DE10359725A1

DE10359725A1 - Beschichtungsverfahren und Beschichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10359725A1
Application number: DE10359725A
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Vos; Frank Karbach
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2003-12-18
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2005-07-14
Also published as: US20050136191A1

Abstract

Beim ortsselektiven Beschichten von Bauteilen werden die nicht beschichteten Abschnitte durch Masken aus z. B. Papier oder Klebeband abgedeckt. Diese Papiermasken sind nur einmal verwendbar und schnell verschmutzt. Um ein schnelleres ortsselektives Beschichten von Substraten vornehmen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen Substrat (10) und Sprühkopf (2) eine Maske (3, 3') anzuordnen und diese zum Beschichten mit dem Beschichtungskopf (2) mitzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind Vorkehrungen getroffen, um während des Beschichtens ein Verschmutzen der Maske (3, 3') zu vermeiden. Dazu kann z. B. eine Papierband (5) über ein den Beschichtungsschlitz begrenzendes Element (3, 3') geführt werden. Der Schlitz kann auch durch rotierende Scheiben gebildet werden, wobei durch die Rotation das überschüssige Beschichtungsmaterial entfernt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten vorgegebener Oberflächenbereiche eines Substrats mittels einem Sprühkopf, bei dem sich zwischen Substrat und Sprühkopf eine Maske befindet, und eine hierzu geeignete Beschichtungsvorrichtung.

Für viele Anwendungen ist ein Bauteil nur in bestimmten, das heißt in vorgegebenen Bereichen zu beschichten. Hierbei besteht das Erfordernis, dass einige Bereiche beim Beschichten abgedeckt werden müssen und andere Bereiche für den Beschichtungsauftrag zugänglich sein müssen.

Für die oben genannte ortsselektive Beschichtung von Bauteilen wird meist eine Maske eingesetzt, mit der einige Bereiche des Bauteiles vor einer Beschichtung geschützt werden. Beispielsweise werden hierzu Photoresiste eingesetzt, die durch optische Verfahren strukturiert werden. Dieses Verfahren ist jedoch zeitaufwändig und daher für Massenbauteile zu teuer.

Für eine Massenfertigung mit hohen Stückzahlen werden Bauteile häufig durch Masken, z. B. solchen aus Papier oder Klebeband, abgedeckt. Nach dem Beschichtungsauftrag durch Sprühen, Rollen oder sonstigem sind die Maske und die nicht abgedeckten Bauteilbereiche beschichtet. Nach einer gewissen Zeit wird die Maske entfernt und ist in den meisten Fällen nicht mehr wieder verwendbar, weil sie durch die Beschichtung verschmutzt wurde. Würde die verschmutzte Maske erneut eingesetzt, so käme es in der Regel zu einer Verschmutzung an den abzudeckenden Bereichen des Bauteils.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Beschichtungsverfahren und eine hierzu geeignete Beschichtungsvorrichtung bereitzustellen, mit der eine besonders schnelle ortsselektive Beschichtung von Substraten vorgenommen werden kann.

Die Lösung dieses technischen Problems erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die abhängigen Ansprüche angegeben.

Der verfahrensseitige Teil der Lösung des oben genannten technischen Problems besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zum Beschichten vorgegebener Oberflächenbereiche eines Substrats mittels einem Sprühkopf, bei dem sich zwischen Substrat und Sprühkopf eine Maske befindet, die während des Beschichtens in vorgegebenem Abstand zum Sprühkopf mitgeführt wird.

Der vorrichtungsseitige Teil der Lösung des oben genannten technischen Problems besteht in einer Beschichtungsvorrichtung mit einem Beschichtungskopf und einer damit mitgeführten Maske zum Beschichten vorgegebener Oberflächenbereiche eines Substrats.

Durch die im vorgegebenen Abstand zum Sprühkopf mitgeführte Maske entfällt die jeweilige Abdeckung des Substrats mit einer Maske, so dass durch die Vermeidung des Anbringens und Entfernens einer Maske das Beschichtungsverfahren schneller durchgeführt werden kann.

Die Mitführung der Maske bzw. die gesamte Bewegung der Einheit aus Sprühkopf und Maske erfolgt unter Zuhilfenahme eines Bewegungs- oder Handhabungssystems wie beispielsweise einem Linearsystem, einem Roboter oder Ähnlichem. Durch die Wahl eines derartigen Handhabungssystems kann die Beschichtungsvorrichtung variabel im Raum positioniert werden, was es auch ermöglicht, 3D-Konturen zu beschichten. Die Kontur des Beschichtungsauftrags wird in diesen Fällen durch die Bewegung der Maske bestimmt. Außerdem wird die Flexibilität dahingehend erhöht, dass eine Maske für verschiedene Beschichtungsmuster verwendet werden kann.

Es wird bevorzugt, wenn die Maske zeitgleich mit dem Beschichten gereinigt wird. Hierdurch wird während der laufenden Beschichtung gewährleistet, dass sich die Maskenöffnung, durch welche das Beschichtungsmaterial heraustritt, nicht zusetzt, so dass die Sollfunktion des Beschichtens erhalten bleibt. Weiterhin gewährleistet diese Vorgehensweise, dass die Konturen der Öffnung unverändert bleiben, wodurch die Konturgenauigkeit beim zu beschichtenden Substrat nicht abnimmt. Weiterhin wird hierdurch ein ungewollter Auftrag durch unkontrolliertes Herunterfallen oder Heruntertropfen von Beschichtungsmaterial vermieden. Durch die permanent mitgeführte Maske wird zudem auf einen direkten Kontakt zwischen Maske und Substrat verzichtet, so dass eine eventuelle Beschmutzung des Substrats durch die mit Beschichtungsmaterial in Kontakt getretene Maske nicht mehr möglich ist.

Die Beschichtungsvorrichtung kann mit einem durch zwei längliche Elemente gebildeten Schlitz als Austrittsöffnung für das Beschichtungsmaterial ausgestattet sein. Um eine während des Beschichtens zu erfolgende Reinigung der Maske zu realisieren, umfasst das Reinigungsmittel ein bandförmiges Material, das um mindestens eines der länglichen Elemente lenkbar ist. Das Beschichtungsmaterial tritt dann aus dem durch mindestens zwei längliche Elemente gebildeten Schlitz aus und es erfolgt eine Reinigung durch das bandförmige Material, indem dieses um mindestens eines der Elemente gelenkt wird. Auf diese Weise werden die Kanten des Schlitzes gereinigt, so dass sich dieser nicht zusetzen kann. Das Bandmaterial kann auch parallel zu den Schlitzkanten über die länglichen Elemente gelenkt werden. Es kann vorgesehen sein, dass das bandförmige Material so geführt wird, dass es teilweise vom Sprühkegel des Sprühkopfes erfasst wird. Auf diese Weise erfolgt ein weiträumiger Schutz der Vorrichtung vor Verschmutzung.

Es sei hervorgehoben, dass für die Schaffung des Schlitzes mindestens zwei längliche Elemente erforderlich sind. In der einfachsten Form ist der Schlitz länglich, so dass sich auch bei raumfester Maske auf dem Substrat ein beschichteter Streifen ausbildet. Ferner ist es möglich, dass drei oder mehrere längliche Elemente den Schlitz bilden, so dass insgesamt die Kontur des Schlitzes eine polygonale Randkontur sein kann, was die Variabilität beim Beschichten erhöht. Durch zusätzliche Variation der Form des Beschichtungsstrahls können weitere beliebige Beschichtungskonturen realisiert werden. Z.B. kann eine punktuelle Beschichtung erfolgen.

Um flexibel auf unterschiedlich große zu beschichtende Bereiche reagieren zu können, ist die Schlitzbreite verstellbar. So können Schlitzbreiten von 0 bis 40 mm stufenlos eingestellt werden.

Zum Abtransport des mit Beschichtungsmaterial verschmutzten Bandes kann das bandförmige Material von einer ersten Rolle abgewickelt und einer zweiten Rolle aufgewickelt werden. Hierzu kann die Beschichtungsvorrichtung mit einem Elektromotor ausgestattet sein. Dadurch, dass dem bandförmigen Material ein Elektromotor zugeordnet ist, kann die Fördergeschwindigkeit des bandförmigen Materiales leicht an die Sprühmenge angepasst werden, um ein Minimum an bandförmigem Material einzusetzen.

In einer alternativen Vorgehensweise kann an Stelle des bandförmigen Materials zur Maskenreinigung eine Maske gewählt werden, die aus zwei zueinander parallel angeordneten Scheiben besteht, wobei die Scheiben während des Beschichtens rotieren. Bei dieser Lösung macht man sich zunutze, dass bei einer entsprechenden Rotationsgeschwindigkeit der Scheiben aufgebrachtes Beschichtungsmaterial aufgrund der Fliehkraft entfernt werden kann. Die entstehenden Spritzer können auf geeignete Weise mit Hilfe eines Behälters aufgefangen werden.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
1 zeigt eine erfindungsgemäße Beschichtungsvorrichtung 1 zum Beschichten eines Substrats 10. Die Beschichtungsvorrichtung 1 umfasst einen Sprühkopf 2, der einen Sprühkegel 8 generiert. Weiterhin weist sie eine Maske auf, die durch zwei längliche Elemente 3, 3' gebildet wird, wobei die längliche Erstreckung senkrecht zur Zeichenebene vorliegt.
Zur Reinigung der länglichen Elemente 3, 3' dienen zwei Paare von Rollen 6, 7 bzw. 6', 7', von denen bandförmiges Material 5, vorliegend Papier, von der Rolle 6 bzw. 6' abgewickelt, um die länglichen Elemente 3 bzw. 3' gelenkt und auf die Rollen 7 bzw. 7' aufgewickelt wird. Das Papierband wird mit einer Geschwindigkeit zwischen 100 und 200 mm/min mittels einem Elektromotor bewegt, der die Antriebsspindeln der jeweiligen Papierrollen 7, 7' (ggf. auch 6, 6') antreibt. Das aus dem Sprühkopf 2 heraustretende Beschichtungsmaterial gelangt teilweise auf den vorgegebenen Oberflächenabschnitt 4 des Substrats 10, wird jedoch teilweise auch als sogenannter Overspray in den Bereichen 12 bzw. 12' auf das bandförmige Material 5 gelangen. Denn in den Bereichen 12, 12' deckt das bandförmige Material 5 die länglichen Elemente 3, 3' und damit den nicht zu beschichteten Bereich des Substrats 10 ab.
Die Beschichtungsbreite ist durch eine Querverstellung der Rollen 6, 6', 7, 7' und der Umlenkstäbe 13, 13' veränderbar. Die Rollen 7, 7' sind mit einer Reibbremse versehen, die einen Abroilwiderstand generieren soll, um das Papierband 5 auf Spannung zu halten. Mithilfe von Schnellwechselspannern kann eine aufgebrauchte Papierrolle 7, 7' gegen eine neue Rolle 7, 7' ausgewechselt werden.
Die gesamte Vorrichtung 1 wird mit ein Roboter im Raum bewegt, was durch die gekreuzten Pfeile oberhalb des Sprühkopfes angedeutet ist.
In einer alternativen Ausführungsform gemäß 2 ist eine Maske aus zwei rotierenden Scheiben 11, 11' vorgesehen. Die Scheiben 11, 11' werden mittels Elektromotoren 9, 9' mit entgegengesetzter Drehrichtung angetrieben. Der Sprühkopf 2 generiert einen Sprühkegel 8. Das Beschichtungsmaterial gelangt damit zum einen in den vorgegebenen Oberflächenbereich des Substrats 10, jedoch auch auf die rotierenden Scheiben 11, 11', welche mit einer Teflonbeschichtung versehen sind. Dies verhindert, dass das in diesem Beispiel als Beschichtungsmaterial versprühte einkomponentige Silikon auf den Scheiben 11, 11' haften bleibt. Durch das Ablösen des überschüssigen Silikons von den rotierenden Scheiben 11, 11' werden diese kontinuierlich gesäubert und damit auch der Sprühschlitz sauber gehalten. Dadurch bleiben die Konturen scharf, was für eine definierte und positionsgenaue Beschichtung sehr wichtig ist.
Der durch die Scheiben 11, 11' bestimmte Schlitz zum Beschichten der Oberfläche des Substrats 10 ist variabel ausgestaltet und ermöglicht die Einstellung einer Schlitzbreite zwischen 0 und 40 mm.

Claims

Verfahren zum Beschichten vorgegebener Oberflächenbereiche eines Substrats mittels einem Sprühkopf, bei dem sich zwischen Substrat und Sprühkopf eine Maske befindet dadurch gekennzeichnet, dass die Maske während des Beschichtens in vorgegebenem Abstand zum Sprühkopf mitgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske zeitgleich mit dem Beschichten gereinigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmaterial aus einem durch zwei längliche Elemente gebildeten Schlitz austritt und zum Reinigen ein bandförmiges Material um mindestens eines der Elemente gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das bandförmige Material von einer ersten Rolle abgewickelt und auf eine zweite Rolle aufgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das bandförmige Material über Elektromotoren gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Maske aus zwei parallel zueinander angeordneten Scheiben besteht und die Scheiben während des Beschichtens rotieren.
Beschichtungsvorrichtung, mit einem Beschichtungskopf (2) und einer damit mitgeführten Maske (3, 3', 11, 11') zum Beschichten vorgegebener Oberflächenbereiche (4) eines Substrats (10).
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mitführen der Maske (3, 3', 11, 11') ein Bewegungssystem vorgesehen ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewegungssystem ein Roboter vorgesehen ist.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass ein mit der Maske (3, 3', 11, 11') mitgeführtes Mittel (5, 6, 6', 7, 7', 9, 9', 11, 11') zu seiner Reinigung vorgesehen ist.
Beschichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein durch zwei längliche Elemente (3, 3') gebildeter Schlitz als Maske vorgesehen ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungsmittel ein bandförmiges Material (5) umfasst, das um mindestens eines der länglichen Elemente (3, 3') lenkbar ist.
Beschichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem bandförmigen Material (5) ein Elektromotor (9) zugeordnet ist, der es von einer ersten Rolle (6,6') abwickelt und auf eine zweite Rolle (7, 7') aufwickelt.
Beschichtungsvorrichtung und einem der Ansprüche bis 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Maske aus zwei drehbar angeordneten, zueinander parallelen Scheiben (11, 11') besteht.