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Die
Erfindung betrifft eine Siebdruckschablone mit einer Oberseite und
einer Unterseite, wobei die Schablone eine Ausnehmung aufweist,
welche von der Oberseite bis zur Unterseite reicht, so dass ein
Druckmedium von der Oberseite in Richtung zur Unterseite auf ein
darunter platzierbares Substrat beförderbar ist.
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Beim
Siebdruck oder Durchdruckverfahren wird ein Druckmedium auf eine
Siebdruckschablone aufgebracht, wobei anschließend mittels einer an der Oberseite
oder sehr nahe an der Oberseite der Siebdruckschablone entlang geführten Rakel
das Druckmedium in Ausnehmungen der Siebdruckschablone befördert wird.
Durch eine einmalige oder mehrmalige Rakelbewegung gelingt es, das
Druckmedium in Richtung zur Unterseite und auf ein darunter angeordnetes
Substrat zu bringen. 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 Siebdruckschablonen sind seit langem
bekannt und bewährt.
Besitzen die Ausnehmungen in der Siebdruckschablone jedoch kleine
Abmessungen, so ist es angebracht, die Rakel mit einer relativ hohen
Kraft auf die Siebdruckschablone zu drücken, so dass das Druckmedium
auch bis zur Unterseite befördert
werden kann und nicht auf dem Weg dahin in den kleinen Ausnehmungen
hängen
bleibt. Ein solcher hoher Druck ist nachteilig, da dies die Lebensdauer
einer Siebdruckschablone verringert und deren genau gefertigte Oberfläche relativ
schnell verschleißt.
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Wird
nach dem Durchdrücken
des Druckmediums die Siebdruckschablone von dem Substrat entfernt,
kann es besonders bei kleinen Ausnehmungen passieren, dass das Druckmedium
an der Siebdruckschablone hängen
bleibt und nicht an dem Substrat haftet. Das Druckmedium fehlt dann
an dem Substrat. Bleibt das Druckmedium hingegen an dem Substrat
hängen,
wie dies auch vorgesehen ist, kann in den Ausnehmungen jedoch ein
Teil des Druckmediums verbleiben. Die Folge davon sind gedruckte Bereiche
auf dem Substrat, die unterschiedlich hohe Schichtdicken besitzen.
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Eine
unterschiedlich hohe Schichtdicke tritt ferner aufgrund der Abschattung
des Siebdruckschablonenträgers,
zum Beispiel aus Gewebe, auf. An den Stellen von Gewebeöffnungen
tritt mehr Druckmedium durch die Schablone als an den Kreuzungspunkten.
Bei einem hochviskosen Druckmedium, bei dem kein seitliches Verlaufen
des Mediums auftritt, behält
der Druckauftrag ein Höhenprofil
mit relativ deutlichen Höhenunterschieden..
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Es
ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Siebdruckschablone zu
schaffen, mit der bei kleinen Ausnehmungen ein zuverlässiger Druckauftrag
auf ein Substrat erreicht wird, die Siebdruckschablone eine höhere Standzeit
als bisherige Schablonen besitzt, und eine gleichmäßige Schichtdicke des
Druckmediums auf dem Substrat möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Siebdruckschablone mit
einer Oberseite und einer Unterseite weist eine Ausnehmung auf,
welche von der Oberseite bis zur Unterseite reicht, so dass ein
Druckmedium von der Oberseite in Richtung zur Unterseite auf ein
darunter platzierbares Substrat beförderbar ist, wobei die Ausnehmung
an der Oberseite eine Druckmedium-Eintrittsöffnung und an der Unterseite
eine Druckmedium-Austrittsöffnung
aufweist, wobei die Fläche
der Eintrittsöffnung
bei einer Projektion senkrecht zu dieser Fläche maximal teilweise mit der
Fläche
der Austrittsöffnung übereinanderliegt.
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Bei
einem solchen Aufbau einer Siebdruckschablone muss das Druckmedium
nicht mehr ausschließlich
normal bzw. senkrecht zur Oberseite der Siebdruckschablone in eine
Ausnehmung eingebracht werden, sondern kann auch in eine Richtung befördert werden,
die von der Normalen abweicht. Dies erleichtert den Transport des
Druckmediums in Richtung zum Substrat, so dass mit weniger Kraftaufwand
durch eine Rakel das Druckmedium durch eine Ausnehmung transportiert
werden kann. Damit kann eine höhere
Standzeit der Siebdruckschablone erreicht werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist die Wandung der Ausnehmung im Bereich der Austrittsöffnung in
Bezug auf die Unterseite der Siebdruckschablone in einem Winkelbereich
von größer 0° und kleiner
90° orientiert.
Damit ist eine „Abreißkante” gebildet,
die es ermöglicht,
das Druckmedium in vorbestimmter Weise abzuscheren und eine vollständige Haftung
des Druckmediums in der Ausnehmung verhindert.
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Es
ist besonders geschickt, wenn die Wandung der Ausnehmung zwischen
der Eintrittsöffnung und
Austrittsöffnung
in Bezug auf die Unterseite der Siebdruckschablone in einem Winkelbereich
von größer 0° und kleiner
90° orientiert
ist. Damit liegt eine schräg
zur Unterseite geneigte Ausnehmung vor, so dass bei einer Bewegung
der Rakel eine Vorzugsrichtung existiert, bei der das Druckmedium
besonders leicht in die Ausnehmung befördert werden kann. Die Abreißkante ist
auch bei dieser Ausführungsform
vorhanden.
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Wenn
der Querschnitt der Ausnehmung zwischen Eintrittsöffnung und
Austrittsöffnung
ungleichmäßig ist,
z. B. sich verringert, kann das Abscheren des Druckmediums weiterhin
gefördert
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Ausnehmung mit einer Beschichtung versehen
ist. Die Beschichtung verringert die Durchtrittsfläche für das Druckmedium
und ermöglicht
einen Druckauftrag mit noch kleineren Abmessungen.
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Vorzugsweise
besitzt die Beschichtung eine Dicke, die mindestens 5% der kleinsten
Querschnittsbreite der Ausnehmung ist.
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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. Dies wird durch die Wirkung der Abreißkante noch
erleichtert, so dass eine homogene Schichtdicke gedruckt werden kann,
ohne dass zuviel Material aus den Ausnehmungen der Oberseite mit
auf das Substrat gedruckt wird.
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Gemäß einer
anderen Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Beschichtung einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser
in einem Bereich von größer 90° bis 150°, es bildet
sich nur eine geringe Wechselwirkung des Druckmediums zur Oberfläche der
Beschichtung aus. Das Druckmedium kann mit geringerem Widerstand
in die Ausnehmung befördert
werden. Außerdem
kann nach dem Hindurchdrücken des
Druckmediums und Entfernen der Siebdruckschablone vom Substrat das
in der Ausnehmung verbleibende Druckmedium mit wenig Aufwand entfernt werden.
In den Ausnehmungen eingebrachtes Druckmedium verbleibt nur zu einem
geringen Anteil in den Ausnehmungen, wenn die Siebdruckform von dem
Substrat entfernt wird. Das Ergebnis ist ein Druckauftrag mit einer
Höhe, welche
gleich der Höhe der
Siebdruckform sein kann.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform weist
die Siebdruckschablone eine erste Siebdruckschablonenlage und eine
zweite Siebdruckschablonenlage auf, die miteinander verbunden sind.
Die erste Siebdruckschablonenlage und die zweite Siebdruckschablonenlage
können
einstückig
ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die zweite Siebdruckschablonenlage
aus einer zur ersten Siebdruckschablonenlage separaten Siebdruckschablonenlage
gebildet ist. Diese separate Siebdruckschablonenlage kann aus einer
photosensitiven Schicht herausgearbeitet oder aus einer Emulsion
auf Basis von Polyvenyalkohol, einem Kapillarfilm oder einem Festresist
gebildet sein. Die separate Siebdruckschablonenlage kann auch eine
Metallschicht aufweisen, die durch galvanische Beschichtung aufgebracht
ist.
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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 Siebdruckschablone;
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2 einen
Querschnitt der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckschablone
mit einem Druckmedium;
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3 einen
Querschnitt der ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckschablone
mit einem Druckmedium und einer Seitenansicht eines bedruckten Substrates;
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4 einen
Querschnitt einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckschablone;
und
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5 einen
Querschnitt einer dritten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckschablone.
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In 1 ist
ein Querschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Siebdruckschablone 100 dargestellt.
Die Siebdruckschablone weist eine Ausnehmung 1 auf, wobei
diese an der Oberseite 2 mit einer Druckmedium-Eintrittsöffnung 3 und
an der Unterseite 4 mit einer Druckmedium-Austrittsöffnung 5 versehen
ist.
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Die
Siebdruckschablone ist derart ausgebildet, dass die Fläche 7 der
Eintrittsöffnung 3 bei
einer Projektion entlang der Projektionsrichtung 6 senkrecht
zu dieser Fläche 7 maximal
teilweise mit der Fläche 8 der
Austrittsöffnung 5 übereinanderliegt. Dies
bedeutet, dass entweder überhaupt
keine Überdeckung
der beiden Flächen 7 oder 8 oder
nur eine teilweise Überdeckung
der beiden Flächen 7 oder 8 vorliegt.
Der Bereich, in dem sich die Flächen 7 und 8 teilweise überdecken,
ist nachfolgend als Überdeckungsfläche 9 bezeichnet.
Diese Überdeckungsfläche 9 ist
stets kleiner als die Fläche 7 oder 8.
Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung besitzt die Überdeckungsfläche 9 eine
Größe, die
nicht mehr als 30% der Fläche 7 oder
Fläche 8 beträgt. Bevorzugt kommt
es zu keiner Überdeckung
der beiden Flächen 7 und 8,
so dass auch keine Überdeckungsfläche 9 vorhanden
ist.
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Bei
der in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform
einer Siebdruckschablone ist die Wandung 13 der Ausnehmung 1 zwischen
der Eintrittsöffnung 3 und
Austrittsöffnung 5 in
Bezug auf die Unterseite 4 der Siebdruckschablone 100 in
einem Winkelbereich von ca. 70° orientiert,
siehe Bezugszeichen 14. Die Ausnehmung 1 ist somit
entlang ihrer gesamten Länge
von der Oberseite 2 bis zur Unterseite 4 der Siebdruckschablone 100 geneigt.
Ein Druckmedium 30 kann bei der Siebdruckschablone 100 in
diese geneigte Ausnehmung 1 leichter eingebracht werden
als bei einer Ausnehmung, die senkrecht zur Oberseite der Siebdruckschablone
ausgerichtet ist. 2 zeigt ein Druckmedium, welches
mittels einer Rakel 10 in die Ausnehmung hinein befördert worden
ist. Die Rakel wurde dazu in der Bewegungsrichtung 11 nahe
der Oberseite 2 der Siebdruckschablone entlang gezogen.
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Das
vollständig
in die Ausnehmung eingebrachte Druckmedium hat bei der in 2 dargestellten
Situation das unter der Siebdruckschablone angebrachte Substrat 20 erreicht und
berührt
dessen Oberfläche.
Wenn die Siebdruckschablone bei einem darauf folgenden Schritt von
dem Substrat entfernt wird, wirkt die Kante 12 an der Unterseite 4 wie
eine Abreißkante,
so dass das Druckmedium an dieser Kante beginnt, sich abzuscheren,
siehe 3. Auf dem Substrat 20 verbleibt dann
ein Teil des Druckmediums 30, hier als dreiecksförmiger Teil 32 dargestellt,
wobei ein anderer Teil des Druckmediums 30 in der Siebdruckschablone 100 verbleibt.
Die Anteile des Druckmediums auf dem Substrat und in der Siebdruckschablone
sind jedoch aufgrund der Abreißkante
vorbestimmt und gut reproduzierbar, so dass ein gleichmäßiger Auftrag
des Druckmediums auf dem Substrat 20 erreicht wird.
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In 4 ist
eine Siebdruckschablone gemäß einer
zweiten Ausführungsform
dargestellt. Die Siebdruckschablone 100 weist eine erste
Siebdruckschablonenlage 50 und eine zweite Siebdruckschablonenlage 51 auf,
die miteinander fest verbunden sind. Die Siebdruckschablone 100 besitzt
in der ersten Siebdruckschablonenlage 50 zwei Ausnehmungen 1, wobei
diese Ausnehmungen 1 an einer ersten Unterseite 41 enden.
Unterhalb dieser ersten Unterseite 41 ist eine zweite Siebdruckschablonenlage 51 so
ausgebildet, dass eine Stufung vorliegt, so dass die Siebdruckschablone 100 eine
zweite Unterseite 42 aufweist. In diesem Bereich zwischen
der ersten Unterseite 41 und der zweiten Unterseite 42 kann
sich das durch die Ausnehmungen 1 hindurch gedrückte Druckmedium 30 ansammeln
und einen relativ breiten Druckauftrag 31 auf dem Substrat 20 bilden.
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Die
erste Siebdruckschablonenlage 50 kann mit der zweiten Siebdruckschablonenlage 51 einstückig ausgebildet
sein, siehe 5. Die zweite Siebdruckschablonenlage 51 lässt sich
dann derart herstellen, indem eine Stufung aus einem einzigen Schablonenmaterial
herausgearbeitet wird. Es ist jedoch auch möglich, dass eine separate Siebdruckschablonenlage 51 mit
der ersten Siebdruckschablonenlage 50 kombiniert wird,
um eine Siebdruckschablone 100 zu bilden, wie dies in 4 dargestellt
ist. Solch eine separate Siebdruckschablonenlage 51 kann
beispielsweise eine photosensitive Emulsionsschicht auf Basis von
Polyvenylalkohol, ein Kapillarfilm oder Festresist sein, in welche
die Stufung mittels lithografischer Verfahren eingebracht wird.
Die separate Siebdruckschablonenlage 51 kann auch durch strukturierte
galvanische Beschichtung realisiert werden, indem auf der Unterseite 41 eine
temporär
vorhandene Form gebildet wird, in die die separate Siebdruckschablonenlage
hineingalvanisiert wird. Die Galvanikform wird nach der Beschichtung
wieder entfernt.
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Wird
die Siebdruckschablone 100 von dem Substrat 20 entfernt,
siehe 4, bilden sich auf dem Druckauftrag 31 Erhöhungen 33 an
den Stellen, an denen die Austrittsöffnungen 5 der Ausnehmungen 1 vorhanden
waren. Die Erhöhungen 33 sind
aufgrund des in den Ausnehmungen 1 abgescherten Druckmediums 30 jedoch
relativ niedrig, so dass eine relativ gleichmäßige Höhe des Druckauftrages 31 erreicht
werden kann.
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In 4 sind
mit gestrichelter Linie die dreiecksförmigen Anteile 32 des
Druckmediums 30 dargestellt, die unmittelbar nach dem Entfernen
der Siebdruckschablone 100 vom Substrat 20 zunächst übrig bleiben.
Wenn das Druckmedium eine genügende
Viskosität
besitzt, die auch ohne weitere Krafteinwirkung ein Fließen erlaubt,
kommt es an der Oberseite des Druckauftrages 31 jedoch
zu einem seitlichen Abfließen
der dreiecksförmigen
Anteile 32 des Druckmediums 30, so dass sich ein
nahezu ausgeglichenes Höhenprofil
des Druckauftrages 31 ergibt und relativ niedrige Erhöhungen 33 zurückbleiben.
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Dieser
Effekt eines Druckauftrages mit nahezu uniformer Höhe tritt
selbstverständlich
in gleicher Weise auch bei einer Siebdruckschablone auf, welche
entgegen der Ausführungsform
gemäß 4 nur
eine einzige Ausnehmung 1 aufweist.