NL2004844A

NL2004844A - Zeefdrukvorm.

Info

Publication number: NL2004844A
Application number: NL2004844A
Authority: NL
Inventors: Mike Becker; Dietmar Lutke-Notarp
Original assignee: Nb Technologies Gmbh
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-12-13
Also published as: NL2004844C2; CN103025528A; WO2010142274A2; ITVI20100158A1; IT1400931B1; DE202010007774U1; WO2010142274A3; DE102009024873A1

Description

ZEEFDRUKvORM

De uitvinding betreft een zeefdrukvona die een eerste laag als sjabioondrager met eerste uitsparingen en een tweede laag als sjabloon met tweede uitsparingen bezit die met de eerste laag vast is verbonden.

Tijdens het zeefdrukken of de doordrukwerkwijze wordt een drukmedium op een zeefdrukvorm aangebracht, waarbij aansluitend door middel van een aan de bovenzijde of zeer dicht langs de bovenzijde van de zeefdrukvorm geleide rakel het drukmedium in uitsparingen van de zeefdrukvorm wordt getransporteerd. Er bestaan zeefdrukvormen die een zeefdruksjabioondrager met eerste uitsparingen bezitten die zodanig uitgevoerd zijn, dat ze vanaf een bovenzijde naar de onderzijde van de zeefdruksjabioondrager reiken. Aan de onderzijde van de zeefdruksjabloondrager kan dan een zeefdruksjablocn aangebracht zijn dat is voorzien van twee uitsparingen, waarbij de tweede uitsparingen ten minste gedeeltelijk in overlap zijn met de eerste uitsparingen van de zeefdruksjabloondrager. Door een enkele of meervoudige rakelbeweging over de zeefdruksjabioondrager is het mogelijk, om het drukmedium door de eerste uitsparingen en tweede uitsparingen te transporteren naar een daaronder geplaatst substraat. Ter plaatse van de door de zeefdruksjabloon bedekte gebieden komt geen drukmedium, zodat op het substraat een drukafbeelding ontstaat die in wezen correspondeert met de uitsparingen van het zeefdruksjabloon.

Het zeefdrukken en het gebruik van zeefdrukvormen zijn reeds lang bekend en van bewezen kwaliteit. Met toenemende miniaturisatie van te drukken stroken, bijvoorbeeld voor een zonnecel, ontstaat echter het probleem om door een zeefdrukvorm het drukmedium door de dan nauwe uitsparingen heen te kunnen transporteren. Bij elektrisch geleidende smalle stroken kan het verder gewenst zijn dat de elektrische geleidingsweerstand zo gering mogelijk is. Dit kan hierdoor worden bereikt, dat een smalle strook relatief hoog gedrukt wordt. Bij zeefdrukken is het momenteel eenvoudig roogelijk om een strook te drukken waarvan de hoogte een grootte bezit die bijvoorbeeld correspondeert met 20% van de grootte van de breedte van de baan. Dit correspondeert met een verhouding tussen hoogte en breedte van de gedrukte strook van 1:5. Wanneer echter een zo laag mogelijke elektrische geleidingsweerstand bij tegelijkertijd klein oppervlak van de gedrukte strook op het substraat gewenst, zou de verhouding tussen hoogte en breedte van de strook ten minste 1:2, 1:1 of meer, bijvoorbeeld 2:1, moeten bedragen. Een dergelijke eis bestaat bij het metalliseren van zonnecellen, waarbij de breedte van de gedrukte metaaistroken zo klein mogelijk moet zijn om een gering zonneceloppervlak af te schermen en een zo groot mogelijk oppervlak ter beschikking te stellen voor de omzetting van de zonne-energie in elektrische energie.

Indien met een zeefdrukvorm een smalle strook met een breedte van minder dan 60 micrometer en met een geringe hoogte moet worden gedrukt, bestaat in het algemeen het probleem hieruit, om een dergelijk smalle strook met een reproduceerbare lage hoogte met de zeefdruktechniek te vervaardigen. Smalle en dunne metallisaties, bijvoorbeeld met zilver, kunnen toegepast worden bij het metalliseren van zonnecellen als startlaag voor volgende bekledingen door middel van galvanische processen, De raetallisatiehoogte voor de startlaag hoeft hierbij slechts een paar honderd nanometer te bedragen, waarbij dit echter met momenteel beschikbare zeefdrukvormen niet realiseerbaar is. Noch door belichting van fotogevoeiige lagen als zeefdruksjabloon noch door toepassing van etstechniek is dit doel bereikbaar. Weliswaar bestaat een andere druktechniek, zoals bijvoorbeeld de inkjettechniek, waarmee lage metailisatiehoogtes vervaardigbaar zijn, doch is een dergelijke techniek relatief duur en onbetrouwbaar, omdat; de mondstukken vaak verstopt raken en een drukken hierdoor onmogelijk wordt, Aldus bestaat een doelstelling hieruit, era een zeef drukvorm te verschaften waarvan de minimale structuurgrootte niet door de st ruct are rings technologie van de zeef druks jahloon gelimiteerd wordt, en waarmee de drukstroken met een breedte van minder dan 60 micrometer reproduceerbaar en goedkoop kunnen worden vervaardigd. Een andere doelstelling- van de uitvinding is om drukstroken met een breedte van minder dan 60 micrometer bij een gegeven slankheidsverhouding tussen hoogte en breedte van een opening van de zeefdruksjabloon al naar gelang toepassing met een grote of kleine drukstrookhoogte te realiseren.

De doelstellingen worden bereikt door het voorwerp van de onafhankelijke conclusie. Gunstige uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn onderwerp van de voigconclusies.

De zeefdrukvorm volgens de uitvinding is voorzien van: een eerste laag als zeefdruksjabloondrager, waarbij de eerste laag van eerste uitsparingen is voorzien die zodanig uitgevoerd zijn, dat ze vanaf een bovenzijde naar de onderzijde van de eerste laag reiken, een tweede laag als zeefdruksjabloon die als bij voorkeur metalen maskeerlaag uitgevoerd is die met de onderzijde van de eerste laag vast is verbonden, waarbij de tweede laag is voorzien van tweede uitsparingen die ten minste gedeeltelijk zodanig samenvallen met de eerste uitsparingen van de eerste laag dat een drukmedium door de eerste uitsparingen van de eerste laag vanaf de bovenzijde daarvan door de tweede uitsparingen van de tweede laag heen transporteerbaar is in de richting van de onderzijde en op een daaronder plaatsbaar substraat, waarbij de oppervlakken van de eerste en/of tweede uitsparingen van een bekleding zijn voorzien, die een dikte bezit die ten minste 5% bedraagt van de kleinste dwarsdoorsnede-binneribreedte van de respectievelij ke uitsparing,

Bij voorkeur is de verhouding tussen totale hoogte van de zeefdrukvorm en grootste dwarsdocrsnede-binnenbreedte van de eerste en/of tweede niet-beklede uitsparing minder dan 1:1 en is de verhouding tussen totale hoogte van de zeefdrukvorm en grootste dwarsdoorsnede~.b.innenbreedte van de eerste en/of tweede beklede uitsparing groter dan 1:1.

De uitsparingen .in de zeefdrukvorm kunnen aldus met tot nu toe gebruikelijke afmetingen worden vervaardigd, waarbij de bekleding in de uitsparingen de resterende doortredeopening sterk verkleint. Bij een dergeiijke relatief dikke bekleding is het mogelijk om voor een drukmedium een resterende doortredeopening van minder dan 60 micrometer te vormen, zodat met een dergelijke zeefdruksjabloon ook smalle drukstroken met een breedte van minder dan 60 micrometer vervaardigbaar zij n.

Bij voorkeur zijn de oppervlakken van de eerste en/of tweede uitsparingen voorzien van een bekleding die een dikte bezit die ten minste 20% bedraagt van de kleinste dwarsdoorsnede-binnenbreedte van de respectievelijke uitsparing.

Overeenkomstig een uitvoeringsvorm van de uitvinding bezit de bekleding een contacthoek ten opzichte van water in een gebied van 0* tot 90°. Met een contacthoek wordt de hoek bedoeld die een vloeistofdruppel op het oppervlak van een vaste stof ten opzichte van dit oppervlak vormt. Bij een contacthoek in het gebied van 0° tot 90° vormt het vloeibare of pasta-achtige drukmedium derhalve een relatief goede wisselwerking ten opzichte van het oppervlak, van de bekleding, zodat het grootste gedeelte van het drukmedium in de aldus beklede uitsparingen blijft hechten wanneer de zeefdrukvorm verwijderd wordt van het te bedrukken substraat. Op het substraat blijft derhalve slechts een relatief lage drukiaag, zodat een smalle en tegelijkertijd lage drukstrook vervaardigbaar is.

Een galvanische startlaag die met zeefdrukken van silverpasta* s gerealiseerd wordt, kan betrouwbaar bijvoorbeeld bij een dikte van 1 micrometer worden toegepast. De dikte hoeft uit technisch en economisch oogpunt niet groter te zijn dan 2 micrometer tot 5 micrometer, in het bijzonder wanneer het drukmedium duur is en meer materiaal voor de functie van het te vervaardigen product niet nodig is.

Wanneer de bekleding een contacthoek ten opzichte van water bezit in een bereik van groter dan 30° tot 150°, ontstaat slechts een geringe wisselwerking van het drukmedium. ten opzichte van het oppervlak van de bekleding, In een dergelijk geval blijft een in de uitsparingen aangebracht drukmedium slechts in een gering gedeelte in de uitsparingen wanneer de zeefdrukvorm verwijderd wordt van het substraat. Het resultaat is een smalle drukstrook met. een breedte van minder dan 60 micrometer en een hoogte die gelijk kan zijn aan de hoogte van de zeefdrukvorm. Aldus is het mogelijk dat de drukstrook een verhouding van hoogte tot breedte bezit in het gebied van 1:1 of groter.

Andere voordelen en kenmerken van de uitvinding worden onder verwijzing naar de volgende figuren toegelicht, en. hierin tonen: figuur 1 een dwarsdoorsnede van een eerste uitvoeringsvorm van de zeefdrukvorm volgens de uitvinding met een bed r u k t s ub s t r a a t.; figuur 2 een dwarsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de zeefdrukvorm volgens de uitvinding met een bedrukt substraat; figuur 3 een dwarsdoorsnede van een derde uitvoeringsvorm van de zeefdrukvorm volgens de uitvinding met een bedrukt substraat; figuur 4 een dwarsdoorsnede van een vierde uitvoeringsvorm van de zeefdrukvorm volgens de uitvinding met e^n bedrukt substraat.

In figuur 1 is een zeefdrukvorm 1 weergegeven die een eerste laag 2 ais zeefdruksjabloondrager met een eerste uitsparing 4 en een tweede laag 3 als zeefdruksjabioon met een tweede uitsparing 5 bezit, De eerste uitsparing 4 en tweede uitsparing 5 bezitten dezelfde dwarsdoorsnede-b.i.nnenbreedte 8, waarbij ze onderling overlappend zijn geplaatst. In de beide uitsparingen 4 en 5 is een bekleding 6 aangebracht die de resterende binnenbreedte van de uitsparingen 4 en 5 verkleint. De bekleding 6 is bij deze uitvoeringsvorm langs de totale uitsparingewand aangebracht en bezit een dikte 9, zodat de resterende dwarsdoor snede-binnenbreedte 31 van de uitsparingen 4 en 5 ten opzichte van de breedte 0 met de dubbele wagen van de bekledingsdikte 9 kleiner is.

Wanneer bijvoorbeeld door middel van een langs de bovenzijde van de zeefdruksjablcondrager getrokken rakel een drukïïiedium 30 in de van de bekleding 6 voorziene uitsparingen 4 en 5 wordt aangebracht, bereikt het drukniedium 30 een onder de zeefdrukvorm 1 aangebracht substraat 20. De bekleding 6 bezit bij deze uitvoeringsvorm, een contacthoek ten opzichte van water in een gebied van groter dan 90° tot 150°. Hierbij ontstaat slechts een geringe wisselwerking tussen het drukniedium 30 en. het oppervlak van de bekleding 6, zodat na het verwijderen van de zeefdrukvorm 1 vanaf het substraat 20, zie pijl 50, een druklaag 31 achterblijft die. een hoogte 10 en een breedte 11 bezit. De breedte 11 correspondeert met de resterende doortredebre e d t e o f dw a r s d o o rsnede-b i. nne nb r e e d t e van de beklede uitsparingen, waarbij de hoogte 10 correspondeert met. de hoogte 7 van de zeefdruksjabioon 1. Zoals zichtbaar is in figuur 1, kan met een dergelijke zeefdrukvorm 1 voor de druklaag 31 een verhouding tussen hoogte en breedte van meer dan 1:1 worden bereikt, alhoewel de verhouding tussen, de totale hoogte 7 van de zeefdrukvorm 1 en de grootste dwarsdoorsnede-birmenbreedte 8 van de niet beklede uitsparingen 4 en 5 minder is dan 1:1.

De zeefdrukvorm 1 met de eerste laag 2 als zeefdruksjabloondrager en de tweede laag 3 als zeefdruksjabloon kan ééndelig uitgevoerd zijn. De beide lagen 2 en 3 worden dan slechts door de diepte van de uitsparingen 4 en 5 gedefinieerd, het is echter evenzeer mogelij k, dat de eerste laag 2 en tweede laag 3 door twee delen worden gevormd die uit dezelfde of uit verschillende materialen bestaan. Bij voorkeur bestaat de zeefdrukvorm 1 uit een folie uit edelstaal, uit welke de eerste en tweede laag door middel van een chemisch etsen gevormd zijn. Het is echter ook mogelijk dat slechts de zeefdruksjabloondrager uit een folie uit edelstaal wordt gevormd. Bij deze uitvoeringsvorm bestaat de sjabloondrager uit een folie die slechts de eerste uitsparingen 4 bezit en die met een sjabioonlaag wordt gecombineerd die uit een fotogevoelige emulsie op basis van polyvinylalcohol, uit een capillaire film of uit een vaste resist is gevormd, of door middel van een gaivanisatieproces waarbij bij voorkeur nikkel wordt gebruikt, is vervaardigd.

Bij de in figuur 2 weergegeven tweede uitvoeringsvorm, van de zeefdrukvorm 1 volgens de uitvinding is een nagenoeg gelijke opbouw aanwezig als bij de eerste uitvoeringsvorm, In de uitsparingen 4 en 5 die beide een dwarsdoorsnede-binnenhreedte 8 bezitten, bevindt zich een bekleding 61 met een breedte 12, waarbij de bekleding 61 rondlopend in de uitsparingen 4 en 5 is aangebracht. Een verschil tot de eerste uitvoeringsvorm is echter hierin gelegen, dat de bekleding 61 een contacthoek ten opzichte van water bezit in een bereik van 0° tot 90°. Hierdoor bestaat een relatief goede wisselwerking tussen het drukmedium 30 en het oppervlak van de bekleding 61, zodat tijdens het verwijderen van de zeefdrukvorm 1 vanaf het substraat 20, zie pijl 50, een aangebracht drukmedium 30 slechts in geringe mate los komt van de bekleding. Het gevolg is een druklaag 31 op het substraat 20 die slechts een relatief geringe hoogte 13 bezit. Met een dergelijke zeefdrukvorm 1 kan aldus een smalle drukstrcok met een breedte 14 en een hoogte 13 worden vervaardigd. De verhouding tussen hoogte en breedte van de drukstrook is kleiner dan 1:1, echter is de absolute waarde van de breedte 14 met minder dan 60 micrometer kleiner dan de dwarsdoorsnede-binnenbreedte 8 van de uitsparingen 4 en 5, wanneer deze zonder een bekleding zouden zijn uitgevoerd.

Bij de in figuur 3 weergegeven derde u.ltvoeringsvorm van de zeefdrukvorm volgens de uitvinding is binnen de eerste uitsparing een been 40 toegepast. Zowel net been 40 alsook de wanden van de eerste uitsparing 4 en tweede uitsparing 5 zijn voorzien van een bekleding 63. Het in de uitsparing 4 aangebrachte drukmedium 30 kan onder het been drukken, zodat een relatief brede druklaag 31 mogeïijk is, De bekleding 63 bezit een contacthoek ten opzichte van water in een bereik van 0 tot 90°. Ka het verwijderen van de zeefdrukvorm 1 vanaf het substraat 20, zie pijl 50, resteert aldus in de eerste uitsparing 4 een relatief groot gedeelte van het drukmedium 30, zodat op het substraat 20 een lage druklaag 31 met een relatief gelijkmatig hoogteprofiel over zijn breedte realiseerbaar is,

In figuur 4 is een vierde uitvoeringsvorm van de zeefdrukvorm volgens de uitvinding weergegeven. De uitsparingen 4 en 5 zijn voorzien van een bekleding 64 die een contacthoek ten opzichte van water in een gebied van 90® tot 150° bezit. Na het verwijderen van de zeefdrukvorm 1 vanaf het substraat 20, zie pijl 50, resteert aldus in de eerste uitsparing 4 een relatief klein gedeelte van het drukmedium 30, zodat op het substraat 20 een hoge druklaag 31 met een relatief gelijkmatig hoogteprofiel over zijn breedte realiseerbaar is, De gestippelde lijn 32 toont het hoogteprofiel van de druklaag 31 direct na het verwijderen uit de vorm, waarbij de doorgetrokken lijn 33 het hoogteprofiel van de druklaag 31 aanduidt nadat het drukmedium 3u zijdelings is gestroomd. Bij deze uitvoeringsvorm is het mogeïijk om een druklaag 31 te vervaardigen met een verhouding tussen hoogte en breedte van 1:1.

Claims

1. Zeefdrukvorm, .met: een eerste laag als zeefdruksjabloondrager, waarbij de eerste laag van eerste uitsparingen is voorzien die zodanig uitgevoerd zijn, dat ze vanaf een bovenzijde naar de onderzijde van de eerste laag reiken, een tweede laag ais zeefdruksjabloon die ais bij voorkeur metalen maskeerlaag uitgevoerd is, die met de onderzijde van de eerste laag vast is verbonden, waarbij de tweede laag van tweede uitsparingen is voorzien die ten minste zodanig gedeeltelijk met de eerste uitsparingen van de eerste laag samenvallen dat een drukmedium door de eerste uitsparingen van de eerste laag vanaf de bovenzijde daarvan door de tweede uitsparingen van de tweede laag heen transporteerbaar is in de richting van de onderzijde en op een. daaronder p1a st sbaar subs t ra at, waarbij de oppervlakken van de eerste en/of tweede uitsparingen voorzien zijn van een bekleding die een dikte bezit die ten minste 5% bedraagt van de kleinste dwarsdoorsnede-binnenbreedte van de respectievelijke uitsparing.

2. Zeefdrukvorm volgens conclusie 1, waarbij de verhouding tussen totale hoogte van de zeefdrukvorm en grootste dwarsdoorsnede-binnenbreedte van de eerste en/of tweede niet-"beklede uitsparing kleiner is dan 1:1 en de verhouding tussen totale hoogte van de zeefdrukvorm en grootste dwarsdoorsnede-binnenbreedte van de eerste en/of tweede beklede uitsparing groter: is dan 1:1.

3. Zeefdrukvorm volgens conclusie 1 of 2, waarbij de oppervlakken van de eerste en/of tweede uitsparingen voorzien zijn van een bekleding die een dikte bezit die ten minste 20% bedraagt; van dn kleinste dwaradoorsnede-bi/rmdabreedte tan da respectievelijke uitsparing, 4, ieefdrukvorm volgens één van de coriclusies 1 tot 3,, waarbij de bekleding' een contactboek ten cpnichte van pater bevit in een gebied van 0* tot 93*. 5. beefdrukvorm volgens één van da conclusies 1 tot 4, waarbij; de bekleding een contactboek tan opzichte van sater bevit in een gebied van groter: dan 30° tót 15Ci*