DE102011075025A1 - Method and device for applying printing substance - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Aufbringen von Drucksubstanz auf ein Substrat rotiert ein Drucksubstanzträger mit der Drucksubstanz darauf über dem Substrat und ein fokussierter Laserstrahl wird derart in den Drucksubstanzträger eingekoppelt, dass die Drucksubstanz abgelöst wird und auf die gegenüberliegende Oberfläche des Substrats übertragen wird. Der Drucksubstanzträger ist ein massiver runder Zylinder aus lichtdurchlässigem Material, der um seine Längsachse gedreht wird. Vor dem Auftreffen des Laserstrahls in die Schicht wird die Drucksubstanz flächig aufgebracht und dahinter wieder entfernt. In a method of applying printing substance to a substrate, a printing substance carrier having the printing substance rotates thereon over the substrate, and a focused laser beam is coupled into the printing substance carrier such that the printing substance is peeled off and transferred to the opposite surface of the substrate. The printing substance carrier is a solid round cylinder of translucent material, which is rotated about its longitudinal axis. Before the laser beam strikes the layer, the printing substance is applied flatly and removed again behind it.
Description
Anwendungsgebiet und Stand der Technik Field of application and state of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von Drucksubstanz auf ein Substrat, insbesondere von elektrisch leitfähiger Drucksubstanz zur Herstellung einer Solarzelle auf ein entsprechendes Substrat. The invention relates to a method and a device for applying printing substance to a substrate, in particular of electrically conductive printing substance for producing a solar cell on a corresponding substrate.
Aus der
Nachteilig hierbei ist es, den Drucksubstanzträger entsprechend zu führen und den Verschleiß im Griff zu behalten. The disadvantage here is to guide the printing substance carrier accordingly and to keep the wear under control.
Aufgabe und LösungTask and solution
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik vermieden werden können und insbesondere eine vorteilhafte und robuste sowie verschleißarme Möglichkeit geschaffen werden kann, Drucksubstanz von einem bewegten bzw. sich drehenden Drucksubstanzträger abzulösen und auf ein Substrat zu übertragen. The invention has for its object to provide an aforementioned method and a corresponding device with which problems of the prior art can be avoided and in particular an advantageous and robust and low-wear possibility can be created, printing substance of a moving or rotating printing substance carrier detach and transfer to a substrate.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Vorteilhafte sowie bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt und werden im folgenden näher erläutert. Dabei werden manche der Merkmale nur für das Verfahren oder nur für die Vorrichtung beschrieben. Sie sollen jedoch unabhängig davon sowohl für das Verfahren als auch für die Vorrichtung gelten können. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and a device having the features of
Es ist vorgesehen, dass ein Drucksubstanzträger mit der Drucksubstanz darauf über dem Substrat bzw. mit etwas Abstand zu dem Substrat rotiert bzw. sich dreht. Ein hochenergetischer Strahl, vorzugsweise ein fokussierter Laserstrahl, wird derart in den Drucksubstanzträger eingekoppelt, dass die Drucksubstanz auf dem Fachmann bekannte Art und Weise abgelöst wird und auf die gegenüberliegende Oberfläche des Substrats übertragen wird. It is provided that a printing substance carrier with the printing substance rotates or rotates over the substrate or at a certain distance from the substrate. A high-energy beam, preferably a focused laser beam, is coupled into the printing substance carrier in such a way that the printing substance is detached in a manner known to the person skilled in the art and is transferred to the opposite surface of the substrate.
Erfindungsgemäß ist der Drucksubstanzträger ein massiver runder Zylinder aus lichtdurchlässigem Material, der sich um seine Längsachse dreht. Der Strahl wird dabei auf der einen Seite in den massiven Drucksubstanzträger eingekoppelt und löst dann beim Durchtritt durch den Drucksubstanzträger etwas Drucksubstanz von der Außenseite des Drucksubstanzträgers ab, die sich dann auf das Substrat überträgt. Die Menge der abgelösten Drucksubstanz ist abhängig von der Energie des Laserstrahls bzw. von dessen Energie pro Fläche. Der Vorteil eines solchen massiven runden Zylinders als sich drehender Drucksubstanzträger gegenüber dem in der vorgenannten
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Strahl auf der von dem Substrat abgewandten Seite in den Drucksubstanzträger eingekoppelt. Besonders vorteilhaft erfolgt dies in Richtung auf die Drehachse des Drucksubstanzträgers, wobei insbesondere das Einkoppeln genau gegenüber von dem Substrat erfolgt. In an advantageous embodiment of the invention, the beam is coupled on the side facing away from the substrate side in the printing substance carrier. This is particularly advantageous in the direction of the axis of rotation of the printing substance carrier, wherein in particular the coupling takes place exactly opposite to the substrate.
In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, dass Drucksubstanz flächig auf den Träger aufgetragen wird, beispielsweise mittels einer Auftragvorrichtung. Dies erfolgt dann in Drehrichtung vor dem Punkt, an dem die Drucksubstanz durch den Strahl abgelöst wird. So kann erreicht werden, dass der Strahl stets auf eine geschlossene Fläche aus Drucksubstanz am Drucksubstanzträger trifft, so dass auf alle Fälle Drucksubstanz in stets gleich bleibender Menge abgelöst und auf das Substrat übertragen werden kann. Eine Auftragvorrichtung kann beispielsweise einen Vorrat an Drucksubstanz aufweisen, wobei der Drucksubstanzvorrat vorteilhaft so ausgebildet ist, dass die Drucksubstanz großflächig an dem Drucksubstanzträger anliegt. Dazu kann in geringem Abstand zu dem Drucksubstanzträger ein Messer angeordnet sein mit Längsrichtung parallel zur Drehachse. Dieses Messer kann mit seiner Messerkante einen geringen Abstand zu dem Drucksubstanzträger aufweisen, so dass danach die Drucksubstanz mit definierter Dicke an dem Drucksubstanzträger als Schicht anhaftet. Alternativ kann eine definierte Anstellkraft vorgesehen werden, die dann zusammen mit der Viskosität der Drucksubstanz einen Abstand ergibt, der wie gewünscht einstellbar ist. In yet another embodiment of the invention, it is possible that printing substance is applied flat on the carrier, for example by means of an applicator. This then takes place in the direction of rotation before the point at which the printing substance is detached by the jet. Thus, it can be achieved that the jet always strikes a closed surface of printing substance on the printing substance carrier, so that in any case printing substance is replaced in an always constant amount and on the Substrate can be transferred. For example, an application device can have a supply of printing substance, wherein the printing substance reservoir is advantageously designed such that the printing substance rests on the printing substance carrier over a large area. For this purpose, a knife can be arranged at a short distance from the printing substance carrier with a longitudinal direction parallel to the axis of rotation. This knife can have a small distance to the printing substance carrier with its knife edge, so that then the printing substance adheres to the printing substance carrier with a defined thickness as a layer. Alternatively, a defined contact force can be provided, which then, together with the viscosity of the printing substance results in a distance which is adjustable as desired.
Ein solcher Abstand kann beispielsweise 20 µm bis 100 µm betragen, vorteilhaft 30 µm bis 50 µm. Dazu ist die Messerkante vorteilhaft parallel zur Drehachse des Drucksubstanzträgers angeordnet für eine gleichmäßige Schichtdicke. Such a distance may, for example, be 20 μm to 100 μm, advantageously 30 μm to 50 μm. For this purpose, the knife edge is advantageously arranged parallel to the axis of rotation of the printing substance carrier for a uniform layer thickness.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung befindet sich der Drucksubstanzvorrat bzw. das genannte Messer in einem Drehwinkel von 30° bis 120° vor dem Punkt des Ablösens der Drucksubstanz. Besonders vorteilhaft beträgt dieser Winkel etwa 60° bis 100°. In an advantageous embodiment of the invention, the printing substance supply or said knife is in a rotation angle of 30 ° to 120 ° before the point of detachment of the printing substance. Particularly advantageously, this angle is about 60 ° to 100 °.
Es ist vorteilhaft möglich, das vorgenannte Messer in einem Winkel ungleich 90° an die Oberfläche des Drucksubstanzträgers anzusetzen bzw. nicht in Richtung auf dessen Drehachse zu. Dann ist, insbesondere mit einem vorgenannten Ansatzort des Messers vor dem Punkt des Ablösens der Drucksubstanz, die Bildung eines ausreichenden Drucksubstanzvorrats möglich. Ein Ansatzwinkel für das Messer an der Oberfläche des Drucksubstanzträgers kann beispielsweise 0° bis 70° betragen, vorteilhaft 10° bis 60°. Also kann das Messer auch tangential an die Oberfläche angesetzt werden, unter Umständen sogar etwas weiter nach unten über die Berührlinie verschoben werden. Bei einem größeren Winkel wird das Messer vom Ansatzpunkt bis knapp an den Drucksubstanzträger gegen dessen Drehrichtung aus der Horizontalen nach oben verkippt, so dass es die eine Seitenwandung des Drucksubstanzvorrats bildet. Die andere Seitenwandung wird von dem Drucksubstanzträger selbst gebildet. Vorne und hinten können dann weitere Wandungen mit einem möglicherweise dichtenden Abschluss an dem Drucksubstanzträger bzw. dem Messer vorgesehen sein.It is advantageously possible to attach the aforementioned knife at an angle not equal to 90 ° to the surface of the printing substance carrier or not in the direction of its axis of rotation. Then, in particular with an aforementioned attachment point of the knife before the point of detachment of the printing substance, the formation of a sufficient pressure substance supply is possible. An approach angle for the knife on the surface of the printing substance carrier may for example be 0 ° to 70 °, preferably 10 ° to 60 °. So the knife can also be attached tangentially to the surface, under certain circumstances even moved a little further down over the contact line. At a larger angle, the knife is tilted from the point of approach to just below the printing substance carrier against the direction of rotation from the horizontal upwards, so that it forms the one side wall of the printing substance supply. The other side wall is formed by the printing substance carrier itself. Front and back can then be provided with a possibly sealing seal on the pressure substance carrier or the knife more walls.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, in Drehrichtung nach dem Punkt des Ablösens der Drucksubstanz von dem Drucksubstanzträger einen Auffangbehälter für Drucksubstanz vorzusehen, also um die Drucksubstanz aufzufangen und zu sammeln. Hierzu kann eben ein Auffangbehälter vorgesehen werden, der direkt an den Drucksubstanzträger heranreichen kann mit sehr geringem Abstand. Ein solcher geringer Abstand kann weniger als 50 µm betragen, unter Umständen sogar weniger als 30 µm. Ein Bereich dieses Auffangbehälters kann ähnlich wie das vorgenannte Messer ausgebildet sein, also nicht ganz an dem Drucksubstanzträger anliegen. In a further embodiment of the invention, it is possible to provide a collecting container for printing substance in the direction of rotation after the point of detachment of the printing substance from the printing substance carrier, that is to collect and collect the printing substance. For this purpose, a collecting container can be provided, which can approach directly to the printing substance carrier with a very small distance. Such a small distance may be less than 50 microns, may even less than 30 microns. An area of this collecting container may be formed similar to the aforementioned knife, so not completely abut the printing substance carrier.
Des Weiteren befindet sich vorteilhaft in Drehrichtung des Drucksubstanzträgers nach und oberhalb von dem Auffangbehälter ein Abstreifer. Dieser Abstreifer dient dazu, noch an dem Drucksubstanzträger anhaftende Drucksubstanz weitgehend von diesem zu entfernen und in dem Auffangbehälter darunter zu sammeln. Dabei kann der Abstreifer vorteilhaft aus elastischem Material bestehen und direkt an dem Drucksubstanzträger anliegen. Er kann beispielsweise mit einem Drehwinkel von mehr als 30° in Drehrichtung nach dem Auffangbehälter an den Drucksubstanzträger angelegt werden. Dabei kann er zur Erhöhung seiner Effektivität schräg gestellt sein, ähnlich wie zuvor für das Messer beschrieben, allerdings eben entgegen der Drehrichtung des Drucksubstanzträgers schräg daran angelegt werden. So kann er auch als eine Art Schaber wirken. Alternativ kann er mit der Drehrichtung schräg daran angelegt werden. Furthermore, it is advantageous in the direction of rotation of the printing substance carrier to and above the collecting container a scraper. This scraper serves to largely remove pressure substance adhering to the printing substance carrier and to collect it in the collecting container below. In this case, the scraper can advantageously consist of elastic material and bear directly against the printing substance carrier. It can be applied, for example, with a rotation angle of more than 30 ° in the direction of rotation after the collecting container to the printing substance carrier. He may be inclined to increase its effectiveness, similar to that described above for the knife, but just against the direction of rotation of the printing substance carrier obliquely applied thereto. So he can also act as a kind of scraper. Alternatively, it can be applied obliquely with the direction of rotation.
Durch den hinter dem Auffangbehälter angeordneten Abstreifer ist es auch unproblematisch, wenn der Auffangbehälter selbst, wie erläutert worden ist, nicht direkt an den Drucksubstanzträger reicht. Schließlich soll noch nicht von dem Auffangbehälter selbst die Drucksubstanz entfernt werden, sondern erst von dem Abstreifer darüber, so dass sie sich in dem Auffangbehälter sammelt. By arranged behind the receptacle scraper, it is also not a problem if the receptacle itself, as has been explained, does not extend directly to the printing substance carrier. Finally, the printing substance itself should not yet be removed from the collecting container, but rather from the scraper above, so that it collects in the collecting container.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in dem Auffangbehälter ein Unterdruck angelegt werden, um zu verhindern, dass Drucksubstanz aus dem Spalt zwischen Auffangbehälter und Drucksubstanzträger nach unten läuft. Dies kann mittels eines hineinreichenden Unterdruckrohres erreicht werden, das aber nicht an die Drucksubstanz selbst reichen sollte, sondern nur Luft ansaugen sollte zur Erzeugung des Unterdrucks. Dazu sollte zusätzlich der Auffangbehälter im wesentlichen luftdicht geschlossen an dem Drucksubstanzträger bzw. der sich darauf befindlichen Schicht von Drucksubstanz anliegen. In a further embodiment of the invention, a negative pressure can be applied in the collecting container in order to prevent pressure substance from running out of the gap between the collecting container and the printing substance carrier. This can be achieved by means of an in-depth vacuum tube, which should not extend to the printing substance itself, but should only suck in air to generate the negative pressure. For this purpose, in addition, the collecting container should be substantially airtight closed against the printing substance carrier or the layer of printing substance located thereon.
In nochmals weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann Drucksubstanz aus dem Auffangbehälter abgesaugt werden mittels eines hineinreichenden Absaugrohres einer Absaugeinrichtung. Sie kann wieder verwendet werden, insbesondere nach einer Aufbereitung. In yet another embodiment of the invention, printing substance can be sucked out of the collecting container by means of a suction tube extending into a suction device. It can be used again, especially after a treatment.
So kann mittels einer Unterdruckeinrichtung bzw. Absaugeinrichtung verhindert werden, dass sich in dem Auffangbehälter eine große Menge an Drucksubstanz sammelt und evtl. nach unten herausläuft und auf das Substrat gelangen kann. Diese würde dann wieder in erheblichem Maß an dem Drucksubstanzträger anhaften und müsste durch den vorbeschriebenen Abstreifer wieder aufwändig entfernt werden, was unter Umständen nicht immer völlig restlos möglich ist. Eine hierfür geeignete Absaugeinrichtung kann beispielsweise eine Schlitzöffnung aufweisen, die sich längs des Drucksubstanzträgers bzw. des Auffangbehälters in diesem erstreckt. Thus, it can be prevented by means of a vacuum device or suction device that accumulates in the collecting container, a large amount of printing substance and possibly runs down and can reach the substrate. This would then adhere again to a considerable extent to the printing substance carrier and would have to be removed by the above-described scraper again consuming, which may not always completely possible. A suction device suitable for this purpose may, for example, have a slot opening which extends along the printing substance carrier or the collecting container in this.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung befindet sich die Strahlquelle oberhalb des Drucksubstanzträgers und das Substrat darunter. Dies begünstigt die Ablösung und Übertragung von Drucksubstanz vom Träger auf das Substrat einerseits sowie andererseits die Bildung des vorbeschriebenen Drucksubstanzvorrats auf der einen Seite des Drucksubstanzträgers und eines Auffangbehälters auf der anderen Seite. In an advantageous embodiment of the invention, the beam source is above the printing substance carrier and the substrate underneath. This promotes the detachment and transfer of printing substance from the support to the substrate on the one hand and on the other hand, the formation of the above-described printing substance supply on one side of the printing substance carrier and a collecting container on the other side.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorteilhaft eine mögliche Verzerrung des Strahls durch den Durchtritt durch den rundzylindrischen, stabförmigen Drucksubstanzträger ausgeglichen werden, so dass der Strahl möglichst mit der gewünschten Fokussierung und Leistung auf die Drucksubstanzschicht auftrifft zur Ablösung einer kleinen Menge von Drucksubstanz zum Übertragen auf das Substrat. Hierfür kann beispielsweise eine plankonkave Langlinse vorgesehen sein, die zwischen der Strahlquelle und dem Drucksubstanzträger angeordnet ist, insbesondere knapp oberhalb des Drucksubstanzträgers. Dann kann durch eine entsprechende Umlenkeinrichtung der Strahl entlang des Drucksubstanzträgers an verschiedenen bzw. gewünschten Stellen eingekoppelt werden und eben Drucksubstanz ablösen. So kann quasi eine Art Zeilen-Druckverfahren geschaffen werden. Alternativ können, je nach möglicher Verzerrung, konvexe bzw. plankonvexe Linsen verwendet werden. In a further embodiment of the invention can advantageously be compensated for a possible distortion of the beam through the passage through the round cylindrical, rod-shaped printing substrate, so that the beam as possible with the desired focus and power impinges on the printing substance layer for detachment of a small amount of printing substance for transfer to the substrate. For this purpose, for example, a plano-concave long lens may be provided, which is arranged between the beam source and the printing substance carrier, in particular just above the printing substance carrier. Then, by means of a corresponding deflecting device, the jet can be coupled in along the printing substance carrier at different or desired points and also detach printing substance. Thus, a kind of line printing process can be created. Alternatively, depending on possible distortion, convex or plano-convex lenses may be used.
Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelnen Abschnitte sowie Zwischen-Überschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.These and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Represent embodiments for which protection is claimed here. The subdivision of the application in individual sections as well as intermediate headings do not limit the statements made thereunder in their generality.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
In der
Detaillierte Beschreibung des AusführungsbeispielsDetailed description of the embodiment
In
Die Vorrichtung
Von rechts ist an den Drucksubstanzträger
Ein von oben in den Drucksubstanzträger
Zum Anderen kann sich unabhängig davon bzw. zusätzlich dazu auch das Substrat
In Drehrichtung nach dem Auftreffen des Laserstrahls
Etwas oberhalb des Auffangbehälters
Des weiteren ragt über dem Absaugrohr
Oberhalb des Drucksubstanzträgers
Des Weiteren ist in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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