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Die
Erfindung betrifft eine Siebdruckform mit einem Siebdruckschablonenträger und
einer Siebdruckschablone, welche an der Unterseite des Siebdruckschablonenträgers angebracht
ist.
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Beim
Siebdruck oder Durchdruckverfahren wird ein Druckmedium auf eine
Siebdruckform aufgebracht, wobei anschließend mittels einer an der Oberseite
oder sehr nahe an der Oberseite der Siebdruckform entlang geführten Rakel
das Druckmedium in Ausnehmungen der Siebdruckform befördert wird.
Es gibt Siebdruckformen, die einen Siebdruckschablonenträger mit
ersten Ausnehmungen aufweisen, welche so ausgebildet sind, dass
sie von einer Oberseite zur Unterseite des Siebdruckschablonenträgers reichen.
An der Unterseite des Siebdruckschablonenträgers kann dann eine Siebdruckschablone
angebracht sein, die mit zweiten Ausnehmungen versehen ist, wobei
die zweiten Ausnehmungen mindestens teilweise mit den ersten Ausnehmungen des
Siebdruckschablonenträgers
in Überdeckung
liegen. Durch eine einmalige oder mehrmalige Rakelbewegung über dem
Siebdruckschablonenträger
ist es möglich,
das Druckmedium durch die ersten Ausnehmungen und zweiten Ausnehmungen
auf ein darunter angeordnetes Substrat zu befördern. An den von der Siebdruckschablone
abgedeckten Bereichen gelangt kein Druckmedium, so dass auf dem
Substrat ein Druckbild entsteht, welches im Wesentlichen den Ausnehmungen
der Siebdruckschablone entspricht.
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Der
Siebdruck und der Einsatz von Siebdruckformen sind seit langem bekannt
und bewährt. Mit
zunehmender Miniaturisierung von zu druckenden Bahnen zum Beispiel
für eine
Solarzelle entsteht jedoch die Schwierigkeit, durch eine Siebdruckform das
Druckmedium durch die dann engen Ausnehmungen hindurch befördern zu
können.
Das Druckmedium gelangt eventuell nicht mehr auf das Substrat und
bleibt innerhalb der Ausnehmung hängen, so dass als Ergebnis
gar kein Druck auf dem Substrat erreicht wird.
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Wenn
schmale Bahnen gedruckt werden sollen, besteht eine Möglichkeit
darin, das Druckmedium auf dem mit schmalen Ausnehmungen versehenen
Siebdruckschablonenträger
mittels einer Rakel einzubringen, die mit hoher Kraft auf der Oberseite des
Siebdruckschablonenträgers
entlang geführt wird.
Das Druckmedium kann dann mit einer höheren Wahrscheinlichkeit auch
schmale und enge Ausnehmungen durchdringen und somit auf das zu
bedruckende Substrat gelangen. Dies ist jedoch mit dem Nachteil
verbunden, dass die Oberseite des Siebdruckschablonenträgers in
kurzer Zeit verschleißt und
die Lebensdauer der Siebdruckform relativ kurz ist.
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Somit
besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Siebdruckform zu
schaffen, mit der auch schmale Druckbahnen zuverlässig herstellbar
sind, wobei die Siebdruckform eine hohe Lebensdauer besitzt.
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Die
Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Schutzanspruches gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Siebdruckform
weist auf:
- – einen Siebdruckschablonenträger, welcher
als Folie ausgebildet ist, die mit ersten Ausnehmungen versehen
ist, die so ausgebildet sind, dass sie von einer Oberseite zur Unterseite
der Folie reichen,
- – eine
Siebdruckschablone, welche als Maskierschicht ausgebildet ist, welche
mit der Unterseite des Siebdruckschablonenträgers fest verbunden ist, wobei
die Maskierschicht mit zweiten Ausnehmungen versehen ist, welche
mindestens teilweise mit den ersten Ausnehmungen des Siebdruckschablonenträgers so
in Überdeckung
liegen, dass ein Druckmedium durch die ersten Ausnehmungen des Siebdruckschablonenträgers von dessen
Oberseite durch die zweiten Ausnehmungen der Maskierschicht hindurch
in Richtung zur Unterseite und auf ein darunter platzierbares Substrat
beförderbar
ist,
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wobei
der Siebdruckschablonenträger und/oder
die Maskierschicht so ausgebildet sind/ist, dass ein Vorsprung in
den Bereich mindestens einer der ersten oder zweiten Ausnehmung
hineinragt und deren Durchtrittsfläche für ein Druckmedium verringert,
wobei die Höhe
des Vorsprungs im Bereich der ersten Ausnehmung niedriger als die
Höhe des
Siebdruckschablonenträgers
ist und/oder die Höhe
des Vorsprungs in der zweiten Ausnehmung niedriger als die Höhe der Siebdruckschablone
ist..
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Ein
Vorsprung in einer Ausnehmung führt
dazu, dass die Ausnehmung nicht über
ihre gesamte Länge
in ihrem Querschnitt verkleinert wird, sondern nur in einem kleinen
Bereich. Die Ausnehmung kann außerhalb
dieses Bereiches breit ausgebildet sein, wobei durch den Vorsprung
aber eine Querschnittsverringerung der Ausnehmung für ein durch
diese Ausnehmung hindurch zu beförderndes
Druckmedium erreicht wird. Dies ermöglicht die Herstellung von feinen
Druckbahnen, obwohl die Ausnehmung bis auf den Vorsprung einen großzügigen Querschnitt aufweisen
kann. Der hohe Aufwand für
die genaue Positionierung eines Siebdruckschablonenträgers in Bezug
auf die Siebdruckschablone, um eine erste Ausnehmung mit relativ
kleinem Querschnitt mit einer zweiten Ausnehmung mit ebenfalls kleinem Querschnitt
wenigstens teilweise in Überdeckung
zu bringen, fällt
somit nicht an. Vielmehr kann mit üblicher Fertigungsgenauigkeit
gearbeitet werden. Außerdem
ist die Kraft zum Einbringen des Druckmediums in eine relativ breite
Ausnehmung mit einem in die Ausnehmung hinein ragenden Vorsprung
geringer als bei einer Ausnehmung, die einen durchgehend kleinen
Querschnitt aufweist. Hinzu kommt, dass ein Vorsprung in einer Siebdruckschablone oder
einem Siebdruckschablonenträger
deren Biegesteifigkeit und Zugfestigkeit erhöht. Beim Entlangbewegen einer
Rakel an der Oberfläche
des Siebdruckschablonenträgers
wird die Siebdruckform damit weniger stark gestreckt, so dass ihre
Geometrie mit größerer Zuverlässigkeit
beibehalten wird. Eine derartige Siebdruckform erreicht somit eine
relativ hohe Lebensdauer.
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Die
Maskierschicht kann Metall aufweisen und vorzugsweise Nickel aufweisen.
Die Maskierschicht kann auch aus photosensitivem Material herausgearbeitet
sein. Für
die Herstellung solcher Maskierschichten eignen sich zum Beispiel
Emulsionen auf der Basis von Polyvenylalkohol, Kapillarfilme oder
Festresiste.
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Vorzugsweise
verläuft
der Vorsprung entlang der Ausnehmungswand, so dass eine gleichmäßige Verringerung
der Durchtrittsfläche
und gleichmäßige Belastung
des Vorsprungs beim Hindurchdrücken des
Druckmediums erzielt werden kann. Der Vorsprung wirkt dann wie eine
Blende.
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Bevorzugt
weist der Vorsprung eine Oberfläche
mit einem Krümmungsradius
auf. Der Krümmungsradius
bewirkt in der Ausnehmung eine Verringerung des Reibwiderstandes
des Druckmediums beim Passieren innerhalb der Ausnehmung, so dass ein
Hindurchdrücken
mit relativ wenig Kraftaufwand möglich
ist.
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Wenn
die Siebdruckschablone eine Höhe von
weniger als 30 Mikrometern besitzt und der Vorsprung eine Höhe von 1
bis 25 Mikrometern besitzt, lassen sich die oben genannte Vorteile
gut verwirklichen. Vorzugsweise ist die Durchtrittsfläche durch den
Vorsprung um mindestens 5% verringert.
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Der
Siebdruckschablonenträger
und die Siebdruckschablone können
aus metallischen Werkstoffen gebildet sein. Die Siebdruckschablone
kann dabei als Maskierschicht ausgebildet sein, welche Nickel aufweist.
Ein solches Material kann durch galvanische Abscheidung einfach
aufgebracht werden.
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Das
Verfahren zur Herstellung der genannten Siebdruckform weist die
Schritte auf:
- – Bereitstellen eines Substrates
- – Herstellen
einer ersten Form auf dem Substrat
- – strukturiertes
Galvanisieren einer ersten Metalllage auf dem Substrat
- – Herstellen
einer zweiten Form auf der ersten Metalllage
- – strukturiertes
Galvanisieren einer zweiten Metalllage auf der ersten Metalllage,
wobei die erste Metalllage den Siebdruckschablonenträger bildet und
die zweite Metalllage die Siebdruckschablone bildet,
- – Ablösen der
ersten Metalllage vom Substrat und
- – Entfernen
der ersten und zweiten Formen, wodurch in der ersten Metalllage
erste Ausnehmungen und in der zweiten Metalllage zweite Ausnehmungen
entstehen,
- – wobei
die erste Metalllage mindestens teilweise über die erste Form galvanisiert
wird und/oder die zweite Metalllage mindestens teilweise über die zweite
Form galvanisiert wird, um mindestens einen Vorsprung zu bilden.
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Durch
die galvanische Abscheidung ist es möglich, das Wachstum des Vorsprunges
und eine Verringerung der Querschnittsfläche in einem Schritt ohne weitere
Strukturierung zu erzielen. Ein Ätzen
ist nicht erforderlich. Die galvanische Abscheidung ermöglicht es
ferner, einen Vorsprung auszubilden, der eine nahezu beliebig kleine
Durchtrittsfläche
für eine Ausnehmung
zur Folge hat. Im Grenzfall kann der Vorsprung eine Ausnehmung sogar
völlig
verschließen.
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Die
Ausbildung der Vorsprünge
wirkt sich positiv auf die mechanische Stabilität der Siebdruckform aus, da
ein „T-Element” gebildet
wird. Galvanisch hergestellte Siebdruckformen gleicher Öffnungsbreiten
und Schichtdicken sind weitaus weniger zugfest als die erfindungsgemäße Schablone
mit einem solchen „T-Element”.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mit Bezug auf die nachfolgenden
Figuren erläutert,
in welchen zeigen:
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1 einen
Querschnitt einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform;
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2 einen
Querschnitt einer zweiten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform
und ein zugehöriges
bedrucktes Substrat;
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3 einen
Querschnitt einer Vorrichtung während
eines Verfahrensschrittes zur Herstellung der Siebdruckform.
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In 1 ist
eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Siebdruckform 1 dargestellt.
Die Siebdruckform weist einen Siebdruckschablonenträger 2 und
eine Siebdruckschablone 3 auf, die mit dem Siebdruckschablonenträger 2 fest
verbunden ist. Der Siebdruckschablonenträger 2 ist mit ersten Ausnehmungen 4 versehen,
die an einem Ende Vorsprünge 6 besitzen.
Die Vorsprünge 6 verlaufen
innerhalb der Ausnehmungen 4 und entlang der Wandung, so
dass eine gleichmäßige Verringerung
der Querschnittsfläche
der ersten Ausnehmungen 4 erzielt wird. Die ersten Ausnehmungen 4 münden in eine
zweite Ausnehmung 5, die unterhalb der ersten Ausnehmungen 4 und
innerhalb der Siebdruckschablone 3 vorgesehen ist. Die
zweite Ausnehmung 5 weist bei dieser Ausführungsform
keinen Vorsprung auf. Die Siebdruckschablone 3 kann Metall
aufweisen oder aus einem photosensitiven Material herausgearbeitet
sein, z. B. aus einer Emulsionsschicht, einem Kapillarfilm oder
einem Festresist.
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Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist
ein Siebdruckschablonenträger 2 mit
einer Siebdruckschablone 3 gezeigt, welche fest miteinander
verbunden sind, wobei der Siebdruckschablonenträger 2 in einer ersten
Ausnehmung 4 einen Vorsprung 6 besitzt. Die Siebdruckschablone 3,
welche bei dieser Ausführungsform
höher als
der Siebdruckschablonenträger 2 ist,
ist an einem Ende mit einem Vorsprung 7 versehen, welcher die
Breite 9 der zweiten Ausnehmung 5 in der Weise verringert,
dass nur noch eine Durchtrittsbreite 8 zur Verfügung steht.
Wird ein Druckmedium 30 auf die Oberseite des Siebdruckschablonenträgers 2 aufgebracht
und mit einer entlang der Oberseite seitwärts bewegten Rakel in die erste
Ausnehmung 4 eingebracht, füllt sich die erste Ausnehmung 4 und
dringt zur zweiten Ausnehmung 5 vor. Der dort verfügbare Hohlraum
wird ebenfalls mit Druckmedium 30 ausgefüllt und
an dem Vorsprung 7 mit der Durchtrittsbreite 8 in
Richtung zur Unterseite der Siebdruckschablone 3 vorbeigedrückt. Bei
der in 2 dargestellten Ausführungsform der Siebdruckform 1 ist
der Vorsprung 7 an einem Ende der zweiten Ausnehmung 5 angebracht
und besitzt eine Höhe 11,
die kleiner als die Höhe 12 der
Siebdruckschablone 3 ist. Ferner besitzt der Vorsprung 7 einen
Krümmungsradius 10,
der ein leichtes Entformen der Siebdruckform vom bedruckten Substrat 20 ermöglicht,
ohne den Druckauftrag 31 zu beschädigen.
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Der
Vorsprung 6 und Vorsprung 7 bewirken ferner, dass
beim Entfernen der Siebdruckform vom Substrat ein Teil des Druckmediums 30 in
der ersten und zweiten Ausnehmung an den Hinterschnitten verbleiben
und nur noch ein deutlich schmalerer Kernbereich als Druckauftrag 31 auf
dem darunter angeordneten Substrat 20 verbleibt. Der Vorsprung 7 wirkt
bei dieser Ausführungsform
wie eine Abstreifkante, so dass ein sehr schmaler Druckauftrag bei trotzdem
beachtlicher Höhe 13 erreicht
werden kann. Das Verhältnis
aus Höhe 13 zu
Durchtrittsbreite 8 des Druckauftrages 31 kann
somit mehr als 1:2, 1:1 bis hin zu 2:1 betragen und liegt damit
deutlich über
dem Verhältnis,
das bei galvanisch hergestellten Siebdruckformen nach dem Stand
der Technik erreichbar ist.
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In 3 ist
ein Querschnitt eines Zwischenproduktes bei der Herstellung einer
Siebdruckform gezeigt. Auf dem Substrat 21 ist eine erste
Lackform 14 gebildet worden, woraufhin in einem anschließenden Verfahrensschritt
eine erste Metalllage 15 strukturiert aufgalvanisiert wurde.
Der Galvanisiervorgang wurde so lange durchgeführt, bis die erste Metalllage 15 eine
Höhe erreicht
hatte, die über
der Höhe
der ersten Lackform 14 war. Dabei wurde der Galvanisierprozess
derart gesteuert, dass die erste Metalllage 15 auf die
erste Lackform 14 seitlich überwachsen konnte, siehe Bezugszeichen 18,
wodurch sich einzelne Bereiche mit einer im Querschnitt T-Struktur ausbildeten.
Anschließend
wurde auf der ersten Metalllage 15 eine zweite Lackform 16 aufgebracht
und eine zweite Metalllage 17 strukturiert aufgalvanisiert. Dieser
Galvanisierprozess wurde in der gleichen Weise wie bei der ersten
Metalllage 15 derart gesteuert, dass ein Überwachsen
der zweiten Metalllage 17 auf die zweite Lackform 16 erfolgte.
Der Zustand nach diesen Verfahrensschritten ist in der 3 dargestellt.
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Wenn
daraufhin die erste Metalllage 15 und die erste Lackform 14 vom
Substrat 21 getrennt werden und die erste Lackform 14 und
zweite Lackform 16 entfernt werden, bilden sich erste Ausnehmungen 4 mit
Vorsprüngen 6 und
zweite Ausnehmungen 5 mit Vorsprüngen 7, wie diese
zum Beispiel in 2 dargestellt sind. Die erste
Metalllage 15 kann dann als Siebdruckschablonenträger 2 und
die zweite Metalllage 17 als Siebdruckschablone 3 wirken.