DE102007052679B4

DE102007052679B4 - Sieb für den technischen Siebdruck

Info

Publication number: DE102007052679B4
Application number: DE200710052679
Authority: DE
Inventors: Joachim Hrabi; Ralf Weber; Ranko Rajic
Original assignee: KOENEN GmbH
Current assignee: KOENEN GmbH
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2007-11-05
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2027-11-06
Also published as: EP2209632A1; WO2009059584A1; DE102007052679A1

Abstract

Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit – einem formsteifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2–4) und – einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden, wobei das Siebgewebe (5) ein ein Druckbild enthaltendes mittleres Feld (6) aufweist, wobei das Siebgewebe (5) außerhalb des Druckbilds des mittleren Felds (6) mit einer Emulsion gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) aufweist, der in einem an das mittlere Feld (6) angrenzenden Randbereich des Siebgewebes (5) vorgesehen ist und die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt, wobei das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) die Maschenfreiräume des Siebgewebes (5) ausfüllt, und das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik, aus einer Kombination dieser Werkstoffe, aus Photopolymeren, aus Kleber, oder aus Lacken sowie Pasten mit Metall- oder Keramikanteilen besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit einem formsteifen Rechteck-Rahmen aus Leichtmetall- oder Stahlstreben und einem in den Rahmen eingespannten Siebgewebe aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden.
Präzisionssiebe für den technischen Siebdruck, d. h. zum Einsatz in der Dickschichttechnik, dem Polymerpastendruck, dem Solarzellendruck und weiteren Applikationen, enthalten regelmäßig einen Siebdruckrahmen, der als Leichtmetall-Gussrahmen, als Leichtmetall-Profilrahmen oder als Edelstahl-Profilrahmen in unterschiedlichen Größen ausgeführt sein kann. In diesen Rechteckrahmen ist ein feinmaschiges Siebdruckgewebe allseitig eingespannt, das als Edelstahldraht- und/oder Polyestergewebe ausgeführt sein kann. Bei der Herstellung von Solarzellen wird zur Durchführung des Siebdruckprozesses das Sieb mit der Solarzelle in Anlage bzw. Druckkontakt gebracht. Bei dem nachfolgenden Aufbringen der Druckpaste mittels Rakel erfolgt durch den Rakeldruck und den eingestellten Down-Stop eine mechanische Verformung des Siebgewebes und ggf. auch der Siebbeschichtung. Da die Solarzellen hinsichtlich Ihrer Größe standardisiert sind und scharfkantige Ränder haben, wird nach einer entsprechenden Anzahl an Druckvorgängen nicht nur die Siebbeschichtung, sondern ggf. auch das darunter liegende Siebgewebe durch den Kantendruck beschädigt. Das Siebgewebe kann in diesen schmalen und hochbeanspruchten Bereichen reißen, und zwar ggf. bis zur Rahmenkante, sodass die dann durchlaufende Paste den Drucktisch und weitere Komponenten der Druckmaschine verschmutzen kann, was zu kostspieligen Stillstandszeiten des gesamten Drucksystems führt, Ausschuss an Solarzellen erzeugt und aufwändige Reinigungsarbeiten erfordert.
DE 20 2005 004 664 U1 zeigt ein Sieb für den technischen Siebdruck mit einem formsteifen Rahmen.
WO 2007/060742 A1 zeigt ein Sieb für den technischen Siebdruck mit einem formsteifen Rahmen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
DE 32 05 541 A1 zeigt eine Einspannung eines Druckformträgers, welcher nicht in einem festen Rahmen direkt eingespannt ist, sondern über eine elastische Grundbahn, die über eine weitere Grundbahn mit formsteifen Rahmenschenkeln eingespannt ist.
DE 203 21 155 U1 zeigt eine Druckschablone, die im äußeren Haltebereich bzw. in einem Randbereich mit Verstärkungen an den Halteabschnitten versehen ist, mittels denen die Schablone in einen Rahmen eingespannt werden kann.
WO 2007/083606 A1 zeigt ein Präzisionssieb, dessen Siebgewebe mit einer Druckmaske ausgefüllt ist. Im Bereich des Randes eines zu bedruckenden Substrats umfasst die Druckmaske verbreiterte Abschnitte, die im Randbereich des Substrats auf der Substratseite aus dem Siebgewebe herausstehen.
DE 297 08 329 U1 zeigt ein Sieb für den technischen Siebdruck nach dem Oberbegriff von Anspruch 6.
JP 07309077 A beschreibt eine Schablone für den technischen Siebdruck, bei der in Druckrichtung auf der Rakelseite dünne Schichten aufgetragen sind, um Beschädigungen der Schablone durch die Rakelkanten zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere zum Herstellen von Solarzellen, zu schaffen, das auch beim Bedrucken einer Vielzahl von gleich großen scharfkantigen Substraten Beschädigungen des Siebgewebes oder der stattdessen eingesetzten strukturierten Metallschablone im Bereich der Randkanten dieser Substrate vermeidet.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe werden nach der vorliegenden Erfindung ein Präzisionssieb nach Anspruch 1 und ein Präzisionssieb nach Anspruch 6 vorgeschlagen.
Die Aufgabe wird hierbei erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Siebgewebe bzw. die Metallschablone im Bereich der Kanten der Substrate bzw. Solarzellen einen widerstandsfähigen Randstreifen aufweist, der die Kanten der Substrate bzw. Solarzellen beim Druckvorgang überdeckt.
Zur Herstellung dieser widerstandsfähigen Randstreifen wird eine Vorgehensweise bevorzugt, bei welcher im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten das CAD-Layout um einen Randstreifen ergänzt wird. Die Lage dieses Randstreifens richtet sich nach der Form und Größe des jeweiligen Substrats. Der Randstreifen hat eine ausreichende Breite, sodass die Substratkanten in einem bestimmten Streifenbereich überdeckt werden. Die Breite des Randstreifens ist an die Form und Größe des jeweiligen Substrats angepasst, sodass die Toleranz der unterschiedlichen Substrataußenmasse ausgeglichen wird. Durch einen Photoprozess oder ein anderes geeignetes Verfahren wird der vorgewählte Randstreifen auf das Siebgewebe übertragen. Der auf dem Sieb nunmehr offene Bereich wird anschließend mit einem widerstandsfähigen Material gefüllt, das die Maschen des Siebgewebes ausfüllt und einen Verstärkungsstreifen ergibt, der sich im Bereich der nachfolgend zu bearbeitenden Solarzellenkante erstreckt. An der dem Solarzellensubstrat zugewandten Seite sollte der Randstreifen eine gewisse Dicke haben, damit ein Druckkontakt des Gewebes mit der scharfen Endkante des Substrats vermieden wird.
Die Breite und auch die Dicke dieses Verstärkungs-Randstreifens kann je nach den Eigenheiten der zu bedruckenden Substrate und auch der Beschaffenheit und Eigenschaften der jeweiligen Siebgewebe gewählt werden. Die angestrebt verbesserte Haltbarkeit der Siebgewebe wird bei verschiedenartigen Substraten erreicht, wobei die Breite des Streifens minimal vom Rand des aktiven Teils der gedruckten Struktur des jeweiligen Substrats gewählt werden kann. Die maximale Breite des Randstreifens kann bis zur Rahmeninnenkante reichen.
Der als Randverstärkung wirksame Randstreifen kann an nur einer Seite des Substrats, an mehreren oder auch an allen Seiten des jeweiligen Substrats auf das Siebgewebe aufgebracht bzw. in dessen Maschen eingearbeitet werden. Die Dicke der Randverstärkung richtet sich weitgehend nach den verschiedenen Materialien sowie nach der Größe der mechanischen Beanspruchung.
Als Materialien für die Randstreifen können ein- oder mehrkomponentige Photoemulsionsen, Photopolymere, Kleber, Lacke sowie Pasten mit Metall- oder Keramikanteilen verwendet werden. Weitere Materialien sind Klebebänder, Metallstreifen, selbstklebende Folien oder auch die sog. Heißkleber. Bei Verwendung von Klebebändern, die auf die Substratseite aufgebracht werden, kann außerdem die Stärke der Solarzelle ausgeglichen werden, was eine zusätzliche Schonung bewirkt.
Das technische Konzept der Erfindung ist auch bei Verwendung von strukturierten Metallschablonen anstatt der Siebgewebe anwendbar. In diesem Fall weisen die Metallschablonen im Randbereich des jeweiligen Substrats, z. B. eines Solarzellensubstrats, einen strukturierten Rand auf, der mit einem festhaftenden und reißfesten Verstärkungsmaterial versehen ist. Die Strukturierung der vorbestimmten Schablonenbereiche kann durch Ätzen, Laserabtragung und/oder elektrochemisch erfolgen, wobei Strukturen in dem dünnen Schablonenblech in Form von Abstufungen, Einsenkungen, Durchbrüchen, Ausnehmungen gebildet werden können.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
1 den Teil eines Präzisionssiebes für den technischen Siebdruck zum Bedrucken einer Solarzelle;
2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Siebgewebes mit einem Solarzellensubstrat und dem erfindungsgemäßen Randstreifen.
Das in 1 dargestellte Präzisionssieb ist für das Bedrucken von Solarzellen konzipiert und enthält einen formsteifen Rechteckrahmen 1 aus längs und quer verlaufenden Vierkant-Profilstreben 2, 3, 4. An der Unterseite der Profilstreben ist ein Siebgewebe 5 dauerhaft befestigt, das aus feinen Edelstahldrähten oder aus maßbeständigem ggf. metallisiertem Polyestergewebe besteht. Die zugfeste Verankerung des Siebgewebes 5 an den Profilstreben kann durch Klebung, Klemmung, Schweißung oder auf andere geeignete Weise erfolgen.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich, ist das Siebgewebe 5 mit einer Emulsion gefüllt, und zwar bis auf ein mittleres Feld 6, das ein Druckbild enthält. Bei dem dargestellten Präzisionssieb, das zum Bedrucken von Solarzellensubstraten konzipiert ist, entspricht die Größe und Form des Feldes 6 derjenigen eines standardisierten Solarzellensubstrats. Ein zu bedruckendes Solarzellensubstrat 7 ist direkt unterhalb des Feldes 6 des Siebgewebes 5 angeordnet und durch – nicht dargestellte – bekannte Mittel in der vorbestimmten Position fixiert. Die Größe des Substrats 7 ist größer als das Feld 6. In dem an das Feld 6 angrenzenden Randbereich des Siebgewebes 5 ist ein Randstreifen 8 auf und/oder in dem Gewebematerial vorgesehen, der eine Verstärkung und Verfestigung des Gewebematerials bewirkt und die Entstehung und Verbreitung von Geweberissen verhindert. Der Randstreifen 8 überdeckt die darunter befindliche Seitenkante 9 des Substrats 7. Da die ggf. beschichteten Drähte oder Fäden des Siebgewebes 5 durch das Material des Randstreifens 8 nicht unmittelbar mit der scharfen Kante 9 des Substrats 7 in Druckkontakt gelangen, werden Beschädigungen der empfindlichen Gewebeelemente in diesen Kantenbereichen vermieden, wodurch sich eine entsprechend verlängerte Lebensdauer der Präzisionssiebe und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformungen in diesen eng begrenzten Bereichen ergibt.
Wird das Siebgewebe durch einen Substratbruch trotzdem z. B. durch Splitter zerstört, verläuft der gebildete Riss nur maximal bis zu der vom Randstreifen 8 gebildeten Randverstärkung des Siebgewebes 5. In diesem Fall verschmutzt die Paste nur den Drucktisch und nicht die komplette Druckmaschine, wodurch Stillstandszeiten der Anlage minimiert werden können.
Vergleichbare Vorteile und Wirkungen können erzielt werden, wenn anstatt eines Siebgewebes als aktives Druckorgan eine in geeigneter Weise strukturierte Metallschablone verwendet wird. Die vorzugsweise aus dünnem Edelstahlblech bestehende Metallschablone unterliegt in einem schmalen Randbereich, welcher das Druckfeld umgibt, hohen mechanischen Beanspruchungen durch den Kantendruck des Solarzellensubstrats während der wiederholten Druckvorgänge. Die Metallschablone sollte zumindest in diesem Randbereich konturiert ausgebildet sein, d. h. Absätze, Stufen, Ausschnitte, Einsenkungen, usw. aufweisen, die durch spanende, chemische, elektrochemische oder durch Laser-Abtragung hergestellt worden sind.

Claims

Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit – einem formsteifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2–4) und – einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden, wobei das Siebgewebe (5) ein ein Druckbild enthaltendes mittleres Feld (6) aufweist, wobei das Siebgewebe (5) außerhalb des Druckbilds des mittleren Felds (6) mit einer Emulsion gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) aufweist, der in einem an das mittlere Feld (6) angrenzenden Randbereich des Siebgewebes (5) vorgesehen ist und die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt, wobei das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) die Maschenfreiräume des Siebgewebes (5) ausfüllt, und das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik, aus einer Kombination dieser Werkstoffe, aus Photopolymeren, aus Kleber, oder aus Lacken sowie Pasten mit Metall- oder Keramikanteilen besteht.
Präzisionssieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Randstreifen (8) eine oder mehrere Seitenkanten des Substrats (7) überdeckt.
Präzisionssieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) eine gleichförmige Schicht auf mindestens einer Oberfläche des Siebgewebes (5) bildet.
Präzisionssieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Randstreifen (8) zusätzlich zu dem widerstandsfähigen Material des Randstreifens (8) ein Klebeband, einen Metallstreifen, eine selbstklebende Folie oder einen Heißkleber enthält.
Präzisionssieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randstreifen (8) zusätzlich zu dem widerstandsfähigen Material des Randstreifens (8) zum Ausgleich der Substratstärke ein auf der Substratseite aufgebrachtes Klebeband enthält.
Präzisionssieb für den technischen Siebdruck mit – einem formsteifen Rahmen aus Leichtmetall oder Stahlstreben und – einer im Rahmen eingespannten Schablone, wobei die Schablone ein ein Druckbild enthaltendes mittleres Feld (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Schablone im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen Randstreifen aus einem widerstandsfähigen Material aufweist, der in einem an das mittlere Feld (6) angrenzenden Randbereich des Siebgewebes (5) vorgesehen ist und der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle beim Druckvorgang überdeckt, wobei die Schablone einen strukturierten Rand aufweist, mit dem das widerstandsfähige Material versehen ist, wobei das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik, aus einer Kombination dieser Werkstoffe, aus Photopolymeren, aus Kleber, oder aus Lacken sowie Pasten mit Metall- oder Keramikanteilen besteht.