WO2009059584A1 - Sieb für den technischen siebdruck - Google Patents

Sieb für den technischen siebdruck Download PDF

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WO2009059584A1
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edge strip
printing
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Joachim Hrabi
Ralf Weber
Ranko Rajic
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Koenen Gmbh
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    • H05K3/10—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern
    • H05K3/12—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns
    • H05K3/1216—Apparatus or processes for manufacturing printed circuits in which conductive material is applied to the insulating support in such a manner as to form the desired conductive pattern using thick film techniques, e.g. printing techniques to apply the conductive material or similar techniques for applying conductive paste or ink patterns by screen printing or stencil printing
    • H05K3/1225—Screens or stencils; Holders therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41F—PRINTING MACHINES OR PRESSES
    • B41F15/00—Screen printers
    • B41F15/14—Details
    • B41F15/34—Screens, Frames; Holders therefor
    • B41F15/36—Screens, Frames; Holders therefor flat
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41P—INDEXING SCHEME RELATING TO PRINTING, LINING MACHINES, TYPEWRITERS, AND TO STAMPS
    • B41P2215/00—Screen printing machines
    • B41P2215/10—Screen printing machines characterised by their constructional features
    • B41P2215/12—Screens

Definitions

  • the invention relates to a screen for technical screen printing, in particular for solar cell printing, with a dimensionally stable rectangular frame made of light metal or steel struts and a screen fabric clamped in the frame of steel wires or high-strength plastic threads.
  • Precision sieves for technical screen printing ie for use in thick film technology, polymer paste printing, solar cell printing and other applications, regularly include a screen printing frame which can be designed as a light metal cast frame, as a light metal profi frame or as a stainless steel profile frame in different sizes.
  • a fine-mesh screen printing fabric is clamped on all sides, which can be designed as a stainless steel wire and / or polyester fabric.
  • the screen is brought into contact or pressure contact with the solar cell for carrying out the screen printing process.
  • the squeegee pressure and the set down stop result in a mechanical deformation of the sieve fabric and possibly also of the sieve coating.
  • the solar cells are standardized in size and have sharp edges, after a corresponding number of printing operations not only the screen coating, but possibly also the Underlying screen mesh damaged by the edge pressure.
  • the screen fabric can tear in these narrow and highly stressed areas, possibly up to the frame edge, so that the then running paste can contaminate the printing table and other components of the printing press, resulting in costly downtime of the entire printing system, produces waste to solar cells and consuming cleaning requires.
  • the object of the invention is to provide a precision screen for technical screen printing, in particular for the manufacture of solar cells, which avoids damage to the screen fabric or the structured metal template used instead in the region of the marginal edges of these substrates even when printing a plurality of equal sharp-edged substrates.
  • the mesh fabric or the metal template has a resistant edge strip in the region of the edges of the substrates or solar cells, which covers the edges of the substrates or solar cells during the printing process.
  • the CAD layout is supplemented by an edge strip in the region of the substrate or solar cell edges.
  • the position of this edge strip depends on the shape and size of the respective substrate.
  • the edge strip has a sufficient width, so that the substrate edges are covered in a certain strip area.
  • the width of the edge strip is adapted to the shape and size of the respective substrate, so that the tolerance of the different outer substrate mass is compensated.
  • the preselected edge strip is transferred to the screen cloth.
  • the now open on the screen area is then filled with a resistant material that fills the mesh of the mesh and results in a reinforcing strip that extends in the area of the subsequently processed solar cell edge.
  • the edge strip should have a certain thickness so that pressure contact of the fabric with the sharp end edge of the substrate is avoided.
  • this reinforcing marginal strip can be selected according to the characteristics of the substrates to be printed and also the nature and properties of the respective screen fabrics.
  • the desired improved durability of the screen fabrics is achieved in various substrates, wherein the width of the strip can be minimally selected by the edge of the active part of the printed structure of the respective substrate.
  • the maximum width of the edge strip can reach up to the frame inside edge.
  • edge strip which is effective as edge reinforcement can be applied to the screen fabric or incorporated into its mesh on only one side of the substrate, on several or even on all sides of the respective substrate.
  • the thickness of the edge reinforcement depends largely on the different materials and the size of the mechanical stress.
  • Single-component or multi-component photoemulsions, photopolymers, adhesives, lacquers and pastes with metal or ceramic constituents can be used as materials for the edge strips.
  • Other materials include tapes, metal strips, self-adhesive films or the so-called hot glue.
  • the technical concept of the invention is also applicable when using structured metal stencils instead of the mesh fabrics.
  • the metal templates in the edge region of the respective substrate e.g. a solar cell substrate, a structured edge, which is provided with a firmly adhering and tear-resistant reinforcing material.
  • the structuring of the predetermined template areas can be done by etching, laser ablation and / or electrochemical, wherein structures in the thin stencil sheet in the form of gradations, depressions, openings, recesses can be formed.
  • Fig. 2 is an enlarged schematic sectional view of a screen fabric with a solar cell substrate and the edge strip according to the invention.
  • the precision screen shown in Fig. 1 is designed for printing on solar cells and includes a dimensionally stable rectangular frame 1 of longitudinal and transverse square profile struts 2, 3, 4. At the bottom of the profile struts a screen fabric 5 is permanently attached, made of fine stainless steel wires or made of dimensionally stable possibly metallized polyester fabric.
  • the tension-resistant anchoring of the sieve fabric 5 on the profile struts can be done by gluing, clamping, welding or other suitable manner.
  • the screen fabric 5 is filled with an emulsion, except for a middle panel 6 which contains a printed image.
  • the size and shape of the field 6 corresponds to that of a standardized solar cell substrate.
  • a solar cell substrate 7 to be printed is arranged directly below the field 6 of the screen fabric 5 and fixed by known means (not shown) in the predetermined position. The size of the substrate 7 is larger than the field 6.
  • an edge strip 8 is provided on and / or in the fabric material, which causes a reinforcement and consolidation of the fabric material and the formation and dissemination of Prevents tissue cracks.
  • the crack formed runs only to a maximum extent up to the edge reinforcement of the screen mesh 5 formed by the edge strip 8.
  • the paste only soils the printing table and not the printing table. Complete printing machine, which can minimize downtime of the plant.
  • a suitably structured metal template is used instead of a mesh fabric as the active pressure element.
  • the preferably consisting of thin stainless steel sheet metal template is subject to high mechanical stresses in a narrow edge region surrounding the pressure field by the edge pressure of the solar cell substrate during the repeated printing operations.
  • the metal template should be contoured at least in this edge region, i. Have heels, steps, cutouts, depressions, etc., which have been produced by machining, chemical, electrochemical or by laser ablation.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit einem formsteifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2-4) und mit einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden. Um die Bruchfestigkeit des Siebes in besonderen Bereichen zu erhöhen, weist das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) auf, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt.

Description

Sieb für den technischen Siebdruck
Die Erfindung betrifft ein Sieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit einem formsteifen Rechteck- Rahmen aus Leichtmetall- oder Stahlstreben und einem in den Rahmen eingespannten Siebgewebe aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden .
Präzisionssiebe für den technischen Siebdruck, d.h. zum Einsatz in der Dickschichttechnik, dem Polymerpastendruck, dem Solarzellendruck und weiteren Applikationen, enthalten regelmäßig einen Siebdruckrahmen, der als Leichtmetall-Gussrahmen, als Leichtmetall- Profürahmen oder als Edelstahl-Profilrahmen in unterschiedlichen Größen ausgeführt sein kann. In diesen Rechteckrahmen ist ein feinmaschiges Siebdruckgewebe allseitig eingespannt, das als Edelstahldraht- und/oder Polyestergewebe ausgeführt sein kann. Bei der Herstellung von Solarzellen wird zur Durchführung des Siebdruckprozesses das Sieb mit der Solarzelle in Anlage bzw. Druckkontakt gebracht. Bei dem nachfolgenden Aufbringen der Druckpaste mittels Rakel erfolgt durch den Rakeldruck und den eingestellten Down- Stop eine mechanische Verformung des Siebgewebes und ggf. auch der Siebbeschichtung. Da die Solarzellen hinsichtlich Ihrer Größe standardisiert sind und scharfkantige Ränder haben, wird nach einer entsprechenden Anzahl an Druckvorgängen nicht nur die Siebbeschichtung, sondern ggf. auch das darunter liegende Siebgewebe durch den Kantendruck beschädigt. Das Siebgewebe kann in diesen schmalen und hochbeanspruchten Bereichen reißen, und zwar ggf. bis zur Rahmenkante, sodass die dann durchlaufende Paste den Drucktisch und weitere Komponenten der Druckmaschine verschmutzen kann, was zu kostspieligen Stillstandszeiten des gesamten Drucksystems führt, Ausschuss an Solarzellen erzeugt und aufwändige Reinigungsarbeiten erfordert.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere zum Herstellen von Solarzellen, zu schaffen, das auch beim Bedrucken einer Vielzahl von gleich großen scharfkantigen Substraten Beschädigungen des Siebgewebes oder der stattdessen eingesetzten strukturierten Metallschablone im Bereich der Randkanten dieser Substrate vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Siebgewebe bzw. die Metallschablone im Bereich der Kanten der Substrate bzw. Solarzellen einen widerstandsfähigen Randstreifen aufweist, der die Kanten der Substrate bzw. Solarzellen beim Druckvorgang überdeckt.
Zur Herstellung dieser widerstandsfähigen Randstreifen wird eine Vorgehensweise bevorzugt, bei welcher im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten das CAD-Layout um einen Randstreifen ergänzt wird. Die Lage dieses Randstreifens richtet sich nach der Form und Größe des jeweiligen Substrats. Der Randstreifen hat eine ausreichende Breite, sodass die Substratkanten in einem bestimmten Streifenbereich überdeckt werden. Die Breite des Randstreifens ist an die Form und Größe des jeweiligen Substrats angepasst, sodass die Toleranz der unterschiedlichen Substrataußenmasse ausgeglichen wird. Durch einen Photoprozess oder ein anderes geeignetes Verfahren wird der vorgewählte Randstreifen auf das Siebgewebe übertragen. Der auf dem Sieb nunmehr offene Bereich wird anschließend mit einem widerstandsfähigen Material gefüllt, das die Maschen des Siebgewebes ausfüllt und einen Verstärkungsstreifen ergibt, der sich im Bereich der nachfolgend zu bearbeitenden Solarzellenkante erstreckt. An der dem Solarzellensubstrat zugewandten Seite sollte der Randstreifen eine gewisse Dicke haben, damit ein Druckkontakt des Gewebes mit der scharfen Endkante des Substrats vermieden wird.
Die Breite und auch die Dicke dieses Verstärkungs-Randstreifens kann je nach den Eigenheiten der zu bedruckenden Substrate und auch der Beschaffenheit und Eigenschaften der jeweiligen Siebgewebe gewählt werden. Die angestrebt verbesserte Haltbarkeit der Siebgewebe wird bei verschiedenartigen Substraten erreicht, wobei die Breite des Streifens minimal vom Rand des aktiven Teils der gedruckten Struktur des jeweiligen Substrats gewählt werden kann. Die maximale Breite des Randstreifens kann bis zur Rahmeninnenkante reichen.
Der als Randverstärkung wirksame Randstreifen kann an nur einer Seite des Substrats, an mehreren oder auch an allen Seiten des jeweiligen Substrats auf das Siebgewebe aufgebracht bzw. in dessen Maschen eingearbeitet werden. Die Dicke der Randverstärkung richtet sich weitgehend nach den verschiedenen Materialien sowie nach der Größe der mechanischen Beanspruchung.
Als Materialien für die Randstreifen können ein- oder mehrkomponen- tige Photoemulsionsen, Photopolymere, Kleber, Lacke sowie Pasten mit Metall- oder Keramikanteilen verwendet werden. Weitere Materialien sind Klebebänder, Metallstreifen, selbstklebende Folien oder auch die sog. Heißkleber. Bei Verwendung von Klebebändern, die auf die Substratseite aufgebracht werden, kann außerdem die Stärke der Solarzelle ausgeglichen werden, was eine zusätzliche Schonung bewirkt.
Das technische Konzept der Erfindung ist auch bei Verwendung von strukturierten Metallschablonen anstatt der Siebgewebe anwendbar. In diesem Fall weisen die Metallschablonen im Randbereich des jeweiligen Substrats, z.B. eines Solarzellensubstrats, einen strukturierten Rand auf, der mit einem festhaftenden und reißfesten Verstärkungsmaterial versehen ist. Die Strukturierung der vorbestimmten Schablonenbereiche kann durch Ätzen, Laserabtragung und/oder elektrochemisch erfolgen, wobei Strukturen in dem dünnen Schablonenblech in Form von Abstufungen, Einsenkungen, Durchbrüchen, Ausnehmungen gebildet werden können.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 den Teil eines Präzisionssiebes für den technischen Siebdruck zum Bedrucken einer Solarzelle;
Fig. 2 eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Siebgewebes mit einem Solarzellensubstrat und dem erfindungsgemäßen Randstreifen.
Das in Fig. 1 dargestellte Präzisionssieb ist für das Bedrucken von Solarzellen konzipiert und enthält einen formsteifen Rechteckrahmen 1 aus längs und quer verlaufenden Vierkant- Profilstreben 2, 3, 4. An der Unterseite der Profilstreben ist ein Siebgewebe 5 dauerhaft befestigt, das aus feinen Edelstahldrähten oder aus maßbeständigem ggf. metallisiertem Polyestergewebe besteht. Die zugfeste Verankerung des Sieb- gewebes 5 an den Profilstreben kann durch Klebung, Klemmung, Schweißung oder auf andere geeignete Weise erfolgen.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Siebgewebe 5 mit einer Emulsion gefüllt, und zwar bis auf ein mittleres Feld 6, das ein Druckbild enthält. Bei dem dargestellten Präzisionssieb, das zum Bedrucken von Solarzellensubstraten konzipiert ist, entspricht die Größe und Form des Feldes 6 derjenigen eines standardisierten Solarzellensubstrats. Ein zu bedruckendes Solarzellensubstrat 7 ist direkt unterhalb des Feldes 6 des Siebgewebes 5 angeordnet und durch - nicht dargestellte - bekannte Mittel in der vorbestimmten Position fixiert. Die Größe des Substrats 7 ist größer als das Feld 6. In dem an das Feld 6 angrenzenden Randbereich des Siebgewebes 5 ist ein Randstreifen 8 auf und/ oder in dem Gewebematerial vorgesehen, der eine Verstärkung und Verfestigung des Gewebematerials bewirkt und die Entstehung und Verbreitung von Geweberissen verhindert. Der Randstreifen 8 überdeckt die darunter befindliche Seitenkante 9 des Substrats 7. Da die ggf. beschichteten Drähte oder Fäden des Siebgewebes 5 durch das Material des Randstreifens 8 nicht unmittelbar mit der scharfen Kante 9 des Substrats 7 in Druckkontakt gelangen, werden Beschädigungen der empfindlichen Gewebeelemente in diesen Kantenbereichen vermieden, wodurch sich eine entsprechend verlängerte Lebensdauer der Präzisionssiebe und eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformungen in diesen eng begrenzten Bereichen ergibt.
Wird das Siebgewebe durch einen Substratbruch trotzdem z.B. durch Splitter zerstört, verläuft der gebildete Riss nur maximal bis zu der vom Randstreifen 8 gebildeten Randverstärkung des Siebgewebes 5. In diesem Fall verschmutzt die Paste nur den Drucktisch und nicht die kom- plette Druckmaschine, wodurch Stillstandszeiten der Anlage minimiert werden können.
Vergleichbare Vorteile und Wirkungen können erzielt werden, wenn anstatt eines Siebgewebes als aktives Druckorgan eine in geeigneter Weise strukturierte Metallschablone verwendet wird. Die vorzugsweise aus dünnem Edelstahlblech bestehende Metallschablone unterliegt in einem schmalen Randbereich, welcher das Druckfeld umgibt, hohen mechanischen Beanspruchungen durch den Kantendruck des Solarzellensubstrats während der wiederholten Druckvorgänge. Die Metallschablone sollte zumindest in diesem Randbereich konturiert ausgebildet sein, d.h. Absätze, Stufen, Ausschnitte, Einsenkungen, usw. aufweisen, die durch spanende, chemische, elektrochemische oder durch Laser- Abtragung hergestellt worden sind.

Claims

Patentansprüche
1. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit
- einem form steifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2-4) und
- einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt.
2. Präzisionssieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Randstreifen (8) eine oder mehrere Seitenkanten des Substrats (7) überdeckt.
3. Präzisionssieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) die Maschenfreiräume des Siebgewebes (5) ausfüllt.
4. Präzisionssieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) eine gleichförmige Schicht auf mindestens einer Oberfläche des Siebgewebes (5) bildet.
5. Präzisionssieb nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe besteht.
6. Präzisionssieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Randstreifen (8) zusätzlich zu dem widerstandsfähigen Material des Randstreifens (8) ein Klebeband, einen Metallstreifen, eine selbstklebende Folie oder einen Heißkleber enthält.
7. Präzisionssieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Randstreifen (8) zusätzlich zu dem widerstandsfähigen Material des Randstreifens (8) zum Ausgleich der Substratstärke ein auf der Substratseite aufgebrachtes Klebeband enthält.
8. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit
- einem formsteifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2-4) und
- einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt, und - das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) die Maschenfreiräume des Siebgewebes (5) ausfüllt.
9. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit
- einem formsteifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2-4) und
- einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt, wobei das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik, oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe besteht.
10. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck, insbesondere für den Solarzellendruck, mit
- einem form steifen Rahmen (1) aus Leichtmetall- oder Stahlstreben (2-4) und
- einem in den Rahmen (1) eingespannten Siebgewebe (5) aus Stahldrähten oder hochfesten Kunststofffäden, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Siebgewebe (5) im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen widerstandsfähigen Randstreifen (8) aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle (7) beim Druckvorgang überdeckt, wobei das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik, oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe besteht, und
- das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) die Maschenfreiräume des Siebgewebes (5) ausfüllt.
11. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck mit
- einem formsteifen Rahmen aus Leichtmetall oder Stahlstreben und
- einer im Rahmen eingespannten Schablone, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen Randstreifen aus einem widerstandsfähigen Material aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle beim Druckvorgang überdeckt.
12. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck mit
- einem formsteifen Rahmen aus Leichtmetall oder Stahlstreben und
- einer im Rahmen eingespannten Schablone, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen Randstreifen aus einem widerstandsfähigen Material aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle beim Druckvorgang überdeckt, wobei die Schablone einen strukturierten Rand aufweist, mit dem das widerstandsfähige Material versehen ist.
13. Präzisionssieb für den technischen Siebdruck mit
- einem formsteifen Rahmen aus Leichtmetall oder Stahlstreben und
- einer im Rahmen eingespannten Schablone, dadurch gekennzeichnet, dass die Schablone im Bereich der Substrat- bzw. Solarzellenkanten einen Randstreifen aus einem widerstandsfähigen Material aufweist, der die Kanten des Substrats bzw. der Solarzelle beim Druckvorgang überdeckt, wobei die Schablone einen strukturierten Rand aufweist, mit dem das widerstandsfähige Material versehen ist, und wobei das widerstandsfähige Material des Randstreifens (8) aus einem Kunststoff, aus einem Metall oder aus Keramik, oder aus einer Kombination dieser Werkstoffe besteht.
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