EP3068626A1 - Druckkopf, druckvorrichtung und verfahren zum aufbringen eines druckmediums auf ein substrat, insbesondere eine photovoltaische solarzelle - Google Patents

Druckkopf, druckvorrichtung und verfahren zum aufbringen eines druckmediums auf ein substrat, insbesondere eine photovoltaische solarzelle

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EP3068626A1
EP3068626A1 EP14795843.3A EP14795843A EP3068626A1 EP 3068626 A1 EP3068626 A1 EP 3068626A1 EP 14795843 A EP14795843 A EP 14795843A EP 3068626 A1 EP3068626 A1 EP 3068626A1
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EP
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medium
printhead
flushing
valve element
outlet openings
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Harald Gentischer
Martin KUCHLER
Markus KLAWITTER
Florian Clement
Daniel Biro
Jan Specht
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Definitions

  • Printhead printing device and method for applying a printing medium to a substrate, in particular a photovoltaic solar cell
  • the invention relates to a print head, a printing device and a method for applying a printing medium to a substrate, in particular a semiconductor structure such as a photovoltaic solar cell, according to the preambles of claims 1, 9 and 11.
  • Such a printing medium may be a printing paste, which in particular contains a dopant for doping one or more regions of the semiconductor structure, which serves for forming a mask for subsequent process steps and / or which contains metal particles for forming a metallic contact structure.
  • the substrate may be a semiconductor structure in the manufacturing process, for example for producing a photovoltaic solar cell or an LED structure such as an OLED structure or an inorganic LED structure.
  • a print head according to claim 1 a printing device comprising such a print head according to claim 9 and a method according to claim 12, preferably embodiments of the print head are in claims 2 to 8, the printing device in claims 10 to 1 1 and the method in claims 13 to 16.
  • the wording of all claims is explicitly incorporated by reference into the description.
  • the inventive method is preferably designed for implementation by means of the print head according to the invention and / or the printing device according to the invention, in particular a preferred embodiment of the print head and / or the printing device.
  • the printhead according to the invention and the printing device according to the invention are preferably designed to be carried out by means of the method according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof.
  • the printhead according to the invention is designed for applying a printing medium to a substrate, in particular for application to a semiconductor structure such as, for example, a photovoltaic solar cell during its production.
  • the printhead has a printhead housing and a valve element.
  • the printhead housing includes at least one supply port for supplying the print medium and a plurality of discharge ports for discharging the print medium.
  • the valve element is rotatably supported in the printhead housing to control between a first pressure operating condition in which the supply port is fluidly connected to the exhaust ports and a second reverse operation state in which there is no fluid communication between the supply port and the exhaust ports. It is essential that the print head has at least one rinsing medium connection and the valve element is designed and rotatable in the pressure chamber.
  • W is mounted head housing, is fiuid scoredd connected to the Ausiassö réelleen and in the first and second operating state no connection, in particular no fluit considerde connection between Spülmediuman gleich and the outlet openings.
  • the invention is based on the knowledge that, for the precise dispensing of the pressure medium at the plurality of outlet openings, in particular when using highly viscous pressure media having flow limits, the flow path between valve and outlet opening is advantageously made short. Furthermore, experiments have shown that a precise control of the pressure medium flow at several parallel outlet openings through a central valve arranged in a common feed channel is not possible with sufficient precision. By contrast, if a separate separate valve is arranged for each outlet opening, the influence of elasticities in the system is reduced, and the formation of pressure gradients between the outlet opening during startup and shutdown processes is also prevented. Therefore, the print head according to the invention has a rotatably mounted in the print head housing valve element, wherein by rotating the valve element, the pressure medium output at the outlet openings can be allowed or prevented.
  • a further advantage of the device according to the invention is a self-reinforcing effect wherein the overpressure of the pressure medium in conjunction with the characteristic shaping of the closure shaft causes a force directed in the direction of the outlet openings, whereby the tightness of the valve increases with increasing pressure.
  • the printhead according to the invention enables quick cleaning by turning over the valve element in the purge operating state via the Spüimeöiuman gleich flushing medium can be guided to the plurality of outlet openings in a simple manner, so that rinsing takes place, in particular the flow paths immediately in front of the outlet openings.
  • the change between the individual operating states takes place in a simple manner by turning the valve element, so that in rapid succession, a cleaning of the print head z. B. between two Druckmediumaufbringvor réellen can take place,
  • a flushing medium line is formed in the print head, with a flushing medium connection and at least one flushing medium outlet, so that in the flushing operating state the flushing medium outlet of the valve element is arranged in the region of at least one outlet opening and fluidically connected to it.
  • the supply of flushing medium to the outlet opening is ensured in a simple manner.
  • the scavenging medium outlet of the valve element is arranged in the region of the plurality of outlet openings and connected in a fluid-conducting manner to the latter.
  • the flushing medium outlet thus covers a larger area, so that in the flushing operating state, the plurality of outlet openings are fluid-conductively connected to the flushing medium outlet of the flushing medium line.
  • the flushing medium line has a flushing medium outlet for each of the plurality of outlet openings, so that in the flushing operating state each flushing medium outlet is arranged in the region of a respective outlet opening and is connected to the latter in a fluid-conducting manner. As a result, a defined supply of flushing medium is achieved at each outlet opening.
  • the purge line is at least partially formed in the valve element. This ensures reliable separation of the flow paths between the pressure medium on the one hand and the flushing medium on the other hand.
  • the purge line at least partially formed as an axial line, in particular as an axial bore in the valve element.
  • the rinsing agent can be supplied in a simple manner in the valve element via the axial bore.
  • an approximately radially arranged recesses, in particular radial bores are preferably provided, which connect the axial bore in the flushing operating state in each case to an outlet opening in a fluid-conducting manner.
  • the flushing medium line can be formed in a simple manner by an axial and for each outlet opening in each case a radial bore in the valve element.
  • the flushing medium line between an inner wall of the pressure head housing facing the valve and the valve element is formed, preferably by a trench-like recess of the valve element.
  • the flushing medium line is at least partially formed as a partial hollow cylinder between the printhead housing and Ventiiele- ment, in particular by a partially hollow cylindrical recess of the valve element.
  • the flushing medium connection is preferably formed in the print head housing and arranged such that in the flushing operating state, the flushing medium connection is fluid-conductively connected to the flushing agent line.
  • all of the plurality of outlet openings are turned off simultaneously, i. a switching between the operating states B and C for all outlet openings takes place simultaneously.
  • some outlet openings are preferably switched off in time with respect to others; in particular, switching between the operating states B and C takes place for a partial amount of the outlet openings (4) offset in time to the remaining outlet openings.
  • non-rectangular semiconductor structures such as semiconductor structures on so-called pseudo-square wafers to separately connect and disconnect marginal outlet openings so that a pressure medium output of only the marginal outlet openings is avoided these are not yet above the semiconductor substrate.
  • the valve element is therefore preferably designed such that in a fourth partial pressure operating state, the feed opening is fluid-conductively connected only to a subset of the plurality of outlet openings, in particular that peripheral outlet openings are not contained in the subset. Sn this advantageous embodiment can thus also be achieved by turning the valve element in a simple manner, an output of the pressure medium only at the subset of the plurality of outlet openings. It is within the scope of the invention to provide additional partial pressure operating states in further advantageous embodiments in which different subsets of the plurality of outlet openings are fluid-conductively connected to the feed opening, whereas the outlet openings not belonging to the respective subset are not fluid-conductively connected to the feed opening are. This can be achieved by a plurality of partial pressure
  • an adaptation to the desired shape of the substrate, in particular the semiconductor structure can be achieved, in particular, for example, an order of printing medium lines on round or polygonal substrates possible,
  • a common fluidization is formed between the feed opening and a plurality of outlet openings.
  • a fluid line with a constant cross-section and preferably the same channel geometry between the feed opening and the outlet opening is preferably formed for each outlet opening.
  • a pressure medium channel is formed for each outlet opening, which is connected fluidieitend with the supply port in the pressure-operating state and each pressure medium channel preferably has at least between the valve element and outlet a constant cross-section.
  • each pressure medium channel is at least partially formed as a recess of the valve element, preferably for each pressure medium channel formed by the valve member portion of the pressure medium channel and the portion of the pressure medium channel between the valve element and outlet a constant cross-section.
  • the object underlying the invention is further achieved by a printing device according to claim 10.
  • the printing device according to the invention for applying a printing medium to a substrate in particular to a semiconductor structure, such as a photovoltaic solar cell, has a pressure medium reservoir and a Druckmediumpumpsch and a printhead according to the invention, in particular a preferred embodiment thereof on.
  • the pressure medium pumping means is fluidly connected to the pressure medium reservoir and the supply port of the printhead to supply pressure medium to the printhead.
  • the printing device comprises an actuating center! for the valve element. This actuating means is preferably designed for rotating the valve element relative to the printhead housing.
  • the actuating means is preferably designed to rotate the valve element at a peripheral speed in the range of 10 mm / s to 10 m / s and / or switching times between the operating conditions in the range 150 ps -. 1 50 ms to allow. It is within the scope of the invention to provide per se übiiche control means, in particular a control unit such as a microprocessor and / or a computer to control the printing process and in this case in particular by means of control signals to rotate the valve member by means of the actuating means to the respective to set the desired operating state.
  • a control unit such as a microprocessor and / or a computer
  • the object underlying the invention is further achieved by a method for applying a printing medium to a substrate according to claim 13.
  • the method according to the invention for applying a printing medium to a substrate, in particular to a semiconductor structure such as a solar photovoltaic line, is effected by means of a printhead according to the invention, in particular an advantageous embodiment thereof.
  • the method comprises the following method steps:
  • step A the printhead is set up in the printing operating state.
  • a method step B the printing medium is fed to the print head and the print medium is discharged from the outlet openings onto the substrate.
  • the printhead is set in the blocking operating state and the supply of printing medium to the printhead is ended. It is essential that, in a method step D, the printhead is set into the rinsing operating state and a supply or removal of rinsing medium to the rinsing medium connection occurs, so that the rinsing medium flows through the printhead and exits at the outlet openings, and thus a rinsing process takes place.
  • the flushing medium is preferably supplied via the flushing medium connection, so that the flushing medium connection acts as flushing medium inlet for the print head and the flushing medium is discharged at the outlet openings. It is likewise within the scope of the invention to remove the flushing medium via the flushing medium connection, in particular to suck it off, so that the flushing medium is supplied via the outlet openings and removed via the flushing medium connection (as sink indium outlet).
  • compressed air is used as flushing medium.
  • the compressed air can be supplied via the flushing medium connection, so that it is likewise within the scope of the invention to use a solvent, in particular acetone, isopropyl alcohol and / or terpineol, as the flushing medium.
  • the printhead according to the invention, the printing device according to the invention and the method according to the invention can be used for coating any desired substrates, for example silicon wafers, in particular in the production of various types of semiconductor structures.
  • a use in the production of large-area semiconductor structures, such as LED, OLED or photovoltaic solar cells is advantageous because here often line-like structures should be generated by applying pressure medium, in particular a printing paste.
  • metallic contact structures are used in particular in photovoltaic solar cells.
  • a metal contacting grid for discharging the charge carriers is arranged on the side facing the incident radiation when the solar line is used.
  • the grid typically has a plurality of line-like, parallel contacting fingers.
  • the print head according to the invention, the printing device according to the invention and the method according to the invention are particularly suitable.
  • the print head is preferably designed such that no further line for the print medium is arranged between the outlet openings and the semiconductor substrate, i. H. that the pressure medium is applied directly to the semiconductor substrate after exiting the outlet openings.
  • the print head is designed such that the flow path between the valve element and Ausiassö réelle in each of the plurality of outlet openings each smaller than 5 cm, preferably less than 1 cm, particularly preferably less than 0.3 cm.
  • the printing process can be carried out in a manner known per se, in particular as described in EP 2 196 316 B1.
  • the printhead is moved relative to the semiconductor substrate and, more particularly, moved perpendicularly to a longitudinal extent of the printhead during the printing operation to achieve application of a plurality of parallel, fin-like print media strands on the semiconductor substrate.
  • the execution openings are preferably arranged along a straight line.
  • Figures 1 a to 1 c a first embodiment of a print head according to the invention
  • Figure 3 is a perspective view of an application example of a third embodiment of a printhead according to the invention.
  • FIGS. 1-10 A first embodiment of a printhead according to the invention is shown schematically in FIGS.
  • Figures 1 a and 1 b and 2a and 2b show radial sectional views; Figure c and 2c each show an axial sectional view.
  • the printhead according to the first embodiment has a printhead housing 1 which has a cylindrical recess.
  • a valve element 2 is rotatably mounted in the cylindrical recess.
  • the rotation can take place in FIGS. 1 a and 1 b in clockwise or counterclockwise direction about a pivot point D shown in FIG. 1 a. Accordingly, the axis of rotation D of the valve element 2 is shown in Figure 1 c.
  • the printhead housing 1 has a feed opening 3 for supplying pressure medium. Furthermore, the printhead housing 1 has a plurality of outlet openings 4 for discharging the pressure medium. By way of example, in FIG. 1c, the peripheral outlet openings 4a and 4b and two central outlet openings 4 are identified.
  • valve element 2 is rotatably mounted in the housing 1 Druckkopfge.
  • Figure 1 a shows here the rotational position of a printing operating state: In this rotational position, a pressure medium as example, a printing paste via the supply port 3 are fed (flow path indicated by arrows), the pressure medium passes through a conduit path which is formed between the valve element 2 and an inner wall of the printhead housing 1 and finally exits at the outlet openings 4.
  • the feed opening 3 in the axial direction covers the entire pressure-active width of the print head.
  • the valve element 2 in contrast, has for each outlet opening 4 in each case a part-ring-like recess (in the form of a hollow part cylinder with a rectangular cross-section), see for example the reference numerals 2a and 2b for the marginal teüringartigen recesses of the valve element 2 in Figure 1 c).
  • the pressure medium is thus supplied by means of a feed opening 3 and fed through the part-ring-like recesses 2 a, 2 b in each case an outlet opening 4.
  • valve element 2 In a second blocking operating state, the valve element 2 is rotated relative to the printhead housing 1, so that the region of the valve element 2 labeled S in FIG. 1 a covers the outlet openings 4 and thus the pressure medium output is interrupted.
  • FIG. 1 b shows a third rinse operating state
  • the valve element 2 has a flushing medium connection 5, which in the exemplary embodiment according to FIG. 1 is designed as an axial bore of the valve element 2. Furthermore, the valve element 2 has in each case a radial flushing medium line 6 designed as a radial bore for each outlet opening 4.
  • valve element 2 is rotated in the flushing operating state such that the radial flushing medium line 6 is in each case fluid-conductively connected to the associated outlet opening 4.
  • rinsing agent can thus be supplied via the flushing medium connection 5, which passes through the axial rinsing agent line and reaches the outlet openings 4 via the respective radial rinsing agent lines 4, so that rinsing of the printing head takes place.
  • the printhead according to FIG. 1 thus enables an output of printing medium as well as a precise shutdown and a flushing only depending on the rotational pitch of the valve element 2 relative to the printhead housing 1.
  • the distance A between the valve element 2 and the outlet openings 4 is low. In the embodiment shown in Figure 1, the distance A is 0.5 mm.
  • the dashed line 7 according to FIG. 1 a describes a preferably modification of the first exemplary embodiment with edge shutoff.
  • the part-ring-like recesses 2 a, 2 b of the valve element 2 are designed differently from the remaining part-ring-like recesses.
  • the marginal part-ring-like recesses overlap a smaller angular range compared to FIGS remaining part-ring-like recesses.
  • the part-ring-like recess not shown in dashed lines overlaps an angular range over 200 °, whereas the partial ring-like recess 2b, which ends at the dashed line 7, covers an angle range smaller than 200 °.
  • a partial pressure operating state is thus represented: the marginal outlet openings 4a and 4b are closed by the valve element (there is no fluid-conducting connection between the feed opening 3 and the outlet openings 4a and 4b, as in FIG 1 a, the flow path of the printing paste ends at the dashed line 7,
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a printhead according to the invention. To avoid repetition, only the essential differences from the first exemplary embodiment will be discussed below:
  • the flushing medium line is partially formed between the valve element 2 and the inner wall of the printhead housing 1. Accordingly, the flushing medium connection 5 is formed in the print head housing, so that in the flushing operating position according to FIG. 2 b there is a fluid-conducting connection between flushing medium connection 5 and outlet opening 4. The flow path between the feed opening 3 and outlet opening 4 is blocked accordingly in this operating state.
  • printing paste containing metal particles on a pseudo-squared wafer W is applied in a plurality of parallel lines in order to form metallic contacting fingers.
  • the wafer W is moved through under the print head housing 1 in the dispensing direction indicated by an arrow.
  • the print head can be designed according to FIG. 1 or FIG.
  • the print head is part of a printing device according to the invention, which further comprises a pressure medium reservoir 7 with integrated pressure medium pumping means, so that pressure medium of the feed opening 3 of the print head housing 1 can be fed via a line.
  • a pressure medium reservoir 7 with integrated pressure medium pumping means so that pressure medium of the feed opening 3 of the print head housing 1 can be fed via a line.
  • the printing operating state is set in which over all Auslassöffn openings 4 pressure medium is output.
  • the partial pressure operating state is again set by turning the valve element 2, so that pressure medium is emitted solely via the non-edge outlet openings.
  • the blocking operating state is again set by turning the valve element 2 so that no pressure medium escapes from the outlet openings.
  • the actuating means can also be designed as a magnetic switch or pneumatic cylinder.
  • the actuating means is formed around
  • Rinse medium line is passed to all Ausiassö Maschinenen 4, so that a cleaning of the print head and in particular all Ausiassö Maschinenen 4 follows.

Landscapes

  • Coating Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckkopf zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere eine Halbleiterstruktur wie ein photovoltaische Solarzelle, mit einem Druckkopfgehäuse und einem Ventilelement, wobei das Druckkopfgehäuse mindestens eine Zuführöffnung zum Zuführen von Druckmedium und eine Mehrzahl von Auslassöffnungen zum Ausgeben des Druckmediums aufweist, wobei das Ventilelement drehbar in dem Druckkopfgehäuse gelagert ist, um zwischen einem ersten Druck-Betriebszustand, in welchem die Zuführöffnung fluidleitend mit den Auslassöffnungen verbunden ist und einem zweiten Sperr-Betriebszustand, in welchem keine fluidleitende Verbindung zwischen Zuführöffnung und den Auslassöffnungen besteht, zu steuern. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkopf mindestens einen Spülmediumanschluss aufweist und das Ventilelement derart ausgebildet und drehbar in dem Druckkopfgehäuse gelagert ist, dass in einem dritten Spül-Betriebszustand der Spülmediumanschluss fluidleitend mit den Auslassöffnungen verbunden ist und in dem ersten und zweiten Betriebszustand keine fluidleitende Verbindung zwischen Spülmediumanschluss und den Auslassöffnungen besteht.

Description

Druckkopf, Druckvorrichtung und Verfahren zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere eine photovoltaische Solarzelle
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Druckkopf, eine Druckvorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere eine Halb- leiterstruktur wie beispielsweise eine photovoltaische Solarzelle, gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 , 9 und 1 1.
Bei industriellen Druckvorgängen, insbesondere bei der Herstellung von Halbleiterstrukturen ist es häufig wünschenswert, ein Druckmedium auf das Substrat aufzubringen. Solch ein Druckmedium kann eine Druckpaste sein, welche insbesondere einen Dotierstoff zur Dotierung eines oder mehrerer Bereiche der Halbleiterstruktur enthält, welche zur Ausbildung einer Maskierung für nachfolgende Prozessschritte dient und/oder welche Metallpartikel zum Ausbilden einer metallischen Kontaktstruktur enthält.
Das Substrat kann eine Halbleiterstruktur im Herstellungsprozess sein, beispielsweise zur Herstellung einer photvoltaischen Solarzelle oder einer LED- Struktur wie beispielsweise einer OLED-Struktur oder einer anorganischen LED- Struktur.
Es ist bekannt, Druckpaste mittels Siebdruckverfahren auf eine Halbleiterstruktur aufzubringen. Ebenso ist aus US 5,151 ,377 die Verwendung eines Dispensers zum Auftragen einer Paste bekannt, welche Metallpartikel enthält. Aus EP 2 196 316 ist eine Druckvorrichtung mit einem Druckkopf bekannt, welcher Druckkopf eine Vielzahl von Auslassöffnungen aufweist, die mittels eines in dem Druckkopf angeordneten Ventiielementes verschlossen werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den vorbekannten Druckkopf, die den Druckkopf umfassende Druckvorrichtung sowie das Verfah- ren zum Aufbringen der Druckpaste dahingehend zu verbessern, dass eine erhöhte Präzision und Ausfallsicherheit erzielt wird.
Gelöst ist diese Aufgabe durch einen Druckkopf gemäß Anspruch 1 , eine Druck- Vorrichtung umfassend solch einen Druckkopf gemäß Anspruch 9 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 12, Vorzugsweise Ausführungsformen des Druckkopfes finden sich in den Ansprüchen 2 bis 8, der Druckvorrichtung in den Ansprüchen 10 bis 1 1 und des Verfahrens in den Ansprüchen 13 bis 16. Hiermit wird der Wortlaut sämtiicher Ansprüche explizit per Referenz in die Beschreibung einbe- zogen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Druckkopfs und/oder der erfindungsgemäßen Druckvorrichtung , insbesondere einer vorzugsweisen Ausführungsform des Druckkopfes und/oder der Druckvorrichtung ausgebildet. Der erfindungsgemäße Druckkopf und die erfindungsgemäße Druckvorrichtung sind vorzugsweise zur Durchführung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, insbesondere einer vorzugsweisen Ausführungsform hiervon. Der erfindungsgemäße Druckkopf ist zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat ausgebildet, insbesondere zum Aufbringen auf eine Halbleiterstruktur wie beispielsweise eine photovoltaische Solarzelle bei deren Herstellung.
Der Druckkopf weist ein Druckkopfgehäuse und ein Ventilelement auf. Das Druckkopfgehäuse umfasst mindestens eine Zuführöffnung zum Zuführen des Druckmediums und eine Mehrzahl von Auslassöffnungen zum Ausgeben des Druckmediums.
Das Ventilelement ist drehbar in dem Druckkopfgehäuse gelagert, um zwischen einem ersten Druck-Betriebszustand, in welchem die Zuführöffnung fiuidleitend mit den Auslassöffnungen verbunden ist und einem zweiten Sperr- Betriebszustand, in welchem keine fluidleitende Verbindung zwischen Zuführöffnung und den Auslassöffnungen besteht, zu steuern. Wesentlich ist, dass der Druckkopf mindestens einen Spülmedlumanschluss aufweist und das Ventilelement derart ausgebildet und drehbar in dem Druck- W kopfgehäuse gelagert ist, fiuidleitend mit den Ausiassöffnungen verbunden ist und in dem ersten und zweiten Betriebszustand keine Verbindung, insbesondere keine fluitleitende Verbindung zwischen Spülmediumanschluss und den Auslassöffnungen besteht.
Die Erfindung ist in der Erkenntnis begründet, dass zum präzisen Ausgeben des Druckmediums an der Mehrzahl von Auslassöffnungen insbesondere bei Verwendung hochviskoser mit Fließgrenzen behafteter Druckmedien der Flussweg zwischen Ventil und Auslassöffnung vorteilhafterweise kurz ausgebildet wird. Weiterhin ergaben Versuche, dass eine präzise Kontrolle des Druckmediumstroms an mehreren parallelen Auslassöffnungen durch ein zentrales in einem gemeinsamen Zuführungskanal angeordnetes Ventil nicht mit ausreichender Präzision möglich ist. Wird hingegen für jede Auslassöffnung ein eigenes separates Ventil angeordnet, so verringert sich der Einfluss von Elastizitäten im Sys- tem und zudem wird die Ausbildung von Druckgradienten zwischen Auslassöffnung bei An- und Abschaltvorgängen verhindert. Daher weist der erfindungsgemäße Druckkopf ein drehbar im Druckkopfgehäuse gelagertes Ventilelement auf, wobei durch Drehen des Ventilelements die Druckmediumausgabe an den Auslassöffnungen zugelassen oder unterbunden werden kann.
Ein weiterer Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein selbstverstärkender Effekt wobei der Überdruck des Druckmediums in Verbindung mit der charakteristischen Formgebung der Verschlusswelle eine in Richtung der Auslassöffnungen gerichtete Kraft bewirkt, wodurch die Dichtheit des Ventils bei steigendem Druck zunimmt.
Die Untersuchungen ergaben jedoch weiterhin, dass ein hoher Durchsatz und eine hohe Präzision durch Verunreinigungen in den Flusswegen insbesondere zwischen Ventilelement und Auslassöffnungen behindert werden. Um einen ho- hen Durchsatz zu ermöglichen und eine Verringerung der Präzision der Druckmediumausgabe zu verhindern ist daher eine Reinigung des Druckkopfes, insbesondere der Flusswege zwischen Ventilelement und Auslassöffnungen notwendig. Der erfindungsgemäße Druckkopf ermöglicht eine schnelle Reinigung, indem durch Drehen des Ventilelementes in den Spül-Betriebszustand über den Spüimeöiumanschluss in einfacher Weise Spülmedium zu der Mehrzahl von Auslassöffnungen geführt werden kann, so dass ein Spülen erfolgt, insbesondere der Flusswege unmittelbar vor den Auslassöffnungen. Die Umstellung zwischen den einzelnen Betriebszuständen erfolgt in einfacher Weise durch Drehen des Ventilelements, so dass in schneller Abfolge ein Reinigen des Druckkopfes z. B. zwischen zwei Druckmediumaufbringvorgängen erfolgen kann,
Hierdurch wird insbesondere ein industrieller Einsatz mit hoher Durchsatzrate und einem geringen Ausfallrisiko erzielt.
Vorzugsweise ist in dem Druckkopf eine Spülmediumleitung ausgebildet, mit einem Spülmediumanschluss und mindestens einem Spülmediumausgang, so dass in dem Spül-Betriebszustand der Spülmediumausgang des Ventilelements im Bereich zumindest einer Auslassöffnung angeordnet und fluidleitend mit die- ser verbunden ist. Hierdurch wird in einfacher Weise die Zuführung von Spülmedium zu der Auslassöffnung gewährleistet.
Insbesondere ist es vorteilhaft, dass in dem Spül-Betriebszustand der Spülmediumausgang des Ventilelements im Bereich der Mehrzahl von Auslassöffnun- gen angeordnet und fluidleitend mit diesen verbunden ist. In dieser vorzugsweisen Ausführungsform überdeckt der Spülmediumausgang somit einen größeren Bereich, so dass im Spül-Betriebszustand die Mehrzahl von Auslassöffnungen fluidleitend mit dem Spülmediumausgang der Spülmediumleitung verbunden sind.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform weist die Spülmediumleitung für jede der Mehrzahl der Auslassöffnungen jeweils einen Spülmediumausgang auf, so dass in dem Spül-Betriebszustand jeder Spülmediumausgang im Bereich jeweils einer Ausiassöffnung angeordnet und fluidleitend mit dieser verbunden ist. Hierdurch wird eine definierte Zuleitung von Spülmedium zu jeder Auslassöffnung erzielt.
Vorzugsweise ist die Spülleitung zumindest teilweise in dem Ventilelement ausgebildet. Hierdurch wird eine sichere Trennung der Fließwege zwischen Druck- medium einerseits und Spülmedium andererseits gewährleistet. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich hierbei, indem die Spülleitung zumindest teilweise als axiale Leitung, insbesondere als axiale Bohrung in dem Ventilelement ausgebildet ist. Bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform kann das Spülmittel in einfacher Weise in das Ventilelement über die axiale Bohrung zugeführt werden. Weiterhin sind bevorzugt ausgehend von der axialen Bohrung eine in etwa radial angeordnete Ausnehmungen, insbesondere radiale Bohrungen vorgesehen, welche die axiale Bohrung im Spül-Betriebszustand jeweils mit einer Auslassöffnung fluidleitend verbinden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch eine axiale und für jede Auslassöffnung jeweils eine radiale Bohrung in dem Ventilelement in einfacher Weise die Spülmediumleitung ausgebildet werden kann. in einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist die Spülmediumleitung zwischen einer dem Ventil zugewandten Innenwand des Druckkopfgehäuses und dem Ventilelement ausgebildet, bevorzugt durch eine grabenartige Aus- nehmung des Ventilelements. Vorzugsweise ist die Spülmediumleitung zumindest teilweise als Teilhohlzylinder zwischen Druckkopfgehäuse und Ventiiele- ment ausgebildet, insbesondere durch eine teilhohizylinderförmige Ausnehmung des Ventilelements. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass keine axiale Bohrung in dem Ventilelements erfolgen muss, was insbesondere bei langen Ventilelemen- ten den Fertigungsprozess vereinfachen kann.
Bevorzugt ist hierbei der Spülmediumanschluss in dem Druckkopfgehäuse ausgebildet und derart angeordnet, dass in dem Spül-Betriebszustand der Spülmediumanschluss mit der Spülmittelleitung fluidleitend verbunden ist.
Vorzugsweise werden alle der Mehrzahl von Auslassöffnungen, insbesondere alle Auslassöffnungen gleichzeitig abgeschaltet, d.h. ein Umschalten zwischen den Betriebszuständen B und C für alle Auslassöffnungen erfolgt gleichzeitig. Bei einigen Anwendungen ist es wünschenswert, dass eine oder mehrere der Ausiassöffnungen wahlweise separat von den übrigen Auslassöffnungen abgeschaltet werden können.
Bei dieser vorzugsweisen Ausführungsform werden somit bevorzugt manche Auslassöffnungen zeitlich versetzt zu anderen abgeschaltet, insbesondere erfolgt ein Umschalten zwischen den Betriebszuständen B und C für eine Teil- menge der Auslassöffnungen (4) zeitlich versetzt zu den restlichen Auslassöffnungen.
Beispielsweise bei der Verwendung des Druckkopfes zum Aufbringen einer Druckpaste auf einer Halbleiterstruktur ist es bei nicht rechteckigen Halbleiterstrukturen wie beispielsweise Halbleiterstrukturen auf sogenannten pseudo square-Wafern wünschenswert, randständige Auslassöffnungen separat zu- und abzuschalten, so dass eine Druckmediumausgabe nur der randständigen Auslassöffnungen vermieden wird, wenn diese sich noch nicht über dem Halb- leitersubstrat befinden.
Das Ventilelement ist daher vorzugsweise derart ausgebildet, dass in einem vierten Teildruck-Betriebszustand die Zuführöffnung nur mit einer Teilmenge der Mehrzahl von Auslassöffnungen fluidleitend verbunden ist, insbesondere, dass randständige Auslassöffnungen nicht in der Teilmenge enthatten sind. Sn dieser vorteilhaften Ausführungsform kann somit ebenfalls durch Verdrehen des Ventilelementes in einfacher Weise eine Ausgabe des Druckmediums nur an der Teilmenge der Mehrzahl von Auslassöffnungen erzielt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, in weiteren vorteilhaften Ausführungsformen zusätzliche Teildruck-Betriebszustände vorzusehen, bei denen jeweils unterschiedliche Teilmengen der Mehrzahl von Auslassöffnungen fluidleitend mit der Zuführöffnung verbunden sind, wohingegen die nicht zu der jeweiligen Teilmenge gehörenden Auslassöffnungen nicht fluidleitend mit der Zuführöffnung ver- bunden sind. Hierdurch kann durch eine Mehrzahl von Teildruck-
Betriebszuständen eine Anpassung an die gewünschte Form des Substrats, insbesondere der Halbleiterstruktur erzielt werden, insbesondere ist beispielsweise auch ein Auftrag von Druckmediumlinien auf runde oder vieleckige Substrate möglich,
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine gemeinsame Fluidiei- tung zwischen Zuführöffnung und einer Mehrzahl von Auslassöffnungen ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein höherer Druckmediumdurchsatz und damit eine geringere Gefahr von Verunreinigungen oder Verstopfungen in der gemeinsamen Fluidieitung vorliegen. Bei Ausbildung des Ventilelements mit Teildruck-Betriebszuständen wie zuvor beschrieben ist es insbesondere vor- teühaft, solche Auslassöffnungen, welche in allen Druck-Betriebszuständen fluidieitend mit der Zuführöffnung verbunden sind, über eine gemeinsame Fluidlei- tung mit der Zuführöffnung zu verbinden. Vorzugsweise ist daher die gemeinsame Fluidleitung zwischen Zuführöffnung und der Teilmenge der Mehrzahl von Auslassöffnungen ausgebildet, insbesondere ist für die nicht in der Teilmenge enthaltenen Auslassöffnungen bevorzugt eine weitere Fluidleitung, insbesondere bevorzugt jeweils eine weitere Fluidleitung ausgebildet.
Um eine negative Beeinflussung des Druckmediums, insbesondere von hochviskosen Druckpasten zu vermeiden, ist vorzugsweise für jede Auslassöffnung jeweils eine Fluidleitung mit konstantem Querschnitt und vorzugsweise gleicher Kanalgeometrie zwischen Zuführöffnung und Auslassöffnung ausgebildet.
Vorzugsweise ist daher für jede Auslassöffnung ein Druckmediumkanal ausgebildet, welcher mit der Zuführöffnung in dem Druck-Betriebszustand fluidieitend verbunden ist und jeder Druckmediumkanal weist bevorzugt zumindest zwischen Ventilelement und Auslassöffnung einen konstanten Querschnitt auf. insbeson- dere in einer vorzugsweisen Ausführungsform, in welcher jeder Druckmediumkanal zumindest teilweise als Ausnehmung des Ventilelements ausgebildet ist, weisen bevorzugt für jeden Druckmediumkanal das durch das Ventilelement ausgebildete Teilstück des Druckmediumkanals und das Teilstück des Druckmediumkanals zwischen Ventilelement und Auslassöffnung einen konstanten Querschnitt auf.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch eine Druckvorrichtung gemäß Anspruch 10 gelöst. Die erfindungsgemäße Druckvorrichtung zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere auf eine Halbleiterstruktur, wie beispielsweise eine photovoltaische Solarzelle, weist ein Druckmediumreservoir und ein Druckmediumpumpmittel sowie einen erfindungsgemäßen Druckkopf, insbesondere eine vorzugsweise Ausführungsform hiervon, auf. Das Druckmedium- pumpmittel ist fluidieitend mit dem Druckmediumreservoir und der Zuführöffnung des Druckkopfs verbunden, um Druckmedium zu dem Druckkopf zuzuführen. Vorzugsweise umfasst die Druckvorrichtung ein Betätigungsmitte! für das Ventilelement. Dieses Betätigungsmittel ist bevorzugt zum Drehen des Ventilelements relativ zu dem Druckkopfgehäuse ausgebildet. Um eine präzise Änderung der Betriebszustände zu ermöglichen, ist das Betätigungsmittel vorzugsweise ausgebildet, um das Ventiielement mit einer Umfangsgeschwindigkeit im Bereich von 10 mm/s bis 10 m/s zu drehen und/oder um Schaltzeiten zwischen den Be- triebszuständen im Bereich 150 ps - 1 50 ms zu ermöglichen. Es liegt hierbei im Rahmen der Erfindung, an sich übiiche Steuermittel, insbesondere eine Steuereinheit wie beispielsweise einen Mikroprozessor und/oder einen Computer vorzusehen, um den Druckvorgang zu steuern und hierbei insbesondere mittels Steuersignalen ein Drehen des Ventilelements mittels des Betätigungsmittels zu bewirken, um den jeweils gewünschten Betriebszustand einzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist weiterhin durch ein Verfahren zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat gemäß Anspruch 13 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere auf eine Halbleiterstruktur wie eine photovoltaische Solarzeile erfolgt mittels eines erfändungsgemäßen Druckkopfes, insbesondere einer vorteilhaften Ausführungsform hiervon.
Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:
In einem Verfahrensschritt A erfolgt ein Einrichten des Druckkopfes in den Druck-Betriebszustand.
In einem Verfahrensschritt B erfolgt ein Zuführen des Druckmediums zu dem Druckkopf und Ausgeben des Druckmediums aus den Auslassöffnungen auf das Substrat. In einem Verfahrensschritt C erfolgt ein Einrichten des Druckkopfes in den Sperr-Betriebszustand und ein Beenden der Zuführung von Druckmedium zu dem Druckkopf. Wesentlich ist, dass in einem Verfahrensschritt D ein Einrichten des Druckkopfes in den Spül-Betriebszustand und ein Zuführen oder Abführen von Spülmedium zu dem Spülmediumanschluss erfolgt, so dass das Spülmedium den Druckkopf durchfließt und an den Auslassöffnungen austritt und somit ein Spülvorgang erfolgt.
Das Spülmedium wird vorzugsweise über den Spülmediumanschluss zugeführt, so dass der Spülmediumanschluss als Spülmediumeingang für den Druckkopf wirkt und das Spülmedium an den Auslassöffnungen ausgegeben wird. Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, das Spülmedium über den Spülmediuman- schluss abzuführen, insbesondere abzusaugen, so dass das Spülmedium über die Auslassöffnungen zugeführt und über den Spülmediumanschluss (als Spüleindiumausgang) abgeführt wird.
Vorzugsweise wird als Spülmedium Druckluft verwendet. Die Druckluft kann über den Spülmediumanschluss zugeführt, so dass Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, als Spülmedium ein Lösungsmittel, insbesondere Aceton, Isopro- pylalkohol und/oder Terpineol zu verwenden.
Insbesondere bei Verwendung von Druckluft als Spülmedium ist es vorteilhaft, die Druckluft über den Spülmediumanschluss abzusaugen. Denn hierdurch kann in einfacher Weise die Umgebungsluft zum Spülen verwendet werden und die Verunreinigungen werden nicht aus den Auslassöffnungen ausgegeben, sondern über den Spülmediumanschluss abgeführt. Der erfindungsgemäße Druckkopf, die erfindungsgemäße Druckvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind zur Beschichtung beliebiger Substrate, wie beispielsweise Silizium Wafer, insbesondere bei der Herstellung verschiedenartiger Halbleiterstrukturen einsetzbar. Insbesondere ist eine Verwendung bei der Herstellung von großflächigen Halbleiterstrukturen, wie LED, OLED oder photovoltaischen Solarzellen vorteilhaft, da hier häufig linienartige Strukturen durch Aufbringen von Druckmedium, insbesondere einer Druckpaste erzeugt werden sollen.
Insbesondere ist eine Verwendung zur Erzeugung von metallischen Kontaktie- rungsstrukturen, bevorzugt durch Verwendung einer Metallpartikel enthaltenden Druckpaste vorteilhaft. Solche metallischen Kontaktstrukturen werden insbesondere bei photovoltaischen Solarzellen verwendet. Typischerweise wird auf der bei Benutzung der Solarzeile der einfallenden Strahlung zugewandten Seite ein metallisches Kontaktierungsgitter zum Abführen der Ladungsträger angeordnet. Das Gitter weist typischerweise mehrere linienartig ausgebildete, parallele Kon- taktierungsfinger auf. Insbesondere zur Herstellung dieser Kontaktierungsfinger ist der erfindungsgemäße Druckkopf, die erfindungsgemäße Druckvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet.
Der Druckkopf ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass zwischen Auslassöffnungen und Halbleitersubstrat keine weitere Leitung für das Druckmedium angeordnet ist, d. h. dass das Druckmedium nach Austritt aus den Auslassöffnungen unmittelbar auf das Halbleitersubstrat aufgebracht wird.
Vorzugsweise ist der Druckkopf derart ausgebildet, dass der Flussweg zwischen Ventilelement und Ausiassöffnung bei jeder der Mehrzahl von Auslassöffnungen jeweils kleiner 5 cm, bevorzugt kleiner 1 cm, insbesondere bevorzugt kleiner 0,3 cm ist.
Das Druckverfahren kann in an sich bekannter Weise, insbesondere wie in EP 2 196 316 B1 beschrieben ausgeführt werden. So wird typischerweise der Druckkopf relativ zu dem Halbleitersubstratz und insbesondere senkrecht zu einer Längserstreckung des Druckkopfes bewegt während des Druckvorgangs bewegt, um ein Auftragen mehrerer paralleler, finienartiger Druckmedienstränge auf dem Halbleitersubstrat zu erzielen.
Die Ausführungsöffnungen sind vorzugsweise entlang einer Gerade angeordnet.
Weitere vorzugsweise Merkmale und Ausführungsformen werden im Folgenden anhand der Figuren und von Ausführungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt: Figuren 1 a bis 1 c ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckkopfs;
Figuren 2a bis 2c ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Druckkopfs und
Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Anwendungsbeispiels eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Druckkopfs.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugselemente gleiche oder gleichwirkende Elemente.
In den Figuren a bis 1 c ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge- mäßen Druckkopfes schematisch dargestellt.
Figuren 1 a und 1 b sowie 2a und 2b zeigen radiale Schnittbilder; Figur c sowie 2c zeigen jeweils ein axiales Schnittbild.
Der Druckkopf gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel weist ein Druckkopfgehäuse 1 auf, welches eine zylindrische Ausnehmung aufweist. In der zylindrischen Ausnehmung ist ein Ventilelement 2 drehbar gelagert. Die Drehung kann in den Figuren 1 a und 1 b in oder gegen den Uhrzeigersinn um einen in Figur 1 a dargestellten Drehpunkt D erfolgen. Entsprechend ist in Figur 1 c die Drehachse D des Ventilelements 2 dargestellt.
Das Druckkopfgehäuse 1 weist eine Zuführöffnung 3 zum Zuführen von Druck medium auf. Weiterhin weist das Druckkopfgehäuse 1 eine Vielzahl von Auslassöffnungen 4 zum Ausgeben des Druckmediums auf. Exemplarisch sind in Figur 1 c die randständigen Auslassöffnungen 4a und 4b sowie zwei mittlere Auslassöffnungen 4 gekennzeichnet.
Wie bereits beschrieben, ist das Ventilelement 2 drehbar in dem Druckkopfge häuse 1 gelagert. Figur 1 a zeigt hierbei die Drehstellung eines Druck- Betriebszustands: In dieser Drehstellung kann ein Druckmedium wie beispiels weise eine Druckpaste über die Zuführöffnung 3 zugeführt werden (Flussweg durch Pfeile gekennzeichnet), das Druckmedium durchläuft eine Leitungsstrecke, welche zwischen Ventilelement 2 und einer Innenwand des Druckkopfgehäuses 1 ausgebildet ist und tritt schließlich an den Auslassöffnungen 4 aus.
Wie in Figur 1 ersichtlich, überdeckt die Zufuhröffnung 3 in axialer Richtung die gesamte druckaktive Breite des Druckkopfs. Das Ventilelement 2 weist hingegen für jede Auslassöffnung 4 jeweils eine teilringartige Ausnehmung (in Form eines Teilhohlzylinders mit rechteckigem Querschnitt) auf, siehe exemplarisch die Bezugszeichen 2a und 2b für die randständigen teüringartigen Ausnehmungen des Ventilelements 2 in Figur 1 c). Das Druckmedium wird somit mittels der einen Zuführöffnung 3 zugeführt und durch die teilringartigen Ausnehmungen 2a, 2b jeweils einer Auslassöffnung 4 zugeführt.
In einem zweiten Sperr-Betriebszustand wird das Ventilelement 2 gegenüber dem Druckkopfgehäuse 1 gedreht, so dass der in Figur 1 a mit S gekennzeichnete Bereich des Ventilelements 2 die Auslassöffnungen 4 überdeckt und somit die Druckmediumausgabe unterbrochen ist.
In Figur 1 b ist schließlich ein dritter Spül-Betriebszustand dargestellt:
Das Ventilelement 2 weist einen Spülmediumanschluss 5 auf, welcher in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 als axiale Bohrung des Ventilelementes 2 ausgebildet ist. Weiterhin weist das Ventilelement 2 zu jeder Auslassöffnung 4 jeweils eine als radiale Bohrung ausgebildete radiale Spülmediumleitung 6 auf.
Wie in Figur 1 b ersichtlich, wird im Spül-Betriebszustand das Ventilelement 2 derart gedreht, dass die radiale Spülmediumleitung 6 jeweils mit der zugeordneten Auslassöffnung 4 fluidleitend verbunden ist. In diesem Betriebszustand kann somit Spülmittel über den Spülmediumanschluss 5 zugeführt werden, welches die axiale Spülmittelleitung durchläuft und über die jeweiligen radialen Spülmittelleitungen 4 zu den Auslassöffnungen 4 gelangt, so dass ein Spülen des Druckkopfs erfolgt.
Der Druckkopf gemäß Figur 1 ermöglicht somit eine Ausgabe von Druckmedium sowie eine präzise Abschaltung und eine Spülung lediglich abhängig von der Drehsteilung des Ventilelements 2 relativ zu dem Druckkopfgehäuse 1 . Für die Verwendung hochviskoser Pasten als Druckmedium ist es vorteilhaft, dass der Abstand A zwischen Ventilelement 2 und den Auslassöffnungen 4 gering ist. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Ab- stand A 0,5 mm.
Die gestrichelte Linie 7 gemäß Figur 1 a beschreibt eine vorzugsweise Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels mit Randabschaltung : In diesem Ausführungsbeispiei sind die teilringartigen Ausnehmungen 2a, 2b des Ventilelements 2 unterschiedlich zu den verbleibenden teilringartigen Ausnehmungen ausgeführt: Die randständigen teilringartigen Ausnehmungen übergreifen einen geringeren Winkelbereich verglichen mit den übrigen teilringartigen Ausnehmungen. Wie in Figur 1A ersichtlich, übergreift die nicht gestrichelt dargestellte teilringartige Ausnehmung einen Winkelbereich über 200°, wohingegen die teilringartige Ausnehmung 2b, welche an der gestrichelten Linie 7 endet, einen Winkelbereich kleiner 200° überdeckt.
Bei der in Figur 1 a dargestellten Drehsteilung des Ventilelementes 2 ist somit ein Teildruck-Betriebszustand dargestellt: die randständigen Auslassöffnungen 4a und 4b sind durch das Ventilelement verschlossen (es besteht keine fluidlei- tende Verbindung zwischen Zuführöffnung 3 und den Auslassöffnungen 4a und 4b, da wie in Figur 1 a ersichtlich, der Flussweg der Druckpaste an der gestrichelten Linie 7 endet,
I n diesem Teildruck-Betriebszustand erfolgt somit keine Druckmediumausgabe an den Auslassöffnungen 4a und 4b, sondern lediglich an den verbleibenden Auslassöffnungen 4. Hierdurch ist beispielsweise die Ausbildung metallischer Kontaktierungsfinger auch Pseudo Square-Wafer mit entsprechend kürzeren Fingern in den Randbereichen des Wafers möglich.
Wird das Ventilelement 2 hingegen weiter im Uhrzeigersinn gemäß Figur 1 a gedreht, so dass der mit der gestrichelten Linie 7 gekennzeichnete Bereich am linken Rand der Auslassöffnung 4 angeordnet ist, so kann Druckmedium aus sämtlichen Auslassöffnungen 4 ausgegeben werden. In Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckkopfs dargestellt. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird nachfolgend lediglich auf die wesentlichen Unterschiede gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen:
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Druckkopfs ist die Spülmediumleitung teilweise zwischen Ventilelement 2 und Innenwand des Druckkopfgehäuses 1 ausgebildet. Entsprechend ist der Spülmediumanschluss 5 in dem Druckkopfgehäuse ausgebildet, so dass in der Spül-Betriebsstellung gemäß Figur 2b eine fluidleitende Verbindung zwischen Spülmediumanschluss 5 und Auslassöffnung 4 besteht. Der Flussweg zwischen Zuführöffnung 3 und Auslassöffnung 4 ist in diesem Betriebszustand entsprechend gesperrt.
Umgekehrt ist in dem in Figur 2a dargestellten Druck-Betriebszustand der Flussweg zwischen Spülmediumanschluss 5 und Auslassöffnung 4 ebenso wie der Flussweg zwischen Zuführöffnung 3 und Spülmediumanschluss 5 gesperrt, wohingegen eine fluidleitende Verbindung zwischen Zuführöffnung 3 und Auslassöffnung 4 besteht. In Figur 3 ist schließlich ein Anwendungsbeispiel schematisch und perspektivisch dargestellt zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens:
Zur Herstellung einer photovoltaischen Solarzelle wird auf einem Pseudo Squa- re-Wafer W Metallpartikel enthaltende Druckpaste in einer Mehrzahl parallelen Linien aufgetragen, um metallische Kontaktierungsfinger auszubilden.
Hierzu wird der Wafer W in der mit einem Pfeil gekennzeichneten Dispenserichtung unter dem Druckkopfgehäuse 1 hindurchbewegt. Der Druckkopf kann ge- mäß Figur 1 oder Figur 2 ausgebildet sein.
Der Druckkopf ist Teil einer erfindungsgemäßen Druckvorrichtung, welche weiterhin ein Druckmediumreservoir 7 mit integriertem Druckmediumpumpmittel aufweist, so dass über eine Leitung Druckmedium der Zuführöffnung 3 des Druckkopfgehäuses 1 zuführbar ist. Hierbei wird durch Drehen des Ventä lelementes 2 mittels eines als Elektromotor ausgebildeten Betätigungsm ittels 8 zunächst ein Teildruck-Betriebszustand eingestellt, so dass an den randständigen Ausiassöffn ungen kei n Druckmedium ausgegeben wird. I m Bereich der abgeschrägten Ecken (zwei der vier abge- schrägten Ecken sind durch gestrichelte Kreise markiert) des Pseudo Sq uare- Wafers wird som it zunächst kein Druckmed iu m aufgetragen .
Sobald der Wafer W in voller Breite unter dem Druckkopf angeordnet ist, wird durch Drehen des Ventileiements 2 der Druck-Betriebszustand eingestellt, in welchem über sämtliche Auslassöffn ungen 4 Druckmedium ausgegeben wird. Sobald die gegenüberliegenden abgeschrägten Ecken des Pseudo Square- Wafers in den Bereich unter den Druckkopf gelangen, wird wiederum durch Drehen des Ventilelements 2 der Teildruck-Betriebszustand eingestellt, so dass ledig lich ü ber die n ichtrandständigen Auslassöffnungen Druckmedium ausgege- ben wird . I st schließlich der gesamte Wafer bedruckt, so wird wiederum durch Drehen des Ventilelementes 2 der Sperr-Betriebszustand eingestel lt, so dass kein Druckmedium aus den Ausiassöffnungen mehr austritt.
Das Betätigungsmittel kann auch als Magnetschalter oder Pneumatikzylinder ausgebi ldet sein . Vorzugsweise ist das Betätig ungsm ittel ausgebildet um
Schaltzeiten zwischen den Betriebszuständen im Bereich 1 50 ps bis 1 50 ms zu ermöglichen .
Nach Durchlaufen des Wafers wird eine Spülmediu m-Auffangschale unter den Druckkopf gefahren und du rch Drehen des Ventiielementes 2 wird der Spül- Betriebszustand hergestellt, Mittels einer Druckluftquelle 9 wird Druckluft zu einem Spülmediumanschluss 5 des Druckkopfes geleitet, welche über die
Spülmediumleitung zu allen Ausiassöffnungen 4 geleitet wird, so dass eine Reinigung des Druckkopfes und insbesondere sämtlicher Ausiassöffnungen 4 er- folgt.
Anschließend wird durch Drehen des Ventilelementes 2 wieder der Teildruck- Betriebszustand eingestellt und der nächste Wafer kann bedruckt werden .

Claims

Ansprüche
1. Druckkopf zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere eine Halbleiterstruktur wie eine photovoltaische Solarzelle, mit einem Druckkopfgehäuse (1 ) und einem Ventilelement (2), wobei das Druckkopfgehäuse mindestens eine Zuführöffnung (3) zum Zuführen von Druckmedium und eine Mehrzahl von Auslassöffnungen (4) zum Ausgeben des Druckmediums aufweist,
wobei das Ventilelement drehbar in dem Druckkopfgehäuse (1 ) gelagert ist, um zwischen einem ersten Druck-Betriebszustand, in welchem die Zuführöffnung fluidleitend mit den Auslassöffnungen (4) verbunden ist und einem zweiten Sperr-Betriebszustand, in welchem keine fluidleitende Verbindung zwischen Zuführöffnung (3) und den Auslassöffnungen besteht, zu steuern,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckkopf mindestens einen Spülmediumanschluss (5) aufweist und das Ventilelement (2) derart ausgebildet und drehbar in dem Druckkopfgehäuse (1 ) gelagert ist, dass in einem dritten Spül- Betriebszustand der Spülmediumanschluss fluidleitend mit den Auslassöffnungen (4) verbunden ist und in dem ersten und zweiten Betriebszustand keine fluidleitende Verbindung zwischen Spülmediumanschluss (5) und den Auslassöffnungen (4) besteht.
2. Druckkopf nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Druckkopf eine Spülmediumleitung ausgebiidet ist, mit einem Spülmediumanschluss (5) und mindestens einem Spülmediumausgang, so dass in dem Spül-Betriebszustand der Spülmediumausgang des Ventilelements im Bereich zumindest einer Auslassöffnungen (4) angeordnet und fluidleitend mit dieser verbunden ist, vorzugsweise,
dass in dem Spül-Betriebszustand der Spülmediumausgang des Ventilelements im Bereich der Mehrzahl von Auslassöffnungen (4) angeordnet und fluidleitend mit diesen verbunden ist und/oder
dass die Spülmediumleitung für jede Auslassöffnung jeweils einen Spülmediumausgang aufweist und dass in dem Spül-Betriebszustand jeder Spülmediumausgang im Bereich jeweils einer Auslassöffnung angeordnet und fluidleitend mit dieser verbunden ist.
3. Druckkopf nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spülmediumleitung zumindest teilweise in dem Ventilelement (2) ausgebildet ist, insbesondere als axiale Leitung, bevorzugt axiale Bohrung in dem Ventilelement (2) ausgebildet ist.
4. Druckkopf nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Spülmediumleitung zwischen einer dem Ventilelement (2) zugewandten Innenwand des Druckkopfgehäuses und dem Ventilelement (2) ausgebildet ist, insbesondere durch eine Grabenartige Ausnehmung des Ventilelements,
5. Druckkopf nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spülmediumanschluss (5) in dem Druckkopfgehäuse (1 ) ausgebildet und derart angeordnet ist, dass in dem Spül-Betriebszustand der Spülmediumanschluss (5) mit der Spülmittelleitung fluidleitend verbunden ist.
6. Druckkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass in einem vierten Teildruck-Beträebszustand die Zuführöffnung (3) nur mit einer Teilmenge der Mehrzahl von Auslassöffnungen (4) fluidleitend verbunden ist, insbesondere, dass randständige Auslassöffnungen (4) nicht in der Teilmenge enthalten sind.
7. Druckkopf nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine gemeinsame Fluidleitung zwischen Zuführöffnung (3) und einer Mehrzahl von Auslassöffnungen (4) ausgebildet ist.
8. Druckkopf nach Anspruch 6 und Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gemeinsame Fluidleitung zwischen Zuführöffnung (3) und der Teilmenge der Mehrzahl von Ausiassöffnungen (4) ausgebildet ist, insbesondere, dass für die nicht in der Teilmenge enthaltenen Auslassöffnungen (4) mindestens eine weitere Fluidleitung ausgebildet ist, vorzugsweise, dass für jede nicht in der Teilmenge enthaltene Auslassöffnung jeweils eine weitere Fluidleitung ausgebildet ist.
9. Druckvorrichtung zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere eine Haibleiterstruktur wie eine photovoltaische Solarzelle,
mit einem Druckmediumreservoir (7) und einem Druckmediumpumpmittel und einem Druckkopf gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche,
wobei das Druckmediumpumpmittel fluidleitend mit dem Druckmediumreservoir (7) und der Zuführöffnung (3) des Druckkopfs verbunden ist, zum Zuführen von Druckmedium zu dem Druckkopf.
10. Druckvorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckvorrichtung ein Betätigungsmittel für das Ventilelement (2) umfasst, insbesondere, dass das Betätigungsmittel zum Drehen des Ventilelementes relativ zu dem Druckkopfgehäuse (1 ) ausgebildet ist.
1 1 . Druckvorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Druckvorrichtung eine Steuereinheit umfasst, welche derart mit dem Betätigungsmittel zusammenwirkend ausgebildet ist, dass mittels der Steuereinheit für jeden Betriebszustand eine Drehstellung des Ventilelementes relativ zu dem Druckkopfgehäuse (1 ) vorgebbar ist.
12. Verfahren zum Aufbringen eines Druckmediums auf ein Substrat, insbesondere eine Halbleiterstruktur wie eine photovoltaische Solarzelle, mitteis eines Druckkopfs nach einem der Ansprüche 1 bis 9, folgende Verfahrensschritte umfassend:
A Einrichten des Druckkopfs in dem Druck-Betriebszustand;
B Zuführen des Druckmediums zu dem Druckkopf und Ausgeben des Druckmediums aus den Auslassöffnungen (4) auf das Substrat;
C Einrichten des Druckkopfs in dem Sperr-Betriebsszustand und Beenden der Zuführung von Druckmedium zu dem Druckkopf; dadurch gekennzeichnet,
dass in einem Verfahrensschritt D ein Einrichten des Druckkopfs in dem Spüi-Betriebszustand und Zuführen von Spülmedium zu dem Spülmediumanschluss (5) erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Umschalten zwischen den Betriebszuständen B und C für alle Auslassöffnungen (4) gleichzeitig erfolgt.
14. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Umschalten zwischen den Betriebszuständen B und C für eine Teilmenge der Auslassöffnungen (4) zeitlich versetzt zu den restlichen Auslassöffnungen erfolgt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Spülmedium eines oder mehrere aus der Gruppe
- Gase, insbesondere Luft,
Lösungsmittel, insbesondere Aceton und/oder Terpineol
- Verdünner, insbesondere ein bereits im Druckmedium enthaltener Stoff
verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 1 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass in Verfahrensschritt D an dem Spülmediumanschluss (5) ein Ab- saugen des Spülmediums erfolgt.
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