Die Erfindung betrifft ein Siebdruckverfahren zum
Herstellen von definierten, reproduzierbaren Schichtdicken
auf planparallelen Substraten, wobei der Absprung, also
die Differenz zwischen der Siebdruckfilmunterseite und
der zu bedruckenden Substratoberfläche durch Ausmessen
ermittelt wird und die erhaltenen Meßwerte für eine
relative Abstandseinstellung zwischen Siebrahmenhalterung und
Drucktisch (Substrataufage) verwendet werden.
Die zu bedruckenden Subtrate sind mit gewissen
Höhentoleranzen behaftet, die den Absprung verändern. So wird bei
einem fest eingestellten Schließweg, der regelmäßig einen
festgelegtem Absprung entspricht, um die
Siebdruckfilmunterseite auf die zu bedruckende Substratoberfläche zu
bringen, die Druckschichtdicke entsprechend den
Substrathöhentoleranzen schwanken. Wird der Absprung zu groß, so
wird das Drucksieb - einschließlich des daran fest
haftenden Siebdruckfilmes - zu stark durchgebogen.
Die Folge ist, daß am Siebrand eine höhere Spannung und
damit eine geringere Druckschicht auftritt als im
Siebinneren, d. h. die Schicht wird nicht über die gesamte zu
bedruckende Fläche mit einer konstanten Stärke
aufgetragen.
Nun ist es bei bestimmten Substraten, z. B. bei
Keramikzylindern für Vakuumschaltkammern, deren Stirnseiten
mittels Siebdruck mit einer lötfähigen Paste versehen werden
sollen, eminent wichtig, eine definierte und
reproduzierbare Schichtdicke aufzubringen. Auf diese aufzubringende
Schicht sollen später Metalldeckel angelötet werden. Die
Güte der Lötstellen und somit die Dichtheit der
Vakuumschaltkammer hängt von einer vorgegebenen, streng
einzuhaltenden Lotpastenschichtdicke ab.
Das eingangs genannte Verfahren zum Siebdrucken ist aus
der DD 2 70 041 A1 bekannt. Dabei werden im Drucktisch
versenkbare Meßstifte sowie ein Antastbalken verwendet,
die sowohl die Substratoberfläche als auch die
Siebdruckfilmunterseite antasten. In einer Auswerteeinrichtung
wird die Meßwertedifferenz gebildet und die Druckform so
lange verstellt, bis der Absprung sein Sollmaß erreicht
hat. Dieses Meßverfahren ist störträchtig und
insbesondere zeitaufwendig. Die Antastelemente müssen des öfteren
kalibriert werden. Die Mechanik ist anfällig;
insbesondere kann das Meßergebnis durch eine zu hohe Antastkraft
an der empfindlichen Siebdruckfilmunterseite verfälscht
werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein
Siebdruckverfahren anzugeben, mit dem eine definierte,
reproduzierbare Schichtdicke bei mit Toleranzen behafteten
Substraten ermöglicht werden kann.
Die Lösung gelingt mit einer Meßstation, die den Absprung
vor einem Druckvorgang direkt oder indirekt durch
berührungsloses Abtasten der Substratoberkante ausmißt, der
Meßwert einem Rechner eingegeben wird, der die Abweichung
vom Sollwert ermittelt und einen Steuerbefehl an die
Verstelleinrichtung des Drucktisches oder der
Siebrahmenhalterung veranlaßt.
Die Meßstation kann zum Beispiel mittels Laserstrahl
(oder anderer geeigneter Meßwertaufnehmer) die relative
Höhe der an die zu bedruckende Fläche sich anschließenden
oberen Kante des Substrates ausmessen. Dabei ist die
feststehende Höhe des Auflagetisches zuzüglich der
Sollmaßhöhe des Substrates als absolutes Nullmaß kodierbar.
Eine Abweichung von diesem Wert wird vom Rechner in einen
entsprechenden Befehl zur Verstellung der
Siebrahmenhalterung oder des Drucktisches umgesetzt.
Die Verstelleinrichtung kann mechanisch oder hydraulisch
über Schritt- bzw. Linearmotoren erfolgen. Zwischen
Meßstation, Rechner sowie Befehlsgeber zur Steuerung der
Motoren kann ein Regelkreis hergestellt sein, bei dessen
Anwendung der Erfolg der Verstellung rückgemeldet wird.
Mit der Erfindung ist es möglich, unabhängig von der
Höhentoleranz des Substrates immer exakt die geforderten
Abstände einzuhalten.
Die gleiche Meßmethode kann zusätzlich an der Unterseite
(Unterkante) des Siebdruckfilmes vorgenommen werden;
dies hat den Vorteil, daß dabei der Verschleiß des
Siebdruckfilmes berücksichtigt, das heißt kompensiert wird.
Die Meßwerte beider Meßstationen werden natürlich dem
entsprechend programmierten Rechner eingegeben. Bei
verschlissenem Siebdruckfilm kann zusätzlich eine
Warnmeldung abgegeben werden.
Durch das stetige Abfragen und korrigieren des
Absprunges x vor dem Drucken ist eine automatische in den
Siebdruckprozeß integrierte Schichtdickenverstetigung
erreicht.
Die Erfindung soll anhand eines schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
Zu erkennen ist die Siebrahmenhalterung 1, die den
Siebrahmen 2 nit dem Drucksieb 3, das - z. B. über eine
Klebeverbindung - den Siebdruckfilm 4 trägt, in Position
hält. Durch die Schnittdarstellung der Teile 3 sowie 4
ist die zu druckende Kontur 5 im Siebdruckfilm
erkennbar. In diese wird beim Drucken automatisch mittels
eines Druckspachtels 8 (Rakelwerk) die Druckmasse 9
eingebracht. Der Absprung x ist definiert durch den Abstand
zwischen der Siebdruckfilmunterseite 15 und der
Substratoberfläche 14 des auf einen Drucktisch 6
aufliegenden planen Substrates 7.
Vor dem Drucken wird mit einen Vorrakel (Spachtel) das
Drucksieb 3 mit Druckmasse gefüllt. Nachdem durch eine
Relativbewegung von Siebdruckrahmenhalterung 1 und/oder
Drucktisch 6 die Druckstellung - in der
Siebdruckfilmunterseite 15 an der Substratoberfläche 14 anliegt -
erreicht ist, wird die Druckmasse 9 mittels des
Druckspachtels 8 (Druckrakelwerk) in das Drucksieb 3
hineingepreßt. Dadurch wird auf der anderen Seite Druckmasse
aus den Drucksieb 3 heraus- und in die Kontur 5 des
Siebdruckfilmes 4 hineingepreßt. Die in die Kontur 5
hineingepreßte Druckmasse verbleibt am Substrat 7 als
Schichtauftrag.
Die Schichtdicke der aufgedruckten Schicht und deren
Reproduzierbarkeit wird also bestimmt durch die Dicke des
Siebdruckfilmes an der Unterseite des verwendeten
Drucksiebes 4 und vom Abstand x.
Da der Absprung x sich in der Größenordnung von µm
bewegt, sind die übrigen Teile wesentlich
verkleinert dargestellt.
Der Drucktisch 6 ist über eine Verstelleinrichtung,
bestehend aus einem Getriebe 10 oder spielfrei arbeitenden
Gewindespindeln sowie einem Schrittmotor 11,
höhenverstellbar ausgebildet. Über das Getriebe wird der
Drucktisch in axialer Richtung (siehe Pfeil y) verschoben.
Das Getriebe kann mechanisch oder hydraulisch
funktionieren.
Der Schrittmotor 11 erhält seine Steuerbefehle von einer
Steuerelektronik 12, in der ein Rechner integriert ist.
Diese wird wiederum von Meßstationen 13, 13a mit
Meßwerten versorgt.
Die Meßstation 13 tastet mit einem, beispielsweise
optischen System (Lasermessung), die der zu bedruckenden
Fläche 14 zugeordnete Substratoberkane A ab. Eine
Abweichung des in der Steuerelektronik eingeprägten
Sollwertes der Substratoberkante wird ermittelt und ein
entsprechender Befehl an den Schrittmotor weitergeleitet.
Die Unterkante B der dem Substrat zugewandten
Siebdruckfilmfläche 15 kann ebenfalls mit Hilfe einer Meßstation
13a überwacht werden. Deren Stellung läßt eine Aussage
über den Verschleiß des Siebdruckfilmes 4 zu und kann
bei Unterschreitung eines vorgegebenen Sollwertes zu
einer Warnmeldung oder zu einem Abschalten der
Siebdruckanlage verarbeitet werden.
Es ist natürlich auch möglich, den Absprung x direkt zu
messen; auch ist eine Verstellmöglichkeit der
Siebrahmenhalterung 1 eine Methode den Absprung x
einzuregulieren.
