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Siebdruckverfahren und -vorrichtung
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Siebdruckverfahren und vorrichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren
und eine Vorrichtung für den Feinsiebdruck, beispielsweise bei der Herstellung elektronischer
Bauteile.
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Eine bisherige, in Fig. 1 dargestellte Siebdruckvorrichtung für diesen
Zweck umfaßt eine Grundplatte 1, zwei waagerecht über dieser und mit Abstand parallel
zueinander angeordnete Schiens-EEhrungen 2a und 2b sowie einen von den Führungen
2a und 2b geführten Träger (Tisch) 3, der waagerecht hin- und herbewegbar ist und
einen nicht dargestellten Unterdruck-Saugmechanismus aufweist. An der Oberseite
des Trägers 3 befinden sich drei lotrechte Ausricht-Stifte 5a, 5b und 6, die an
zwei benachbarten Seiten(kanten) eines zu bedruckenden, auf den Träger 3 aufgelegten
Substrats 4 angreifen. Am einen Ende der Grundplatte 1 ist eine Halterung 8 befestigt,
die einen Halter 7 schwenkbar lagert. Der Halter 7 hält einen Siebfixierrahmen 9
in einer Position über den Enden der Führungen 2a und 2b. An der Oberseite dieses
Rahmens 9 ist mittels Befestigungs-Schrauben 11 an den vier Ecken des Rahmens 9
ein Sieb 10 festgelegt.
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Das Siebdruckverfahren mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung
wird wie folgt durchgeführt: Ein ertes zu bedruckendes Substrat 4 wird auf dem Träger
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so angeordnet, daß zwei aneinandergrenzende Seiten an den Ausricht-Stiften
5a, 5b und 6 anliegen, und dann mittels Unterdrucks an den Träger angesaugt. Hierauf
wird der Träger 3 auf den Führungen 2a und 2b in eine vorgegebene Stellung unter
dem Sieb 10 bewegt. Die vier Schrauben 11 werden gelöst, und das Sieb 10 wird so
ausgerichtet, daß sein Muster 12 mit dem zu bedruckenden Substrat 4 über einstimmt.
In der richtigen Stellung wird das Muster 12 durch Anziehen der Schrauben 11 festgelegt.
Wahlweise kann die Vorrichtung mit einem nicht dargestellten Mechanismus zur Ermöglichung
einer Feineinstellung des Siebfixierrahmens 9 in X-, Y- und Richtung versehen sein.
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Hierdurch wird die Ausrichtgenauigkeit im Vergleich zum beschriebenen
Vorgang, bei dem das Sieb 10 zur Justierung oder Ausfluchtung verschoben wird, verbessert.
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Sobald eine Lage des Siebs 10 entsprechend der durch die Stifte 5a,
5b, 6 bestimmten Lage oder Ausrichtung des Substrats eingestellt ist, können ein
zweites und folgende zu bedruckende Substrate für den Druckvorgang in die vorbestimmte
Stellung unter dem Sieb 10 gebracht werden, wobei sie lediglich mit Hilfe der Ausricht-Stifte
5a, 5b und 6 ausgerichtet zu werden brauchen. Bei einem mehrlagigen Bedrucken ist
dieses Verfahren jedoch mit einer Herabsetzung der Genauigkeit der Ausrichtung oder
Registerhaltigkeit zwischen dem Muster des Siebs 10 und einem Druckmuster auf dem
zu bedruckenden Substrat verbunden, wobei ein Musterversatz in der Größenordnung
von etwa 0,1 mm auftreten kann. Dieses bisherige Verfahren eignet sich daher nicht
besonders für das Bedrucken von elektronischen Bauteilen, die einem Mehrlagenbedrucken
mit ausgesprochen großer Genauigkeit unterworfen werden müssen. Zur Vermeidung dieses
Nachteils wird die Genauigkeit dadurch verbessert, daß das Drucken nach der Ausrichtung
des zu bedruckenden Substrats und des Siebs 10
mittels eines schwach
vergrößernden Mikroskops nach jeder Einführung des Substrats in die vorgesehene
Position unter dem Sieb 10 durchgeführt wird. Die entsprechende Vorrichtung bietet
dabei jedoch eine niedrige Produk tionsleistung, und sie enveist sich als unpraktisch,
weil die Restdruckfarbe vor jedem Druckvorgang vom Sieb 10 entfernt werden muß,
um eine einwandfreie Betrachtung unter dem Mikroskop zuzulassen.
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Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Verfahrens
und einer Vorrichtung für den Siebdruck mit hoher Produktionsleistung, die einen
Mehrlagendruck mit hoher Genauigkeit ermöglichen und damit für das Aufdrucken feiner
Elemente, wie elektronischer Bauteile, geeignet sein sollen.
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Diese Auf gabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen
gekennzeichneten Maßnahmen und Merkmale gelöst.
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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf eine bisherige Siebdruckvorrichtung
und Fig. 2 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer Siebdruckvorrichtung
mit Merkmalen nach der Erfindung.
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Fig. 9 ist eingangs bereits erla'utert worden.
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Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 weist eine rechteckige Grundplatte 29
mit einer waagerechten Oberseite 20a auS, über der in einem Abstand und parallel
dazu zwei FUhrungs-
schienen 21a und 21b verlaufen, die sich mit
einem gegenseitigen Abstand parallel zueinander in Längsrichtung der Grundplatte
20 erstrecken. Die Führungsschienen 21a, 21b sind an beiden Enden durch an der Oberseite
20a der Grundplatte 20 befestigte Halterungen 23a, 23b gehaltert. Die Führungsschienen
21a, 21b tragen einen üblichen XYe-Tragtisch 24, der mit einem nicht dargestellten
Unterdruck-Saugmechanismus versehen ist und auf beiden Seiten Rollenlager oder Kugellagerbüchsen
aufweist. Die die Lagerbüchsen durchsetzenden Führungsschienen 21a, 21b ermög-.
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lichen eine Verschiebung des Tragtisches 24 auf ihnen.
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Die Unterseite des Tragtisches 24 ist mit dem Vorderende eines Kolbens
25a einer Druckluft-Kolben/Zylindereinheit 25 verbunden, die parallel zur Oberseite
20a der Grundplatte 20 angeordnet ist und deren Zylinder an der Grundplatte 20 befestigt
ist. Der Tragtisch 24 ist somit auf den Führungsschienen 21a, 21b beim Ausfahren
des Kolbens 25a über eine praktisch dessen Hub entsprechende Strecke verfahrbar.
In der Nähe der Halterungen 23a ist ein von der Oberseite 20a hochra,gender fester
Träger 27 angeordnet, der die Führungsschienen 21a, 21b uberspannt und in Form einer
Brücke ausgebildet ist, so daß er die Verschiebung des Tragtisches 24 nicht behindert.
Der Träger 27 trägt einen XYe-Tisch 28 derselben Art wie der Tragtisch 24. Der S-Tischteil
bzw. der oberste Abschnitt dieses Tisches 28 ist mit einem optischen Sicht- bzw.
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Visiersystem 29 ausgerüstet, etwa mit einem Ausrichtmikroskop mit
100 facher Vergrößerung, das mit zwei Objektiven der Oberseite des Tragtisches 24
zugewandt ist. Das Mikroskop 29, das zwei parallel nebeneinander angeordnete Objektive
aufweist', ist auf zwei Registermarken auf einem Druckschema gleichzeitig einstellbar.
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Das optische Visiersystem 29 ist jedoch nicht auf ein solches Mikroskop
beschränkt, sondern kann von beliebiger geeigneter Art sein, sofern mit ihm zwei
getrennt an-
geordnete Markierungen anpeilbar sind.
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In der Nähe der anderen Halterungen 23b steht von der Oberseite 20a
der Grundplatte 20 ein Ständer 31 lotrecht ab. Auf dem Ständer 31 ist eine Tragplatte
30 so angeordnet, daß sie in Richtung des Pfeils (Fig. 2), d.h.
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um eine senkrecht zur Richtung der Führungsschienen 21a, 21b verlaufende
waagerechte Achse herum schwenkbar ist.
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Am freien Ende der Tragplatte 30 ist ein Siebfixier-Rahmen 33 vorgesehen,
der ein Sieb 32 ausbaubar haltert. Der Rahmen 33 liegt bei der dargestellten Ausführungsform
über den anderen Endabschnitten der F0hrungsschienen 21a, 21b und parallel zur Oberseite
20a der Grundplatte 20.
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Der Tragtisch 24 weist auf qegenüberliegenden Seiten Anlageflächen
auf, während auf der Oberseite 20a der Grundplatte 20 in der Nähe der betreffenden
Halterungen 23a und 23b Anschläge 34a und 34b befestigt sind. Wenn sich die betreffende
Anlagefläche gegen den zugeordneten Anschlag anlegt, wird der Tragtisch 24 genau
in einer vorbestimmten Stellung angehalten, nämlich in einer ersten Stellung unmittelbar
unter dem optischen Visiersystem 29 bzw. in einer zweiten Stellung unmittelbar unter
dem Siebfixier-Rahmen 33. Weiterhin sind ein Ausgangs- oder Bezugssubstrat 36 für
Ausrichtung oder Einstellung und ein Gummiquetscher 37 für den Auftrag von Druckfarbe
auf das Sieb 32 vorgesehen.
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Im folgenden ist anhand von Fig. 2 der Siebdruck von elektronischen
Bauteilen mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung erläutert.
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Zunächst wird das Sieb 32 in der vorgesehenen waagerechten Lage in
den Rahmen 33 eingesetzt. Sodann wird das Be-
zugssubstrat als
Blindmuster (durmny) durch Unterdruck in einer passenden Stellung auf der @-Tischfläche
des Tragtisches 24, der in seiner ersten Stellung gehalten wird, fixiert. Anschließend
wird der XYB-Tragtisch 24 längs der Fthrungsssnnenen 21a, 21b durch die Kolben/Zylindereinheit
25 in die zweite Stellung verschoben, wobei das auf der Oberseite des Tragtisches
24 befindliche Bezugssubstrat 36 in eine Lage unter dem Sieb 32 gebracht wird. In
dieser Stellung wird mittels des Gummiquetschers 37 die Oberseite des Substrats
36 mit einem vorgegebenen, auf dem Sieb 32 vorgesehenen Muster bedruckt.
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Danach wird die Kolben/Zylindereinheit 25 erneut betätigt, um den
Tragtisch 24 mit dem darauf'befindlichen Bezugssubstrat 36 in die erste Stellung
zurückzuführen.
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In dieser Stellung wird der XYe-Tisch 28 ausgerichtet, um eine durch
das Okular des optischen Visiersystems 29 sichtbare Kreuzmarkierung (Fadenkreuz)
auf die beiden Registermarken in dem auf die Oberseite des Bezugssubstrats 36 aufgedruckten
Muster auszurichten. Wenn eine solche Ausrichtung erreicht ist, wird der Tisch 28
festgelegt.
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Nach den beschriebenen Vorbereitungsarbeiten wird der normale Musterdruck
durchgeführt. Zu diesem Zweck wird das Bezugssubstrat36 auf dem in der ersten Stellung
befindlichen Tragtisch 24 durch ein normales, zu bedruckendes Substrat ersetzt,
das mittels Unterdrucks an der Oberseite des Tragtisches 24 fixiert wird. Unter
Beobachtung durch das optische Visiersystem 29 werden die X-, Y- und e-Richtungen
des Tragtisches 24 zur Ausrichtung des normalen, zu bedruckenden Substrats eingestellt.
Diese Einstellung kann durch Verschiebung der X-, Y- und e-Abschnitte oder -Teile
des Tragtisches 24 in der Weise erfolgen, daß die beiden Kreuzmarkierungen bzw.
Fadenkreuze des optischen Systems 29 mit zwei
vorher auf das normale
Substrat aufgebrachten Registermarken in Wluht gwbtacht werden. Diener Vortny antspricht
der Korrektur einer Abweichung der Lage des normalen, zu druckenden Substrats, das
an den Tragtisch 24 angesaugt ist, von den Registermarken auf dem Sieb 32.
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Nach diesem Einstellvorgang werden die X-, Y- und e-Abschnitte des
Tragtisches 24 fixiert, worauf letzterer durch die Kolben/Zylindereinheit 25 in
seine zweite Stellung verfahren wird. Sodann wird mittels des Gummiquetschers 37
das Muster des Siebs 32 auf die Oberseite des elektronischen Bauteils bzw. des normalen
Substrats aufgedruckt.
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Wenn der normale Druckvorgang fortlaufend an jeweils neuen normalen
Substraten durchgeführt wird, kann eine Vielzahl von Substraten nach einem einzigen
Vorbereitungsdruckvorgang dem Siebdruck unterworfen werden. Beim Mehrlagendrucken
ist es zudem nur notwendig, das Sieb 32 durch ein anderes Sieb für einen anderen
Druckvorgang zu ersetzen.
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Wenn der normale Siebdruck nach dem beschriebenen Vorbereitungs-Siebdruck
auf die geschilderte Weise durchgeführt wird, kann ein Verrutschen des normalen,
zu bedruckenden Substrats mittels des optischen Visiersystems wirksam korrigiert
werden. Auf diese Weise läßt sich ein Mehrlagen-Siebdruckverfahren mit hohem Wiederholbarkeits-bzw.
Reproduzierbarkeitsgrad und mit einem Fehler (Versatz) von weniger als #15µm durchführen.
Dies wird dadurch ermöglicht, daß ein Verrutschen (slipping off) des Siebs und des
normalen, zu bedruckenden Substrats bei jedem Substratwechsel korrigiert werden
kann Dieses Druckverfahren gewährleistet eine verbesserte Pro-
duktionsleistung
bzw. eine erhöhte Fertigungsstückzahl, weil eine große Anzahl normaler Substrate
nach einmaliger Durchführung des Vorbereitungs-Siebdruckvorgangs bedruckt werden
kann.
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Obgleich bei der beschriebenen Ausführungsform eine Unterdruck-Saugeinrichtung
zur Fixierung des Substrats am Tragtisch benutzt wird, kann für diesen Zweck eine
beliebige andere Einrichtung verwendet werden, sofern mit ihrer Hilfe das Substrat
abnehmbar am Tragtisch festlegbar ist. Beispielsweise können hierfür mechanische
oder magnetische Fixiereinrichtungen eingesetzt werden.
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Das optische Visiersystem ist nicht auf das Justier- oder Ausrichtmikroskop
beschränkt, vielmehr kann auch ein Mikroskop anderer Art oder eine andere optische
Betrachtungseinrichtung ohne Vergrößerung verwendet werden, sofern damit eine Ausrichtung
bzw. Justierung anhand eines auf das Bezugs substrat aufgedruckten Musters unter
Sichtbeobachtung möglich ist. Anstatt einer Einrichtung zur Sichtbetrachtung kann
z.B. auch eine optische Wandlereinrichtung für elektrische Verarbeitung eingesetzt
werden.
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Die Antriebseinrichtung zum Verschieben des Tragtisches ist ebenfalls
nicht auf die Kombination aus der Druckluft-Kolben/Zylindereinheit und den Anschlägen
beschränkt, vielmehr kann stattdessen eine beliebige andere Einrichtung verwendet
werden, welche den Tragtisch zu verschieben und ihn in vorbestimmten (ersten und
zweiten) Stellungen anzuhalten vermag. Beispielsweise kann diese Kolben/Zylindereinheit
durch eine Kombination aus einem Impuls- bzw. Schrittmotor und einer Antriebskraftübertragungseinheit
ersetzt werden, die eine Drehbewegung des Schrittmotors in eine geradlinige Bewegung
um-
wandelt und diese auf den Tragtisch überträgt. In diesem Fall
kann anstelle des Anschlags vorteilhaft ein Grenz-oder Endschalter zur Steuerung
der Betätigung des Motors verwendet werden.
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