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Die
Erfindung betrifft eine Siebdruckform, welche eine erste Lage als
Schablonenträger
mit ersten Ausnehmungen und eine zweite Lage als Schablone mit zweiten
Ausnehmungen aufweist, welche mit der ersten Lage fest verbunden
ist.
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Beim
Siebdruck oder Durchdruckverfahren wird ein Druckmedium auf eine
Siebdruckform aufgebracht, wobei anschließend mittels einer an der Oberseite
oder sehr nahe an der Oberseite der Siebdruckform entlang geführten Rakel
das Druckmedium in Ausnehmungen der Siebdruckform befördert wird.
Es gibt Siebdruckformen, die einen Siebdruckschablonenträger mit
ersten Ausnehmungen aufweisen, welche so ausgebildet sind, dass
sie von einer Oberseite zur Unterseite des Siebdruckschablonenträgers reichen.
An der Unterseite des Siebdruckschablonenträgers kann dann eine Siebdruckschablone
angebracht sein, die mit zweiten Ausnehmungen versehen ist, wobei
die zweiten Ausnehmungen mindestens teilweise mit den ersten Ausnehmungen des
Siebdruckschablonenträgers
in Überdeckung
liegen. Durch eine einmalige oder mehrmalige Rakelbewegung über dem
Siebdruckschablonenträger
ist es möglich,
das Druckmedium durch die ersten Ausnehmungen und zweiten Ausnehmungen
auf ein darunter angeordnetes Substrat zu befördern. An den von der Siebdruckschablone
abgedeckten Bereichen gelangt kein Druckmedium, so dass auf dem
Substrat ein Druckbild entsteht, welches im Wesentlichen den Ausnehmungen
der Siebdruckschablone entspricht.
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Der
Siebdruck und der Einsatz von Siebdruckformen sind seit langem bekannt
und bewährt. Mit
zunehmender Miniaturisierung von zu druckenden Bahnen zum Beispiel
für eine
Solarzelle entsteht jedoch die Schwierigkeit, durch eine Siebdruckform das
Druckmedium durch die dann engen Ausnehmungen hindurch befördern zu
können.
Bei elektrisch leitfähigen
schmalen Bahnen kann es ferner erwünscht sein, dass der elektrische
Leitungswiderstand möglichst
gering ist. Dies lässt
sich derart erreichen, indem eine schmale Bahn relativ hoch gedruckt wird.
Beim Siebdruck ist es derzeit leicht möglich, eine Bahn zu drucken,
deren Höhe
einen Betrag besitzt, welcher z. B. 20% des Betrages der Breite
der Bahn entspricht. Dies entspricht einem Verhältnis von Höhe zu Breite der gedruckten
Bahn von 1:5. Ist jedoch ein möglichst
niedriger elektrischer Leitungswiderstand bei gleichzeitig kleiner
Auflagefläche
der gedruckten Bahn auf dem Substrat erwünscht, sollte das Verhältnis aus
Höhe zu
Breite der Bahn mindestens 1:2, 1:1 oder größer, zum Beispiel 2:1, betragen. Eine
solche Anforderung besteht bei der Metallisierung von Solarzellen,
wobei die Breite der gedruckten Metallbahnen möglichst schmal sein soll, um
eine geringe Solarzellenfläche
abzuschatten und eine möglichst
große
Fläche
für die
Umwandlung der Sonnenenergie in elektrische Energie zur Verfügung zu
stellen.
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Falls
mit einer Siebdruckform eine schmale Bahn mit einer Breite von kleiner
als 60 Mikrometern und mit einer niedrigen Höhe gedruckt werden soll, besteht
allgemein die Schwierigkeit darin, eine derart schmale Bahn mit
einer reproduzierbar niedrigen Höhe
in Siebdrucktechnik überhaupt
herzustellen. Schmale und dünne
Metallisierungen z. B. mit Silber können eingesetzt werden bei
der Metallisierung von Solarzellen als Startschicht für weitere
Beschichtungen mittels Galvanik. Die Metallisierungshöhe für die Startschicht
braucht dabei nur wenige hundert Nanometer zu betragen, wobei dies
jedoch mit derzeit. verfügbaren
Siebdruckformen nicht realisierbar ist. Weder durch Belichtung photosensitiver
Schichten als Siebdruckschablone noch durch Einsatz von Ätztechnik
ist dieses Ziel erreichbar. Zwar gibt es eine andere Drucktechnik
wie zum Beispiel den Tintenstrahldruck, mit dem niedrige Metallisierungshöhen herstellbar
sind, jedoch ist eine solche Technik relativ teuer und unzuverlässig, da
häufig
die Düsen
verstopfen und ein Drucken somit unmöglich wird. Somit besteht eine
Aufgabe darin, eine Siebdruckform zu schaffen, deren minimale Strukturgröße nicht
durch die Strukturierungstechnologie der Siebdruckschablone limitiert
ist, und mit der Druckbahnen mit einer Breite von kleiner als 60
Mikrometern reproduzierbar und kostengünstig hergestellt werden können. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist es, Druckbahnen mit einer Breite von kleiner
als 60 Mikrometern bei gegebenem Aspektverhältnis zwischen Höhe und Breite
einer Öffnung
der Siebdruckschablone je nach Anwendung mit einer großen oder
kleinen Druckbahnhöhe
zu realisieren.
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Die
Aufgaben werden durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Siebdruckform
weist auf:
- – eine erste Lage als Siebdruckschablonenträger, wobei
die erste Lage mit ersten Ausnehmungen versehen ist, die so ausgebildet
sind, dass sie von einer Oberseite zur Unterseite der ersten Lage reichen,
- – eine
zweite Lage als Siebdruckschablone, welche als metallische Maskierschicht
ausgebildet ist, welche mit der Unterseite der ersten Lage fest verbunden
ist, wobei die zweite Lage mit zweiten Ausnehmungen versehen ist,
welche mindestens teilweise mit den ersten Ausnehmungen der ersten
Lage so in Überdeckung
liegen, dass ein Druckmedium durch die ersten Ausnehmungen der ersten
Lage von deren Oberseite durch die zweiten Ausnehmungen der zweiten
Lage hindurch in Richtung zur Unterseite und auf ein darunter platzierbares
Substrat beförderbar
ist,
wobei die Oberflächen
der ersten und/oder zweiten Ausnehmungen mit einer Beschichtung
versehen sind, welche eine Dicke besitzt, die mindestens 5% der
kleinsten Querschnittsbreite der jeweiligen Ausnehmung beträgt.
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Die
Ausnehmungen in der Siebdruckform können somit mit bisher üblichen
Abmessungen hergestellt werden, wobei die Beschichtung in den Ausnehmungen
die verbleibende Durchtrittsöffnung
stark verringert. Bei einer solchen relativ dicken Beschichtung
ist es möglich,
für ein
Druckmedium eine verbleibende Durchtrittsöffnung von kleiner als 60 Mikrometern
zu bilden, so dass mit einer solchen Siebdruckschablone auch schmale
Druckbahnen mit einer Breite von kleiner als 60 Mikrometern herstellbar
sind
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Vorzugsweise
wird bei einer Ausnehmung mit einem Aspektverhältnis von Höhe zu Breite von 1:1 eine Querschnittsbreitenreduzierung
von mindestens 20% erzielt. Damit lässt sich eine besonders schmale
und gleichzeitig hohe Druckbahn herstellen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Beschichtung einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser
in einem Bereich von 0° bis
90°. Unter
einem Kontaktwinkel wird der Winkel bezeichnet, den ein Flüssigkeitstropfen
auf der Oberfläche eines
Feststoffes zu dieser Oberfläche
bildet. Bei einem Kontaktwinkel im Bereich von 0° bis 90° bildet das flüssige oder
pastöse
Druckmedium somit eine relativ gute Wechselwirkung zur Oberfläche der
Beschichtung, so dass ein Großteil
des Druckmediums in den solcherart beschichteten Ausnehmungen haften
bleibt, wenn die Siebdruckform von dem zu bedruckenden Substrat
entfernt wird. Auf dem Substrat verbleibt somit nur ein relativ
niedriger Druckauftrag, so dass eine schmale und gleichzeitig niedrige Druckbahn
herstellbar ist.
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Eine
Galvanikstartschicht, die mit Siebdruck von Silberpasten realisiert
wird, kann zuverlässig zum
Beispiel bei einer Dicke von 1 Mikrometer verwendet werden. Die
Dicke braucht in technischer und wirtschaftlicher Hinsicht nicht
größer als
2 Mikrometer bis 5 Mikrometer zu sein, insbesondere wenn das Druckmedium
teuer ist und mehr Material für
die Funktion des herzustellenden Produktes nicht benötigt wird.
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Besitzt
die Beschichtung einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser in einem Bereich
von größer 90° bis 150°, bildet
sich nur eine geringe Wechselwirkung des Druckmediums zur Oberfläche der
Beschichtung aus. In einem solchen Fall verbleibt ein in den Ausnehmungen
eingebrachtes Druckmedium nur zu einem geringen Anteil in den Ausnehmungen, wenn
die Siebdruckform von dem Substrat entfernt wird. Das Ergebnis ist
eine schmale Druckbahn mit einer Breite von kleiner als 60 Mikrometern
und einer Höhe,
welche gleich der Höhe
der Siebdruckform sein kann. Somit ist es möglich, dass die Druckbahn ein
Verhältnis
aus Höhe
zu Breite im Bereich von 1:1 oder größer besitzt.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden
Figuren erläutert,
in welchen zeigen:
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1 einen
Querschnitt einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform
mit einem bedruckten Substrat;
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2 einen
Querschnitt einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform
mit einem bedruckten Substrat;
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3 einen
Querschnitt einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform
mit einem bedruckten Substrat;
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4 einen
Querschnitt einer vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform mit
einem bedruckten Substrat.
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In 1 ist
eine Siebdruckform 1 dargestellt, welche eine erste Lage 2 als
Siebdruckschablonenträger
mit einer ersten Ausnehmung 4 und eine zweite Lage 3 als
Siebdruckschablone mit einer zweiten Ausnehmung 5 dargestellt.
Die erste Ausnehmung 4 und zweite Ausnehmung 5 besitzen
die gleiche Breite 8, wobei sie zueinander überdeckend angeordnet sind.
In den beiden Ausnehmungen ist eine Beschichtung 6 eingebracht,
welche die verbleibende Innenbreite der Ausnehmungen 4 und 5 verringert. Die
Beschichtung 6 ist bei dieser Ausführungsform entlang der gesamten
Ausnehmungswand angeordnet und besitzt eine Dicke 9, so
dass die verbleibende Innenbreite der Ausnehmungen 4 und 5 die
Breite 8 vermindert um den doppelten Betrag der Beschichtungsdicke 9 ist.
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Wird
zum Beispiel mittels einer über
die Oberseite des Siebdruckschablonenträgers entlang gezogenen Rakel
ein Druckmedium 30 in die mit der Beschichtung 6 versehenen
Ausnehmungen 4 und 5 eingebracht, gelangt das
Druckmedium 30 auf ein unter der Siebdruckform 1 angeordnetes
Substrat 20. Die Beschichtung 6 besitzt bei dieser
Ausführungsform
einen Kontaktwinkel gegenüber
Wasser in einem Bereich von größer 90° bis 150°. Damit kommt es
nur zu einer geringen Wechselwirkung des Druckmediums 30 mit
der Oberfläche
der Beschichtung 6, so dass nach dem Entfernen der Siebdruckform 1 von
dem Substrat 20, siehe Pfeil 50, ein Druckauftrag 31 stehen
bleibt, der eine Höhe 10 und
eine Breite 11 besitzt. Die Breite 11 entspricht
der verbleibenden Durchtrittsbreite der beschichteten Ausnehmungen, wobei
die Höhe 10 der
Höhe 7 der
Siebdruckschablone 1 entspricht. Wie aus 1 ersichtlich
ist, kann mit einer solchen Siebdruckform 1 für den Druckauftrag 31 ein
Verhältnis
aus Höhe
zu Breite von größer als
1:1 erreicht werden.
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Die
Siebdruckform 1 mit der ersten Lage 2 als Siebdruckschablonenträger und
der zweiten Lage 3 als Siebdruckschablone kann einstückig ausgebildet
sein. Die beiden Lagen 2 und 3 sind dann nur durch
die Tiefe der Ausnehmungen 4 und 5 definiert. Es
ist jedoch ebenso möglich,
dass die erste Lage 2 und zweite Lage 3 aus zwei
Teilen gebildet sind, welche aus den gleichen oder unterschiedlichen
Materialien bestehen. Vorzugsweise besteht die Siebdruckform 1 aus
einer Edelstahlfolie, aus der die erste und zweite Lage mittels
chemischen Ätzens
herausgearbeitet sind. In einer anderen Ausführungsform besteht der Schablonenträger aus
einer Folie, die nur die ersten Ausnehmungen 4 aufweist
und mit einer Schablonenlage kombiniert wird, welche aus photosensitiver
Emulsion auf Basis von Polyvenylalkohol, aus einem Kapillarfilm
oder einem Festresist herausgearbeitet ist, oder mittels eines Galvanisierprozesses,
bei dem vorzugsweise Nickel zum Einsatz kommt, erzeugt ist.
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Bei
der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Siebdruckform 1 ist
ein nahezu gleicher Aufbau wie bei der ersten Ausführungsform
gegeben. In den Ausnehmungen 4 und 5, welche beide
eine Breite 8 besitzen, befindet sich eine Beschichtung 61 mit
einer Breite 12, wobei die Beschichtung 61 umlaufend
in den Ausnehmungen 4 und 5 angebracht ist. Ein
Unterschied zur ersten Ausführungsform
liegt jedoch darin, dass die Beschichtung 61 einen Kontaktwinkel
gegenüber Wasser
in einem Bereich von 0° bis
90° besitzt.
Damit besteht eine relativ gute Wechselwirkung zwischen dem Druckmedium 30 und
der Oberfläche
der Beschichtung 61, so dass sich beim Entfernen der Siebdruckform 1 von
dem Substrat 20, siehe Pfeil 50, ein eingebrachtes
Druckmedium 30 nur geringfügig von der Beschichtung Rist.
Die Folge ist ein Druckauftrag 31 auf dem Substrat 20,
der nur eine relativ geringe Höhe 13 aufweist.
Mit einer solchen Siebdruckform 1 kann somit eine schmale
Druckbahn mit einer Breite 14 und einer Höhe 13 hergestellt
werden. Das Verhältnis
aus Höhe
zu Breite der Druckbahn ist kleiner als 1:1, jedoch ist der absolute
Betrag der Breite 14 mit weniger als 60 Mikrometern kleiner
als die Breite 8 der Ausnehmungen 4 und 5.
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Bei
der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Siebdruckform
ist innerhalb der ersten Ausnehmung ein Steg 40 vorgesehen.
Sowohl der Steg 40 als auch die Wandungen der ersten Ausnehmung 4 und
zweiten Ausnehmung 5 sind mit einer Beschichtung 63 versehen.
Das in die Ausnehmung 4 eingebrachte Druckmedium 30 kann den
Steg unterdrucken, so dass ein relativ breiter Druckauftrag 31 möglich ist.
Die Beschichtung 63 besitzt einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser
in einem Bereich von 0° bis
90°. Nach
dem Entfernen der Siebdruckform 1 von dem Substrat 20,
siehe Pfeil 50, verbleibt somit in der ersten Ausnehmung 4 ein
relativ großer
Teil des Druckmediums 30, so dass auf dem Substrat 20 ein
niedriger Druckauftrag 31 mit einem relativ gleichmäßigen Höhenprofil über seine Breite
erreichbar ist.
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In 4 ist
eine vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform
dargestellt. Die Ausnehmungen 4 und 5 sind mit
einer Beschichtung 64 versehen, welche einen Kontaktwinkel
gegenüber Wasser
in einem Bereich von 90° bis
150° besitzt. Nach
dem Entfernen der Siebdruckform 1 von dem Substrat 20,
siehe Pfeil 50, verbleibt somit in der ersten Ausnehmung 4 ein
relativ kleiner Teil des Druckmediums 30, so dass auf dem
Substrat 20 ein hoher Druckauftrag 31 mit einem
relativ gleichmäßigen Höhenprofil über seine
Breite erreichbar ist. Die gestrichelte Linie 32 zeigt
das Höhenprofil
des Druckauftrages 31 unmittelbar nach dem Entformen an,
wobei die durchgezogene Linie 33 das Höhenprofil des Druckauftrages 31 anzeigt,
nachdem das Druckmedium 30 zur Seite verlaufen ist. Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich,
einen Druckauftrag 31 mit einem Verhältnis von Höhe zu Breite von 1:1 herzustellen.