DE102010013348A1 - Method for manufacturing printing stencil with substrate side and squeegee side from stencil body using ablation laser, involves introducing recess into stencil body of substrate side, and representing print pattern by through hole - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung von Druckschablonen zum präzisen Bedrucken von ebenen Substraten mit Druckmedien. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von Druckschablonen mittels Laserablation.The invention relates to the production of printing stencils for the precise printing of flat substrates with printing media. In particular, the invention relates to the production of printing stencils by means of laser ablation.
Die zu bedruckenden Substrate können zum Beispiel Leiterplatten oder Solarzellen sein oder es kann sich auch um keramische Schaltungsträger handeln, die im Hybriddruck hergestellt werden. Zum Bedrucken werden häufig pastöse Druckmedien verwendet, zum Beispiel in Form von Ätzpasten, Lotpasten oder Leitpasten. Beispielsweise können für das Bedrucken von Solarzellen Silberleitpasten verwendet werden. Zum Bedrucken wird das pastöse Druckmedium in und durch Öffnungen der Druckschablone auf das Substrat gedrückt. Die Öffnungen der Schablone repräsentieren dabei etwa das spätere Leitungsbild. Nach dem Auf- bzw. Einbringen des Druckmediums wird die Schablone entfernt, wobei das Druckmedium auf dem Substrat verbleibt.The substrates to be printed can be, for example, printed circuit boards or solar cells, or they can also be ceramic circuit carriers produced by hybrid printing. For printing, pasty printing media are often used, for example in the form of etching pastes, solder pastes or conductive pastes. For example, silver conductive pastes can be used for printing on solar cells. For printing, the pasty printing medium is pressed into and through openings of the printing stencil on the substrate. The openings of the template represent about the later line image. After applying the print medium, the stencil is removed, leaving the print medium on the substrate.
Es gehört zu den allgemeinen Anforderungen an den Schablonendruck, das Druckmedium präzise sowohl in der Position (Lage und Form) als auch in der Dicke auf das Substrat zu drucken. Beim Entfernen der Schablone soll diese leicht vom Druckmedium zu trennen sein. Gleichzeitig sollen die Kosten zur Herstellung der Schablone(n) gering sein. Die Standzeit der Schablonen soll möglichst lang sein. Letzteres ist insbesondere bei abrasiven Druckmedien ein wichtiger Aspekt, wie zum Beispiel bei metallhaltigen Pasten. Die zunehmende Miniaturisierung der zu druckenden Strukturen stellt ebenfalls eine ständige Herausforderung zur Entwicklung verbesserter Schablonenherstellungsverfahren dar.It is one of the general requirements of stencil printing to print the print medium precisely in position (position and shape) as well as in thickness on the substrate. When removing the template, it should be easy to separate from the print medium. At the same time, the costs for producing the template (s) should be low. The service life of the stencils should be as long as possible. The latter is an important aspect in particular with abrasive printing media, such as, for example, with metal-containing pastes. The increasing miniaturization of the structures to be printed is also a constant challenge to the development of improved stencil making processes.
Eine wichtige Anforderung an Schablonenherstellungsverfahren ist weiterhin die Designfreiheit, d. h. das Verfahren soll die Herstellung von Schablonen für beliebige Druckbilder erlauben. Allerdings können etwa bestimmte geforderte Druckbilder dazu führen, dass die Schablonen ungenau werden, eine geringere Standzeithaben und/oder sich schlecht ablösen lassen. So sind Solarzellen häufig mit langen Strombahnen zu bedrucken, was in der Druckschablone entsprechende Strukturen, nämlich langgestreckte Linienzüge erfordert. Diese führen allerdings tendenziell zu einer Destabilisierung der Schablone, d. h. Schablone verzieht sich und/oder ist nicht mehr genau plan (die Kanten eines Linienzuges sind nicht exakt auf einer Höhe), wodurch die Präzision des Druckbildes leidet. Um dieses zu verhindern werden daher häufig Brücken über einen Linienzug vorgesehen, welche die gegenüberliegenden Kanten der Schablone miteinander verbinden, um diese so zu stabilisieren. Die Paste wird unter die Brücken gedrückt, so dass im Druckbild dennoch ein durchgehender Linienzug entsteht.An important requirement for stencil manufacturing processes is still design freedom, i. H. the method should allow the production of templates for any printed images. However, certain required printed images may cause the stencils to become inaccurate, have a shorter service life and / or be difficult to remove. For example, solar cells are often to be printed with long current paths, which requires corresponding structures in the printing stencil, namely elongated polylines. However, these tend to destabilize the template, i. H. The template warps and / or is no longer exactly plan (the edges of a line are not exactly at a height), whereby the precision of the printed image suffers. To prevent this, therefore, bridges are often provided over a polyline, which connect the opposite edges of the template together to stabilize them so. The paste is pressed under the bridges, so that in the printed image nevertheless a continuous polyline is created.
Ein bekanntes Verfahren zur Herstellung von Druckschablonen umfasst das Ätzen von Schablonen. Allerdings ist die erzielbare Genauigkeit geätzter Schablonen relativ gering. Bei elektrochemischen Verfahren („Elektroforming”) werden Strukturen über ein fototechnisches Verfahren in Verbindung mit einem elektrochemischen Abscheideprozess hergestellt. Hierbei kann eine höhere Genauigkeit und Qualität der Durchbrüche erzielt werden, allerdings sind derartige Verfahren aufwändig und daher teuer. Mit der Technologie des Laser-Brennschneidens kann eine hohe Genauigkeit bei der Pad(Druckstruktur)-Größe von typischerweise ±3 μm (Mikrometern) und der Pad-Position von typischerweise ±20 μm erzielt werden, und es können auch besonders kleine Durchbrüche mit Durchmessern d ≥ 30 μm erzielt werden. Allerdings hinterlässt das Laser-Brennschneiden an jeder Kante einen kleinen Grat, der entfernt werden muss, und es bilden sich an den Wandungen der Durchbrüche parallel zum Laserstrahl unvermeidlich Riefen, die das Auslöseverhalten verschlechtern. Somit ist eine Nachbearbeitung der Schablonen mittels Bürsten und/oder Elektropolieren erforderlich. Die Nachbearbeitung erhöht den Aufwand bei der Schablonenherstellung und beeinflusst darüber hinaus die Qualität der Schablonen nachteilig; so kommt es zu einer Blechdickenreduktion von 1–2 μm beim Bürsten bzw. einer Blechdickenreduktion bis zu 10 μm und einer unerwünschten Vergrößerung der Pad-Fläche beim Elektropolieren.One known method of making printing stencils involves the etching of stencils. However, the achievable accuracy of etched stencils is relatively low. In electrochemical processes, structures are fabricated by a phototechnical process in conjunction with an electrochemical deposition process. Here, a higher accuracy and quality of the breakthroughs can be achieved, however, such methods are complex and therefore expensive. With laser cutting technology, it is possible to achieve a high accuracy in the pad (printing pattern) size of typically ± 3 μm (micrometers) and the pad position of typically ± 20 μm, and it is also possible to use very small openings with diameters d ≥ 30 microns can be achieved. However, laser cutting at each edge leaves a small burr that needs to be removed, and grooves on the walls of the apertures parallel to the laser beam inevitably form, degrading the firing behavior. Thus, a reworking of the stencils by means of brushing and / or electropolishing is required. Post-processing increases the overhead of stencil making and, in addition, adversely affects the quality of the stencils; Thus, there is a reduction in sheet thickness of 1-2 microns when brushing or a reduction in sheet thickness up to 10 microns and an undesirable increase in the pad area during electropolishing.
Beim Siebdruckverfahren kommen Druckschablonen zum Einsatz, bei denen auf einem üblicherweise homogenen Siebgewebe eine Deckschicht aufgebracht ist, in der das Druckmuster repräsentiert ist. Das Vorhandensein des Siebgewebes verbessert die Stabilität und erlaubt Designfreiheit, d. h. es können sehr lange oder feine Strukturen oder auch Inseln im Druckbild gebildet werden, welche von freigelegten Bereichen vollständig umgeben sind. Allerdings ist die Herstellung einer solchen, oft zweischichtigen und aus unterschiedlichen Materialien bestehenden Schablone aufwendig. Für sehr kleine Strukturen muss ein sehr feines Siebgewebe verwendet werden; dies führt meist, neben höheren Kosten, zu einer wiederum geringeren Stabilität und Genauigkeit der Schablone.In the screen printing process, printing stencils are used in which a cover layer is applied to a usually homogeneous screen fabric, in which the printing pattern is represented. The presence of the mesh enhances stability and allows design freedom, i. H. Very long or fine structures or even islands can be formed in the printed image, which are completely surrounded by exposed areas. However, the production of such, often two-layer and made of different materials template is complex. For very small structures, a very fine mesh must be used; This leads usually, in addition to higher costs, in turn, a lower stability and accuracy of the template.
Auf dem Gebiet der Leiterplattenbestückung sind bei den hier erforderlichen hohen Stückzahlen Verbesserungen der Ausschussrate bei der Herstellung von Druckschablonen um wenige Prozent ökonomisch bedeutsam. Gleichzeitig besteht ein hoher Druck, aufgrund der fortschreitenden Miniaturisierung bei der Leiterplattenherstellung immer präzisere Mikrostrukturen drucken zu können. Die Toleranzen für Schablonendicke und Größe der Durchbrüche in der Schablone sind so gering, dass bei vielen Herstellungsverfahren eine aufwendige Nacharbeit zur Einhaltung der Toleranzen erforderlich wird. Einschränkungen der Designfreiheit ergeben sich aus der Rauhigkeit der Wandungen der Durchbrüche, wobei Pad-Grundflächen im Verhältnis zur Fläche der Wandungen eine bestimmte Mindestgröße haben müssen, um noch eine vollständige Auslösung gewährleisten zu können.In the field of printed circuit board assembly, improvements of the reject rate in the production of printing stencils by a few percent are economically significant for the high numbers required here. At the same time, there is a high pressure to be able to print ever more precise microstructures due to the progressive miniaturization in printed circuit board manufacturing. The tolerances for template thickness and size of the apertures in The template is so small that in many manufacturing processes a costly rework to meet the tolerances is required. Limitations of design freedom result from the roughness of the walls of the apertures, with Pad base areas in relation to the surface of the walls must have a certain minimum size to ensure even more complete triggering.
Im Bereich der Metallisierung von Solarzellen ist ein hohes Aspektverhältnis (Höhe:Breite) von besonderer Bedeutung, da die stromsammelnden Strukturen sich auf der dem Licht zugewandten Seite der Solarzelle befinden. Durch ein hohes Aspektverhältnis kann erreicht werden, dass der Leitungsquerschnitt hoch ist, während gleichzeitig die von den Kontakten bedeckte und damit abgeschattete Solarzellenfläche minimiert wird. Bei der selektiven Dotierung wird die Oberfläche der Solarzelle unter den Kontakten hochdotiert und in den Bereichen, in denen das Sonnenlicht auf die Kontakte fallt, wird die Dotierung niedriger gewählt. Die Ausbeute der Solarzelle verbessert sich hierdurch, allerdings sind Fingerstrukturen mit einer besonders hohen lateralen Justagepräzision erforderlich. Dies bedeutet, dass die Druckschablonen besonders präzise gearbeitet sein müssen und auch bei einer Vielzahl langgestreckter Linienzüge mit geringer Linienbreite im Druckmuster stabil bleiben müssen.In the field of metallization of solar cells, a high aspect ratio (height: width) is of particular importance, since the current-collecting structures are located on the side of the solar cell facing the light. By means of a high aspect ratio it can be achieved that the line cross-section is high, while at the same time minimizing the solar cell area covered by the contacts and thus shaded. In the case of selective doping, the surface of the solar cell is highly doped under the contacts and in the regions in which the sunlight falls on the contacts, the doping is chosen to be lower. The yield of the solar cell thereby improves, but finger structures with a particularly high lateral adjustment precision are required. This means that the stencils must be very precisely worked and must remain stable even with a variety of elongated lines with a small line width in the print pattern.
In der
Mit dem beschriebenen Verfahren können Inseln im Layout realisiert werden, d. h. es besteht Designfreiheit. Die Stabilität und Integrität der Schablone wird durch die netzartige Trägerstruktur sichergestellt. Allerdings ist dieses Verfahren aufwändig. So wird in einem ersten Arbeitsgang der Schablonenkörper von der Rakelseite her bearbeitet, und wird sodann in einem zweiten Arbeitsgang von der Substratseite her bearbeitet. Dabei muss der Prozess sehr genau gesteuert werden, um die Durchbrüche in der Druckschablone mit der gewünschten Genauigkeit zu erzielen. Daher erfordert das Verfahren eine aufwändige Maschine mit einer komplexen Steuerung und mit Einrichtungen, die es erlauben den Schablonenkörper von beiden Seiten zu bearbeiten. Die Schablonenherstellung mit einer solchen Maschine ist ein zeitaufwändiger Vorgang.With the described method islands can be realized in the layout, i. H. there is design freedom. The stability and integrity of the template is ensured by the net-like support structure. However, this method is expensive. Thus, in a first operation, the stencil body is processed from the doctor side, and is then processed in a second operation from the substrate side. The process must be controlled very precisely in order to achieve the breakthroughs in the printing template with the desired accuracy. Therefore, the method requires an elaborate machine with complex control and facilities that allow the stencil body to be machined from both sides. Stencil making with such a machine is a time consuming process.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, Techniken zur Herstellung von Druckschablonen anzugeben, welche die effiziente und kostengünstige Herstellung von Druckschablonen ermöglichen, die ein präzises Druckbild bei möglichst weitgehender Designfreiheit erlauben und gleichzeitig eine hohe Standzeit haben.An object of the invention is to provide techniques for the production of printing stencils, which allow the efficient and cost-effective production of printing stencils that allow a precise print image with the greatest possible freedom of design and at the same time have a long service life.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Druckschablone mit einer Substratseite und einer Rakelseite gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst. Das Verfahren umfasst die Schritte des Einbringen einer Vertiefung in den Schablonenkörper von der Substratseite her zur Herstellung einer Brücke, wobei die Brücke zum Stabilisieren der Druckschablone im Bereich einer Durchgangsöffnung durch die Druckschablone dient; und des Einfügens der Durchgangsöffnung in den Schablonenkörper. Alternative umfasst das Verfahren die Schritte des Einfügens einer Durchgangsöffnung durch die Druckschablone in den Schablonenkörper; und des Einbringens einer Vertiefung in den Schablonenkörper von der Substratseite her zur Herstellung einer Brücke zum Stabilisieren der Druckschablone im Bereich der Durchgangsöffnung. Hierbei wird stets durch die Durchgangsöffnung ein Druckmuster repräsentiert.This object is achieved by a method for producing a printing stencil having a substrate side and a doctor side according to the appended claim 1. The method comprises the steps of inserting a depression in the template body from the substrate side to form a bridge, the bridge serving to stabilize the pressure template in the region of a passage opening through the pressure template; and inserting the through hole in the stencil body. Alternatively, the method includes the steps of inserting a through-hole through the stencil sheet into the stencil body; and inserting a depression in the template body from the substrate side to form a bridge for stabilizing the pressure stencil in the region of the passage opening. In this case, a print pattern is always represented by the passage opening.
Der beschriebene Ansatz erlaubt zahlreiche vorteilhafte Ausgestaltungen, die zu einem gegenüber dem Stand der Technik einfacheren, schnelleren und/oder kostengünstigeren Herstellungsvefahren für Druckschablonen führen. Einige zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen repräsentiert.The described approach allows numerous advantageous embodiments, which lead to a simpler, faster and / or more cost-effective production methods for printing stencils compared with the prior art. Some expedient embodiments are represented in the subclaims.
Bei diesem Verfahren kann sowohl der Schritt des Einbringens der Vertiefung als auch der Schritt des Einfügens der Durchgangsöffnung mit Laserverfahren durchgeführt werden. Insbesondere kann sowohl für den Schritt des Einbringens der Vertiefung als auch für den Schritt des Einfügens der Durchgangsöffnung ein Laserablationsverfahren eingesetzt werden. Hierdurch können die Vorteile der Laserbearbeitung nutzbar gemacht werden wie etwa die hohe Präzision der Strukturen. Insbesondere erlaubt es die Laserablation, auch eine Nachbearbeitung zu minimieren, weil bspw. keine Riefenbildung auftritt. Bei anderen Ausführungsformen des Verfahrens kann aber ein Laserschneiden zur Anwendung kommen, um die Durchgangsöffnungen einzufügen. In einem ergänzenden Arbeitsgang kann ein Glätten der Wandungen und/oder Kanten der Durchgangsöffnungen etwa mit einem Laser vorgenommen werden.In this method, both the step of inserting the recess and the step of inserting the through hole can be performed by laser methods. In particular, a laser ablation method can be used both for the step of inserting the recess and for the step of inserting the through opening. As a result, the advantages of laser processing can be utilized, such as the high precision of the structures. In particular, laser ablation also permits post-processing to be minimized because, for example, no scoring occurs. In other embodiments of the method, however, a laser cutting can be used to insert the through holes. In a supplementary operation, a smoothing of the walls and / or edges of the through openings can be made approximately with a laser.
Sind eine Mehrzahl von Brücken und/oder Durchgangsöffnungen auszubilden, kann ein Schritt oder mehrere Schritte des Einbringens von Vertiefungen zusammen mit einem Schritt oder mehreren Schritten des Einfügens der Durchgangsöffnungen in einem Arbeitsgang durchgeführt werden. Hierbei kann bzw. können etwa ein Schritt oder mehrere Schritte des Einbringens von Vertiefungen abwechselnd mit einem Schritt oder mehreren Schritten des Einfügens der Durchgangsöffnungen durchgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also einfacher als herkömmliche Verfahren die mehre Arbeitsgänge erfordern, bspw. die Herstellung von Durchbrüchen einerseits und von Brücken andererseits in unterschiedlichen Arbeitsgängen.If a plurality of bridges and / or through holes are to be formed, one step may be required or several steps of inserting recesses are performed together with one or more steps of inserting the through holes in one operation. Here, about one or more steps of inserting recesses may be performed alternately with one or more steps of inserting the through holes. The inventive method is thus simpler than conventional methods which require several operations, for example the production of apertures on the one hand and of bridges on the other hand in different operations.
Bei bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens wird die Durchgangsöffnung von der Substratseite her in den Schablonenkörper eingefügt. Somit kann eine Bearbeitung des Schablonenkörpers von der Rakelseite her entfallen.In certain embodiments of the method, the passage opening is inserted from the substrate side into the template body. Thus, a processing of the template body omitted from the doctor side.
Der Schritt des Einfügens der Durchgangsöffnung kann eine materialabtragende Bearbeitung des Schablonenkörpers umfassen, bspw. durch Laserablation. Die Nachteile schneidender Verfahren können so vermieden werden. Es ist zur Herstellung von Brücken wie Durchbrüchen lediglich ein materialbearbeitendes Verfahren erforderlich.The step of inserting the passage opening may comprise a material-removing machining of the template body, for example by laser ablation. The disadvantages of intersecting methods can thus be avoided. It is for the production of bridges such as breakthroughs only a material-processing process required.
Die Druckschablone kann aus einem einschichtigen und einstückigen Schablonenkörper hergestellt werden, insbesondere einem metallischen Schablonenblech. Ein mehrschichtiger bzw. aus mehreren Komponenten bestehender Schablonenkörper wie bei manchen Siebdruckverfahren ist nicht erforderlich, dennoch kann eine große Stabilität der Druckschablone erzielt werden.The printing stencil can be produced from a single-layer and one-piece stencil body, in particular a metallic stencil sheet. A multi-layered or multi-component stencil body as in some screen printing methods is not required, yet a high stability of the stencil sheet can be achieved.
Die Druckschablone kann zum Bedrucken von Wafern, insbesondere Solarzellen-Wafern, keramischen Substraten, und/oder Glassubstraten vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Durchgangsöffnung für den Druck eines langen Linienzuges, insbesondere einer Leiterbahn, vorgesehen sein. Das Verfahren ist also für zahlreiche Anwendungsfälle einsetzbar, die hohe Präszision und/oder große Standzeiten erfordern.The printing stencil can be provided for printing on wafers, in particular solar cell wafers, ceramic substrates, and / or glass substrates. Alternatively or additionally, the passage opening for the pressure of a long Linienzuges, in particular a conductor track, be provided. The method can thus be used for numerous applications requiring high precision and / or long service life.
Bei bestimmten Ausführungsformen des Verfahrens ist die einzubringende Vertiefung geeignet, um Paste, insbesondere Silberleitpaste, in die Durchgangsöffnung und unter die Brücke zu drücken, so dass ein durchgehendes Druckbild, insbesondere eine Leiterbahn, entsteht. Die Brücke kann eine der Breite der Durchgangsöffnung entsprechende oder kleinere Brückenbreite haben. Insbesondere bei einer Breite der Durchgangsöffnung von 100 Mikrometern bis 150 Mikrometern kann eine Brückenbreite von 60 Mikrometern bis 100 Mikrometern vorliegen. Die Brücke kann eine Tiefe zwischen 10 Prozent und 90 Prozent, bevorzugt zwischen 50 Prozent und 90 Prozent, der Dicke der Druckschablone haben.In certain embodiments of the method, the depression to be introduced is suitable for pressing paste, in particular silver-conducting paste, into the through-opening and under the bridge so that a continuous printed image, in particular a printed conductor, is produced. The bridge may have a width of the passage opening corresponding or smaller bridge width. In particular, with a width of the passage opening of 100 micrometers to 150 micrometers, a bridge width of 60 micrometers to 100 micrometers may be present. The bridge may have a depth between 10 percent and 90 percent, preferably between 50 percent and 90 percent, of the thickness of the stencil.
Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung zum Herstellen von Druckschablonen mit einem Verfahren wie oben geschildert gelöst. Eine solche Vorrichtung kann etwa eine Haltevorrichtung zum Halten des Schablonenkörpers während dessen Bearbeitung zur Herstellung der Druckschablone; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Bearbeitungsvorgangs enthalten. Bestimmte Ausführungsformen der Vorrichtung enthalten insbesondere einen Ablationslaser. Dieser kann sowohl zum Einbringen von Vertiefungen in die Substratseite eines Schablonenkörpers als auch zum Einfügen von Durchgangsöffnungen in den Schablonenkörper während der Bearbeitung eingesetzt werden, was eine gegenüber bekannten Maschinen vereinfachte Vorrichtung erlaubt.The above object is further achieved by an apparatus for producing printing stencils by a method as described above. Such a device may include a holding device for holding the stencil body during its processing for producing the printing stencil; and a control device for controlling the machining operation. Particular embodiments of the device include in particular an ablation laser. This can be used both for the introduction of depressions in the substrate side of a template body as well as for inserting through holes in the template body during processing, which allows a device compared to known machines simplified.
Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch die Verwendung eines Ablationslasers zum Herstellen einer Druckschablone mit einer Substratseite und einer Rakelseite aus einem Schablonenkörper gelöst. Hierbei wird der Ablationslaser eingesetzt, um eine Vertiefung in den Schablonenkörper von der Substratseite her zur Herstellung einer Brücke einzubringen, wobei die Brücke zum Stabilisieren der Druckschablone im Bereich einer Durchgangsöffnung durch die Druckschablone dient. Insbesondere kann ein- und derselbe Ablationslaser zum Einfügen der Vertiefung in den Schablonenkörper und zum Einfügen der Durchgangsöffnung in den Schablonenkörper verwendet werden, so dass eine vereinfachte Schablonenherstellung unter Ausnutzung der Vorteile einer Bearbeitung mittels Laserablation ermöglicht wird.The above object is further achieved by the use of an ablation laser for producing a stencil sheet having a substrate side and a squeegee side from a stencil body. In this case, the ablation laser is used to introduce a recess in the template body from the substrate side for the production of a bridge, wherein the bridge is used to stabilize the printing stencil in the region of a passage opening through the printing stencil. In particular, one and the same ablation laser can be used to insert the recess into the template body and to insert the passage opening into the template body, thus allowing for simplified template fabrication by utilizing the advantages of laser ablation processing.
Die oben genannte Aufgabe wird auch durch eine Druckschablone gelöst, die mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren bzw. durch eine der vorstehend beschriebenen Vorrichtungen hergestellt wird. Insbesondere kann eine solche Druckschablone einen Bereich mit mindestens einer durch mindestens eine Brücke stabilisierten Durchgangsöffnung aufweisen, insbesondere zum Druck einer langen Leiterbahn, wobei die Druckschablone zumindest in diesem Bereich siebmusterfrei ist. Bestimmte erfindungsgemäße Druckschablonen haben Eigenschaften, die sich daraus ergeben, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung durch Laserablation ohne Nachbearbeitung eingefügt wurde.The above object is also achieved by a printing stencil which is produced by one of the methods described above or by one of the devices described above. In particular, such a pressure stencil may have an area with at least one passage opening stabilized by at least one bridge, in particular for printing a long conductor track, wherein the pressure stencil is free of screen pattern at least in this area. Certain printing stencils according to the invention have properties that result from the fact that the at least one through-hole was inserted by laser ablation without post-processing.
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Bedrucken von Substraten, insbesondere Wafern oder Glassubstraten, gelöst, wobei die Vorrichtung mit einer Druckschablone wie vorstehend beschrieben aufweist. Eine solche Vorrichtung kann eine Halteeinrichtung zum Halten des zu bedruckenden Substrates; eine Aushärtungseinrichtung zum Aushärten des bedruckten Substrates; und eine Steuereinrichtung zum Steuern des Druckvorganges umfassen.The above object is achieved by a device for printing on substrates, in particular wafers or glass substrates, the device having a printing stencil as described above. Such a device may include a holding device for holding the substrate to be printed; a Curing means for curing the printed substrate; and a controller for controlling the printing operation.
Die oben genannte Aufgabe wird schließlich durch ein Substratprodukt, insbesondere Solarzelle, gelöst, welches durch eine Druckschablone wie vorstehend beschrieben bedruckt wurde.The above object is finally achieved by a substrate product, in particular a solar cell, which has been printed by a printing stencil as described above.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert, die anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben werden. Hierbei zeigt:The invention will be further explained by means of embodiments which will be described with reference to the accompanying drawings. Hereby shows:
Die nachfolgende Beschreibung ist nicht so zu verstehen, dass die Erfindung etwa auf die geschilderten Ausführungsbeispiele beschränkt wäre. Vielmehr dienen diese Beispiele lediglich der nicht-einschränkenden Erläuterung verschiedener Aspekte der Erfindung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die geschilderten Ausführungsbeispiele und deren zweckmäßige Details beschränkt.The following description is not to be understood that the invention would be limited to the described embodiments. Rather, these examples are merely non-limiting explanations of various aspects of the invention. However, the invention is not limited to the described embodiments and their useful details.
In den Figuren werden gleiche und gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen.In the figures, the same and equivalent elements are given the same reference numerals.
Die Einrichtung
Bevor die erfindungswesentlichen Aspekte der Bearbeitung des Schablonenkörpers
Eine Arbeitsweise der Vorrichtung
In Schritt
Zur Herstellung der in den
Die
Anhand der
In Bezug auf die Abfolge von Schritten
Im Rahmen eines anderen Ausführungsbeispiels wäre es ebenso denkbar, dass der Ablationslaser Strukturen in den Schablonenkörper
Während wie oben ausgeführt im Grundsatz die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte beliebig ist, können jedoch sämtliche Strukturen, ob Ausnehmung für Brücke oder Durchbruch, in einem Arbeitsgang eingefügt werden. Hierzu ist lediglich ein materialbearbeitendes Arbeitsinstrument (Ablationslaser) erforderlich. Auch können sich sämtliche Bearbeitungsschritte auf den Zugriff auf den Schablonenkörper von der Substratseite aus beschränken. Dies vereinfacht etwa die Struktur der in
Unter erneuter Bezugnahme auf
Im einzelnen wurde gefunden, dass die Laserablation, bspw. unter Verwendung von Pikosekunden-Lasern, Pulse von hoher Leistung und extrem kurzer Dauer ermöglicht, so dass der Wärmeeintrag in das Werkstück zu vernachlässigen ist. Aufgrund der kurzen Pulsdauer wird Energie lediglich in den Teil der Oberfläche des Werkstücks eingebracht, der vom Laserstrahl getroffen wird. Ist andererseits die Energiezufuhr innerhalb der Pulsdauer entsprechend hoch, sublimiert der Hitzeteil ohne weitere Wärmeeinbringung und daraus folgende Schädigung des umgebenden bzw. in der Tiefe befindlichen Materials. Laserablation ermöglicht so den Abtrag von Materie durch Sublimation, ohne das restliche Werkstück zu erwärmen und damit zu schädigen. Die Abtragtiefe pro Puls bewegt sich dabei üblicherweise im Bereich zwischen 0,1 μm bis 1,5 μm. Eine beliebige Formgebung durch mehrmaliges Abtragen erreicht werden. Durch entsprechend häufiges Überfahren der gewünschten Kontur mit dem Laserstrahl wird Material solange abgetragen bis beispielsweise ein vollständiger Durchbruch entstanden ist. Auch unter Einbeziehung von Bearbeitungszeiten und sonstigen Parameter ist ein Ablationslaser ein für die Schablonenherstellung hervorragend geeignetes Werkzeug.In particular, it has been found that laser ablation, for example using picosecond lasers, enables pulses of high power and extremely short duration, so that the heat input into the workpiece is negligible. Due to the short pulse duration, energy is only introduced into the part of the surface of the workpiece which is hit by the laser beam. If, on the other hand, the energy supply within the pulse duration is correspondingly high, the heat fraction sublimates without further heat input and consequent damage to the surrounding or in-depth material. Laser ablation thus enables the removal of matter by sublimation, without heating up the remaining workpiece and thus damaging it. The removal depth per pulse usually moves in the range between 0.1 μm to 1.5 μm. Any shape can be achieved by repeated ablation. By correspondingly frequent driving over the desired contour with the laser beam material is removed until, for example, a complete breakthrough has occurred. Including machining times and other parameters, an ablation laser is an excellent tool for stencil production.
Die Laserablation ermöglicht eine hohe Qualität der Kanten, d. h. es entstehen gratfreie Kanten und glatte Wandungen; insbesondere kann das für Laser-Schneiden typische Riefenmuster an Durchbruchwandungen vermieden werden. Ein Vorteil des hier vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass beispielsweise bei ausschließlicher Verwendung eines Ablationslasers (aber auch mehrerer Ablationslaser) Durchbrüche exakt herausgearbeitet werden können und die Druckschablone auf der Rakelseite wie auf der Substratseite identische, hohe Qualitäten haben kann. Eine Nachbearbeitung ist hierzu im Prinzip nicht erforderlich. Ein Fertigungsprozess ohne Nacharbeit bedeutet eine schnellere und kostengünstigere Schablonenherstellung bei verbesserter Einhaltung enger Toleranzen (bspw. im Bereich weniger μm).The laser ablation allows a high quality of the edges, d. H. it creates burr-free edges and smooth walls; In particular, the typical for laser cutting grooves pattern breakthrough walls can be avoided. An advantage of the method proposed here is that breakthroughs can be worked out exactly, for example, exclusively using an ablation laser (but also several ablation lasers) and the printing template on the doctor blade side can have identical, high qualities, as on the substrate side. Post-processing is not required in principle for this purpose. A production process without rework means a faster and less expensive stencil production with improved adherence to narrow tolerances (for example in the range of a few μm).
Es ist anzumerken, dass bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung das Einfügen von Durchgangsöffnungen auch ganz oder teilweise von der Rakelseite her erfolgen kann. Das erfindungsgemäße Verfahrens kann also beispielsweise bei Druckschablonen-Herstellungsvorrichtungen zum Einsatz kommen, die über zwei materialbearbeitende Einrichtungen verfügen, etwa zwei gegenüberliegende Ablationslaser. Im manchen Fällen könnte es genügen, herkömmliche Herstellungsvorrichtungen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lediglich umzuprogrammieren.It should be noted that in certain embodiments of the invention, the insertion of through holes can also be wholly or partially from the doctor side. The method according to the invention can thus be used, for example, in printing stencil production devices which have two material-processing devices, for example two opposing ablation lasers. In some cases, it may be sufficient merely to reprogram conventional manufacturing devices for carrying out the method according to the invention.
Während in den vorstehenden Ausführungsbeispielen sowohl die Ausnehmungen unter den Brücken als auch die Durchgangsöffnungen durch Laserablation hergestellt werden, ist es ebenso denkbar, dass mindestens einer dieser Schritte durch eine andere Technik realisiert wird. So kann beispielsweise das Einfügen von Durchgangsöffnungen durch ein herkömmliches Laserschneidverfahren umgesetzt werden. Prinzipiell ist es auch denkbar, ein- und denselben Laser zum Einbringen der Vertiefungen unter den Brücken mittels Laserablation und zum Einfügen der Durchgangsöffnungen mittels Laserschneidens zu verwenden. Ist unter bestimmten Umständen die hierdurch erhöhte Rauhigkeit der Wandungen und erhöhte Gratbildung nicht von Bedeutung, kann hiermit u. U. eine beschleunigte Schablonenherstellung herbeigeführt werden.While in the above embodiments, both the recesses under the bridges and the through holes are made by laser ablation, it is also conceivable that at least one of these steps is realized by another technique. Thus, for example, the insertion of passage openings can be implemented by a conventional laser cutting method. In principle, it is also conceivable to use one and the same laser for introducing the depressions under the bridges by means of laser ablation and for inserting the passage openings by means of laser cutting. If under certain circumstances the resulting increased roughness of the walls and increased burr formation is not important, u. U. accelerated stencil making be brought about.
Gemäß dem hier geschilderten Verfahren wird vorgeschlagen, die zur Stabilisierung einer Druckschablone gegebenenfalls erforderlichen Brücken auf neuartige Art und Weise auszubilden, nämlich durch Anbringen einer Ausnehmung von unten her, das heißt von der Substratseite her, in den Schablonenkörper. Dies kann vor der Einfügung von Durchbrechungen erfolgen, hinterher, oder parallel, wie oben diskutiert. Das vorgeschlagene Verfahren eignet sich im Prinzip zur Herstellung beliebiger Druckstrukturen, auch etwa für freiliegende Inseln, die durch Brücken stabilisiert würden. Ein zusätzliches Siebgewebe auf der Rakelseite der Druckschablone wäre nicht zwingend erforderlich. Es können allerdings problemlos auch mit einem Siebgewebe versehene Schablonenkörper verarbeitet werden. So kann sich das erfindungsgemäße Verfahren auf Zugriffe von der Substratseite beschränken, so dass das Vorhandensein eines Siebgewebes auf der Rakelseite lediglich für die Einfügung von Durchbrechungen zu berücksichtigen ist, d. h. die Dauer bzw. Intensität des abtragenden Laserstrahls muss entsprechend gewählt werden.According to the method described here, it is proposed to form the bridges which may be necessary for stabilizing a printing stencil in a novel manner, namely by attaching a recess from below, that is to say from the substrate side, into the stencil body. This can be done before the insertion of openings, after, or parallel, as discussed above. The proposed method is suitable in principle for the production of any printing structures, even for exposed islands, which would be stabilized by bridges. An additional screen fabric on the squeegee side of the stencil would not be required. However, it is also possible to easily process stencil bodies provided with a screen cloth. Thus, the inventive method can be limited to accesses from the substrate side, so that the presence of a screen fabric on the doctor blade side is to be considered only for the insertion of openings, ie the duration or intensity of the ablating laser beam must be selected accordingly.
Andererseits kann das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls dazu verwendet werden, ein Siebgewebe auf der Rakelseite auszubilden. Dieses könnte in einem vorgelagerten (oder auch nachgelagerten) Arbeitsgang ausgebildet werden.On the other hand, the method according to the invention can also be used to form a screen fabric on the squeegee side. This could be trained in an upstream (or downstream) operation.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Steuerung der Druckschablonenherstellung vereinfachen. Bei Herstellungsverfahren, die von der Substrat- und der Rakelseite angreifen, müssen die Arbeitsgänge von beiden Seiten häufig zusammenwirken, um die gewünschten Durchbrüche zu schaffen. Hierfür ist eine präzise Steuerung in der Tiefe erforderlich. Beschränkt sich ein erfindungsgemäßes Verfahren auf den Zugriff von der Substratseite, ist lediglich eine Steuerung der Brückentiefe und des Durchbruchs erforderlich. Jedoch ist bei der Brückentiefe im allgemeinen keine so hohe Präzision erforderlich wie etwa bei der Positionierung der eigentlichen Druckstrukturen. Und beim Einfügen der Durchgangsöffnungen muss eine Steuerung lediglich sicherstellen, dass ein Durchbruch in der Tiefe des Schablonenkörpers tatsächlich erfolgt.The method according to the invention can simplify the control of the printing stencil production. In manufacturing processes that attack from the substrate and squeegee sides, the operations from both sides often need to work together to create the desired breakthroughs. This requires precise depth control. If a method according to the invention is restricted to access from the substrate side, only control of the bridge depth and the aperture is required. However, the bridge depth generally does not require as much precision as the positioning of the actual printing structures. And when inserting the through openings, a controller merely needs to ensure that a breakthrough in the depth of the template body is actually made.
Eine mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Druckschablone kann sich durch Kanten und Wandungen der Durchbruchsöffnungen mit besonders geringer Rauhigkeit auszeichnen, ohne dass hierfür eine entsprechende Nachbearbeitung erforderlich wäre. Dies bedeutet dass die Präzision der Strukturen hoch ist ohne dass die Druckschablone durch Verfahren der Nachbearbeitung bereits vorgeschädigt ist. Somit können bspw. die auf die Solarzelle
Die hier dargestellten Ausführungsbeispiele stellen nur einige zweckmäßige Ausführungsformen der Erfindung dar. Darüber hinaus sind im Geltungsbereich der Erfindung, wie er durch die nachfolgenden Ansprüche angegeben wird, durch fachmännisches Handeln noch viele weitere Ausführungsformen denkbar.The embodiments illustrated here represent only some expedient embodiments of the invention. In addition, within the scope of the invention, as indicated by the following claims, many other embodiments by skilled action conceivable.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- 2010-03-30 DE DE102010013348A patent/DE102010013348A1/en not_active Withdrawn
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