丝网印刷装置及方法与流程

本发明涉及用于在工件尤其是诸如电路板或者封装件和晶片之类的电子基板上印刷的丝网印刷装置及方法，例如以用于太阳能电容器或者燃料电池。

背景技术：

存在利用丝网印刷头(包括本申请人的“ProActiv^TM”印刷头)的振动的各种丝网印刷装置，并且已设计出用于印刷丝网的振动的系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改进的丝网印刷装置及方法，并且尤其是允许利用具有减小的印刷面积比的孔进行印刷的丝网印刷装置及方法。

在一个方面中，本发明提供了一种用于在工件上印刷印刷介质的沉积物的印刷丝网，该印刷丝网包括片材和波导结构，在所述片材中形成印刷孔图案以允许在工件上印刷沉积物图案，所述波导结构能够被驱动成感应所述片材中的超声振动，其中所述波导结构包括位于所述片材的表面处的长形主体，该长形主体至少部分地围绕所述印刷孔图案。

在一个实施方式中，所述波导结构的所述长形主体延伸到所述印刷孔图案的至少两侧。

在一个实施方式中，所述波导结构的所述长形主体延伸到所述印刷孔图案的至少两相对侧。

在一个实施方式中，所述波导结构的所述长形主体任选地在所述片材的周缘处基本上围绕所述印刷孔图案。

在一个实施方式中，所述片材包括实心的连续片材，该实心的连续片材任选地为金属片材。

在一个实施方式中，所述波导结构的所述长形主体包括多个元件，这多个元件布置到所述印刷孔图案的相邻侧，并且在任选为圆形角的角部处联接。

在一个实施方式中，所述波导结构的所述长形主体的长度对应于引导超声波的四分之一波长的倍数。

在一个实施方式中，所述波导结构与所述片材分离地形成。

在一个实施方式中，所述波导结构附接到所述片材。

在一个实施方式中，所述波导结构结合到所述片材。

在一个实施方式中，所述波导结构利用结合剂结合到所述片材。

在一个实施方式中，所述结合剂包括粘合剂，任选地为丙烯酸粘合剂，更任选地为甲基丙烯酸酯结构粘合剂。

在另一实施方式中，所述波导结构焊接到所述片材。

在另一实施方式中，所述波导结构安置在所述片材上而不是直接附接在所述片材上。

在另一实施方式中，所述波导结构与所述片材一体地形成，任选地从所述片材的一个表面突出或者从所述片材的两个相对表面突出。

在一个实施方式中，所述印刷丝网通过机加工操作、切割操作和/或蚀刻操作形成。

在另一实施方式中，所述印刷丝网被电铸形成，借此所述波导结构产生于所述片材的一个表面或两个表面。

在另一方面，本发明提供了一种印刷丝网单元，该印刷丝网单元包括：以上所述的印刷丝网；框架，该框架支撑所述印刷丝网；以及超声发生器，该超声发生器操作成向所述印刷丝网的所述波导结构输送超声波。

在一个实施方式中，所述印刷丝网在拉伸状态下保持在所述框架内。

在一个实施方式中，所述超声发生器包括联接到所述波导结构的超声致动器，该超声致动器任选为压电元件。

在一个实施方式中，所述超声致动器任选地在所述波导结构的一个远端处沿着所述波导结构的长度联接到反节点。

在一个实施方式中，所述超声致动器被驱动成感应所述波导结构中的振动，该振动在从大约20kHz至大约80kHz的范围内，任选地在从大约30kHz至大约60kHz的范围内，更任选地在从大约35kHz至大约55kHz的范围内。

在一个实施方式中，所述超声致动器以小于10W的功率、任选地以在大约2.5W至7.5W之间的功率被驱动。

在又一方面中，本发明提供了一种在工件上印刷印刷介质的沉积物的方法，该方法包括以下步骤：设置以上所述的印刷丝网单元；设置工件支撑件，该工件支撑件相对于所述印刷丝网单元支撑工件；设置印刷头单元，该印刷头单元包括印刷头，该印刷头在印刷操作中能操作成驱动印刷介质通过所述印刷丝网单元的所述印刷丝网中的所述印刷孔图案；使所述印刷丝网单元和所述工件支撑件相对于彼此移动，从而使得工件被布置成与所述印刷丝网单元的所述印刷丝网中的所述孔图案相邻；操作所述印刷头单元以执行印刷操作，在印刷操作中，印刷介质被驱动通过工件上的所述印刷丝网单元的所述印刷丝网中的所述印刷孔图案；在所述印刷操作之后分离所述印刷丝网单元的所述印刷丝网和所述工件支撑件；以及操作所述超声发生器以至少在所述分离步骤的部分期间向所述印刷丝网单元的所述印刷丝网的所述波导结构输送超声波。

在一个实施方式中，所述超声发生器在所述分离步骤期间操作。

在一个实施方式中，所述超声发生器在执行所述分离步骤之前被起动或者与所述分离步骤同时被起动。

在一个实施方式中，所述超声发生器在印刷操作的至少部分期间操作。

在一个实施方式中，所述超声发生器在印刷操作期间操作。

在一个实施方式中，所述超声发生器在所述印刷操作之前被起动或者与所述印刷操作同时被起动。在一个实施方式中，所述印刷头单元还包括波导结构和另一超声发生器，所述波导结构能操作成感应所述印刷头中的超声振动，所述另一超声发生器能操作成向所述印刷头单元的所述波导结构输送超声波，并且该方法还包括以下步骤：操作所述另一超声发生器，以至少在所述印刷操作的部分期间向所述印刷头单元的所述波导结构输送超声波。

在一个实施方式中，所述另一超声发生器在所述印刷操作期间被致动。

在一个实施方式中，所述另一超声发生器在所述印刷操作之前被起动或者与所述印刷操作同时被起动。

在一个实施方式中，所述另一超声发生器至少在所述分离步骤的部分期间被操作。

在一个实施方式中，所述另一超声发生器在所述分离步骤期间被操作。

在一个实施方式中，任选地包括刮板的所述印刷头在所述印刷操作中在所述印刷丝网的表面上来回移动。

在一个实施方式中，所述印刷介质是焊膏、银膏或者粘合剂。

附图说明

现在在下文中将参照附图仅通过示例描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1示出了根据本发明的第一实施方式的丝网印刷装置；

图2示出了图1的丝网印刷装置的(沿着图1中的剖面I-I)纵剖视图；

图3示出了根据所述示例的作为频率和功率的函数的用于印刷沉积物的体积的样本均值(X-bar)的图。

图4示出了根据所述示例的作为频率和功率的函数的用于印刷沉积物的体积的标准偏差的图。

图5通过过程性能指标(Cpk)的方式示出了根据所述示例的如与印刷头(B)相比，在由印刷头(A)的超声致动产生的转换效率中的相对增大方面的贡献。

图6(a)示出了根据所述示例的其中印刷丝网和印刷头都未被致动的印刷结果；

图6(b)示出了根据所述示例的其中印刷头而不是印刷丝网被致动的印刷结果；

图6(c)示出了根据所述示例的其中印刷丝网而不是印刷头被致动的印刷结果；

图6(d)示出了根据所述示例的其中印刷丝网和印刷头被致动的印刷结果；

图7(a)示出了根据本发明的第二实施方式的印刷丝网单元的立体图；

图7(b)示出了图7(a)的印刷丝网单元的侧视图；

图7(c)示出了图7(a)的印刷丝网单元的俯视图；

图7(d)示出了图7(c)的细节A的放大俯视图；

图8(a)示出了图7(a)的印刷丝网的波导结构的立体图；

图8(b)示出了图8(a)的波导结构的俯视图；

图8(c)示出了图8(a)的波导结构的侧视图；

图9示出了图7(b)的印刷丝网单元的致动器的纵向剖视图；以及

图10示出了根据本发明的一个实施方式的丝网清洁装置。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的一个实施方式的丝网印刷装置。

该丝网印刷装置包括印刷丝网单元3，印刷丝网单元3包括印刷丝网5和框架9，印刷丝网5中包括印刷孔图案7，印刷孔图案7限定了待被印刷在其下面的工件W上的沉积物图案，框架9在该实施方式中在拉伸的情况下支撑印刷丝网5。

印刷丝网5包括呈模板形式的片材11，片材11在这里为实心的连续片材。

在该实施方式中，片材11由金属片材形成，但是可以另选地由塑料片材形成。在另选实施方式中，片材11可以由呈筛网形式的网形成。在一个实施方式中，片材11可以是金属网，但是另选地可以由塑料网形成。

印刷丝网5还包括如在下文中将更详细地描述的波导结构21，波导结构21能够被驱动成感应片材11中的超声振动。

在该实施方式中，波导结构21包括位于片材11的表面处的长形主体23，长形主体23延伸至印刷孔图案7的至少两个相对侧，在该实施方式中基本围绕印刷孔图案7。

在该实施方式中，长形主体23包括多个元件25，这多个元件25布置到印刷孔图案7的相邻侧，并且在这里均由圆角部27联接且在远端29处终止，其中一个远端设置有致动器节点30，如在下文中将更详细地描述的，超声致动器63联接到该致动器节点30。

在该实施方式中，长形主体23的长度对应于引导波的波长的四分之一。

在该实施方式中，长形主体23具有矩形截面，矩形截面的宽度为4mm，高度为4mm。在另选实施方式中，长形主体的高度可以为2mm。

在优选实施方式中，长形主体23的宽度小于大约5mm，并且任选地大于大约2mm。

在优选实施方式中，长形主体23的高度小于大约5mm，任选地小于大约3mm，并且任选地大于大约1mm。在该实施方式中，圆角部27的内径为35mm。

在该实施方式中，波导结构21由铝形成。在另选实施方式中，波导结构21可以由不锈钢形成。

在该实施方式中，波导结构21与片材11分离地形成。

在该实施方式中，波导结构21附接到片材11，在这里利用粘合剂(在这里为丙烯酸粘合剂，诸如为甲基丙烯酸酯结构粘合剂)结合到片材11。在该实施方式中，粘合剂是Crestabond M1粘合剂，任选地为Crestabond M1-05粘合剂(如由英国的渥拉斯顿(Wollaston)的Scott Bader供应)。

在另选实施方式中，波导结构21可以被焊接到片材11。

在另一实施方式中，波导结构21可以被安置在片材11上，而不直接附接在片材11上。

在另一另选实施方式中，波导结构21可以与片材11一体地形成。在一个实施方式中，波导结构21可以从片材11的一个表面突出。在另一实施方式中，波导结构21可以从片材11的上表面和下表面突出。

在一个实施方式中，印刷丝网5可以通过机加工操作、切割操作和/或蚀刻操作形成。

在另一实施方式中，印刷丝网5可以被电铸形成，借此波导结构21产生于片材11的表面。该丝网印刷装置还包括工件支撑件41，该工件支撑件41相对于印刷丝网单元3支撑工件W，在该实施方式中工件支撑件41位于印刷丝网单元3的印刷丝网5下方的印刷区域处。

该丝网印刷装置还包括印刷头单元51，该印刷头单元51在印刷操作中操作成驱动印刷介质(通常为焊膏、银膏或者粘合剂)通过印刷丝网5中的印刷孔图案7。

在该实施方式中，印刷头单元51包括印刷头52，印刷头52在这里包括刮板53，该刮板53在印刷操作中在印刷丝网5的表面上来回移动。

在该实施方式中，印刷头52包括波导结构55，该波导结构55能够被驱动成感应刮板53中的超声振动。

该丝网印刷装置还包括第一超声生成单元61，该第一超声生成单元61操作成向印刷丝网单元3的波导结构21输送超声波。

在该实施方式中，第一超声生成单元61包括超声致动器63和驱动该致动器63的电源65，超声致动器63联接到波导结构21并且在这里为压电元件。

在该实施方式中，致动器63在波导结构21的其中一个远端29处联接到致动器节点30，但是可以另选地沿着波导结构的长度联接在任意反节点处。

在该实施方式中，致动器63被驱动成感应波导结构21中的振动，该振动在从大约20kHz至大约80kHz的范围内，任选地在从大约30kHz至大约60kHz的范围内，更任选地在从大约35kHz至大约55kHz的范围内。在该实施方式中，致动器63以小于10W的功率并且优选地以大约2.5W至7.5W之间的功率被驱动。

该丝网印刷装置还包括第二超声发生单元71，该第二超声发生单元71操作成向印刷头52的波导结构55输送超声波。

在该实施方式中，第二超声发生单元71包括超声致动器73和驱动该致动器73的电源75，超声致动器63联接到波导结构55并且在这里为压电元件。

在该实施方式中，致动器73被驱动成感应波导结构21中的振动，该振动在从大约20kHz至大约80kHz的范围内，任选地在从大约30kHz至大约60kHz的范围内，更任选地在从大约35kHz至大约55kHz的范围内。

在本发明的印刷丝网5利用波导结构21进行超声致动的情况下，已发现印刷面积比(也就是说，印刷孔的侧壁的面积与开孔面积之比)能够被实现为小于0.4。这与仅能够实现最佳0.5的印刷面积比的现有印刷方法学相当，并且因此仅利用专用的焊膏。本发明因此代表了在沉积方面的转换型改进，其允许利用更薄的印刷丝网来印刷更小的沉积物。

现在在下文中将仅参照下列非限制性示例通过示例来描述本发明。

印刷头52是以29至35kHz的频率、50mm/s的印刷速度以及4Kg的印刷压力操作的ProActiv^TM印刷头。刮板53是长度为170mm和角度为60度的金属刮板。

印刷丝网5是100μm不锈钢丝网该不锈钢丝网具有尺寸在150μm左右的孔图案7并且构造成用于0.3mm芯片级封装(CSP)。

在印刷之后将工件W与印刷丝网5分离中的分离速度是3mm/s。

印刷介质是(如由日本的Koki公司供应的)焊膏。

在该示例中，印刷丝网5的波导结构21被致动成在2.5、5和7.5W的功率水平下以31.56、45.78和60kHz的频率感应模板片材11中的振动。

图3示出了作为频率和功率的函数的用于印刷沉积物的体积的样本均值(X-bar)的图。

如将看到的，最佳频率在大约45kHz处被观测到，并且最佳功率在大约5W处被观测到。已想到转换效率将与功率成比例，并且在相当低功率下的最佳功率峰值的存在是令人诧异的。

图4示出了作为频率和功率的函数的用于印刷沉积物的体积的标准偏差的图。

如将观察到的，用于频率和功率的最佳值还呈现出在印刷沉积物的体积中引人注目的低标准偏差，因此不仅设置为用于增大的转换效率，而且设置为对于沉积物的显著增大的均匀性。图5通过过程性能指标(Cpk)的方式示出了如与印刷头5(B)相比，在由印刷头52(A)的超声致动产生的转换效率中的相对增大方面的贡献。

印刷丝网5单独的超声致动的效果或者与印刷头52的超声致动相结合的超声致动的效果能够在图6(a)至6(d)中被清楚地观察到，这些图代表了来自2250个孔的印刷结果。

图6(a)示出了其中印刷丝网5和印刷头52都未被超声致动(其中均值为0.4182并且SD为0.1802)的印刷结果。

图6(b)示出了其中印刷头52而不是印刷丝网5被超声致动(其中均值为0.804并且SD为0.2212)的印刷结果。

图6(c)示出了其中印刷丝网5而不是印刷头52被超声致动(其中均值为0.9232并且SD为0.1326)的印刷结果。

图6(d)示出了其中印刷丝网5和印刷头52都被超声致动(其中均值为0.9802并且SD为0.1006)的印刷结果。

如将被观察到的，通过印刷丝网5的超声致动尤其是印刷均匀性实现了显著的改进，并且该改进在印刷丝网5和印刷头52均被超声致动时被进一步增强。

图7至图9示出了根据本发明的第二实施方式的丝网印刷装置。该实施方式的丝网印刷装置与在先描述的实施方式的丝网印刷装置非常相似，并且因此，为了避免不必要的重复说明，将仅详细地描述差异之处，其中相同的部件用相同的附图标记表示。

该实施方式的丝网印刷装置与在先描述的实施方式的丝网印刷装置的不同之处在于，框架9不是在任何情况下都保持印刷丝网5的片材11上的拉伸的刚性框架，而是在被拆下时以非拉伸状态支撑印刷丝网5并且允许借助外部拉伸机构拉伸印刷丝网5的框架。在该实施方式中，框架9是如由DEK(英国的Weymouth)供应的框架。

在该实施方式中，印刷丝网5的差异之处还在于具有竖立件81，该竖立件81围绕片材11的周缘延伸并且以比波导结构21更大的程度从片材11的表面突出，由此在印刷丝网单元3安置在表面上时保护波导结构21。

在该实施方式中，印刷丝网5的差异之处还在于，波导结构21的长形主体23是单个的连续元件，该元件包括位于长形主体23的路径中的一个致动器节点30。在该实施方式中，致动器节点30包括与印刷丝网5的片材11中的孔对应的通孔85，如下面将更详细地描述的，该通孔85允许将超声致动器63固定到致动器节点。

在该实施方式中，如图9所示的，超声致动器63包括呈相对关系的第一和第二压电元件91(在这里为环形盘)和电连接到电源65的电连接件93。在该实施方式中，压电元件91的正极彼此面对。在该实施方式中，超声致动器63还包括第一质量元件95和第二质量元件96(在这里为前质量元件和后质量元件)以及固定件97，第一质量元件95和第二质量元件96布置到压电元件91的相对两侧，固定件97将质量元件95和96互连并且将压电元件91压缩至预定压缩，使得超声致动器63以预定步频率共振。

在该实施方式中，超声致动器63在这里借助固定件99固定到(在这里螺接到)波导结构21的致动器节点30，该固定件99穿过致动器节点30中的孔85，借此前质量元件96被接合到致动器节点30并且与致动器节点30联接。

图10示出了根据本发明的一个实施方式的丝网清洁装置。

该丝网清洁装置包括清洁容器101(在这里呈罐的形式)，该清洁容器101容纳清洁流体103并且接收至少一个印刷丝网单元3。

在该实施方式中，印刷丝网5在安装到框架时被布置在清洁容器101中，但是在另选实施方式中，印刷丝网5可以从框架9拆下。

该丝网清洁装置还包括超声发生单元107，该超声发生单元107操作成向印刷丝网5上的波导结构21输送超声波，以清洁印刷丝网5。

在该实施方式中，超声发生单元107包括超声致动器109和驱动该致动器109的电源111，该超声致动器109联接到波导结构21并且在这里为压电元件。在该实施方式中，致动器109联接到波导结构21的其中一个远端29，但是可以另选地沿着波导结构的长度联接在任何反节点处。

在该实施方式中，致动器109被驱动成感应波导结构21中的振动，该振动在从大约20kHz至大约80kHz的范围内，任选地在从大约30kHz至大约60kHz的范围内，更任选地在从大约35kHz至大约55kHz的范围内。

在该实施方式中，致动器109以小于10W的功率并且优选地以在大约2.5W至7.5W之间的功率被驱动。

最后，将理解的是，本发明已在其优选实施方式中被描述，并且在不脱离如由所附的权利要求限定的发明的范围的情况下能够以许多不同的方式修改。