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Siebdruck auf Glas,
Flachglas und Hohlglas

Siebdruck auf Glas,
Flachglas und Hohlglas

Um Glas zu bedrucken ist die Herstellung einer korrekten Siebdruckschablone ausschlaggebend. Mehr noch: die Schablonenherstellung ist nicht nur als „Mittel zum Zweck“ zu sehen. Kundenreklamationen durch schlechte Druckqualität oder unterschiedliche Druckergebnisse bei Wiederholungsaufträgen ist oft die Folge mangelhafter Schablonenherstellung. Wenn Sie Glas bedrucken, können aber auch kleinere Probleme innerhalb der Druckauflage entstehen, wie z. B. häufiges Reinigen wegen verschmieren des Druckbildes oder Schablonenwechsel wegen unzureichender Schablonenstandzeit, haben oft ihren Ursprung in der Herstellung der Druckschablone. Meist sind die Fehlerursachen ohne oder nur mit geringem finanziellem oder zeitlichem Aufwand zu beheben. In der folgenden Ausarbeitung werden häufige Fehlerquellen beim Bedrucken von Glas mit Lösungsansätzen beschrieben:

Beschichtungstechniken

Werden die Schablonen vom Druckbetrieb selbst beschichtet, kommt dafür in der Regel eine Flüssigkopierschicht zum Einsatz, die mit Beschichtungsrinnen von Hand, oder mit einer Maschine aufgetragen wird. Dabei wird oft die falsche Beschichtungstechnik oder eine für die Beschichtungstechnik ungeeignete Beschichtungsrinne gewählt.

Eine häufige Folge ist ein zu niedriger Schichtaufbau auf der Druckseite (EOM = Emulsion Over Mesh) und eine daraus resultierende hohe Oberflächenrauigkeit (Rz-Wert).

Aufgrund des niedrigen EOM-Wertes hat das Gewebe an der Motivkante Kontakt mit dem zu bedruckenden Material und verhindert an diesen Stellen ein sauberes Auslösen der Farbe. Durch den hohen Rz-Wert schließt die Druckkante dann nicht sauber mit dem zu bedruckenden Material ab, und die Druckfarbe oder Druckpaste unterläuft die Druckkante.

Glas bedrucken: Perfekt aufeinander abgestimmte Schablonenherstellung

Alle Parameter der Schablonen-Herstellung müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein. Insbesondere beim Bedrucken von Glas mit feinen Linien ist dies wichtig, damit sie sich nicht nur in der Schablone auflösen, sondern auch später im Druck perfekt dargestellt werden.

So spielt in erster Linie die eingesetzte Schablonenchemie eine entscheidende Rolle. Kissel + Wolf bietet dafür ein komplettes System an, da in diesem komplexen Bereich des Siebdrucks eine alleinige Beschichtung mit Kopierschicht oft nicht mehr genügt.

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Systemchemie von KIWO – Schritt für Schritt zur optimalen Schablone

Dieses System zeigt mehrere Schritte, welche in Abbildung 1 zu sehen sind. Mit ihnen kann die Schablone nach und nach, für den eigenen Prozess angepasst, optimiert werden. Zunächst sollte eine Basisbeschichtung mit einer hochauflösenden Kopierschicht durchgeführt werden. Dafür eignet sich z.B. die sehr beständige AZOCOL® Z 177 FL oder deren Nachfolgerin AZOCOL® Z 177/1 FL, welche auch bei höherem EOM von ca. 15 µm Auflösungen bis 20 µm erreichen kann. Bei Verwendung aggressiver Lösemittel oder sehr hohen Auflagen wird AZOCOL® Z 173/1 FL-H empfohlen, welche zusätzlich nachgehärtet wird und gleichzeitig sehr hohe Auflösungen generieren kann.

Im Anschluss an die Beschichtung mit Kopierschicht kann ESTELAN® D 271 TopCoat auf der Druckseite nachbeschichtet werden, was den Rz-Wert weiter verbessert und die Siebdruckschablone vor mechanischen Angriffen im Druckprozess schützt.

Besonders im Solarbereich ist eine gleichmäßige Topografie der gedruckten Linie wichtig, damit Strom ungehindert fließen kann. Hierfür hat Kissel + Wolf das Produkt KIWOMIX® RA 1750 im Portfolio, um die Oberfläche der Schablone so zu modifizieren, dass das Pasten-Auslöseverhalten der Druckschablone zusätzlich unterstützt wird.

Wenn die geforderte Auflösung in der Schablone generiert wurde, heißt das jedoch noch nicht, dass diese drucktechnisch umgesetzt werden kann - das passende Gewebe ist ebenfalls entscheidend. So gibt es mittlerweile 11 µm dünne Fäden, um Unterbrechungen in der gedruckten Linie im besten Fall zu eliminieren. Eine immer wichtiger werdende Thematik ist auch die Winkelung des Gewebes. Standardmäßig werden 22,5° und 30° Winkel eingesetzt. Die Problematik beim Druck ist dabei, dass die zu druckenden Linien über die Kröpfungspunkte laufen und dies zu Unterbrechungen im Druckbild führen kann.

Aus diesem Grund wird vermehrt mit Null-Grad-Gewebe getestet, und es wird teilweise auch schon eingesetzt – die Negativlinie läuft so im Optimalfall parallel zu den Fäden, damit keine „dicken“ Kröpfungspunkte, sondern lediglich, je nach Gewebegeometrie variierend, ein dünner Schussfaden quer im Druckkanal liegt. Dadurch können deutlich bessere Profile gedruckt werden – beides in Abbildung 2 zu sehen.

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AZOCOL® Z 177/1 FL auf Null-Grad-Gewebe (PV–Micromesh von Nittoku); rechts: Profil eines Leitfingers, gedruckt mit diesem Gewebe – gedruckt und ausgewertet am ISFH (Institut für Solarenergieforschung Hameln)

Es muss jedoch beachtet werden, dass die Anforderungen an die Kopierschicht bei diesen Geweben steigen, da das Reflexionsverhalten im Belichtungsprozess ein anderes ist als bei Standardwinkelungen.

Im Druck selbst können potentielle Fehlstellen durch Doppeldruck ausgeglichen und so homogenere Leitfinger, also folglich bessere Effizienzen, erreicht werden. Am Institut für Photovoltaik (ipv) an der Universität Stuttgart wurde mit der AZOCOL® Z 177 FL der Doppeldruck mit 30 µm Linien getestet. So konnte im Vergleich zur einfachgedruckten 70 µm Linie eine Effizienzsteigerung von 0,37 % erreicht werden - zu sehen in Abbildung 3. Des Weiteren wurde der Pastenverbrauch in diesem Druckversuch um einiges reduziert, wie in Abbildung 4 zu sehen ist. Waren es bei 70 µm Linien einfachgedruckt noch fast 225 mg/Wafer, wurden bei 30 µm Doppeldruck deutlich weniger als 100 mg/Wafer benötigt.

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Doppeldruck einer 30 µm Linie - durchgeführt am ipv in Stuttgart. Links: gemessene Breite und Höhe mit Schnittprofil; rechts: Schaubild mit Vergleich zwischen Einfachdruck einer 70 µm Linie und Doppeldruck einer 30 µm Linie
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Pastenreduktion durch Doppeldruck einer 30 µm Linie
Pastenreduktion_durch_Doppeldruck_einer_30_um_Linie.jpg

Es ist neben der eingesetzten Schablonenchemie gleichermaßen wichtig, wie diese angewendet wird. Ein Beispiel einer optimierten Schablonentechnik zeigt Abbildung 5: Die Kopierschicht bildet auf der Rakelseite einen quaderförmigen Effekt in den Maschen. Der große Vorteil ist, dass hierbei der Pastenverbrauch und die damit verbundenen Kosten stark reduziert werden können. Das Negativbeispiel ist auf der rechten Seite zu sehen. Die Kopierschicht hat in den Maschen eine konkave Wölbung, in welcher viel Paste hängen bleibt.

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Unterschiedlich ausgeprägte Rakelseiten. Durch quaderförmigen Effekt (links) wird der Pastenverbrauch reduziert

Es wird deutlich, dass diese feinsten Linien nur mit hohem Aufwand auf das Substrat gebracht werden können, die Entwicklung hinsichtlich der Auflösung ist jedoch trotzdem noch lange nicht am Ende angekommen. Auch Kissel + Wolf wird in naher Zukunft ein noch höher auflösendes Produkt auf den Markt bringen, welches Linien ≤ 15 µm bei einem EOM ≥ 10 µm auflösen kann. Ein kleiner Vorgeschmack dieser Kopierschicht ist in Abbildung 6 zu sehen.

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Neuentwicklung von Kissel + Wolf - 15 µm und 12,5 µm Negativlinie (auf dem Layout) mit 11 µm EOM

Bilder zum Artikel

Siebdruckformherstellung
Makroaufnahme: Niedriger Schichtaufbau bei hohem Rz-Wert
Siebdruckformherstellung
Druckergebnis bei zu niedrigem EOM und zu hohem Rz-Wert. Betrachtet bei 140-facher Vergrößerung
Siebdruckformherstellung
Druckergebnis bei zu niedrigem EOM und zu hohem Rz-Wert. Betrachtet bei 140-facher Vergrößerung