絲網印刷裝置及方法與流程

本發明涉及用于在工件尤其是諸如電路板或者封裝件和晶片之類的電子基板上印刷的絲網印刷裝置及方法，例如以用于太陽能電容器或者燃料電池。

背景技術：

存在利用絲網印刷頭(包括本申請人的“ProActiv^TM”印刷頭)的振動的各種絲網印刷裝置，并且已設計出用于印刷絲網的振動的系統。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種改進的絲網印刷裝置及方法，并且尤其是允許利用具有減小的印刷面積比的孔進行印刷的絲網印刷裝置及方法。

在一個方面中，本發明提供了一種用于在工件上印刷印刷介質的沉積物的印刷絲網，該印刷絲網包括片材和波導結構，在所述片材中形成印刷孔圖案以允許在工件上印刷沉積物圖案，所述波導結構能夠被驅動成感應所述片材中的超聲振動，其中所述波導結構包括位于所述片材的表面處的長形主體，該長形主體至少部分地圍繞所述印刷孔圖案。

在一個實施方式中，所述波導結構的所述長形主體延伸到所述印刷孔圖案的至少兩側。

在一個實施方式中，所述波導結構的所述長形主體延伸到所述印刷孔圖案的至少兩相對側。

在一個實施方式中，所述波導結構的所述長形主體任選地在所述片材的周緣處基本上圍繞所述印刷孔圖案。

在一個實施方式中，所述片材包括實心的連續片材，該實心的連續片材任選地為金屬片材。

在一個實施方式中，所述波導結構的所述長形主體包括多個元件，這多個元件布置到所述印刷孔圖案的相鄰側，并且在任選為圓形角的角部處聯接。

在一個實施方式中，所述波導結構的所述長形主體的長度對應于引導超聲波的四分之一波長的倍數。

在一個實施方式中，所述波導結構與所述片材分離地形成。

在一個實施方式中，所述波導結構附接到所述片材。

在一個實施方式中，所述波導結構結合到所述片材。

在一個實施方式中，所述波導結構利用結合劑結合到所述片材。

在一個實施方式中，所述結合劑包括粘合劑，任選地為丙烯酸粘合劑，更任選地為甲基丙烯酸酯結構粘合劑。

在另一實施方式中，所述波導結構焊接到所述片材。

在另一實施方式中，所述波導結構安置在所述片材上而不是直接附接在所述片材上。

在另一實施方式中，所述波導結構與所述片材一體地形成，任選地從所述片材的一個表面突出或者從所述片材的兩個相對表面突出。

在一個實施方式中，所述印刷絲網通過機加工操作、切割操作和/或蝕刻操作形成。

在另一實施方式中，所述印刷絲網被電鑄形成，借此所述波導結構產生于所述片材的一個表面或兩個表面。

在另一方面，本發明提供了一種印刷絲網單元，該印刷絲網單元包括：以上所述的印刷絲網；框架，該框架支撐所述印刷絲網；以及超聲發生器，該超聲發生器操作成向所述印刷絲網的所述波導結構輸送超聲波。

在一個實施方式中，所述印刷絲網在拉伸狀態下保持在所述框架內。

在一個實施方式中，所述超聲發生器包括聯接到所述波導結構的超聲致動器，該超聲致動器任選為壓電元件。

在一個實施方式中，所述超聲致動器任選地在所述波導結構的一個遠端處沿著所述波導結構的長度聯接到反節點。

在一個實施方式中，所述超聲致動器被驅動成感應所述波導結構中的振動，該振動在從大約20kHz至大約80kHz的范圍內，任選地在從大約30kHz至大約60kHz的范圍內，更任選地在從大約35kHz至大約55kHz的范圍內。

在一個實施方式中，所述超聲致動器以小于10W的功率、任選地以在大約2.5W至7.5W之間的功率被驅動。

在又一方面中，本發明提供了一種在工件上印刷印刷介質的沉積物的方法，該方法包括以下步驟：設置以上所述的印刷絲網單元；設置工件支撐件，該工件支撐件相對于所述印刷絲網單元支撐工件；設置印刷頭單元，該印刷頭單元包括印刷頭，該印刷頭在印刷操作中能操作成驅動印刷介質通過所述印刷絲網單元的所述印刷絲網中的所述印刷孔圖案；使所述印刷絲網單元和所述工件支撐件相對于彼此移動，從而使得工件被布置成與所述印刷絲網單元的所述印刷絲網中的所述孔圖案相鄰；操作所述印刷頭單元以執行印刷操作，在印刷操作中，印刷介質被驅動通過工件上的所述印刷絲網單元的所述印刷絲網中的所述印刷孔圖案；在所述印刷操作之后分離所述印刷絲網單元的所述印刷絲網和所述工件支撐件；以及操作所述超聲發生器以至少在所述分離步驟的部分期間向所述印刷絲網單元的所述印刷絲網的所述波導結構輸送超聲波。

在一個實施方式中，所述超聲發生器在所述分離步驟期間操作。

在一個實施方式中，所述超聲發生器在執行所述分離步驟之前被起動或者與所述分離步驟同時被起動。

在一個實施方式中，所述超聲發生器在印刷操作的至少部分期間操作。

在一個實施方式中，所述超聲發生器在印刷操作期間操作。

在一個實施方式中，所述超聲發生器在所述印刷操作之前被起動或者與所述印刷操作同時被起動。在一個實施方式中，所述印刷頭單元還包括波導結構和另一超聲發生器，所述波導結構能操作成感應所述印刷頭中的超聲振動，所述另一超聲發生器能操作成向所述印刷頭單元的所述波導結構輸送超聲波，并且該方法還包括以下步驟：操作所述另一超聲發生器，以至少在所述印刷操作的部分期間向所述印刷頭單元的所述波導結構輸送超聲波。

在一個實施方式中，所述另一超聲發生器在所述印刷操作期間被致動。

在一個實施方式中，所述另一超聲發生器在所述印刷操作之前被起動或者與所述印刷操作同時被起動。

在一個實施方式中，所述另一超聲發生器至少在所述分離步驟的部分期間被操作。

在一個實施方式中，所述另一超聲發生器在所述分離步驟期間被操作。

在一個實施方式中，任選地包括刮板的所述印刷頭在所述印刷操作中在所述印刷絲網的表面上來回移動。

在一個實施方式中，所述印刷介質是焊膏、銀膏或者粘合劑。

附圖說明

現在在下文中將參照附圖僅通過示例描述本發明的優選實施方式，附圖中：

圖1示出了根據本發明的第一實施方式的絲網印刷裝置；

圖2示出了圖1的絲網印刷裝置的(沿著圖1中的剖面I-I)縱剖視圖；

圖3示出了根據所述示例的作為頻率和功率的函數的用于印刷沉積物的體積的樣本均值(X-bar)的圖。

圖4示出了根據所述示例的作為頻率和功率的函數的用于印刷沉積物的體積的標準偏差的圖。

圖5通過過程性能指標(Cpk)的方式示出了根據所述示例的如與印刷頭(B)相比，在由印刷頭(A)的超聲致動產生的轉換效率中的相對增大方面的貢獻。

圖6(a)示出了根據所述示例的其中印刷絲網和印刷頭都未被致動的印刷結果；

圖6(b)示出了根據所述示例的其中印刷頭而不是印刷絲網被致動的印刷結果；

圖6(c)示出了根據所述示例的其中印刷絲網而不是印刷頭被致動的印刷結果；

圖6(d)示出了根據所述示例的其中印刷絲網和印刷頭被致動的印刷結果；

圖7(a)示出了根據本發明的第二實施方式的印刷絲網單元的立體圖；

圖7(b)示出了圖7(a)的印刷絲網單元的側視圖；

圖7(c)示出了圖7(a)的印刷絲網單元的俯視圖；

圖7(d)示出了圖7(c)的細節A的放大俯視圖；

圖8(a)示出了圖7(a)的印刷絲網的波導結構的立體圖；

圖8(b)示出了圖8(a)的波導結構的俯視圖；

圖8(c)示出了圖8(a)的波導結構的側視圖；

圖9示出了圖7(b)的印刷絲網單元的致動器的縱向剖視圖；以及

圖10示出了根據本發明的一個實施方式的絲網清潔裝置。

具體實施方式

圖1和圖2示出了根據本發明的一個實施方式的絲網印刷裝置。

該絲網印刷裝置包括印刷絲網單元3，印刷絲網單元3包括印刷絲網5和框架9，印刷絲網5中包括印刷孔圖案7，印刷孔圖案7限定了待被印刷在其下面的工件W上的沉積物圖案，框架9在該實施方式中在拉伸的情況下支撐印刷絲網5。

印刷絲網5包括呈模板形式的片材11，片材11在這里為實心的連續片材。

在該實施方式中，片材11由金屬片材形成，但是可以另選地由塑料片材形成。在另選實施方式中，片材11可以由呈篩網形式的網形成。在一個實施方式中，片材11可以是金屬網，但是另選地可以由塑料網形成。

印刷絲網5還包括如在下文中將更詳細地描述的波導結構21，波導結構21能夠被驅動成感應片材11中的超聲振動。

在該實施方式中，波導結構21包括位于片材11的表面處的長形主體23，長形主體23延伸至印刷孔圖案7的至少兩個相對側，在該實施方式中基本圍繞印刷孔圖案7。

在該實施方式中，長形主體23包括多個元件25，這多個元件25布置到印刷孔圖案7的相鄰側，并且在這里均由圓角部27聯接且在遠端29處終止，其中一個遠端設置有致動器節點30，如在下文中將更詳細地描述的，超聲致動器63聯接到該致動器節點30。

在該實施方式中，長形主體23的長度對應于引導波的波長的四分之一。

在該實施方式中，長形主體23具有矩形截面，矩形截面的寬度為4mm，高度為4mm。在另選實施方式中，長形主體的高度可以為2mm。

在優選實施方式中，長形主體23的寬度小于大約5mm，并且任選地大于大約2mm。

在優選實施方式中，長形主體23的高度小于大約5mm，任選地小于大約3mm，并且任選地大于大約1mm。在該實施方式中，圓角部27的內徑為35mm。

在該實施方式中，波導結構21由鋁形成。在另選實施方式中，波導結構21可以由不銹鋼形成。

在該實施方式中，波導結構21與片材11分離地形成。

在該實施方式中，波導結構21附接到片材11，在這里利用粘合劑(在這里為丙烯酸粘合劑，諸如為甲基丙烯酸酯結構粘合劑)結合到片材11。在該實施方式中，粘合劑是Crestabond M1粘合劑，任選地為Crestabond M1-05粘合劑(如由英國的渥拉斯頓(Wollaston)的Scott Bader供應)。

在另選實施方式中，波導結構21可以被焊接到片材11。

在另一實施方式中，波導結構21可以被安置在片材11上，而不直接附接在片材11上。

在另一另選實施方式中，波導結構21可以與片材11一體地形成。在一個實施方式中，波導結構21可以從片材11的一個表面突出。在另一實施方式中，波導結構21可以從片材11的上表面和下表面突出。

在一個實施方式中，印刷絲網5可以通過機加工操作、切割操作和/或蝕刻操作形成。

在另一實施方式中，印刷絲網5可以被電鑄形成，借此波導結構21產生于片材11的表面。該絲網印刷裝置還包括工件支撐件41，該工件支撐件41相對于印刷絲網單元3支撐工件W，在該實施方式中工件支撐件41位于印刷絲網單元3的印刷絲網5下方的印刷區域處。

該絲網印刷裝置還包括印刷頭單元51，該印刷頭單元51在印刷操作中操作成驅動印刷介質(通常為焊膏、銀膏或者粘合劑)通過印刷絲網5中的印刷孔圖案7。

在該實施方式中，印刷頭單元51包括印刷頭52，印刷頭52在這里包括刮板53，該刮板53在印刷操作中在印刷絲網5的表面上來回移動。

在該實施方式中，印刷頭52包括波導結構55，該波導結構55能夠被驅動成感應刮板53中的超聲振動。

該絲網印刷裝置還包括第一超聲生成單元61，該第一超聲生成單元61操作成向印刷絲網單元3的波導結構21輸送超聲波。

在該實施方式中，第一超聲生成單元61包括超聲致動器63和驅動該致動器63的電源65，超聲致動器63聯接到波導結構21并且在這里為壓電元件。

在該實施方式中，致動器63在波導結構21的其中一個遠端29處聯接到致動器節點30，但是可以另選地沿著波導結構的長度聯接在任意反節點處。

在該實施方式中，致動器63被驅動成感應波導結構21中的振動，該振動在從大約20kHz至大約80kHz的范圍內，任選地在從大約30kHz至大約60kHz的范圍內，更任選地在從大約35kHz至大約55kHz的范圍內。在該實施方式中，致動器63以小于10W的功率并且優選地以大約2.5W至7.5W之間的功率被驅動。

該絲網印刷裝置還包括第二超聲發生單元71，該第二超聲發生單元71操作成向印刷頭52的波導結構55輸送超聲波。

在該實施方式中，第二超聲發生單元71包括超聲致動器73和驅動該致動器73的電源75，超聲致動器63聯接到波導結構55并且在這里為壓電元件。

在該實施方式中，致動器73被驅動成感應波導結構21中的振動，該振動在從大約20kHz至大約80kHz的范圍內，任選地在從大約30kHz至大約60kHz的范圍內，更任選地在從大約35kHz至大約55kHz的范圍內。

在本發明的印刷絲網5利用波導結構21進行超聲致動的情況下，已發現印刷面積比(也就是說，印刷孔的側壁的面積與開孔面積之比)能夠被實現為小于0.4。這與僅能夠實現最佳0.5的印刷面積比的現有印刷方法學相當，并且因此僅利用專用的焊膏。本發明因此代表了在沉積方面的轉換型改進，其允許利用更薄的印刷絲網來印刷更小的沉積物。

現在在下文中將僅參照下列非限制性示例通過示例來描述本發明。

印刷頭52是以29至35kHz的頻率、50mm/s的印刷速度以及4Kg的印刷壓力操作的ProActiv^TM印刷頭。刮板53是長度為170mm和角度為60度的金屬刮板。

印刷絲網5是100μm不銹鋼絲網該不銹鋼絲網具有尺寸在150μm左右的孔圖案7并且構造成用于0.3mm芯片級封裝(CSP)。

在印刷之后將工件W與印刷絲網5分離中的分離速度是3mm/s。

印刷介質是(如由日本的Koki公司供應的)焊膏。

在該示例中，印刷絲網5的波導結構21被致動成在2.5、5和7.5W的功率水平下以31.56、45.78和60kHz的頻率感應模板片材11中的振動。

圖3示出了作為頻率和功率的函數的用于印刷沉積物的體積的樣本均值(X-bar)的圖。

如將看到的，最佳頻率在大約45kHz處被觀測到，并且最佳功率在大約5W處被觀測到。已想到轉換效率將與功率成比例，并且在相當低功率下的最佳功率峰值的存在是令人詫異的。

圖4示出了作為頻率和功率的函數的用于印刷沉積物的體積的標準偏差的圖。

如將觀察到的，用于頻率和功率的最佳值還呈現出在印刷沉積物的體積中引人注目的低標準偏差，因此不僅設置為用于增大的轉換效率，而且設置為對于沉積物的顯著增大的均勻性。圖5通過過程性能指標(Cpk)的方式示出了如與印刷頭5(B)相比，在由印刷頭52(A)的超聲致動產生的轉換效率中的相對增大方面的貢獻。

印刷絲網5單獨的超聲致動的效果或者與印刷頭52的超聲致動相結合的超聲致動的效果能夠在圖6(a)至6(d)中被清楚地觀察到，這些圖代表了來自2250個孔的印刷結果。

圖6(a)示出了其中印刷絲網5和印刷頭52都未被超聲致動(其中均值為0.4182并且SD為0.1802)的印刷結果。

圖6(b)示出了其中印刷頭52而不是印刷絲網5被超聲致動(其中均值為0.804并且SD為0.2212)的印刷結果。

圖6(c)示出了其中印刷絲網5而不是印刷頭52被超聲致動(其中均值為0.9232并且SD為0.1326)的印刷結果。

圖6(d)示出了其中印刷絲網5和印刷頭52都被超聲致動(其中均值為0.9802并且SD為0.1006)的印刷結果。

如將被觀察到的，通過印刷絲網5的超聲致動尤其是印刷均勻性實現了顯著的改進，并且該改進在印刷絲網5和印刷頭52均被超聲致動時被進一步增強。

圖7至圖9示出了根據本發明的第二實施方式的絲網印刷裝置。該實施方式的絲網印刷裝置與在先描述的實施方式的絲網印刷裝置非常相似，并且因此，為了避免不必要的重復說明，將僅詳細地描述差異之處，其中相同的部件用相同的附圖標記表示。

該實施方式的絲網印刷裝置與在先描述的實施方式的絲網印刷裝置的不同之處在于，框架9不是在任何情況下都保持印刷絲網5的片材11上的拉伸的剛性框架，而是在被拆下時以非拉伸狀態支撐印刷絲網5并且允許借助外部拉伸機構拉伸印刷絲網5的框架。在該實施方式中，框架9是如由DEK(英國的Weymouth)供應的框架。

在該實施方式中，印刷絲網5的差異之處還在于具有豎立件81，該豎立件81圍繞片材11的周緣延伸并且以比波導結構21更大的程度從片材11的表面突出，由此在印刷絲網單元3安置在表面上時保護波導結構21。

在該實施方式中，印刷絲網5的差異之處還在于，波導結構21的長形主體23是單個的連續元件，該元件包括位于長形主體23的路徑中的一個致動器節點30。在該實施方式中，致動器節點30包括與印刷絲網5的片材11中的孔對應的通孔85，如下面將更詳細地描述的，該通孔85允許將超聲致動器63固定到致動器節點。

在該實施方式中，如圖9所示的，超聲致動器63包括呈相對關系的第一和第二壓電元件91(在這里為環形盤)和電連接到電源65的電連接件93。在該實施方式中，壓電元件91的正極彼此面對。在該實施方式中，超聲致動器63還包括第一質量元件95和第二質量元件96(在這里為前質量元件和后質量元件)以及固定件97，第一質量元件95和第二質量元件96布置到壓電元件91的相對兩側，固定件97將質量元件95和96互連并且將壓電元件91壓縮至預定壓縮，使得超聲致動器63以預定步頻率共振。

在該實施方式中，超聲致動器63在這里借助固定件99固定到(在這里螺接到)波導結構21的致動器節點30，該固定件99穿過致動器節點30中的孔85，借此前質量元件96被接合到致動器節點30并且與致動器節點30聯接。

圖10示出了根據本發明的一個實施方式的絲網清潔裝置。

該絲網清潔裝置包括清潔容器101(在這里呈罐的形式)，該清潔容器101容納清潔流體103并且接收至少一個印刷絲網單元3。

在該實施方式中，印刷絲網5在安裝到框架時被布置在清潔容器101中，但是在另選實施方式中，印刷絲網5可以從框架9拆下。

該絲網清潔裝置還包括超聲發生單元107，該超聲發生單元107操作成向印刷絲網5上的波導結構21輸送超聲波，以清潔印刷絲網5。

在該實施方式中，超聲發生單元107包括超聲致動器109和驅動該致動器109的電源111，該超聲致動器109聯接到波導結構21并且在這里為壓電元件。在該實施方式中，致動器109聯接到波導結構21的其中一個遠端29，但是可以另選地沿著波導結構的長度聯接在任何反節點處。

在該實施方式中，致動器109被驅動成感應波導結構21中的振動，該振動在從大約20kHz至大約80kHz的范圍內，任選地在從大約30kHz至大約60kHz的范圍內，更任選地在從大約35kHz至大約55kHz的范圍內。

在該實施方式中，致動器109以小于10W的功率并且優選地以在大約2.5W至7.5W之間的功率被驅動。

最后，將理解的是，本發明已在其優選實施方式中被描述，并且在不脫離如由所附的權利要求限定的發明的范圍的情況下能夠以許多不同的方式修改。