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Die Erfindung betrifft ein Drucksystem zum Bedrucken von Substraten, insbesondere Leiterplatten, mit einer Druckeinrichtung, die wenigstens eine insbesondere austauschbare Schablone zum Bedrucken der Substrate auf einem Drucktisch aufweist und mit einer Transporteinrichtung zum Transportieren der Substrate durch die Druckeinrichtung.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken eines Substrats, insbesondere mittels des zuvor beschriebenen Drucksystems, wobei das Substrat mittels einer Druckeinrichtung, die wenigstens eine insbesondere austauschbare Schablone zum Bedrucken von Substraten aufweist, bedruckt und mittels einer Transporteinrichtung durch die Druckeinrichtung transportiert wird.
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Drucksysteme der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Moderne Drucksysteme arbeiten nach dem Prinzip, dass ein Substrat, wie beispielsweise eine Leiterplatte, Keramikplatte, Solarzelle, Folie oder dergleichen, über eine Zuführung in eine Druckeinrichtung gelangt, wo das Substrat zu einer Schablone, die beispielsweise ein Drucksieb oder -maske ist, ausgerichtet wird, um dann mit einem oder mehreren Rakeln ein Druckmedium durch die Schablone auf das Substrat zu drücken. Anschließend wird das Substrat von der Schablone getrennt und aus der Druckeinrichtung abgeführt. Zum Zuführen, Abführen und Transportieren der Substrate durch die Druckeinrichtung ist dabei eine entsprechende Transporteinrichtung vorgesehen. Der beschriebene Vorgang wird dabei für jedes zu bedruckende Substrat wiederholt. Die Schablone definiert dabei die Größe des Druckbereichs, wobei die Schablone größer ausgebildet ist, als das jeweils zu bedruckende Substrat. Die Druckschrift
DE 11 2010 001 165 T5 betrifft eine Siebdruckvorrichtung zum Bedrucken einer Hohlraumleiterplatte, bei welcher mehrere übereinanderliegende Druckschichten ausgebildet werden. Dazu weist die Siebdruckvorrichtung ein Schablonenelement auf, mit zwei Schablonenbereichen, die nacheinander zum Bedrucken der Hohlraumleiterplatte verwendet werden. Die Patentschrift
US 5,452,656 A beschreibt eine Druckvorrichtung, die ein Lötmittel auf mehrere Typen von gedruckten Leiterplatten aufbringt.
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Die vorbekannten Lösungen haben den Nachteil, das zum Wechsel eines Druckbildes die Schablone ausgetauscht werden muss. Dies bedeutet eine Verzögerung in der Produktion, die zu teuren Standzeiten einer Produktionslinie führen kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Drucksystem zu schaffen, dass ein effizienteres Bedrucken von Substraten unter Vermeidung der oben genannten Nachteile ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch ein Drucksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses hat den Vorteil, dass das Bedrucken des jeweiligen Substrats sequenziell erfolgt, wobei der jeweilige Druckabschnitt, der bei einem Druckvorgang verwendet wird, kleiner ist, als das zu bedruckende Substrat, so dass der jeweilige Druckabschnitt mehrmals auf das Substrat aufgebracht werden kann. Dabei kann über das Justieren des Substrats zu der Schablone die Position und Ausrichtung des Druckabschnitts für jeden Druckvorgang neu bestimmt und eingerichtet werden. Dadurch ist es möglich, Substrate, die identische Druckbereiche aufweisen, mit einer Schablone mehrfach zu bedrucken, so dass die Anzahl der zu druckenden Bereiche auf einfache Art und Weise variierbar ist. Erfindungsgemäß wird dies hierdurch erreicht, dass die Schablone mindestens einen Druckabschnitt aufweist, der kleiner ist als das zu bedruckende Substrat, und dass die Transporteinrichtung dazu ausgebildet ist, das jeweils zu bedruckende Substrat zum sequenziellen Bedrucken mittels des mindestens einen Druckabschnitts schrittweise durch die Druckeinrichtung zu transportieren. Dies wird beispielsweise durch das Vorsehen eines Schrittmotors, eines Schrittgetriebes und/oder durch eine entsprechende Ansteuerung eines Antriebs der Transporteinrichtung erreicht. Vorzugsweise ist die Transporteinrichtung auch zum Zuführen und/oder Abführen der Substrate ausgebildet. Insbesondere werden die Substrate nacheinander durch die Druckeinrichtung transportiert. Es ist jedoch auch denkbar, mehrere Substrate gleichzeitig oder versetzt zueinander durch die Druckeinrichtung zu transportieren.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Schablone mehrere unterschiedliche Druckabschnitte aufweist. Dadurch wird erreicht, dass durch das sequenzielle Bedrucken unterschiedliche Druckabschnitte für den jeweiligen Druckvorgang genutzt werden können, so dass ein Substrat in mehreren Schritten mit unterschiedlichen Druckbereichen versehen werden kann. Dadurch wird die Variabilität beim Bedrucken des jeweiligen Substrats weiter erhöht. Insbesondere ist es dadurch nicht mehr erforderlich, eine Schablone zum Verändern eines Druckbildes auszutauschen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Druckabschnitte beabstandet zueinander angeordnet sind. Durch die beabstandete Anordnung wird erreicht, dass beim Bedrucken des jeweiligen Substrats ein ungewolltes Aufbringen von Druckmedium auf das Substrat durch einen benachbarten Druckabschnitt auf einfache Art und Weise vermieden wird. Dadurch wird ein sauberes Druckbild auf dem Substrat gewährleistet und Ausschuss vermieden.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schablone für jeden Druckabschnitt eine in Richtung des Drucktisches wannenförmige Ausprägung aufweist, in welcher der jeweilige Druckabschnitt liegt. Dadurch sind benachbarte Druckabschnitte durch eine Stufe voneinander getrennt, welche die Abgrenzung benachbarter Druckabschnitte während eines Druckvorgangs weiter erleichtert. Darüber hinaus wird durch das Anordnen des jeweiligen Druckabschnitts in einer wannenförmigen Ausprägung vermieden, dass die Schablone in einem Bereich zwischen zwei Druckabschnitten oder benachbart zu dem jeweiligen Druckabschnitt auf dem Substrat aufliegt und dadurch bereits auf dem Substrat befindliches Druckmedium verschmieren könnte. Zweckmäßigerweise sind die Abstände zwischen den Druckabschnitten und damit zwischen den wannenförmigen Ausprägungen derart gewählt, dass beim Wiederaufsetzen der Schablone mit einem Druckabschnitt auf das Substrat, auf dem zuletzt bedruckten Bereich des Substrats ein Abstand zwischen Schablone und Substrat verbleibt.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Druckabschnitte und gegebenenfalls die wannenförmigen Ausprägungen in Transportrichtung hintereinanderliegend in der Schablone ausgebildet sind. Dadurch können durch das schrittweise Hindurchführen des jeweiligen Substrats durch die Druckeinrichtung mehrere Druckvorgänge in Transportrichtung hintereinander durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise kann auch vorgesehen sein, dass das Substrat zum Bedrucken mit einem weiteren Druckabschnitt entgegen der Transportrichtung verschoben wird beziehungsweise transportiert wird.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Transporteinrichtung außerdem eine Verschiebeeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, das zu bedruckende Substrat quer zur Transportrichtung zu verschieben, wobei die Schablone wenigstens zwei unterschiedliche Druckabschnitte aufweist, die in Transportrichtung gesehen nebeneinander angeordnet sind. Zusätzlich zum Hindurchtransportieren durch die Druckeinrichtung ist somit auch vorgesehen, dass das Substrat quer zur Transportrichtung verschoben werden kann, um durch Druckabschnitte bedruckt werden zu können, die in Transportrichtung gesehen nebeneinander liegen. Dadurch wird die Variabilität und Vielfalt der Schablonen beziehungsweise des Drucksystems insgesamt stark erhöht. Durch die bereits erwähnte Justiereinrichtung wird gewährleistet, dass in der jeweiligen Druckposition das Substrat exakt zu der Schablone und insbesondere zu dem jeweiligen Druckabschnitt ausgerichtet werden kann. Die Justiereinrichtung arbeitet dabei insbesondere mittels eines oder mehrerer optischer Sensoren, die beispielsweise Orientierungsmarken auf dem Substrat erfassen und zum Ausrichten der Schablone nutzen.
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Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Rakel der Druckeinrichtung zum Bedrucken des Substrats durch einen der Druckabschnitte kleiner ausgebildet ist als die jeweilige Ausprägung. Dadurch wird gewährleistet, dass das Rakel jeweils in die wannenförmige Ausprägung einbringbar ist, um dort das Druckmedium durch die Schablone auf das Substrat aufzubringen. Dadurch, dass das Rakel in die wannenförmige Ausprägung eindringt, wird weiter gewährleistet, dass ein versehentliches Aufbringen von Druckmedium durch einen benachbarten Druckabschnitt vermieden wird. Zweckmäßigerweise sind die wannenförmigen Ausprägungen derart ausgebildet, dass das Rakel von einer Ausprägung in die nächste verbringbar ist, insbesondere ohne dass der Abstand zwischen Schablone und Rakel verändert werden müsste. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Tiefe der Ausprägung mit der Größe und Flexibilität des Rakels abgestimmt wird, so dass das Rakel unter teilweise elastischer Verformung einfach über die durch die Ausprägungen erzeugten Stufen hinwegführbar ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, dass alle Druckabschnitte und insbesondere auch alle wannenförmigen Ausprägungen die gleiche Breite aufweisen. Unter der Breite ist hierbei die Erstreckung des jeweiligen Druckabschnitts oder der jeweiligen Ausprägung quer zur Transportrichtung zu verstehen. Durch die vorteilhafte Ausbildung wird erreicht, dass zum Bedrucken des Substrats mittels der Druckabschnitte jeweils das gleiche Rakel verwendbar ist. Dadurch wird trotz hoher Variabilität des Drucksystems eine besonders einfache und damit kostengünstige Ausführung geboten.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Dies sieht erfindungsgemäß vor, dass die Schablone mit mindestens einem Druckabschnitt versehen wird, der kleiner ist als das jeweils zu bedruckende Substrat, und dass die Transporteinrichtung das Substrat zum sequenziellen Bedrucken mittels des mindestens einen Druckabschnitts schrittweise durch die Druckeinrichtung transportiert. Wobei bei dem schrittweisen Transport auch ein Richtungswechsel in Transportrichtung erfolgen kann. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Vorzugsweise werden die Substrate durch die Transporteinrichtung der Druckeinrichtung zugeführt und/oder von dieser abgeführt.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Schablone mit mehreren unterschiedlichen Druckabschnitten versehen wird, die in Transportrichtung hintereinander und/oder nebeneinander angeordnet sind, und dass das jeweils zu bedruckende Substrat schrittweise durch die Druckeinrichtung transportiert und gegebenenfalls quer zur Transportrichtung verschoben wird. Hierdurch lässt sich ein Substrat in mehreren Schritten mit unterschiedlichen Druckbildern an unterschiedlichen Stellen versehen, ohne dass die Schablone ausgetauscht werden muss. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus dem zuvor bereits Beschriebenen.
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Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen:
- 1 ein Drucksystem zum Bedrucken von Substraten in einer vereinfachten Darstellung,
- 2 eine Schablone des Drucksystems in einer Draufsicht,
- 3 die Schablone in einer vereinfachten Schnittdarstellung und
- 4 ein Druckvorgang des Drucksystems in einer vereinfachten Darstellung.
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1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein Drucksystem 1 zum automatisierten Bedrucken von Substraten, wie beispielsweise Leiterplatten, Keramikplatten, Solarzellen, Folien oder dergleichen. Das Drucksystem 1 weist eine Druckeinrichtung 2 auf, die einen Drucktisch 3 sowie eine Rakeleinrichtung 4 mit wenigstens einem bewegbaren Rakel 5 aufweist. Der Drucktisch 3 und das Rakel 5 sind insbesondere höhenverstellbar ausgebildet, wie durch Doppelpfeile angedeutet. Die Druckeinrichtung 2 weist weiterhin eine Schablone 6 auf, die zwischen dem Rakel 5 und dem Drucktisch 3 angeordnet ist.
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Weiterhin ist der Druckeinrichtung eine Transporteinrichtung 7 zugeordnet, die dazu ausgebildet ist, ein Substrat 8, das hier beispielhaft dargestellt ist, der Druckeinrichtung 2 zuzuführen, zwischen Schablone 6 und Drucktisch 3 durch die Druckeinrichtung zu transportieren und zum Drucktisch wieder herauszuführen, wie durch Pfeile 9 angedeutet, die die Transportrichtung des Substrats 8 beziehungsweise der Transporteinrichtung 7 anzeigen.
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Mit Bezug auf 2 und 3 soll die Ausbildung der Schablone 6 näher erläutert werden. 2 zeigt hierzu die Schablone 6 in einer Draufsicht und 3 in einer vereinfachten Schnittdarstellung entlang der Linie A-A aus 2.
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Die Schablone 6 weist drei wannenförmige Ausprägungen 10, 11, 12 auf, die nebeneinander und beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Ausprägungen 10 bis 12 sind dabei im Benutzungszustand in Richtung des Drucktisches 3 ausgeprägt, wie in 1 angedeutet. Die Ausprägungen 10 bis 12 weisen einen flachen beziehungsweise ebenen Boden auf, in welchem jeweils ein Druckabschnitt 13, 14 beziehungsweise 15 liegt. In dem jeweiligen Boden der Ausprägungen 10 bis 12 sind somit Sieb- oder Maskenstrukturen ausgebildet, durch welche ein Druckmedium auf das zu bedruckende Substrat 8 aufbringbar ist. Vorliegend unterscheiden sich die Druckabschnitte 13, 14 und 15 beziehungsweise die jeweiligen Druckprofile oder -masken in ihrer Gestaltung voneinander, so dass je nachdem welcher Druckabschnitt 13 bis 15 während des Druckvorgangs verwendet wird, ein unterschiedliches Druckbild auf dem Substrat erzeugt wird.
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4 zeigt in einer schematischen Darstellung einen mit dem Drucksystem 1 durchgeführten Druckvorgang zum Bedrucken des Substrats 8. Gezeigt ist dabei die Schablone 6 mit den Druckabschnitten 13, 14, 15 sowie das Substrat 8 in unterschiedlichen Situationen I, II und III. Die Schablone 6 und insbesondere der jeweilige Druckabschnitt 13, 14, 15 ist insgesamt kleiner ausgebildet, als das zu bedruckende Substrat 8. Durch die vorteilhafte Ausbildung des Drucksystems wird das Substrat 8 sequenziell bedruckt, indem es schrittweise von der Transporteinrichtung 7 in Transportrichtung 9 durch die Druckeinrichtung 2 hindurch transportiert wird. In einem ersten Schritt I wird das Substrat 8 durch die Transporteinrichtung 7 in den Bereich der Schablone 6, und zwar insbesondere in den Bereich des Druckabschnitts 13 zwischen Druckeinrichtung 2 und Drucktisch 3 in Transportrichtung gemäß Pfeil 9 transportiert beziehungsweise zugeführt. Dort wird das Substrat 8 mittels einer hier nicht näher dargestellten Justiereinrichtung 16, die beispielsweise einen Kamerasensor 17 aufweist, mittels Orientierungsmarken auf dem Substrat 8 bezüglich des Druckabschnitts 13 ausgerichtet. Anschließend wird die Druckschablone 6 auf das Substrat 8 mit dem Druckabschnitt 13 passgenau aufgesetzt und das Rakel 5 in die den Druckabschnitt 13 aufweisende Ausprägung 13 eingeführt, um dort Druckmedium durch die Sieb- oder Maskenstruktur auf das Substrat 8 aufzubringen. Dazu wird das Substrat durch den Drucktisch 3 gegen die Schablone 6 angehoben beziehungsweise gedrückt. Anschließend wird das Substrat 8 von der Druckschablone 6 gelöst und für einen weiteren Druckvorgang weitertransportiert.
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Bei dem Weitertransport wird das Substrat 8 einerseits weiter in Richtung der Transportrichtung gemäß Pfeil 9 transportiert und andererseits mittels einer Verschiebeeinrichtung 18 quer zur Transportrichtung gemäß der Pfeile 19 verschoben, so dass das Substrat 8 in Schritt II dem mittleren Druckabschnitt 14 zugeführt wird, wobei der mittlere Druckabschnitt 14 dann vorzugsweise einem Bereich des Substrats zugeordnet ist, der benachbart zu dem bereits bedruckten Bereich liegt. In dieser Position wird das Substrat 8 erneut durch die Justiereinrichtung 16 bezüglich des Druckabschnitts 14 ausgerichtet und ein Druckvorgang wie zuvor beschrieben durchgeführt.
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Anschließend wird erneut das Substrat 8 durch die Transporteinrichtung 7 und die Verschiebeeinrichtung 18 weiter in Richtung des Pfeils 9 und quer dazu gemäß der Pfeile 19 transportiert und verschoben, so dass ein noch unbedruckter Bereich des Substrats 8 in Schritt III dem Druckabschnitt 15 zugeordnet wird. Hier erfolgt erneut eine Ausrichtung/Justierung sowie ein anschließender Druckvorgang, wie zuvor beschrieben.
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Das Substrat 8 wird somit sequenziell mit unterschiedlichen Druckmustern versehen, die den Druckabschnitten 13, 14, 15 entsprechen. Durch das vorteilhafte Drucksystem 1 ist es damit möglich, ein einzelnes Substrat 8 sequenziell zu bedrucken, wobei es selbstverständlich möglich ist, das Substrat 8 mehrmals mit dem gleichen Druck zu versehen, indem es beispielsweise nur in Transportrichtung 9 transportiert und stets mittels des Druckabschnitts 13 bedruckt wird, oder mit unterschiedlichen Druckmustern, wenn das Substrat 8, wie zuvor beschrieben, zusätzlich auch quer zur Transportrichtung 9 mittels der Verschiebeeinrichtung 18 verschoben wird. Dadurch wird eine Druckvielfalt gewährleistet, ohne dass die Schablone 6 ausgetauscht werden müsste.
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Durch das Drucksystem 1 ist es möglich, Substrate beliebiger Länge an jeder beliebigen Position anzuhalten, fixieren, auszurichten und mit unterschiedlichen oder gleichen Druckbildern zu versehen. Selbstverständlich können auch mehr oder weniger Druckabschnitte als in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen werden, um die Vielfalt der Druckmöglichkeiten zu variieren. Durch das Vorsehen der Druckabschnitte 13, 14, 15 in den Ausprägungen 10, 11, 12 wird gewährleistet, dass der auf dem Substrat aufliegende Bereich der Schablone 6 sich auf den zu bedruckenden Bereich beschränkt, so dass ein benachbarter, insbesondere bereits bedruckter Bereich durch einen aufliegenden Schablonenabschnitt nicht verschmiert oder beaufschlagt wird. Insbesondere bei dem vorgestellten Ausführungsbeispiel ist es durch die nebeneinander liegenden Druckabschnitte 13 bis 15 beziehungsweise Ausprägungen 10 bis 12 gewährleistet, dass ein bereits bedruckter Abschnitt des Substrats durch einen folgenden Druckvorgang nicht durch die Schablone verschmiert oder beaufschlagt wird. Durch die Ausprägungen 10 bis 12 werden Stufen in der Schablone 6 gebildet, wie sie insbesondere in 3 ersichtlich sind, die in dem Bereich zwischen den Druckabschnitten 13, 15 einen Abstand von der Schablone 6 zu dem Substrat gewährleisten. Werden mehrere Druckabschnitte hintereinander an der Transporteinrichtung 9 vorgesehen, so sind diese bevorzugt derart weit voneinander beabstandet, dass zwischen den Druckabschnitten jeweils ein freier Abschnitt der Schablone 6 liegt, der insgesamt beabstandet zu dem Substrat angeordnet ist und im Wesentlichen in seiner Größe dem jeweiligen Druckabschnitt entspricht, so dass bei einem mehrfachen Druck für einen benachbarten bereits bedruckten Bereich des Substrats mehr Zeit zum Austrocknen zur Verfügung steht und dadurch die Gefahr von Verschmierungen durch einen wiederaufgesetzten Schablonenabschnitt vermieden wird.
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Die Ausprägungen 10 bis 12 sind dabei derart ausgebildet, dass das Rakel 5 in die jeweilige Ausprägung 10 bis 12 zum Durchführen des Druckvorgangs einbringbar ist. Die Stufen bilden dann die Abgrenzung zur nachfolgenden oder benachbarten Sektion beziehungsweise zu dem nachfolgenden oder benachbarten Druckabschnitt. Die Ausprägungen 10 bis 12 sind dabei derart gestaltet, dass das Druckmedium durch das Rakel 5 von einer zur nächsten Ausprägung 10 bis 12 transportierbar ist. Dazu sind beispielsweise die Übergänge durch Rundungen oder Schrägen versehen, die das Verbringen des Druckmediums oder das Weiterführen des Druckmediums zur benachbarten Sektion erlaubt. Insbesondere ist vorgesehen, dass mehrere Rakel vorgesehen sind, so dass ein seitliches Verschieben eines einzelnen Rakels nicht notwendig ist, um die nebeneinander liegenden Druckabschnitte mit Druckmedium, wie beispielsweise Druck- oder Lotpaste, zu beaufschlagen.
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Durch das vorteilhafte Drucksystem 1 ist es möglich, große Substrate auch in kleinen Druckeinrichtungen zu bearbeiten. Dadurch ergeben sich Vorteile in Bezug auf eine notwendige Stellfläche sowie auf die Betriebs- und Anschaffungskosten. Durch die Möglichkeit, unterschiedliche Druckabschnitte auszubilden, wird die Flexibilität erhöht und die Wettbewerbsfähigkeit gesteigert.
