Siebdruck und Flexodruck in der LCD Fertigung.
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Siebdruck und Flexodruck in der LCD Fertigung.

Bei der Herstellung von LCDs sind mehrere Druck- und Abscheideschritte nötig, um verschiede Schichten bzw. Dichtungen aufzubringen. Dispenser werden hauptsächlich für Produktionen mit kleinem Durchsatz oder bei häufig wechselndem Design eingesetzt. Druckmaschinen werden verwendet, wenn es auf hohe Genauigkeiten bei großen Kapazitäten ankommt.

Siebdruckverfahren werden zum Aufdrucken von Dichtungen und zum Druck von dicken Schichten eingesetzt. Flexo-Druck ist die Methode der Wahl für den Druck von Polyimidschichten und zum hochgenauen Drucken dünner Schichten.

Siebdruckmaschinen

Siebdruck.

Siebdruck ist eine Technik, bei der das zu druckende Material mittels eines Wischers durch ein auf einem Rahmen fixiertes Sieb gepresst wird. Die Sieböffnungen werden durch einen photolithographischen Prozess definiert.

Der Rahmen.

Der Rahmen einer Siebdruckmaschine ist von fundamentaler Wichtigkeit für den Druckprozess. Auf ihn wird das Sieb aufgespannt. Er muss den Verspannungskräften und den während des Drucks auftretenden Belastungen widerstehen, während des gesamten Druckprozesses eben bleiben und darf sich nicht verziehen. Er sollte leicht genug sein, um eine gewisse Handlichkeit zu gewährleisten.

Sobald das Sieb auf den Rahmen gespannt wird zeigt sich, ob der Rahmen den auftretenden Kräften gewachsen ist und ob er sich verzieht. Ein geeigneter Rahmen muss über die gesamte Lebensdauer eben und rechtwinklig bleiben. Wenn sich der Rahmen verzieht, verzieht sich als Folge auch jede einzelne Siebmasche, was zu einer Verzerrung der gesamten abzubildenden Vorlage, insbesondere in den Ecken führt. Das führt dazu, dass bei einem zu weichen Rahmen nur ein entsprechend kleiner Mittelbereich für den eigentlichen Druckvorgang verzerrungsfrei genutzt werden kann. Bei Farbdrucken kann es zu Farbabweichungen kommen, die auf den ungleichmäßigen Verzug der verschieden Rahmen für die verschiedenen Farben zurück gehen.

Für die Anwendung in der LCD-Herstellung und in der Elektronikindustrie werden die Rahmen von Siebdruckmaschinen aus massiver Aluminiumlegierung gefertigt. Das ist notwendig, um die hohen Präzisionsanforderungen in diesem Bereich zu erfüllen. Für weniger hohe Anforderungen können auch Rohrrahmen eingesetzt werden.

Technologie Siebdruck

Die Größe des Rahmens bestimmt die maximale Auflösung des Drucks. Das Verhältnis zwischen Rahmen- und Bildgröße ist wichtig für die erreichbare Verzerrung, die natürlich möglichst niedrig gehalten werden soll. In Abhängigkeit von den Anforderungen an die Verzerrung bestimmt also die Bildgröße die Innenabmessungen des Rahmens der Druckmaschine. Je stabiler der Rahmen ist und umso weniger sich das Sieb während des Druckvorgangs durchbiegt, umso niedriger sind die erforderlichen Andruckkräfte für den Wischer und umso verzerrungsfreier wird das Druckergebnis sein. Wischerlänge und Streichlänge im Verhältnis zur Siebgröße wirken sich ebenfalls auf Auflösung und Verzerrung des Druckbildes aus.

Für den Druck von LCD-Dichtungen auf Glasplatten werden ca. 25-35% der Siebfläche für den Druck genutzt.

Das Sieb.

Die Auswahl des Netzes oder Siebes ist das Resultat mehrerer Kompromisse. Ein grobes Sieb ermöglicht die widerstandsfreie Passierung des Druckmaterials durch das Sieb. Dicke Schichten können so schnell, aber mit geringer Auflösung gedruckt werden. Ein feines Sieb hingegen verursacht Probleme bei der Brillanz von Farben auf dunklem Untergrund und hochviskose Materialien lassen sich damit nur schlecht drucken. Dafür lassen sich aber andererseits sehr hohe Auflösungen mit feinen Sieben erzeugen. Dieser Umstand ist wesentlich für die Herstellung von Schichten in der LCD-Fertigung,. Deshalb finden hier Seidenstoffe als Siebe Anwendung. Die Seidennetze haben eine Maschenweite von 130 Maschen/cm, was eine sehr hohe Auflösung und den Druck von Linen mit einer Breite von nur 50µm ermöglicht. Die gedruckte Schichtdicke bewegt sich normalerweise in der Größenordnung von 10µm, was im LCD-Bereich immer noch als "dicke" Schicht betrachtet wird.

Zur Herstellung der Bildvorlage wird das Sieb mit Photolackemulsion beschichtet, anschließend mit einer Maske aus Glas oder einer Polymerfolie belichtet, dann fixiert und entwickelt. Dabei wird das belichtete Material aus dem Sieb ausgewaschen, das deshalb an diesen Stellen durchlässig für das Druckmaterial wird.

Der Wischer.

Der Wischer spielt eine bedeutende Rolle beim Druckvorgang. Er hat vier verschiedene Funktionen, die alle den Druckvorgang mehr oder weniger beeinflussen:

  1. Pressen des Druckmaterials durch das Sieb - beeinflusst durch die Siebmaschengröße und die Viskosität des Druckmaterials.
  2. Niederdrücken des Siebes auf das Substrat- beeinflusst durch die Siebspannung und den Abstand zwischen Sieb und Substrat.
  3. Kontakt halten mit dem Substrat - beeinflusst durch die Substrathärte, -rauhigkeit und -ebenheit.
  4. Entfernung überschüssigen Druckmaterials vom Sieb - beeinflusst die Druckschichtdicke und die Auflösung des Druckbildes.

Wischer für den Siebdruck werden aus einem sehr steifem Material mit einer Härte bis zu 80 Härtegraden wie beispielsweise Polyurethan gefertigt. Durch die Härte des Wischers wird die Durchbiegung bzw. den Widerstand gegen die Durchbiegung während des Druckvorgangs definiert. Die Wischerhärte wird gemäß der Shore A Skala, einem Industriestandard bestimmt, die von 0  bis 100 reicht und ursprünglich für die Gummihärtebestimmung eingeführt wurde. Je mehr Härtegrade ein Wischer hat, um so stabiler ist er. Je niedriger der Härtegrad ist, um so stärker biegt sich der Wischer durch. Harte Wischer wie z.B. Wischer mit einer Härte von 80 Härtegraden verformen sich zwar nicht, können aber andererseits Unebenheiten des Substrats nicht ausgleichen. In der LCD-Fertigung sind diese hohen Härtegrade notwendig, damit der Wischer den hohen Drücken bei hohen Druckgeschwindigkeiten mit hochviskosem Druckmaterial und bei hoher Deckung auf Glassubstraten standhalten kann.

Neben der Härte des Wischermaterials spielen auch die Form und die Kantenstruktur des Wischers eine wichtige Rolle. Es sind verschiedene Wischerprofile verfügbar. Die Wahl des Profils ist ausschlaggebend für die Anpassungsfähigkeit des Wischers und die Passierfähigkeit des Wischers, sowie dei notwendigen Kräfte hierfür. Vom Wischerprofil und dem Kantenprofil hängt auch der günstigste Anstellwinkel des Wischers gegenüber dem Sieb ab. Für das Drucken von Dichtungen auf LCD Glasplatten werden meist rechteckige Wischerprofile benutzt. Die Kante muss scharf und frei von Wellen und Beschädigungen sein. Für die Reparatur entsprechender Schäden an harten Wischern sind Wischer-Schärfer verfügbar, die eine dünne Schicht vom Wischer abtragen und so das optimale Profil wiederherstellen können.

Der Winkel zwischen dem Wischer und dem Sieb bestimmt die Menge des passierten Materials sowie die hierfür nötigen Andruckkräfte. Übliche Anstellwinkel für einen gleichmäßigen Schichtdruck sind 15-20° Abweichung von der Senkrechtposition. Dieser Winkel ist ,wie erwähnt aber auch vom Wischerprofil abhängig.

Die erreichbare Wischgeschwindigkeit ist abhängig von der Härte des Wischers und der Viskosität des Druckmaterials. Die Andruckkräfte müssen ebenfalls gut abgestimmt werden.

Flexographischer Druck

In der LCD-Fertigung wird das Flexo-Druckverfahren für das Drucken von Polyimidschichten auf Glasplatten verwendet. Joyo kann solche Anlagen in kontinuierliche Produktionsstraßen integrieren oder aber auch Polyimid-Cluster, bestehend aus einer Druckmaschine, einem Beladeroboter und Heizplatten zum Aushärten des aufgedruckten Polyimidschicht aufbauen.

Siebdruckmaschine für Polyimid

Diese Dünnschichttechnik besteht eigentlich aus zwei Schritten, einem Flexodruckschritt und einem Gravurdruckschritt. Eine Schaberklinge verteilt zunächst das Druckmaterial auf einer Rasterwalze.  Diese Walze besitzt eine gravierte, strukturierte Oberfläche, die mit dem Druckmaterial wie z.B. Polyimid gefüllt wird. Die Schichtdicke auf der Rolle ist dabei ca. 3,5 mal dicker als die endgültige Druckschichtdicke. Dadurch wird der Materialverlust beim Übertrag auf die eigentliche Druckwalze ausgeglichen. Die Druckwalze ist mit einer komprimierbaren Polymerschicht versehen,  die das Druckmaterial aufnimmt und letztendlich auf die Glasplatte überträgt. Die Auflösung dieser Technologie ist höher als die des Siebdrucks. Die gedruckten Schichten sind sehr dünn mit einer Schichtdicke von 40-100nm.

Flexodruck

aDrucktisch, b LCD Glasplatte, c Dispenser, d Schaberklinge, e Rasterwalze, f Beschichtung, g Druckwalze


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