JP2005525953A - 印刷される基板を位置決めする装置及び方法 - Google Patents

Abstract

スクリーン印刷装置のスクリーン（３）の版に対応して、印刷台（２）の上に載置されている、スクリーン印刷方法に従って印刷される基板（４）の位置決め装置及び方法に関する。印刷台（２）の上に基板（４）を配置し固定した後、スクリーン（３）を印刷位置に近接して配置した状態で、印刷台（３）に向かってスクリーン（３）側が印刷台（２）から照明され、基板（４）の少なくとも一つの予め決められた端縁部（６）が印刷台（２）から光電的に検出される。検出信号の評価の後、スクリーン（３）が基板（４）の実際の位置に対応して所望の位置に調整され、その後、印刷が行われる。

Description

本発明は、スクリーン印刷装置の印刷版に関して、印刷台の上に載置され、スクリーン印刷方法に従って印刷される、基板を位置決めする装置及び方法に関する。

スクリーン印刷方法は、非常に厳密なかつ細かい印刷パターンが得られる古典的なプリントスルー方法に属する。そのようなパターンは、例えば太陽電池の導体配線に必要である。このように、実際にこれらはスクリーン印刷方法が適用されている。基板上への導体の所望の厳密に位置決めされた印刷を成し遂げるために、非常に厳密な位置決めが必要となり、±１５μｍの位置の偏差を超えないことが必要である。この他に、高い生産性、即ち、できる限り自動的な操作で短いサイクルが達成されねばならない。

従来、納入された印刷対象の基板は、スクリーン印刷装置の印刷台に載置され、真空装置で吸引により固定される。印刷版または印刷パターンを伴うスクリーンが印刷台の上方に設置され、そしてスクリーン印刷を行うために基板の上に下げられる。様々な状況のために、特に基板の固定に対する搬送及び配置装置の不正確性から、スクリーンと印刷する基板との間に必要な精度を超える相対的な位置の偏差が生じてしまう。そのため、対応する偏差を検出し、検出した偏差に基づいてそれに応じて基板とスクリーンの相対的な配置を修正することが必要である。これは、一般的に、印刷台の上に既に固定した基板についてスクリーンを回転させる及び／又は移動させる方法で達成される。印刷台もまた移動させたり回転させる。最終的に、併用したやり方も行われる。

このように、印刷台の上の基板の実際の位置の精密な決定が重要である。基板の形状が、その生産工程を残しているので、非常に厳密に知られているために、印刷台に関連して予め決められた端縁部の位置を精密に検出することで十分であり、これによってその端縁部が縁で、即ち、基板から印刷台への急な変動で特定される。

公知のスクリーン印刷機械はＤＥ４０３７６７８Ａ１に開示されている。この装置では、印刷対象の織布が公知の織布案内と移送装置によってスクリーン印刷装置に案内され、そのスクリーン印刷装置は、少なくとも一つの交換可能に装着されたスクリーンと多色印刷のためのアライメントマーク等を読み取るための装置を備える。交換可能に装着されているスクリーンはアライメントマーク又は交換色を読み取る少なくとも一つのモニターカメラで制御されるサーボモータに接続されており、そのパルス発生装置がコンピュータその他を介してサーボモータを制御する。

この装置の問題点は、スクリーンの置き換えが２以上の互いに重ねた多色印刷層の相対的な位置に対応して有効であり、このことはスクリーン位置の調整が印刷が行われた後だけに可能であることである。これは、印刷対象の物質が連続した所定の織布であるという事実に起因し、その結果、印刷対象の物質上の固定点についてスクリーンの位置決めができないことになる。

ＤＥ６９２３００９９Ｔ２によれば、印刷対象の基板は印刷台の上に固定される。基板と用いられるスクリーンの両方が照合マークを有する。印刷台の上方に観察装置が装着され、印刷台、特に印刷台に装着された基板上の照合マークを視認でき、照合マークの位置を記憶できるようになっている。スクリーン又は版が印刷対象の基板上に移動すると、観察装置が相応してスクリーンの照合マークの位置そしてこれから印刷台の上の基板に関してスクリーンの相対的な配置を決定する。スクリーンの位置の適宜な修正によって、基板とスクリーンの照合マークを正確に重なり合わせることができる。

ここでの問題点は、基板の照合マークを読み取るためには観察装置によって読み取られる領域から１回毎にスクリーンを取り除く必要があるということである。これは生産工程の速度の減少を意味する。

従来、基板と印刷台の周辺の領域は十分に照明され、基板の実際の位置又は基板の予め決められた端縁部の実際の位置は特にＣＣＤカメラのような光電検出装置によって検出される。端縁部の実際の位置を特徴づける電気信号は処理され、処理工程で発生した信号によって、印刷台に固定された基板に対してスクリーンの相対的な調整が達成される。

太陽電池分野における商業的に入手可能な位置決めシステムでは、移動可能なＣＣＤカメラを用いて、印刷台の上に載置された基板の配置と固定は、予め決められた端縁部への連続的な移動の方法によって実際の印刷領域外で行われる。種々の端縁部の検出後、その位置が座標計算で求められる。計算とその後のスクリーンの調整と共に、印刷台が印刷位置に移動される。この工程の方法は、非常に時間がかかり、かつ多くの移動部材を必要とする。この他に、大きな重量を動かさなければならない。更に、非常に複雑な較正が必要となり、特に試験印刷を実行する必要がある。もし２台の印刷台を用いることになれば、印刷は断続的に行われ、異なる印刷結果が生じる可能性がある。

公知の位置決め系に関する問題点を克服するため、更なる進展において、ＣＣＤカメラがスクリーンの位置を検出するために用いられ、これにより基板に対するスクリーンの位置決めが幾分簡単になり、とりわけ初期化又は較正が単純化される。しかしながら、サイクル時間が長くなり、かつ装置が全体として複雑になり、そしてより多くの移動部材を包含することになる。

２台の印刷台を用いる更なる従来の方法としては、それらの印刷台は水平方向へ移動するものであるが、基板の実際の位置を検出するため台毎に各々の予め決められた端縁部と連動されたカメラが設けられている。一般的に、３つのカメラ位置で十分であるが、異なった印刷結果が得られることから、上述した調整の問題は程度がより大きくなり、これにより上述した移動すべき多くの部材の不都合も生じてしまう。

本発明の目的は、このように、スクリーンに対する印刷台の上の基板の相対的な位置の位置制御のために、スクリーンの変位の必要性を極力小さくし、これによって工程が単純化され速められる、印刷台の上に載置された基板を位置決めする装置及び方法を提供することである。

その目的は、請求項１の特徴によって記述されている種類の装置の場合と請求項９の特徴の方法の場合に成し遂げられる。

本発明は従属請求項の特徴によって更に進展する。

本発明の基本的な概念は、照明装置と光電検出装置の両方を印刷台の中又は下に配置したこと、及び非常に近接したスクリーンを拡散反射体として利用して、これにより、印刷台は固定された位置のままとすることが可能であり、検出によって決定された実際の位置の値に基づいてスクリーンだけがごくわずかな量で調整されることである。

本発明は図面で示された具体的な形態を参照しながらより詳細に説明される。

図１は、スクリーン印刷装置１を示し、この装置は印刷台２とスクリーン３の要素から構成されている。

ベルト搬送装置のような図示しない装置によって、印刷される基板４は印刷台２の台表面５の上の印刷位置にできる限り接近した位置に載置され、詳細は図示しないがそれ自体公知の真空吸着装置によってその位置に固定される。載置された基板４の実際の即ち現在の位置は、所定の予め決められた端縁部６で厳密に検出される。一般的に、３箇所の端縁部で十分である；特別な場合では、しかしながら、基板の種類や適用される印刷の正確性によっては、もっと多くの端縁部が必要な場合や又はもっと少ない端縁部で足りる場合もある。

本発明に従って、一方では印刷台２側からスクリーン３の反対側の横たわっている側で観測される予め決められた端縁部６に近接した部分を照明し、これによって、その光はスクリーン３で拡散的に反射される照明装置７を提供する。このことで、予め決められた端縁部６における基板４の非常に良好な照明が高いコントラストで達成される。

予め決められた端縁部６のそれぞれに設けられた光電装置、特にＣＣＤカメラ８によって、この強いコントラストが検出される。その結果、印刷台２に対応した予め決められた端縁部６の現実の位置が極めて高精度で検出される。代替として、光電装置は適当なレーザー装置又は回線走査カメラで構成することができる。この精密な検出は、印刷台２の上の基板４に対してスクリーン３の水平面及びこの水平面での回転による移動で矢印９，１０及び１１で図示された調整移動に対応するスクリーン３を調整する調整信号を発生させる。このために必要な調整装置は商業的に入手可能であるため詳細に図示されていない。ＣＣＤカメラ８の検出信号のための計算回路もやはり商業的に入手可能であるため図示されていない。

ＣＣＤカメラ８はこれによって観測窓１２で印刷台２を通して予め決められた端縁部６を観測する。その観測窓１２は、スクリーン３と対向している側が台表面５と同一平面上にある光透過性のインサート、例えばアクリル製又はガラス製のインサート１３で台表面５に近接した領域で封鎖されている。

照明装置７は各々の予め決められた端縁部６に対応しており、模範的な形態によればこの領域で印刷台２に組み込まれている。特に印刷台２の中に少なくとも一つのＬＥＤ１４のような光放出素子が設置され、スクリーン３に向かっている側が印刷台２の台表面５と同一平面となっている光透過性のインサート、例えばアクリル製又はガラス製のインサート１５を介してスクリーンの面している側を照明している。模範的な形態によれば、ガラス製のインサート１５に対応して２個のそのようなＬＥＤ１４が設置されている。電気供給線は図示されていない。２個以上のそのようなＬＥＤ１４が設置可能であり、観測窓１２の周りに実質的に同一中心に配置される。

ＣＣＤカメラ８の観測窓１２のガラス製インサート１３とそれぞれのＬＥＤ１４のガラス製インサート１５とは、不透明性の分離体１６で便宜的に分離されている。これにより、ＬＥＤ１４とそのインサート１５から散乱した光ではなくスクリーン３から散乱した光だけが、観測窓１２とガラスインサート１３に、更にＣＣＤカメラ８に到達することを確実にしている。この他に、印刷台２の台表面５の上に直接乗っている基板４の表面にあり得る印刷、記号その他が、基板４に対して相対的に明暗比が乏しいため、それらがＣＣＤカメラ８で検出されることがないということが認められる。また、多結晶材料で特に起こる可能性がある反射が、同様に完全にではないにしても十分に暗くされるか又は抑制される。ＣＣＤカメラ８はこのように選択的に予め決められた端縁部６のみを検出する。

ＬＥＤ１４のためのガラス製インサート１５の中に、観測窓１２をほぼ対象軸として、ＬＥＤ１４から放出される光がＣＣＤカメラ８の検出部の中央部にほぼ対応するスクリーン３の一つの領域の上に向く又は集中するような位置に反射面又は鏡面１７を配置することが有利である。これにより、対応する端縁部６の検出精度が向上する。この他に、他の予め決められた端縁部の検出の妨害又は妨げも信頼性が高くなり、他の端縁部が空間的に考慮して非常に近接していれば起こることを避けることができる。鏡面１７に代えて、例えばスクリーン３に対して光案内のような他の適当な装置で光を導くこともできる。

照明装置７とＣＣＤカメラ８の記述した装置と共に、図１は第２照明装置１８と第２ＣＣＤカメラ１９の対応する別の装置を示し、これらの２つの装置は互いに実質的に同じ構造と同じ関連をもっている。この第２照明装置１８とＣＣＤカメラ１９の装置は、ここで図示しない別の予め決められた端縁部の検出に用いられる。この別の端縁部は同じ基板４に関連してもよい。

他の形式の基板の印刷に対して適するようにかつ迅速にセッティングできるような印刷装置とするために、第２照明装置１８と第２ＣＣＤカメラ１９は他の形式の基板の予め決められた端縁部に対応する位置に配置するようにしてもよい。それによって、この第２照明装置１８のＬＥＤは印刷台２の中に一体化して設けることが可能であり、そうすることによって対応する連動する又は予め決められた端縁部が検出されるときだけ稼働させる。他方、ＣＣＤカメラ１９はある場合には取り除くようにすることもできる。最後に、一台のＣＣＤカメラは、印刷する基板の形式に対応して、できれば自動的に、２つ以上の観測窓に対応させ、これらの間で移動自在にすることができる。

本発明による装置での更なる利点は、予め決められた端縁部６の検出後に印刷台２も基板４も移動しないことであり、このため、最も高度の精度が検出及び印刷で確保されるということである。印刷される基板４の少なくとも一つの予め決められた端縁部６の位置の検出の結果としてスクリーン３の調整後、スクリーン印刷を行うために、基板４の上に向かって非常に短い距離（矢印２０に対応する）で降下させるだけであるため、より大きい移動距離の場合に生じる可能性があるいかなる影響も避けることができるので、最も高精度の可能性が達成される。

台表面５に対するスクリーン３の間隙は、基板４の厚みと基板４を印刷台２の外側からこの印刷台に搬送し、台表面５に配置するために必要な条件だけで決定されることが認められる。これは基板４の位置とスクリーン３の位置とを、自動操作手順においては、できる限り初期の工程で予備的な又は粗い合致で済ませ、ＣＣＤカメラ８の信号の結果として基板４に対するスクリーン３の芯合わせを最後の調整だけでできることを可能にする。また、システムの較正は付加的な手段なしに行うことができる。

太陽電池は典型的には約０．３ｍｍの厚さを有し、スクリーン印刷方法におけるスクリーンと印刷される生産物との間の距離（降下）は約１．．１．５ｍｍ（典型的）程度であるので、特に光電検出を行うためのスクリーン３と台表面５との間の間隙が約５ｍｍであるときに、本発明は厚みの変動において非常に寛大である。

一つの印刷台だけが用いられ、これは移動しないので、非常に単純で分かり易い構造が可能であり、これによって一定した印刷結果が達成される。他の形態、即ち、印刷パターンへの適用は問題なしに同様に行うことができる。

特に、本発明によって太陽電池の印刷が印刷工程につき３秒又はそれ以下のサイクル時間で行うことができる。

勿論、本発明は太陽電池の印刷に限定されるものではない。本発明は厚い複合フィルム、ＬＣＤ装置、特に平面スクリーン、ＬＴＣＣ等の印刷に適している。

本発明の基板の位置決め装置及び方法は、例えば太陽電池等の基板の導体配線のスクリーン印刷に利用することができる。

本発明による装置の基本構造を概念的に図示する。 図１の詳細を図示する。

Claims (11)

1. スクリーン印刷装置のスクリーン（３）という印刷版について、印刷台（２）の上に載置された、スクリーン印刷方法で印刷される基板（４）を位置決めする装置であって、
   印刷される基板（４）を印刷台（２）の上に搬入し、載置し及び固定し、かつ印刷された基板（４）を搬出する搬送及び配置装置と、
   印刷台（２）の上に載置された基板（４）の実際の位置を検出し、該当する調整信号を生成する光電装置（８）と、
   印刷で規定されている、スクリーン（３）の印刷版に対する印刷台（２）の上の基板（４）の所望の位置に対応する調整信号に基づいて、印刷台（２）とそれに加えて基板（４）に対するスクリーン（３）とそれに加えて印刷版との相対的な位置を調整する調整装置とを備えるものにおいて、
   照明装置（７）が、載置された基板（４）からわずかに距離をおいた上方の位置にあるスクリーン（３）を印刷台（２）側から照明するように配置されており、かつ、
   前記光電装置（８）が、載置された基板（４）の予め決められた端縁部（６）に近接したスクリーン（３）から拡散的に反射した光を検出し、この検出した光を基板（４）の前記端縁の実際の位置に関連して評価し、そしてそれから調整信号を発生してその信号を前記調整装置へ伝達するように構成され、配置されている
   ことを特徴とする装置。
2. 前記印刷台（２）が前記照明装置（７）の領域及び前記光電装置（８）の領域において光透過性に構成され、前記照明装置（７）及び光電装置（８）はそれぞれの関連する領域において印刷台（２）の中に又は下に配置されていることを特徴とする請求項１の装置。
3. 光透過性の構成が、埋め込まれたアクリルガラス又はガラスのインサート（１３，１５）によってそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項２の装置。
4. 前記照明装置（７）の光透過性領域及び前記光電装置（８）の光透過性領域が互いに分離（１６）されていることを特徴とする請求項２又は３の装置。
5. 前記照明装置（７）の光透過性領域が、前記光電装置（８）の光透過性領域を実質的に同心で取り囲んでいることを特徴とする請求項２〜４のいずれかの装置。
6. 前記照明装置がＬＥＤ（１４）で形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの装置。
7. 前記照明装置の光透過性領域が、対応する光電装置（８）と対向して横たわるスクリーン（３）の領域に放出された光を反射する鏡面（１７）を有することを特徴とする請求項２〜６いずれかの装置。
8. 前記光電装置が、ＣＣＤ撮像装置（８）によって形成されていることを特徴とする請求項１〜７いずれかの装置。
9. スクリーン印刷装置のスクリーン（３）という印刷版について、印刷台（２）の上に載置された、スクリーン印刷方法で印刷される基板（４）を位置決めする方法であって、
   実際の位置の検出に基づいて、印刷のために望まれる所望の位置に対応してスクリーン（３）と基板（４）との相対的な位置を調整する工程と、
   更に、印刷台の上の所望の印刷位置とおおよそ対応する位置に基板（４）を配置し固定する工程と、
   光電測定による基板（４）の少なくとも一つの予め決められた端縁部（６）で印刷台（２）の上に載置された基板（４）の実際の位置を検出する工程を有するものにおいて、
   更に、基板（４）にわずかに間隙を有して印刷台（２）に対してその印刷位置にスクリーン（３）を設置する工程と、
   基板（４）の予め決められた端縁部（６）が載置されている印刷台（２）の領域から印刷台（２）に向かってスクリーン（３）側を照明する工程と、
   観測される予め決められた端縁部（６）に近接したスクリーン（３）から拡散的に反射した光を受光する固定されて配置された光電検出部（８）を用いて基板（４）の観測された予め決められた端縁部（６）の実際の位置を検出する工程と、及び、
   スクリーン（３）の印刷版が基板（４）の実際の位置に対応させて所望の位置に位置決めされるように、印刷台（２）とスクリーン（３）を相互に調整する工程とを有することを特徴とする方法。
10. 基板（４）の端縁に配置された３つの予め決められた端縁部（６）を用いてスクリーン（３）の印刷版に対応して印刷台（２）の上の基板（４）の相対的な位置を決定する工程を有することを特徴とする請求項９の方法。
11. 基板（４）に対するスクリーン（３）のわずかな間隙を維持しながら、スクリーン（３）が、基板（４）の実際の印刷位置に対応して印刷の所望の位置に、実際の印刷位置に平行な対応する近接した平面で、調整（９，１０，１１）され、それから基板（４）の印刷のための印刷位置に移動される（２０）ことを特徴とする請求項９又は１０の方法。

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