Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum passgenauen Übereinanderdrucken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum passgenauen Übereinanderdrucken zweier Schichten, insbesondere zum Übereinanderdrucken zweier Schichten zur Herstellung eines organischen elektronischen Bauteils.
Bei der Stempeldruckmaschine wird mit Hilfe eines Stempels durch Querverschieben des Stempels auf die Höhe eines Substrats gebracht und dort wieder abgegeben. Dazu wird der Stempel, bevorzugt der Tampon, zunächst in Z-Richtung (das heißt von oben nach unten verschoben) , um auf die Druckplatte aufzutreffen, danach umgekehrt in Z-Richtung wieder gehoben, dann in x, y-Richtung verschoben und wieder in Z-Richtung abgelassen und zurückgefahren. Beim Aufdrucken einer zweiten Schicht, die passgenau über der ersten Schicht liegen sollte, wird bislang durch Ausprobieren der Tampon solange auf eine transparente Folie abgedrückt, bis durch Nachjustieren nach Augenmaß, der zweite Druck passgenau über dem ersten Druck liegt. Dann ist das System einjustiert und der Druck auf die Probe wird durch Weglassen der Folie freigegeben. Dieser Justiervorgang wird an der ersten Probe durchgeführt, alle wei- teren - gleichartigen - Proben werden dann nur noch auf Anschlag in den Probehalter eingesetzt und unmittelbar bedruckt. Diese - im graphischen Druck übliche - Vorgehensweise ist zum Drucken von Polymer-Mikroelektronik unzureichend, da die visuelle Beurteilung des Übereinandergedruckten zum Teil nicht möglich ist und wenn, dann zu ungenau.
Für die organische Mikroelektronik wird ein präzises Übereinanderdrucken in einem Schritt ohne Ausprobieren gefordert.
Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem besser als visuell möglich die Justierung vorgenommen werden kann und auto-
atisiert, das heißt ohne Ausprobieren über eine transparente Folie.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum passgenauen Übereinanderdrucken mit einer Stempeldruckmaschine mit einem in der Stempelhalterung integrierten Mikroskop. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum passgenauen Übereinanderdrucken, wobei nach Einlegen der Probe in eine Vorrichtung zum Tampondrucken in einem Justiermodus die Position des Substrates und/oder der Druckplatte halbautomatisch mit Hilfe des Mikroskops, vorgegebener Justiermarken und einer speziellen Steuerungselektronik so eingestellt wird, dass Druckplatte und Substrat parallelisiert sind. Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung der Vorrichtung zur Herstellung von organischen Elektronikbauteilen.
Ausführungsformen der Erfindung gehen aus den Ünteransprüchen hervor.
Die Voreinstellung der Stempelhalterung geschieht durch den Vergleich von Justiermarken und/oder markanten Musterstellen auf Druckplatte einerseits und zu bedruckendem Substrat andererseits.
An Stelle des Stempels kann auch ein Tampon oder ein beliebiger anderer Druckstempel, wie ein Microcontact-Stempel, eine Flexodruckplatte, ein Prägestempel, eine Offsetdruckplatte und/oder eine Tiefdruckplatte von einer Druckplatte eingesetzt werden.
Die Justierung folgt nach einer Ausführungsform einem Ablauf- plan, der weiter unten durch Figur 5 und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert wird.
Die Vorrichtung geht nach einer Ausführungsform von einer bekannten XYZ-Tampondruckmaschine aus, wobei die Halterung des Tampons durch Einbau eines Mikroskops, wahlweise einer Kamera
und durch die Lösbarkeit des Tampons verändert und im Sinne der Erfindung vervollständigt wird. Zudem wird die Halterung zusätzlich gefestigt, indem eine zweite Schiene (im folgenden als Linearversteller bezeichnet) auf der Grundplatte instal- liert wird, auf der der zweite Linearversteller und damit die Halterung des Tampons, die an dem zweiten Linearversteller befestigt ist, beweglich gehalten wird.
Im folgenden werden einige Ausführungsformen der Erfindung durch Figuren näher beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, wobei auf einer Grundplatte 1 zwei parallele Y- Linearversteller 3 und ein X-Linearversteller 2 zu erkennen sind, durch die die Halterung des Stempels oder Tampons 8 in x, y-Richtung stufenlos verstellbar ist. Über den Z-Linear- versteller 4 kann der Tampon 8 zusätzlich in Z-Richtung bewegt werden. Damit eine Positionierung immer gut gefestigt ist und nicht wackelt, verfügt jeder der Linearversteller über zwei parallele Nuten 11, in denen der darin geführte Linearversteller hin- und her bewegt werden kann. Der Tampon 8 hängt an einer Halterung, in der ein Mikroskop 9 und eine Kamera 10 integriert sind. Auf der Grundplatte 1 befinden sich außer den beiden Y-Linearverstellern noch die sogenannten Klischees oder die Druckplatten 5 und pro Druckplatte 5 jeweils ein Rakel 6. Das Substrat 7, soll bedruckt werden und ist drehbar auf einem „Drehversteller" oder Drehtisch montiert.
Figur 2 zeigt die gleiche Vorrichtung im Justiermodus, das heißt mit abgenommenem Tampon. Dabei ist für die Kamera 10 freie Sicht durch das Mikroskop 9 auf die Druckplatte (Figur 2a) oder das Substrat (Figur 2b) möglich.
Figur 3 zeigt die Vorrichtung im Druckmodus, wobei der Tampon wieder montiert ist. Figuren 3a bis 3c zeigen den Vorgang, wie der Tampon 8 Druckstoff von einer Druckplatte 5 aufnimmt
und Figuren 3d bis 3f zeigen den Vorgang, wie der Tampon den Druckstoff an das Substrat 7 abgibt.
Figur 4 zeigt schematisch das Prinzip der Kombination von Mikroskop 9 und speziellen Ausführung einer XYZ-Druckmaschine zur Durchführung passgenauen Drückens. Abgebildet ist eine Druckplatte 5 und das Substrat auf dem Drehtisch 7. Sowohl Druckplatte als auch Substrat verfügen über Justiermarken, die durch Kreuze symbolisiert sind. Abbildung 4a zeigt die Ausgangssituation, in der Druckplatte und Substrat sich nebeneinander befinden. Zwischen beiden gibt es einen ungewollten Winkelversatz, der beim Einbau der Druckplatte bzw. Fixieren des Substrats entsteht. Das Substrat auf dem Drehtisch soll nun so verdreht werden, dass die Justiermarken zueinan- der parallelisiert sind, so dass sie XY-Verschiebung zur Deckung gebracht werden können. Damit kann der Tampon auch durch diese Verschiebung passgenau aufgesetzt werden.
Aus Figur 4b wird ersichtlich, dass das Drucken eine Paral- lelverschiebung darstellt und nur dann passgenau wird, wenn zum einen kein Winkelversatz vorhanden ist, also Druckplatte 5 und Substrat 7 parallel sind und zum zweiten der Betrag der Parallelverschiebung, also die Transferstrecke, bekannt ist und beim Drucken eingehalten wird. Zum Ausgleich des Winkel- Versatzes ist das Substrat 7 drehbar gelagert. Das Mikroskop 9 ist im Justiermodus, also ohne Tampon 8, frei in x, y- Richtung über die Grundplatte 1 beweglich. Mit dem Fadenkreuz des Mikroskops 9 und der Kamera 10 werden die genauen Koordinaten der Justiermarken erfasst und dann wird das Substrat, manuell oder automatisch, parallel gedreht und die Transferstrecke per Computer berechnet und der Tamponsteuerung vorgegeben.
Figur 4c zeigt das Ergebnis passgenauen Drückens.
Figur 5 zeigt ein Beispiel für den Justiervorgang, also für die Parallelisierung von Druckplatte und Substrat einerseits und Bestimmung der Transferstrecke andererseits.
Figur 5 a zeigt wie über Handsteuerung mit dem Mikroskop- Fadenkreuz nacheinander die beiden Justiermarken auf der Druckplatte angefahren werden, um deren Koordinaten (x1#. yx) und (x2, y2) einzulesen. Daraus berechnet das System den Abstand der Justiermarken Δx = x-xι und Δy = y2-yι (s. Doppel- pfeil) .
Figur 5b zeigt, wie die Koordinaten (x3,y3) der ersten Justiermarke des Substrats eingelesen werden. Soll das Substrat parallel zur Druckplatte sein, müssen gleiche Abstände der Justiermarken auf Druckplatte und Substrat vorliegen (s. Doppelpfeil) . Daraus berechnet das System die Soll-Koordinate der zweiten Justiermarke (x ,y4)= (x3+Δx, y3+Δy) und fährt auf Veranlassung das Fadenkreuz dorthin. Figur 5c zeigt wie durch manuelles Drehen des Substrats die zweite Justiermarke des Substrats auf die Soll-Position gefahren wird. Bei Bedarf kann ein weiterer Zyklus angeschlossen werden, der wiederum damit beginnt, per Handsteuerung die erste Justiermarke anzufahren um deren - durch das Drehen veränderte neuen Koordinaten x3 Λ,y3 λ einzulesen. Das System unterstützt diesen Vorgang dadurch, dass es sich auf Veranlassung zurücksetzt nach
(X3,y3) = (x4-Δx, y-Δy) und somit die neue Position (x3 y3 Λ) ins Blickfeld bringt. Nun berechnet das System die Soll- Koordinate der zweiten Justiermarke (x λ,y4 ) = (x3 +Δx, y3 λ+Δy) und fährt auf Veranlassung das Fadenkreuz dorthin. Anschließend wird wieder das Substrat manuell gedreht usw. (Figuren 5e und 5f) . Dadurch nähert man sich iterativ der Parallelität, schon nach wenigen Zyklen ist sie in hohem Grade erreicht. Mit der Feststellung der letzten Koordinaten ist dem System auch die Transferstrecke bekannt.
Der verwendete Maschinentyp XYZ-Tampondruckmaschine wird nach der Erfindung durch den Einsatz eines Mikroskops vor dem Tarn-
pon, in Linie der Tamponachse entscheidend verbessert. So wird ein passgenaues Übereinanderdrucken in einem Schritt ermöglicht, ohne vorheriges Ausprobieren und mit einer bisher nie erreichten Passgenauigkeit. Dies wird erreicht durch den Einsatz eines Mikroskops an der Tampondruckmaschine und durch die Kombination mit hochpräzisen, Software unterstützten Linearverstellern in einer Vorrichtung. Der Justiervorgang kann, je nach Ausführungsform manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch und computergesteuert erfolgen. Die stabile Anordnung der Linearversteller ermöglicht eine höchste Präzision der Vorrichtung.
Weitere vorteilhafte Ausführungsform: Optische Achse des Mikroskops parallel verschoben zur Symmetrieachse des Tampons, d.h. Tampon muss nicht abgenommen werden im Justiermodus der Maschine. Das Mikroskop kann dazu z.B. seitlich am Tamponhalter montiert sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsform: Anstelle des Substrats oder der Druckplatte wird der Tampon gedreht. Der Drehwinkel kann bestimmt werden durch Vergleich der Lage des Substrats und der Druckplatte.