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METALL-HALOGEN-BRENNER VERSUS UV-LED BELICHTUNGS-SYSTEME

Die UV-LED-Technologie hat den Anwendungsbereich der Siebdruck-Schablonenherstellung erreicht. Der Systemvergleich zwischen Metall-Halogen- und UV-LED-Belichtungssystemen sollten Ihnen für die eigene, individuelle Anwendung helfen, die Vor- und Nachteile abzuwägen. Die folgenden anwendungstechnischen Erfahrungen unterstützt Sie bei Ihrer Entscheidung.

Bei der Siebdruckschablonenherstellung gibt es zwei Arten der UV-LED- Belichtung: Konventionelle und UV-LED-Belichtung durch ein Computer-to-Screen (CTS) System.

Aufbau einer Leuchtdiode
Aufbau einer Leuchtdiode

Bei der konventionellen UV-LED-Belichtung unterscheidet man wiederum zwischen einer voll flächigen Ausleuchtung (LED-Reihen) und fahrenden UV-LED-Balken. Diese konventionellen UV-LED-Belichtungssysteme sind in kompakter geschlossener Bauweise mit einem Vakuumtisch ausgestattet, wie man sie von Metall-Halogen-Brenner-Systemen kennt. Für UV-LED-Balken-Belichtungssysteme empfehlen sich sehr reaktive SBQ-Emulsionen (bspw. POLYTEX Beta, POLYCOL Z 542 CTS usw.), da der kurze Energieeintrag über den Verfahrweg relativ gering ist.

Somit ergibt sich durch jeden einzelnen Verfahrhub lediglich eine Vorvernetzung der oberen Schichtebenen, wodurch sich die Tiefenhärtung der Schablone zur Rakelseite hin schwierig gestaltet.

Bei den UV-LED CTS-Systemen unterscheidet man zwischen Maskierungssysteme (Wachs- oder wasserbasierte Bebilderung / Inkjetbebilderung und danach eine konventionelle UV-LED-Belichtung) und Systeme mit einer direkten digitalen Belichtung (CTS-Projektion) der Schablonen.

All diese LED-Belichtungssysteme (LEDs 385-405nm; Energieleistung konventionelle UV-LED 10-15 W/LED) ebenso wie die herkömmlichen MH-Brennersysteme (1000 W – 6000 W und mehr) haben ihre Vor- und Nachteile, welche je nach Anwendung und Anforderung für den individuellen Schablonenbelichtungsprozess zu bewerten sind.

UV-LED versus MH-Brenner in der konventionellen Belichtung

Die konventionellen UV-LED-Flächenbelichtungs-Systeme (UV-LED-Reihen über die gesamte Belichtungsfläche verteilt) haben den Vorteil, dass durch die große Anzahl an LEDs und die geringe Distanz zum Sieb eine entsprechend hohe Energie zur Verfügung steht. Die Schablonen-Beständigkeit, insbesondere gegenüber wässrigen Druckmedien, ist bei diesem UV-LED-Belichtungssystem mit der konventionellen MH-Belichtung vergleichbar.

Bezüglich der Belichtungs-Qualität gibt es aber einen wesentlichen Unterschied: Zwischen den UV-LED-Reihen ergibt sich eine Überschneidung der jeweiligen Lichtkegel (Energiepotenzierung), welche sich nachteilig auf die Auflösung feiner Strukturen im Layout auswirken kann.

MH-Brenner vs. UV-LED
MH-Brenner vs. UV-LED

Durch diese entstehenden Lichtkegel innerhalb der UV-LED-Reihen wird die Kopierkante meist unscharfer und feine Details laufen tendenziell zu. Für weniger anspruchsvolle Anwendungen in der Siebkopie bzw. grobe Layouts ist dieser Nachteil nicht unbedingt problematisch. 

Wenn es aber um diffizile Aufgaben, wie beispielsweise im technischen Siebdruck und dem Elektronik-Highend Segment geht, wäre dies ein wichtiges Kriterium.

Im Gegensatz hierzu erzeugen MH-Brenner eine punktuelle Lichtquelle, die in Kombination mit einem geeigneten Reflektor einen gleichmäßigen Lichtkegel abgibt, bei dem die Energie zum Rand der Belichtungsoberflache zwar etwas abnimmt, in der Summe aber ein gutes und homogenes Kopierergebnis erzielt.

Beschichtet mit POLYCOL S 270 CTS Violet.

Beschichtet mit POLYCOL S 270 CTS Violet
Beschichtet mit POLYCOL S 270 CTS Violet

40μm belichtet mit einem konventionellen MH Brenner (links) versus einem konventionellen UV-LED Flächenbelichtungs-System (rechts). 

Beschichtet mit POLYCOL S 270 CTS Violet
Beschichtet mit POLYCOL S 270 CTS Violet

100μm belichtet mit einem konventionellen MH Brenner (links) versus einem konventionellen UV-LED Flächenbelichtungs-System (rechts).

Wir haben zu diesem Thema guten Kontakt zu den Herstellern von UV-LED-Belichtungssystemen, um eine bestmögliche Optimierung und Weiterentwicklung dieser nicht immer ausgereiften UV-LED-Technologie für die Siebdruck-Schablonenherstellung – im Zusammenhang mit unserer Kopierschichtchemie – zu unterstützen.

Belichtung

Ein wesentlicher Nachteil von MH-Brennern im Gegensatz zu UV-LED-Systemen ist die vergleichsweise schnellere Alterung des Brenners. Ein MH-Brenner erzeugt UV-Energie in der richtigen Wellenlange durch eine Dotierung mit Gallium (Ga) und Eisen (Fe), die sich durch jeden fortlaufenden Zünd- und Abkühlprozess allmählich abbaut. Häufig werden MH-Lampen zu lange (über mehrere Jahre) eingesetzt. Selbst bei überproportionaler Verlängerung der Belichtungszeit (z.B. über ein Lichtdosiergerät) kann dann keine optimale Durchhärtung der Schablone mehr erreicht werden. UV-LEDs haben dagegen eine wesentlich längere Lebensdauer, oft bis zu 10.000 Betriebsstunden.

UV-LED CTS-Belichtung

Mittlerweile hat sich auch im Bereich der Schablonenherstellung mit „Computer to Screen“-Systemen die UV-LED-Technologie (395nm und 405nm) etabliert. Der wesentliche Vorteil ist, ebenso wie bei der konventionellen Siebkopie, die lange Lebensdauer der LEDs.

Das Kopierergebnis ist dank der DMD-Optik (Digitale Mikrospiegel-Einheit) vergleichbar mit einem identischen System, bei dem ein MH-Brenner eingesetzt wird. Der Nachteil ist eine geringere Ausgangsleistung im Vergleich zu MH-Brennern. Da durch die Optik ebenfalls Energie absorbiert wird, spielt dies insbesondere bei einem hohen geforderten Schablonendurchsatz eine große Rolle. Die Forderung nach einer hohen Kopfgeschwindigkeit steht hier selbstverständlich im Vordergrund, aber eine hohe Kopfgeschwindigkeit verringert zusätzlich den Energieeintrag auf die zu belichtende Oberfläche. Hierfür eignen sich somit nur reaktive SBQ-Kopiermaterialien mit einer entsprechend hohen Belichtungsreaktivität (POLYCOL S 285 CTS Red, POLYCOL S-HR oder POLYTEX Beta uvm).

Eine Ausnahme bildet die sogenannte UV-Laserdiode (405nm), die nicht mit einer konventionellen UV-LED-Einheit verwechselt werden darf. Diese hat eine um ein Vielfaches höhere Ausgansleistung (fasergebundenen UV-Laserdioden - 120 mW/ Laserdiode – Module 16 – 128 Laserdioden) bei noch längerer Lebensdauer (über 20.000 Stunden). Bei bestimmten CTS-Systemen am Markt kommt diese Belichtungsquelle zum Einsatz, entweder über eine DMD-Optik gesteuert oder mittels einer direkten Projektion über Glasfaserkabel bzw. Rasterplattenoptik. Diese durch die Lasertechnologie effizient konzentrierte Belichtungsenergie erlaubt das vollständige Durchhärten von Kopierschichten aller Arten, bei relativ hohen Belichtungskopf-Geschwindigkeiten.

Resümee

Tabelle Belichtungsquelle

Bevor man sich für den Einsatz eines UV-LED-Systems oder eines herkömmliches MH-Belichtungssystems entscheidet, sollte dies mit entsprechenden Testschablonen für das individuelle Einsatzgebiet getestet und auch im Druck bewertet werden. Erst dann steht der richtigen Entscheidung nichts mehr im Weg.

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