СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ
METHOD AND DEVICE FOR SCREEN PRINTING

Изобретение относится к устройству трафаретной печати и способу печати на заготовках, в частности электронных подложках, таких как печатные платы или пакеты и пластины, например, для применений в солнечных или топливных элементах.
Существуют разнообразные устройства трафаретной печати, которые используют вибрацию головки для трафаретной печати, в том числе печатающей головки ProActiv™ настоящего заявителя, и также разработаны системы для вибрации трафаретной сетки.
Целью настоящего изобретения является разработка устройства и способа улучшенной трафаретной печати, в частности таких, которые позволяют производить печать с апертурами, имеющими уменьшенное соотношение площадей печати.
В одном аспекте настоящее изобретение предлагает трафаретную сетку для печати осажденных слоев печатного материала на заготовках, трафаретная сетка представляет собой лист, в котором формируется трафарет с апертурами для печати, чтобы обеспечить печать рисунка слоев на заготовке, и волновод, который может приводиться в действие, чтобы возбуждать ультразвуковую вибрацию в листе, при этом волновод представляет собой удлиненное тело у поверхности листа, которое по меньшей мере частично окружает трафарет с апертурами для печати.
В одном варианте осуществления удлиненное тело волновода проходит по меньшей мере по двум сторонам трафарета с апертурами для печати.
В одном варианте осуществления удлиненное тело волновода проходит по меньшей мере по двум противоположным сторонам трафарета с апертурами для печати.
В одном варианте осуществления удлиненное тело волновода по существу окружает трафарет с апертурами для печати, опционально по периферии листа.
В одном варианте осуществления лист представляет собой твердый сплошной лист, опционально металлический лист.
В одном варианте осуществления удлиненное тело волновода содержит множество элементов, которые расположены на смежных сторонах трафарета с апертурами для печати и соединены на углах, опционально закругленных углах.
В одном варианте осуществления удлиненное тело волновода имеет длину, которая соответствует кратному числу четвертей волны для направляемой ультразвуковой волны.
В одном варианте осуществления волновод формируют отдельно от листа.
В одном варианте осуществления волновод прикрепляют к листу.
В одном варианте осуществления волновод приклеивают к листу.
В одном варианте осуществления волновод приклеивают к листу с помощью связующего вещества.
В одном варианте осуществления связующее вещество представляет собой клей, опционально акриловый клей, более опционально метакриловый конструкционный клей.
В другом варианте осуществления волновод приваривают к листу.
В другом варианте осуществления волновод опирается на лист, без непосредственного прикрепления к нему.
В другом варианте осуществления волновод выполнен как одно целое с листом, опционально выступая из одной поверхности листа или из обеих противоположных поверхностей листа.
В одном варианте осуществления трафаретную сетку формируют с помощью операций механической обработки, резки и/или травления.
В другом варианте осуществления трафаретную сетку получают способом гальванопластики, в результате чего волновод выращивают на одной или обеих сторонах листа.
В другом аспекте настоящее изобретение предлагает блок трафаретной печати, содержащий: вышеописанную трафаретную сетку; рамку, которая поддерживает трафаретную сетку; и ультразвуковой генератор, который выполнен с возможностью передавать ультразвуковую волну к волноводу трафаретной сетки.
В одном варианте осуществления трафаретную сетку устанавливают под натяжением в рамке.
В одном варианте осуществления ультразвуковой генератор содержит ультразвуковой возбудитель, опционально пьезоэлектрический элемент, который соединен с волноводом.
В одном варианте осуществления ультразвуковой возбудитель соединен с точкой пучности вдоль длины волновода, опционально на одном дистальном конце волновода.
В одном варианте осуществления ультразвуковой возбудитель приводится в действие для того, чтобы возбуждать вибрацию в волноводе в диапазоне от приблизительно 20 кГц до приблизительно 80 кГц, опционально от приблизительно 30 кГц до приблизительно 60 кГц, более опционально от приблизительно 35 кГц до приблизительно 55 кГц.
В одном варианте осуществления ультразвуковой возбудитель приводится в действие при мощности менее 10 Вт, опционально при мощности между приблизительно 2,5 Вт и 7,5 Вт.
В еще одном аспекте настоящее изобретение предлагает способ печати слоев печатного материала на заготовках, способ содержит шаги: обеспечение наличия вышеописанного блока трафаретной печати; обеспечение наличия опоры для заготовки, которая поддерживает заготовку относительно блока трафаретной печати; обеспечение наличия блока печатающей головки, содержащего печатающую головку, которая выполнена с возможностью при операции печати подавать печатный материал через трафарет с апертурами для печати в трафаретной сетке блока трафаретной печати; перемещение блока трафаретной печати и опоры для заготовки по отношению друг к другу таким образом, что заготовка располагается рядом с трафаретом с апертурами в трафаретной сетке блока трафаретной печати; применение блока печатающей головки для выполнения операции печати, в процессе которой печатный материал подается через трафарет с апертурами для печати в трафаретной сетке блока трафаретной печати на заготовку; разделение трафаретной сетки блока трафаретной печати и опоры для заготовки после операции печати; и применение ультразвукового генератора для подачи ультразвуковой волны на волновод трафаретной сетки блока трафаретной печати по меньшей мере в течение части шага разделения.
В одном варианте осуществления ультразвуковой генератор применяют в течение шага разделения.
В одном варианте осуществления приведение в действие ультразвукового генератора инициируется до выполнения шага разделения или одновременно с инициированием шага разделения.
В одном варианте осуществления ультразвуковой генератор применяют в течение по меньшей мере части операции печати.
В одном варианте осуществления ультразвуковой генератор применяют в течение операции печати.
В одном варианте осуществления приведение в действие ультразвукового генератора инициируется до операции печати или одновременно с инициированием операции печати.
В одном варианте осуществления блок печатающей головки дополнительно содержит волновод, который выполнен с возможностью вызывать ультразвуковую вибрацию в печатающей головке, и дополнительный ультразвуковой генератор, который выполнен с возможностью подавать ультразвуковую волну на волновод блока печатающей головки, и дополнительно содержит шаг применения дополнительного ультразвукового генератора для подачи ультразвуковой волны на волновод блока печатающей головки по меньшей мере в течение части операции печати.
В одном варианте осуществления дополнительный ультразвуковой генератор приводят в действие во время операции печати.
В одном варианте осуществления приведение в действие дополнительного ультразвукового генератора инициируется до операции печати или одновременно с инициированием операции печати.
В одном варианте осуществления дополнительный ультразвуковой генератор применяют по меньшей мере частично в течение части шага разделения.
В одном варианте осуществления дополнительный ультразвуковой генератор применяют в течение шага разделения.
В одном варианте осуществления печатающая головка, опционально содержащая ракель, перемещается над поверхностью трафаретной сетки в операции печати.
В одном варианте осуществления печатным материалом является припойная паста, серебряная паста или клей.
Теперь будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает устройство трафаретной печати в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 изображает вертикальный вид в разрезе (вдоль сечения I-I на фиг. 1) устройства трафаретной печати на фиг. 1;
Фиг. 3 изображает графики выборочного среднего (X-bar) для объема слоев печати в зависимости от частоты и мощности в соответствии с описанным Примером;
Фиг. 4 изображает графики стандартного отклонения для объема слоев печати в зависимости от частоты и мощности в соответствии с описанным Примером;
pk
Фиг. 5 иллюстрирует, с помощью индекса возможностей процесса (C), вклад с точки зрения относительного увеличения эффективности переноса, возникающего в результате ультразвукового возбуждения печатающей головки (А), в сравнении с трафаретной сеткой (В), в соответствии с описанным Примером;
Фиг. 6(a) изображает результат печати, когда ни трафаретная сетка, ни печатающая головка не приведены в действие в соответствии с описанным Примером;
Фиг. 6(b) изображает результат печати, когда печатающая головка, но не трафаретная сетка, приведена в действие в соответствии с описанным Примером;
Фиг. 6(c) изображает результат печати, когда трафаретная сетка, но не печатающая головка, приведена в действие в соответствии с описанным Примером;
Фиг. 6(d) изображает результат печати, когда трафаретная сетка и печатающая головка приведены в действие в соответствии с описанным Примером;
Фиг. 7(a) изображает вид в перспективе блока трафаретной сетки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7(b) изображает вид сбоку блока трафаретной сетки на фиг. 7(a);
Фиг. 7(c) изображает вид сверху блока трафаретной сетки на фиг. 7(a);
Фиг. 7(d) изображает увеличенный вид сверху детали А на фиг. 7(c);
Фиг. 8(a) изображает вид в перспективе волновода блока трафаретной сетки на фиг. 7(a);
Фиг. 8(b) изображает вид сверху волновода на фиг. 8(a);
Фиг. 8(c) изображает вид сбоку волновода на фиг. 8(a);
Фиг. 9 изображает вертикальный вид в разрезе возбудителя блока трафаретной печати на фиг. 7(a); и
Фиг. 10 изображает устройство очистки сетки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 1 и 2 изображают устройство трафаретной печати в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Устройство трафаретной печати содержит блок 3 трафаретной печати, который содержит трафаретную сетку 5, имеющую трафарет с апертурами 7 для печати, которые задают рисунок слоев, подлежащих печати на заготовке W ниже, и рамку 9, которая удерживает трафаретную сетку 5 в данном варианте осуществления под натяжением.
Трафаретная сетка 5 представляет собой лист 11, здесь твердый сплошной лист, в форме трафарета.
В этом варианте осуществления лист 11 формируется из металлического листа, но может альтернативно формироваться из пластмассового листа.
В альтернативном варианте осуществления лист 11 может быть сформирован из сетки, в форме сетчатого трафарета. В одном варианте осуществления лист 11 может быть металлической сеткой, но альтернативно может быть сформирован с пластмассовой сеткой.
Трафаретная сетка 5 дополнительно содержит волновод 21, который может приводиться в действие, чтобы возбуждать ультразвуковую вибрацию в листе 11, как будет описано подробно ниже.
В этом варианте осуществления волновод 21 представляет собой удлиненное тело 23 у поверхности листа 11, которое проходит по меньшей мере по двум противоположным сторонам трафарета с апертурами 7 для печати, в этом варианте осуществления по существу окружая трафарет с апертурами 7 для печати.
В этом варианте осуществления удлиненное тело 23 содержит множество элементов 25, которые расположены у смежных сторон трафарета с апертурами 7 для печати, здесь каждый элемент соединен посредством закругленных углов 27 и оканчивается у дистальных концов 29, причем один дистальный конец образует узел 30 возбудителя, с которым соединен ультразвуковой возбудитель 63, что будет описано подробно ниже.
В этом варианте осуществления удлиненное тело 23 имеет длину, которая соответствует четверти длины волны для направляемой волны.
В этом варианте осуществления удлиненное тело 23 имеет прямоугольное сечение шириной 4 мм и высотой 4 мм. В альтернативном варианте осуществления удлиненное тело может иметь высоту 2 мм.
В предпочтительных вариантах осуществления удлиненное тело 23 имеет ширину менее чем приблизительно 5 мм, и опционально более чем приблизительно 2 мм.
В предпочтительных вариантах осуществления удлиненное тело 23 имеет высоту менее чем приблизительно 5 мм, предпочтительно менее чем приблизительно 3 мм, и опционально более чем приблизительно 1 мм.
В этом варианте осуществления закругленные углы 27 имеют внутренний радиус 35 мм.
В этом варианте осуществления волновод 21 изготовлен из алюминия. В альтернативном варианте осуществления волновод 21 может быть изготовлен из нержавеющей стали.
В этом варианте осуществления волновод 21 формируется отдельно от листа 11.
В этом варианте осуществления волновод 21 прикрепляется к листу 11, здесь приклеивается с использованием клея, здесь акрилового клея, например метакрилового конструкционного клея. В этом варианте осуществления клеем является клей Crestabond М1, опционально Crestabond М1-05 (поставляемый Scott Bader, Wollaston, Великобритания).
В альтернативном варианте осуществления волновод 21 может быть приварен к листу 11.
В другом варианте осуществления волновод 21 может опираться на лист, не будучи непосредственно прикрепленным.
В другом варианте осуществления волновод 21 может быть выполнен заодно с листом 11. В одном варианте осуществления волновод 21 может выступать из одной поверхности листа 11. В другом варианте осуществления волновод 21 может выступать как из верхней, так и из нижней поверхностей листа 11.
В одном варианте осуществления трафаретная сетка 5 может быть изготовлена с помощью операций совмещения, резки и/или травления.
В другом варианте осуществления трафаретная сетка 5 может быть изготовлена способом гальванопластики, при котором волновод 21 выходит за рамки поверхности листа 11.
Устройство трафаретной печати дополнительно содержит опору 41 для заготовки, которая поддерживает заготовку W относительно блока 3 трафаретной сетки, в этом варианте осуществления в зоне печати ниже трафаретной сетки 5 блока 3 трафаретной сетки.
Устройство трафаретной печати дополнительно содержит блок 1 печатающей головки, который выполнен с возможностью в процессе операции печати проталкивать печатный материал, обычно припойную пасту, серебряную пасту или клей, через трафарет с апертурами 7 для печати в трафаретной сетке 5.
В этом варианте осуществления блок 51 печатающей головки содержит печатающую головку 52, здесь включающую в себя ракель 53, который перемещается по поверхности трафаретной сетки 5 во время операции печати.
В этом варианте осуществления печатающая головка 52 содержит волновод 55, который может приводиться в действие, чтобы возбуждать ультразвуковую вибрацию в ракеле 53.
Устройство трафаретной печати дополнительно содержит первый блок 61 генерации ультразвука, который выполнен для подачи ультразвуковой волны к волноводу 21 блока 3 трафаретной сетки.
В этом варианте осуществления первый блок 61 генерации ультразвука содержит ультразвуковой возбудитель 63, здесь пьезоэлектрический элемент, который соединен с волноводом 21, и блок 65 питания, который приводит в действие возбудитель 63.
В этом варианте осуществления возбудитель 63 соединен с узлом 30 возбудителя на одном из дистальных концов 29 волновода 21, но может быть соединен с любой точкой пучности вдоль его длины.
В этом варианте осуществления возбудитель 63 приводится в действие, чтобы возбуждать вибрацию в волноводе 21 в диапазоне от приблизительно 20 кГц до приблизительно 80 кГц, опционально от приблизительно 30 кГц до приблизительно 60 кГц, более опционально от приблизительно 35 кГц до приблизительно 55 кГц.
В этом варианте осуществления возбудитель 63 приводится в действие при мощности менее чем 10 Вт, и предпочтительно при мощности между приблизительно 2,5 Вт и 7,5 Вт.
Устройство трафаретной печати дополнительно содержит второй блок 71 генерации ультразвука, который выполнен для передачи ультразвуковой волны к волноводу 55 печатающей головки 52.
В этом варианте осуществления второй блок 71 генерации ультразвука содержит ультразвуковой возбудитель 73, здесь пьезоэлектрический элемент, который соединен с волноводом 55, и блок 75 питания, который приводит в действие возбудитель 73.
В этом варианте осуществления возбудитель 73 приводится в действие, чтобы возбуждать вибрацию в волноводе 55 в диапазоне от приблизительно 20 кГц до приблизительно 80 кГц, опционально от приблизительно 30 кГц до приблизительно 60 кГц, опционально от приблизительно 35 кГц до приблизительно 55 кГц.
При ультразвуковом возбуждении трафаретной сетки 5 с использованием волновода 21 по настоящему изобретению было найдено, что могут быть достигнуты соотношения площадей печати, т.е. соотношение площади боковых сторон апертуры для печати к площади открытой апертуры, которые меньше, чем 0,4. Это сопоставимо с существующими методологиями печати, при которых может достигаться соотношение площадей печати в лучшем случае 0,5 и только при использовании специальных припойных паст. Настоящее изобретение представляет, таким образом, трансформационное улучшение при осаждении, что предусматривает печать меньших осажденных слоев с использованием более тонких трафаретных сеток.
Настоящее изобретение будет теперь описано ниже только в качестве примера со ссылкой на следующий неограничивающий Пример.
Печатающей головкой 52 была печатающая головка ProActiv™, работающая на частоте от 29 до 35 кГц, скорость печати 50 мм в секунду и давление печати 4 кг.
Ракелем 53 был металлический ракель, имеющий длину 170 мм и угол наклона 60 градусов.

Трафаретной сеткой 5 была 100 мкм нержавеющая сетка (VectorGuard), имеющая трафарет с апертурами 7 размером окружности 150 мкм и предназначенный для 0,3 мм корпуса, сравнимого с размерами кристалла (chip-scale package) (CSP).
Скорость разделения при отделении заготовки W от трафаретной сетки 5 после печати составила 3 мм с секунду.
Материалом для печати была припойная паста (поставляемая Koki Company Limited, Япония).
В этом Примере волновод 21 трафаретной сетки 5 был приведен в действие для возбуждения вибрации в трафаретном листе 11 на частотах 31,56; 45,78 и 60 кГц при уровнях мощности 2,5; 5 и 7,5 Вт.
Фиг. 3 представляет графики выборочного среднего (X-bar) для объема слоев печати в зависимости от частоты и мощности.
Как будет видно, оптимальная частота наблюдается на уровне приблизительно 45 кГц, а оптимальная мощностью наблюдается на уровне приблизительно 5 Вт. Ожидалось, что эффективность переноса будет масштабироваться с мощностью, и существование пика оптимальной мощности при относительно низкой мощности является удивительным.
Фиг. 4 представляет графики стандартного отклонения для объема слоев печати в зависимости от частоты и мощности.
Как будет наблюдаться, оптимальные значения частоты и мощности также демонстрируют заметно более низкое стандартное отклонение в объеме отпечатанных слоев, тем самым обеспечивая не только повышенную эффективность переноса, но также существенно более высокую однородность осажденных слоев.
pk
Фиг. 5 представляет, с помощью индекса возможностей процесса (C), вклад с точки зрения относительного увеличения эффективности переноса, проистекающий из ультразвукового возбуждения печатающей головки 52 (А), в сравнении с трафаретной сеткой 5 (В).
Эффект ультразвукового возбуждения исключительно трафаретной сетки 5 и в комбинации с ультразвуковым возбуждением печатающей головки 52 может быть ясно виден на фигурах от 6(a) до (d), которые отображают результаты печати для 2250 апертур.
Фиг. 6(a) представляет результат печати, когда ни трафаретная сетка 5, ни печатающая головка 52 не возбуждаются ультразвуком, при этом среднее составляет 0,4182 и SD (стандартное отклонение) составляет 0,1802.
Фиг. 6(b) представляет результат печати, когда печатающая головка 52, но не трафаретная сетка 5, возбуждается ультразвуком, при этом среднее составляет 0,804 и SD составляет 0,2212.
Фиг. 6(c) представляет результат печати, когда трафаретная сетка 5, но не печатающая головка 52, возбуждается ультразвуком, при этом среднее составляет 0,9232 и SD составляет 0,1326.
Фиг. 6(d) представляет результат печати, когда и трафаретная сетка 5, и печатающая головка 52 возбуждаются ультразвуков, при этом среднее составляет 0,9802 и SD составляет 0,1006.
Как будет установлено, существенное улучшение достигается путем ультразвукового возбуждения трафаретной сетки 5, особенно в однородности печати, и такое улучшение дополнительно повышается, когда трафаретная сетка 5 и печатающие головка 52 одновременно возбуждаются ультразвуком.
Фиг. 7-9 представляют устройство трафаретной печати в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Устройство трафаретной печати по этому варианту осуществления совершенно аналогично устройству первого описанного варианта осуществления, и, таким образом, для того, чтобы избежать ненужного дублирования описания, только различия будут описаны подробно, при этом подобные части обозначаются подобными ссылочными позициями.

Устройство трафаретной печати этого варианта осуществления отличается от первого описанного варианта осуществления тем, что рамка 9 не является жесткой рамкой, которая сохраняет напряжение на листе 11 трафаретной сетки 5 в любом состоянии, но рамкой, которая поддерживает трафаретную сетку 5 в ненапряженном состоянии в демонтированном состоянии и обеспечивает натяжение трафаретной сетки 5 с помощью внешних натяжных механизмов. В этом варианте осуществления рамка 9 является рамкой VectorGuard, поставляемой компанией DEK (Weymouth, Великобритания).
В этом варианте осуществления трафаретная сетка 5 дополнительно отличается тем, что она имеет бортик 81, который проходит по периферии листа 11 и выступает из поверхности листа 11 в большей степени, чем волновод 21, тем самым защищая волновод 21, когда блок 3 трафаретной печати опирается на поверхность.
В этом варианте осуществления трафаретная сетка 5 дополнительно отличается тем, что удлиненное тело 23 волновода 21 является единым непрерывным элементом, который содержит узел 30 возбудителя в линии удлиненного тела 23. В этом варианте осуществления узел 30 возбудителя содержит сквозное отверстие 85 в соответствии с отверстием в листе 11 трафаретной сетки 5, которое позволяет производить крепление к ней ультразвукового возбудителя 63, как будет описано подробно ниже.
В этом варианте осуществления, как изображено на фиг. 9, ультразвуковой возбудитель 63 содержит первый и второй пьезоэлектрические элементы 91, здесь кольцевые диски, напротив друг друга, и электрические соединители 93, которые электрически соединены с блоком 65 питания. В этом варианте осуществления положительные полюса пьезоэлектрических элементов 91 обращены друг к другу.
В этом варианте осуществления ультразвуковой возбудитель 63 дополнительно содержит первый и второй элементы 95, 96 массы, здесь передний и задний элементы массы, которые расположены с противоположных сторон пьезоэлектрических элементов 91, и крепление 97, которое связывает элементы 95, 96 массы и сжимает пьезоэлектрические элементы 91 до заданного сжатия, таким образом, что ультразвуковой возбудитель 63 резонирует на заданной частоте.
В этом варианте осуществления ультразвуковой возбудитель 63 прикреплен к узлу 30 возбудителя волновода 21, здесь с помощью крепления 99, здесь с резьбой, которое проходит через отверстие 85 в узле 30 возбудителя, тем самым передний элемент 96 массы соприкасается и соединяется с узлом 30 возбудителя.
Фиг. 10 изображает устройство для очистки сетки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Устройство для очистки сетки представляет собой ванну 101 для очистки, здесь в форме резервуара, который содержит очищающую жидкость 103 и вмещает по меньшей мере один блок 3 трафаретной сетки.
В этом варианте осуществления трафаретная сетка 5 расположена в ванне 101 для очистки в смонтированном состоянии на рамке 9, но в альтернативном варианте осуществления она может быть демонтирована с рамки 9.
Устройство для очистки сетки дополнительно содержит блок 107 ультразвуковой генерации, который выполнен с возможностью подавать ультразвуковую волну к волноводу 21 на трафаретной сетке 5 и обеспечивать очистку трафаретной сетки 5.
В этом варианте осуществления блок 107 ультразвуковой генерации содержит ультразвуковой возбудитель 109, здесь пьезоэлектрический элемент, который соединен с волноводом 21, и блок 111 питания, который приводит в действие возбудитель 109.
В этом варианте осуществления возбудитель 109 соединен с одним из дистальных концов 29 волновода 21, может альтернативно быть соединен с любой точкой пучности по его длине.
В этом варианте осуществления возбудитель 109 приводится в действие, чтобы возбуждать вибрацию в волноводе 21 в диапазоне от приблизительно 20 кГц до приблизительно 80 кГц, опционально от приблизительно 30 кГц до приблизительно 60 кГц, более опционально от приблизительно 35 кГц до приблизительно 55 кГц.
В этом варианте осуществления возбудитель 109 приводится в действие при мощности менее чем 10 Вт, и предпочтительно при мощности между приблизительно 2,5 Вт и 7,5 Вт.
Наконец, понятно, что настоящее изобретение было описано в отношении предпочтительных вариантов его осуществления и может быть модифицировано самыми разными путями в объеме изобретения, как определено в приложенной формуле изобретения.