiert ist. Die perspektivische Hinteransicht der Aufnahmevorrichtung 32 mit montiertem Druckkopf 5 lässt deutlich die Querplatte 35 und die Justierschraube 24 erkennen. Durch Drehen der Justierschraube 24 wird beispielsweise die Querplatte 35 zusammen mit der damit verbundenen Verstellplatte 25 gegen den Widerstand der beiden Druckfedern 29, 30 nach unten gedrückt.
Die Fig. 14 (a) bis (e) zeigen schematisch den Ablauf eines Druckvorganges, bei dem sich überlappende Linien von benachbarten Düsen eines Druckkopfes nach dem sogenannten Intralations-Prinzip gedruckt werden. Dieses Prinzip wird an Hand des Druckens dreier benachbarter Streifen 53, 54, 55 erläutert. In den Figuren sind schematisch die ersten sechs Düsen 18-1, 18-2, 18-3, . . . 18-6 einer Düsenreihe eines Druckkopfes dargestellt. In der Phase 1 gemäß der Fig. 14 (a) wird ein erster Streifen 53 durch die Düse 18-1 gedruckt. Die Druckbewegung erfolgt in Transportrichtung X. Zwei benachbarte Düsen 18-1 und 18-2 haben einen Düsenabstand c voneinander. Die Breite des ersten Streifens 53 entspricht gleich der Pixelbreite b. Die Pixelbreite b hängt u. a. von dem Durchmesser der Düsen des Druckkopfes, der Zusammensetzung des Druckmittels, den Betriebsparametern des Druckkopfes wie z. B. der an die Piezoelemente des Druckkopfes angelegten Hochspannungsimpulsen, Impulsdaueru. dgl. ab. Eine gängige Pixelbreite b liegt im Bereich von 40 bis 120 µm, wird jedoch durch die Weiterentwicklung von Druckkopf and Druckmittel in naher Zukunft in den Bereich von 5 bis 40 µm gerückt werden. Nach dem Drucken des ersten Streifens 53 erfolgt eine Querbewegung in Richtung Y um den Betrag m, der sich aus dem Düsenabstand c und einem Mittenabstand a zweier aufeinanderfolgender Pixel zusammensetzt. Nach Beendigung dieser Querbewegung ist die zweite Phase, wie sie in Fig. 14 (b) gezeigt ist, abgeschlossen. In der dritten Phase, gezeigt in Fig. 14 (c), wird der zweite Streifen 54 durch die Düse 18-2 gedruckt. Dabei erfolgt eine Druck-Rückfahrt in die entgegengesetzte Richtung zur Transportrichtung X.
In der vierten Phase, gezeigt in Fig. 14 (d), wird der Düsenkopf wiederum in Richtung Y verfahren, wobei der Betrag der Querfahrt wiederum gleich dem Düsenabstand c plus dem Mittenabstand a ist.
In der fünften Phase, siehe Fig. 14(e), wird der Düsenkopf in Transportrichtung X verfahren und der dritte Streifen 55 durch die Düse 18-3 gedruckt.
Die Streifen werden überlappend gedruckt und es ist offensichtlich, dass in der voranstehend beschriebenen Weise die Düsen 18-4, 18-5 und 18-6 noch einen vierten, fünften, sechsten Streifen jeweils angrenzend mit den zuvor gedruckten Streifen und diese teilweise überlappend drucken. Beim Nebeneinanderdrucken der Streifen 53, 54 und 55 sowie weiterer Streifen werden benachbarte Streifen nicht durch dieselbe Düse gedruckt, sondern durch benachbarte Düsen. Dieses Verfahren wird als Intralationsprinzip bezeichnet. Beim Ausfall einer Düse beispielsweise durch Verstopfung oder Fehlen des Druckmittels entsteht nur eine sehr schmale Lücke, die bei genügend großer Überlappung der einzelnen Streifen kompensiert werden kann. Die vorhandene Streifenüberlappung ist in den Fig. 14 (a) bis (e) aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
In Fig. 15 ist ein schematisiertes Druckbildmuster 51 dargestellt, dass sich aus Linien 52 unterschiedlicher Abmessungen zusammensetzt. Dieses Druckbildmuster 51 bzw. Layout ist aus sich überlappenden Pixeln aufgebaut, die zu den geschlossenen Linien 52 zusammengesetzt sind. Die Linien haben beispielsweise eine Pixelbreite b und entstehen durch überlappendes Hintereinanderdrucken der Pixel zu den geschlossenen Linien 52, die unterschiedlich lang sein können. Die Linien 52 sind in Fig. 15 ohne gegenseitige Überlappung dargestellt, jedoch in der Praxis werden die Linien 52 stark überlappend gedruckt, so dass die Verbreiterung der Linien sehr fein durch das Ausmaß des Überdruckens benachbarter Linien geregelt werden kann. In dem Druckbildmuster ist desweiteren der Mittenabstand a zweier aufeinanderfolgender Pixel in X- und Y-Richtung dargestellt.
Fig. 16 zeigt in perspektivischer Ansicht die Einrichtungen zur Positionsbestimmung eines Druckwerkes und zum Übertragen/Auslösen der Druckimpulse für die Druckköpfe. In der Figur sind das untere Druckwerk 3 mit dem unteren X-Tisch 8 und dem unteren Y-Tisch 10 gezeigt. Der X-Tisch 8 weist einen Linear-Encoder 59 auf, während der Y-Tisch 10 mit einem Linear- Encoder 82 ausgerüstet ist. Zur lagegenauen Positionierung der Pixel werden die Impulse des Linear-Encoders 59 in Transportrichtung X der den Fahrweg des X-Tisches 8 des Druckwerks 3 und damit die Ist-Position detektiert, als Eingangssignale über einen Impulsumsetzer 62 einer Ansteuerhardware 60, z. B. einer Steckplatine mit elektronischen Bauelementen zugeleitet. Für jeden Druckknopf ist eine eigene Ansteuerhardware 60 vorhanden, in der aus der eingespeisten Hochspannung ein Hochspannungsimpuls für den zugeordneten Druckkopf erzeugt wird. In der Ansteuerhardware 60 werden Hochspannungsimpulse ausgelöst, die zu Piezoelementen der Druckköpfe 5 des Druckwerks 3 übertragen werden. Diese Hochspannungsimpulse lösen den Austritt der Tröpfchen aus den Düsen aus. In analoger Weise sind der X-Tisch 7 und der Y-Tisch 9 des oberen Druckwerks 2 jeweils mit einem Linear-Encoder 59 ausgestattet, der Impulse in Transportrichtung X gemäß dem Fahrweg des X-Tisches 7 des Druckwerks 2 abgibt, so dass die Ist-Position des Druckwerks 2 und somit die Positionierung der Pixel auf dem Substrat exakt detektierbar sind. Diese Impulse des Linear-Encoders werden ebenso als Eingangssignale der Ansteuerhardware 60 zugeleitet, deren Hochspannungsimpulse werden zu den Piezoelementen der Druckköpfe 4 des Druckwerks 2 übertragen, um das Ausstossen der Tropfen aus den Düsen der Druckköpfe auszulösen. Es können bis zu 30000 Tropfens aus allen Düsen eines Druckkopfes ausgestossen werden. Der Linear-Encoder 59 liefert metrische Impulse, die im Impulsumsetzer 62 entsprechend der gewählten Auflösung in Impulse pro Zoll umgesetzt und der Ansteuerhardware 60 zugeleitet werden. Der Ansteuerhardware 60 werden desweiteren Datenpakete zugeleitet, die durch Verarbeitung von Druckbildmustern 87 im CAD-Datenformat, geliefert von einem CAD-System 86, erhalten werden. Ein Rechner 61 enthält Programme zum Umsetzen von Datenbits und zur Übertragung von Datenpakten, wie an Hand von Fig. 17 noch erläutert werden wird.
Sobald die Druckköpfe 4 und 5 der Druckwerke 2 und 3 sowohl in X-, Y- und Z-Richtung justiert sind, werden Testbilder gedruckt, um eventuelle Positionsabweichungen der Druckwerke 2 und 3 untereinander bzw. der einzelnen Druckköpfe 4 und 5 der Druckwerke feststellen zu können. Treten dabei Deckungsungleichheiten der Druckbilder auf der Vorder-und der Rückseite eines Substrats auf, so werden diese durch Kalibrieren der jeweiligen Fahrwege in X- und Y- Richtung zwischen dem oberen und unteren Druckwerk im Rahmen der Steuerung der Linearkreuztische 11 und 12 der Druckwerke korrigiert. Darüber hinaus kann eine Verschiebung des Druckbereiches eines Druckwerkes 2, 3 bzw. eines einzelnen Druckkopfes 4, 5 in X- Richtung durch Einstellungen von Parametern einer bildaufbereitenden Software vorgenommen werden. Über diese Parametereinstellungen eines im Rechner 61 gespeicherten Programms kann entweder der Druckbereich 22 eines Druckwerkes 2, 3 insgesamt bzw. der Druckbereich jedes einzelnen Druckkopfes 4, 5 in Transportrichtung X verschoben werden. Dabei bereitet das Programm die Daten des Druckbildes für die Übertragung auf die Druckköpfe 4, 5 auf.
An Hand der Fig. 17 wird die Datenaufbereitung für die Druckköpfe 4, 5 beschrieben.
Die Daten für das Druckbildmuster 87 liefert das CAD-System 86, wobei diese Daten mittels eines Konvertierungsprogramms 88 in eine Bitmap-Datei 89 mit einer vorgegebenen Auflösung der Linien 52 umgesetzt werden. Die Bitmap-Datei 89 wird durch Programme 90, 92 des Rechners 61 weiterverarbeitet. Zunächst setzt ein Programm 90 die Bitmap-Datei 89 in Datenpakete 91 für den Druckvorgang um. Die Datenpakete 91 werden durch ein Übertragungsprogramm 92 der Ansteuerhardware 60 eingespeist, die zusätzlich über den Impulsumsetzer 62 die Impulse zum Anzeigen der Positionen der Druckwerke 2, 3 empfängt. Die Daten dieser Bitmap-Datei 89 werden den einzelnen Druck-Hinfahrten und Druck-Rückfahrten zugeordnet. Die Anzahl dieser Hin- und Rückfahrten hängt von der vorgegebenen Auflösung ab. Desweiteren werden die Daten der Bitmap-Datei den Düsen 18-1, 18-2, 18-3, . . . der einzelnen Druckköpfe 4 und 5 zugeordnet. Die Programme 88, 90, 92 erfüllen folgende Teilfunktionen:

1. Umsetzen der CAD-Datei in die Bitmap-Datei 89 mit einer entsprechend gewählten Auflösung,
2. Zuordnen der Daten auf die einzelnen Druck-Hinfahrten und Druck-Rückfahrten, deren Anzahl von der gewählten Auflösung abhängt und Zuordnen an die Düsen der einzelnen Druckköpfe unter Berücksichtigung des zuvor beschriebenen Intralations-Prinzips,
3. Ausgleich der Positionsabweichungen der Druckwerke bzw. der Druckköpfe, wobei Ausgleichsparameter bei Inbetriebnahme über eine Maske in das Rechnerprogramm eingebracht werden,
4. Unterteilen der Datenpakete jeder Druckkopf-Druckfahrt in Unterpakete für jeden Druckimpuls,
5. Übertragen der Unterpakete zu den Druckköpfen durch das Programm 92 in der Zeit zwischen den einzelnen Druckimpulsen.

Hierzu wird die aus dem Abstand d der Referenzlinien 63, 64 der Düsenreihen 19 verschiedener Druckkopfreihen untereinander, der Positionstoleranz e von Düsenreihen 19 innerhalb einer Druckkopfreihe 20 bzw. 21 und der Parallelitätsabweichung f einer Düsenreihe 19 von der Referenzlinie 63 bzw. 64 resultierende Lageabweichung der Düsenreihe 19 der einzelnen Druckköpfe 4 bzw. 5 untereinander ermittelt und als Ausgleichsparameter bei Inbetriebnahme der Druckvorrichtung über eine Maske in den Rechner 61 eingespeist. Die jeder Druck-Hinfahrt und Druck-Rückfahrt der Druckköpfe 4 bzw. 5 zugeordneten Datenpakete werden in Unterpakete für jeden Druckimpuls unterteilt, der den Druckvorgang des einzelnen Druckkopfes auslöst. Die Ansteuerhardware 60 überträgt diese Unterpakete an die einzelnen Druckköpfe zwischen den Druckimpulsen. Bezugszeichenliste 1 Vorrichtung
2 oberes Druckwerk
3 unteres Druckwerk
4 Druckköpfe von 2
5 Druckköpfe von 3
6 Substrattransporteinrichtung
7 obere X-Tische
8 untere X-Tische
9 obere Y-Tische
10 untere Y-Tische
11 oberer Linearkreuztisch
12 unterer Linearkreuztisch
14, 15, 16, 17 Substrate
18-1, 18-2, 18-3, . . . Düsen
19 Düsenreihe von Düsen 18
20, 21 Druckkopfreihen
22 Druckbereich eines Druckwerkes
23 Konsole
24 Justierschraube in Z-Richtung
25 Verstellplatte
26 Grundplatte
27 Führungsachse
28 Führungsachse
29 Druckfeder
30 Druckfeder
31 Druckwerkmontageplatte
32 Aufnahmevorrichtung für 4, 5
33 Spannklotz
34 Klemmriegel
35 Querplatte
36 Anschlagleiste
37, 38 Stellspindeln in Y-Richtung
39 Durchgangsbohrung
40, 41 Spannwände
42 Bügel
43 Spannmittel
44 Riemenscheiben
45 Riemen
46 Riemengleitschiene
47 Andruckrollen
48 Schwinge
49 Schraubenmutter
50 Winkel
51 Druckbildmuster
52 Linien
53 1. Streifen
54 2. Streifen
55 3. Streifen
56 Abstand Düse/Substrat
57 Modul Druckwerke
58 Schraube
59 Linear-Encoder
60 Ansteuerhardware
61 Rechner
62 Impulsumsetzer
63, 64 Referenzlinien
65 Breite eines Druckkopfes 4, 5
66 Y-Abstand der Druckbereiche sich überlappender Druckköpfe
67 Druckbereich des Druckkopfes
68 Einlauftisch
69 Wirkbereich des oberen Druckwerkes
70 Wirkbereich des unteren Druckwerkes Richtung
71 Kugellager
72 Federbuchse
73 Schraubmutter
74 Halter
75 Zugmittel
76 Druck-Hinfahrt
77 Druck-Rückfahrt
78 Feingewinde für 37
79 Spannmittel in Z-Richtung
80 Einbuchtungen für Klemmriegel 34
81 Hinterkante für Spannklotz 33
82 Linear-Encoder Y
83 Druckfeder in Fig. 4
84 Querfahrt
85 Querfahrt
86 CAD-System
87 Druckbildmuster (im CAD-Datenformat)
88 Konvertierungsprogramm
89 Bitmap-Datei
90 Programm zum Umsetzen der Bitmap-Datei in Datenpakete für den Druckvorgang
91 Datenpakete
92 Übertragungsprogramm für die Datenpakete
α Winkel
a Mittenabstand zweier aufeinanderfolgender Pixel in X- oder Y-Richtung
b Pixelbreite
c Mittenabstand zweier Düsen voneinander
d X-Abstand von 63, 64
e Positionstoleranz
f Parallelitätsabweichung
g Zugmittelvorschub
h seitliche Straffung des Substrates
i Druck-Hinfahrt unten
j Druck-Hinfahrt oben
k Druck-Rückfahrt unten
l Druck-Rückfahrt oben
m Betrag der Querbewegung in Y-Richtung (Fig. 14)
X Transportrichtung
Y Querrichtung
Z Höhenrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Bedrucken eines Substrats mit einem Druckmittel, mit Druckköpfen, die in Transportrichtung des Substrats und in Querrichtung hierzu verfahrbar sind, mit Steuereinheiten für die Druckköpfe, ein Display, eine Substrattransporteinrichtung, mit einer Schnittstelle für eine Ansteuerhardware, die mit einem Datenausgang eines CAD-Systems mit bildbearbeitenden Programmen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckköpfe(4; 5) in einem oberen und einem unteren Druckwerk (2, 3) angeordnet sind, dass jedes der Druckwerke sich in einem Linearkreuztisch (11; 12) befindet, bestehend aus einem X- und einem Y-Tisch (7, 8; 9, 10), dass eine Substrattransporteinrichtung (6) die Substrate (14, 15, 16, 17) horizontal zwischen dem oberen und unteren Druckwerk in Transportrichtung X hindurchführt und dass die Druckköpfe (4; 5) ein im Druckbereich befindliches Substrat (16) gleichzeitig, beidseitig und deckungsgleich bedrucken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Druckköpfe (4; 5) in zumindest einer Reihe (19) angeordnete Düsen (18-1. 18-2, 18-3, . . .) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und das untere Druckwerk (2; 3) sowohl bei der Druck-Hinfahrt in Transportrichtung X der Substrate als auch bei der Druck-Rückfahrt, entgegengesetzt zur Transportrichtung X der Substrate, sich gegenläufig zueinander bewegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckköpfe (4; 5) in jedem Druckwerk (2; 3) in Druckkopfreihen (20, 21) angeordnet sind, wobei die Druckköpfe in einer Druckkopfreihe voneinander beabstandet sind und dass die Druckköpfe zweier benachbarter Druckkopfreihen gegeneinander so versetzt sind, dass der gesamte Druckbereich (22) eines Druckwerkes durch die Druckköpfe zweier benachbarter Druckkopfreihen vollständig abgedeckt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Druckkopf (4; 5) für sich in Transportrichtung X, in Querrichtung Y zur Transportrichtung und in Höhenrichtung Z justierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Druckkopf (4; 5) in einer Aufnahmevorrichtung (32) angeordnet ist, die eine Konsole (23), eine Grundplatte (26) und eine Verstellplatte (25) umfasst, wobei der Druckkopf (4; 5) auf der Verstellplatte (25) befestigt ist, dass zwei Führungsachsen (27, 28) die Verstellplatte (25) durchsetzen und einerseits in der Konsole (23) und andererseits über Druckfedern (29, 30) in der Grundplatte (26) gelagert sind und dass eine Justierschraube (24) eine Querplatte (35), die mit der Rückseite der Verstellplatte (25) verbunden ist, senkrecht durchsetzt und mit der Grundplatte (26) verschraubt ist, so dass die Verstellplatte (25) zusammen mit dem Druckkopf (4; 5) mittels der Justierschraube (24) in Höhenrichtung Z verstellbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Klemmriegel (34) die Aufnahmevorrichtungen (32) für die Druckköpfe (4; 5) auf einer Druckwerkmontageplatte (31) niederhalten, dass die Klemmriegel sich über Einbuchtungen (80) von Vorderkanten der Grundplatten (26) erstrecken, auf den Grundplatten (26) und der Anschlagleiste (36) anliegen und mit der Druckwerkmontageplatte (31) verschraubt sind und dass Spannklötze (33) Hinterkanten (81) der Grundplatten (26) niederhalten und gegen die Druckwerkmontageplatte (31) andrücken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Druckwerkmontageplatte (31) eine Anschlagleiste (36) montiert ist, zur Begrenzung der Verstellbewegung der Aufnahmevorrichtungen (32) der Druckköpfe (4; 5) in Transportrichtung X und dass Stellspindeln (37, 38) zum Justieren der Aufnahmevorrichtungen (32) in Querrichtung Y vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellspindeln (37, 38) unterschiedlich lang sind und von gegenüberliegenden Seiten aus mit den Grundplatten (26) der Aufnahmevorrichtungen (32) im Eingriff sind und/oder diese durchsetzen, dass die kurzen Spindeln (37) mit einem Feingewinde (78) in jeder der beiden außenliegenden Grundplatten (26) im Eingriff sind, die jeweils eine Durchgangsbohrung (39) für die langen Spindeln (38) aufweisen, die mit einem Feingewinde (78) in jeder der beiden innenliegenden Grundplatten (26) im Eingriff sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Spannwände (40, 41) schenkelartig mit der Druckwerkmontageplatte (31) verbunden sind, dass auf den Außenseiten der Spannwände je ein Bügel (42) vorhanden ist, durch den sich Spannmittel (43) in Transportrichtung X erstrecken, die mit den Spannklötzen (33) in Eingriff sind und die Aufnahmevorrichtungen (32) in Transportrichtung X justieren.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrattransporteinrichtung (6) einen über Riemenscheiben (44) umlaufenden Riemen (45), dessen Obertrum in einer Riemengleitschiene (46) geführt ist und eine Anzahl von Andruckrollen (47) oberhalb des Obertrums aufweist und dass die Andruckrollen (47) die Kanten eines zu transportierenden Substrats (14) gegen das Obertrum des umlaufenden Riemens (45) andrücken.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckrollen (47) gegenüber der Vorschub- bzw. Transportrichtung X des Substrats (14) schräg gestellt sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel α der Schrägstellung der Andruckrollen (47) gegenüber der Transportrichtung X 2 bis 10° beträgt und dass der Winkel α einstellbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlaufrichtung des Substrats (14) in die Substrattransporteinrichtung gleich der Auslaufrichtung des Substrats ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Andruckrolle (47) an einer Schwinge (48) gelagert ist, die durch eine Druckfeder (83) belastet ist, die sich gegen einen oberhalb der Andruckrolle (47) angeordneten Winkel (50) abstützt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Druckköpfen (4) des oberen Druckwerks (2) Druckmitteltanks oberhalb der Düsen (18) angeordnet sind und dass bei den Druckköpfen (4) des unteren Druckwerkes (3) die Druckmitteltanks seitlich von den Düsen (18) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckmittel (13) ein ätzresistentes oder selbstätzendes Druckmedium ausgewählt aus der Gruppe der Flüssigfotoresiste bzw. Fotolacke, Ätzpasten, Lötstoplacke, leitfähige Tinten, leitfähige Pasten oder eine Druckfarbe in Gestalt einer Farbtinte.

18. Verfahren zum Bedrucken eines Substrats mit Druckbildmustern (51) mittels Druckköpfen in einer Druckmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass Linien (52) mit einem Mittenabstand (c) zweier benachbarter Düsen in einem ersten Druckvorgang simultan, beidseitig und deckungsgleich auf die Vorder- und Rückseite des stillstehenden Substrats (14; 15), 16; 17) gedruckt werden und dass Lücken zwischen den Linien (52) durch weitere Druckvorgänge mit Linien ganz oder teilweise ausgefüllt oder die Linien auf vorgegebene Linienbreiten verbreitert werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Druckvorgang die X-Tische (7; 8) des oberen und unteren Druckwerks (2, 3) eine Druck-Hinfahrt in Transportrichtung X und in dazu gegenläufiger Richtung ausführen.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und das untere Druckwerk (2, 3) simultan und gegenläufig zueinander während eines Druckvorgangs sich bewegen.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinanderfolgende Druckvorgänge alternierend in Transportrichtung X und in dazu gegenläufiger Richtung ausgeführt werden und dass zwischen den einzelnen Druckvorgängen die Druckwerke (2, 3) durch die Y-Tische (9, 10) in Querrichtung Y versetzt werden.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Drucken eines ersten Streifens (53) durch eine erste Düse (18-1) eines Druckkopfes (4; 5) die Druckwerke (2, 3) in Querrichtung Y versetzt werden, dass während der Druck-Rückfahrt ein zweiter Streifen (54) überlappend mit dem ersten Streifen neben den ersten Streifen (53) gedruckt wird, dass der benachbarte zweite Streifen (54) während der Druck-Rückfahrt des Druckkopfes durch eine zweite Düse (18-2) des Druckkopfes gedruckt wird und dass ein dritter, vierter, fünfter Streifen (55, . . .) überlappend mit dem zweiten, dritten, vierten Streifen neben dem zweiten, dritten, vierten Streifen durch eine dritte, vierte, fünfte Düse (18-3, 18-4, 18-5) des Druckkopfes gedruckt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckköpfe (4; 5) Pixel mit einer Pixelbreite (b) überlappend hintereinander zu geschlossenen Linien (52) drucken und dass die Druckköpfe (4; 5) in Querrichtung Y um eine Pixelbreite (b) plus dem Abstand (c) zweier benachbarter Düsen (18-2, 18-2) eines Druckkopfes versetzt werden, um weitere Linien zu drucken.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur lagegenauen Positionierung der Pixel Impulse eines Linear-Encoders (59) in Transportrichtung X, der den Fahrweg des X-Tisches (7; 8) des Druckwerks (2; 3) und damit die Ist-Position des jeweiligen Druckwerks detektiert, als Eingangssignale einer Ansteuerhardware (60) in einem Rechner (61) zugeleitet werden und dass in der Ansteuerhardware (60) Hochspannungsimpulse ausgelöst werden, die zu Piezoelementen der Druckköpfe (4; 5) übertragen werden, die bis zu 30000 Tropfen/s gleichzeitig aus allen Düsen eines Druckkopfes auslösen können.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die metrischen Impulse des Linear-Encoders (59) einem Impulsumsetzer (62) zugeführt werden, der die metrischen Impulse entsprechend der gewählten Auflösung in Impulse pro Zoll umsetzt und der Ansteuerhardware (60) zuleitet.

26. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckköpfe (4; 5) der Druckwerke (2; 3) in X-, Y- und Z-Richtung justiert werden, dass danach Positionsabweichungen der Druckwerke (2; 3) untereinander durch Drucken von Testbildern und deren Vermessen bestimmt werden und dass die festgestellten Deckungsungleichheiten der Druckbilder auf der Vorder- und der Rückseite des Substrats durch Kalibrierung der jeweiligen Fahrwege in X- und Y-Richtung zwischen oberen und unteren Druckwerk innerhalb der Steuerung der Linearkreuztische korrigiert werden.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbereich (22) eines Druckwerks (2; 3) bzw. der Druckbereich jedes einzelnen Druckkopfes (4; 5) in Transportrichtung X durch Parametereinstellungen eines Programms verschiebbar ist, das die Daten des Druckbildes für die Übertragung auf die Druckköpfe (4; 5) aufbereitet.

28. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein CAD-System (86) die Daten des Druckbildmusters (51) liefert, die mittels eines Programms in eine Bitmap-Datei (89) mit einer vorgegebenen Auflösung der Linien (52) umgesetzt werden und dass die Daten der Bitmap-Datei (89) den einzelnen Druck-Hin- und Rückfahrten, deren Anzahl von der vorgegebenen Auflösung abhängt und den Düsen (18-1, 18-2, 18-3, . . .) der einzelnen Druckköpfe (4; 5) zugeordnet werden.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem Abstand (d) von Referenzlinien (63, 64) der Düsenreihen (19) verschiedener Druckkopfreihen untereinander, der Positionstoleranz (e) von Düsenreihen (19) innerhalb einer Druckkopfreihe (20; 21) und der Parallellitätsabweichung (f) einer Düsenreihe (19) von der Referenzlinie (63; 64) resultierenden Lageabweichungen der Düsenreihen (19) der einzelnen Druckköpfe (4; 5) untereinander, ermittelt werden und als Ausgleichsparameter bei Inbetriebnahme der Druckmaschine über eine Maske in das Programm eingespeist werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die jeder Druck-Hin- und Rückfahrt der Druckköpfe (4; 5) zugeordneten Datenpakete in Unterpakete für jeden Druckimpuls, der den Druckvorgang des einzelnen Druckkopfes auslöst, unterteilt werden.

31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerhardware (60) die Unterpakete an die einzelnen Druckköpfe zwischen den Druckimpulsen überträgt.