用于在丝网印刷方法中使用的丝网印版、丝网印刷装置和丝网印刷方法与流程

用于在丝网印刷方法中使用的丝网印版、丝网印刷装置和丝网印刷方法
1.描述
2.本发明涉及一种用于在丝网印刷方法中使用的丝网印版、一种对应的丝网印刷方法以及一种用于将丝网印刷膏施加到基体上的丝网印刷装置。
3.为了将丝网印刷膏施加到基体上，已知的是，通过刮板将丝网印刷膏挤压穿过丝网印版，以便将丝网印刷膏施加到基体上。所述丝网印版具有丝印网，所述丝印网具有多个细长的网元件，通常是网线，所述丝印网对于丝网印刷膏是可透过的。为了实现穿过丝网印版的丝网印刷膏的结构化，在丝印网上设置模板，所述模板具有至少一个开口，从而丝网印刷膏仅能在模板的一个或多个开口的区域内穿过丝网印版并且由此可以向基体上施加通过所述开口预先规定的、由丝网印刷膏组成的结构。
4.在很多领域中希望的是，由丝网印刷膏在基体上产生狭窄的、直线结构。特别是在光伏太阳能电池的制造中使用丝网印刷法时就是这种情况：这里已知的是，借助于丝网印刷膏半导体层的表面上产生掺杂结构和/或金属化结构，其方式是，丝网印刷膏相应地具有掺杂物和/或金属颗粒。
5.特别是为了产生用于接通光伏太阳能电池的金属接触结构的所谓金属化指状结构，希望的是，施加由丝网印刷膏组成的细长的直线结构，所述结构具有较小的宽度，以便例如减小由于金属化结构对入射的光线的遮蔽和/或减小金属/半导体界面上的复合损失。
6.但在其他应用场合中，例如在印刷电子领域，也需要由丝网印刷膏产生细长的、直线的结构，在这个领域中，制造导体线路和/或电子器件。
7.因此，本发明的目的是，提供一种丝网印版、一种丝网印刷方法和一种丝网印刷装置，所述丝网印版、丝网印刷方法和丝网印刷装置使得可以以小宽度以及在材料施加中以较小的波动施加细长的、直线的丝网印刷结构。
8.所述目的通过根据权利要求1的丝网印版、根据权利要求7的丝网印刷装置、根据权利要求8的印刷方法以及丝网印版根据权利要求9的应用来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。
9.本发明基于这样的认知，即，丝印网的网元件相交处的节点可能导致丝网印刷膏在基体上的施加量减小，从而在节点的区域内与没有节点的区域相比实现较少的丝网印刷膏的材料施加量，并且由此形成由丝网印刷膏组成的不均匀的结构，例如具有变化的宽度和/或高度。
10.这种情况的原因是，在相互交叉的网元件的区域内，与没有或具有较少交叉点的区域相比，平均存在更小的用于丝网印刷膏的通过面。
11.当丝网印版的模板中的开口的宽度在两个网元件的范围内或小于两个网元件的间距时，特别是对于用于制造具有较小宽度的直线结构的丝网印版，由于交叉点导致的缺陷源是很明显的。在这些情况下，在交叉的网元件的区域内丝网印刷膏的施加量方面形成明显的百分比波动，从而在所产生的结构中导致出现缺点，例如在所产生的金属接触结构中出现提高的线路电阻。
12.已知的是，为了避免这种缺陷源，使用所谓的0
°
网格。这种丝网印版具有多个网元件，这些网元件沿第一元件方向以及沿垂直于第一元件方向的第二元件方向设置。所述元件方向由此在由丝线组成的网中对应于丝线方向。设置在丝印网上的模板具有直线通道形式的开口，例如是矩形的开口。在0
°
网格中，所述通道在其纵向延伸上平行于第一或第二元件方向。此外，所述通道的宽度小于网元件的垂直于通道的纵向延伸的间距。所述模板由此可以这样设置在丝网印版上，使得在通道的区域内仅存在垂直于通道延伸的网元件并且所述通道由此不具有节点，即没有具有相交的网元件。
13.这种0
°
网格一方面具有这样的缺点，即，丝网印版的稳定性并且由此还有使用寿命均明显降低，因为在通道中存在明显减少的网元件部分，并且由此形成预定断裂部位。经验上的研究表明，与在通道与两个元件方向之一之间存在常见的22.5
°
角度的丝网的使用寿命相比，0
°
丝网的使用寿命减少约30％。此外，对于0
°
丝网还存在这样的缺点，即，制造会带来明显更多的废品，因为通道相对于平行于通道延伸的网元件的错误对准、即错误定位会导致，整个通道沿通道开口被丝线覆盖并且由此使得所形成的开口面积显著最小化。由此，在制造过程中需要复杂的再加工或者存在不再能使用的丝网印版。
14.根据本发明的丝网印版构造成用于在丝网印刷方法中使用，特别是用于制造光伏太阳能电池的金属接触结构。所述丝网印刷膏具有丝印网，所述丝印网具有多个细长的网元件，所述网元件沿第一元件方向和垂直于第一元件方向的第二元件方向设置。所述丝印网有利地可以设置在丝网印版的本身已知的印刷网框、特别是矩形的印刷网框中。希望的网元件优选构造成网线，作为网丝线的构成方案也在本发明的范围内。
15.根据本发明的丝网印版的网元件优选沿两个元件方向以相互间相同的间距设置并且此外优选所有网元件具有相同的直径。但在制造时通常会出现制造公差。根据本发明的丝网印版的沿第一元件方向的网元件因此具有间距af，并且沿第二元件方向的网元件具有与af相差小于5％的间距，并且沿第一元件方向的网元件具有直径dg，并且沿第二元件方向的网元件具有与dg相差小于5％的直径。有利的是，沿第一元件方向的网元件具有间距af，并且沿第二元件方向的网元件具有与af相差小于2％、优选等于间距ag的间距，和/或沿第一元件方向的网元件具有直径dg，并且沿第二元件方向的网元件具有与dg相差小于2％、优选等于直径dg的直径。
16.根据本发明的丝网印版此外具有设置在丝印网上的模板，所述模板具有呈直线通道形式的至少一个开口。所述通道由此构成在模板中伸长的细长开口，所述开口优选是矩形开口。
17.重要的是，所述通道与第一元件方向以 /-0.1
°
的公差成下述角度之一，并且所述通道的通道宽度bk小于或等于配设给所述角度的最大宽度bkmax：
[0018]-角度选自包括11.31
°
、14.04
°
、18.44
°
、26.57
°
、45
°
的组，所配设的最大宽度bkmax[μm]符合下式
[0019][0020]
或者
[0021]-角度所配设的最大宽度bkmax[μm]符合下式
[0022][0023]
前面所述的参数分别是间距af[μm]和直径dg[μm]。
[0024]
此外，在根据本发明的丝网印版中，通道宽度bk小于沿第二元件方向以及沿第一元件方向的两个网元件之间的间距。
[0025]
申请人进行的复杂的研究和计算表明，即使对于不平行于元件方向之一延伸的通道也可以实现这样的丝网印版，所述丝网印版在通道区域中不具有节点，就是说不具有交叉的网元件，或者至少相对于在先已知的丝印网具有数量减少的节点，在所述在先已知的丝印网中，通道与两个元件方向之一成22.5
°
的角度延伸。
[0026]
但这样的优点仅能利用确定的角度实现，如在前面和在权利要求1中列出的条件bkmax给出的那样，附加地对于每个角度给定通道宽度的上限。
[0027]
根据本发明的丝网印版具有这样的优点，即，在通道区域中不存在或至少存在数量减小的节点，并且仍避免了0
°
网格的缺点，特别是与0
°
网格相比获得明显更高的稳定性。此外，根据本发明的丝网印版还具有这样的优点，即使在发生误对准时，也不会形成具有大缺陷的丝网或者甚至根本不可用的丝网，如在0
°
丝网中那样，而是会形成这样的丝网，所述丝网具有大致相当于市场上常见的22.5
°
丝网的质量。由此即使在出现制造误差的情况下，产品仍能用于仅要求具有22.5
°
角度的已知丝网的质量的方法。
[0028]
丝印网的制造本身已经对所使用的设备的精度提出了高要求。因此有利的是，沿第一元件方向的网元件的间距af和沿第二元件方向的网元件的间距相差小于2％，特别是沿第一元件方向的网元件的间距af和沿第二元件方向的网元件的间距相同，和/或沿第一元件方向的网元件的直径dg和沿第二元件方向的网元件的直径相差小于2％，特别是沿第一元件方向的网元件的直径dg和沿第二元件方向的网元件的直径相同。
[0029]
因此，沿第一元件方向和沿第二元件方向的网元件的间距是相同的。由此，可以使用市场上通常可购得的、高质量的丝印网。
[0030]
当丝网印版的模板必要时除了另外的开口、特别是非直线的开口以外仅具有一个满足前面所述条件的直线通道时，就已经得到前面所述的优点。
[0031]
但在很多应用场合中，特别是在制造光伏太阳能电池时，有利的是，在模板中设置多个平行延伸的直线的通道，以便相应地向基体上施加多个直线且平行延伸的结构。特别是在制造太阳能电池的金属接触结构和/或选择性的掺杂结构、特别是光伏太阳能电池的选择性发射极结构时就是这种情况。
[0032]
因此，所述模板有利地具有多个直线的平行的通道。有利的特别是，所述模板具有至少0.5个通道/mm、特别是至少1个通道/mm。对于常见的基体尺寸特别有利的是，所述模板具有至少50个、优选至少100个、特别是至少150个通道。通道宽度优选在10μm至150μm的通道宽度范围内。
[0033]
如果丝网印版具有多个平行延伸的通道，有利的是，所述通道的间距相当于沿第一和/或第二元件方向的网元件的间距的整数倍。由此，特别是在本发明范围内的是，所述通道的间距既相当于沿第一元件方向的网元件的间距的整数倍，也相当于沿第二元件方向的网元件的间距的整数倍。如果如前面所述，在一个有利的实施形式中，沿第一和第二元件方向的网元件的间距相等，则始终是这种情况。
[0034]
由此得到这样的优点，即，一个通道的最佳对准始终也能实现所有以前面给出的
条件平行延伸的通道的最佳对准。
[0035]
对于具有第一元件方向和垂直于第一元件方向的第二元件方向的网元件，对节点布置形式的详细研究表明，可以区分四种不同的节点类型。两个交叉的网元件可以对应于一个具有四个角的节点。这在下面还在参考图6的附图说明中详细解释。
[0036]
前面和权利要求1中列举的条件使得，没有或者至少只有明显更少数量的以所有四个角位于通道的开口区域中的节点(条件bkmax＝bk
max321
)。但有利的是，避免出现或至少减少以两个或一个角(条件bkmax＝bk
max21
)、更为优选仅以一个角(条件bkmax＝bk
max1
)位于通道开口的区域中的节点的数量。特别有利的是，节点的角不处于通道开口的区域中或至少明显减少其数量(条件bkmax＝bk
max0
)。
[0037]
由此进一步改善了由丝网印刷膏产生的结构的均匀性。
[0038]
因此，为了实现前面所述的条件有利的是，所述通道与第一元件方向以 /-0.1
°
的公差成下述角度之一，并且所述通道的通道宽度bk小于或等于配设给所述角度的最大宽度bkmax：
[0039]-角度选自包括11.31
°
、14.04
°
、18.44
°
、26.57
°
、45
°
的组，所配设的最大宽度bkmax[μm]符合下式
[0040][0041]
或者
[0042]-角度所配设的最大宽度bkmax[μm]符合下式
[0043][0044]
特别是，
[0045]
所述通道与第一元件方向以 /-0.1
°
的公差成下述角度之一，并且所述通道的通道宽度bk小于或等于配设给所述角度的最大宽度bkmax：
[0046]-角度选自包括11.31
°
、14.04
°
、18.44
°
、26.57
°
、45
°
的组，所配设的最大宽度bkmax[μm]符合下式
[0047][0048]
或者
[0049]-角度所配设的最大宽度bkmax[μm]符合下式
[0050][0051]
优选的是，
[0052]
所述通道与第一元件方向以 /-0.1
°
的公差成下述角度之一，并且所述通道的通道宽度bk小于或等于配设给所述角度的最大宽度bkmax：
[0053]-角度选自包括11.31
°
、14.04
°
、18.44
°
、26.57
°
、45
°
的组，所配设的最大宽度bk
max
[μm]符合下式
[0054][0055]
或者
[0056]-角度所配设的最大宽度bk
max
[μm]符合下式
[0057][0058]
申请人的研究表明，在条件bkmax＝bk
max1
和bkmax＝bk
max0
下，不是对于间距af和直径dg的所有比值都有解。由此，有利地这样来选择间距af和直径dg，即：
[0059]-在bkmax＝bk
max1
的条件下并且在角度选自包括11.31
°
、14.04
°
、18.44
°
、26.57
°
、45
°
的组时，附加的以下条件
[0060][0061]
适用，并且在角度时，附加的以下条件
[0062][0063]
适用，
[0064]-在bkmax＝bk
max0
的条件下并且在角度选自包括11.31
°
、14.04
°
、18.44
°
、26.57
°
、45
°
的组时，附加的以下条件
[0065][0066]
适用，并且在角度时，附加的以下条件
[0067][0068]
适用。
[0069]
在下面的表格中对于根据本发明的丝网印版有利的实施形式示例性地列出了实现前面所述的改进的条件。bkmax的值的计算针对具有以下参数的网进行：线数(每英寸480线，af＝41.92μm)以及丝线直径(dg＝11μm)。下标“321”指示，节点仅以三个、两个或一个角点出现在通道中(类似于权利要求1中的条件)，“21”指示，节点仅以两个或一个角点出现在通道中，“1”指示，节点仅以一个角点出现在通道中，“0”指示，没有角点出现在通道中(类似于权利要求5中的条件)。对此的前提条件是，通道在丝印网上正确定向：
[0070][0071]
此外，前面提及的目的还通过一种用于将丝网印刷膏施加到基体上的丝网印刷装置来实现。所述丝网印刷装置具有根据本发明的丝网印版、特别是所述丝网印版的一个优
选实施形式，并且具有至少一个刮板。所述丝网印刷装置构造成，通过所述刮板将丝网印刷膏穿过丝网印版施加到基体上。因此，根据本发明的丝网印刷装置在基本结构上与在先已知的丝网印刷装置没有区别，但这里丝网印版具有如前面所述的特殊设计。
[0072]
在一个有利的设计方案中，所述丝网印刷装置特别是可以构造成本身已知的平板丝网印刷装置。同样在本发明范围内的是，所述丝网印刷装置构造成已知的轮转丝网印刷装置。
[0073]
相应地在本发明范围内的是，根据本发明的丝网印版构造成用于在平板丝网印刷方法中使用并且特别是基本上具有平坦的形状。同样在本发明范围内的是，根据本发明的丝网印版构造成用于在轮转丝网印刷方法中使用，特别是丝网印版具有圆柱形的或至少部分圆柱形的形状。
[0074]
此外，前面提及的目的还通过一种用于将丝网印刷膏施加到基体上的丝网印刷方法来实现，其中，通过至少一个刮板将丝网印刷膏穿过丝网印版施加到基体上。重要的是，所述丝网印版根据前面说明的根据本发明的丝网印版构成，特别是根据所述丝网印版的一个优选实施形式构成。
[0075]
此外，前面提及的目的还通过根据本发明的丝网印版、特别是根据所述丝网印版的一个优选实施形式的丝网印版在丝网印刷方法中的应用来实现。
[0076]
前面描述的条件用于避免或至少减少在丝网印版的通道中出现节点。为此有利的是，实现尽可能精确地符合所述分别预先规定的角度。因此有利的是，实现 /-0.05
°
、特别是 /-0.01
°
的角度公差。
[0077]
下面参考实施例和附图来说明其他有利的特征和优选实施形式。其中：
[0078]
图1示出根据本发明的用于平板丝网印刷的丝网印刷装置的第一实施形式；
[0079]
图2示出根据本发明的用于轮转丝网印刷的丝网印刷装置的第一实施形式；
[0080]
图3示出根据图1的丝网印刷装置的本发明的丝网印版的一个实施例的剖视图；
[0081]
图4示出根据图3的丝网印版的从上面观察的俯视图；
[0082]
图5示出图4的局部放大图；
[0083]
图6示出用于说明存在节点比例的排除标准；以及
[0084]
图7示出根据本发明的丝网印版多个另外的实施例的局部。
[0085]
图中示出示意性的不符合比例的图示。相同的附图标记在图中表示相同或作用相同的元件。
[0086]
图1中用侧视图示出根据本发明的丝网印刷装置的第一实施例。所述丝网印刷装置用于构造成用于实施平板丝网印刷法。
[0087]
所述丝网印刷装置具有丝网印版1，所述丝网印版构造成平板丝网印版。所述丝网印版1构造成部分地对于丝网印刷膏2是可透过的并且部分地对于丝网印刷膏2是不可透过的，以便构成规定的结构。这在下面参考图3和4详细说明。
[0088]
所述丝网印刷膏2在当前情况下是包含金属颗粒的印刷膏，所述印刷膏用于，在热处理之后在光伏太阳能电池的正面上构成本身已知的接触网格形式的金属接触结构。
[0089]
所述丝网印刷装置具有刮板3，所述刮板可以通过未示出的马达装置沿通过在刮板上绘制的箭头给出的方向运动。由此，将所述丝网印刷膏2涂抹到丝网印版1上并且在可透过的位置穿过所述丝网印版1，从而在基体5上施加由丝网印刷膏组成的结构4。
[0090]
在当前情况下，基体5构造成硅晶片，所述硅晶片已经具有用于构成发射极和基极的p和n掺杂的区域。所述基体5由此构成太阳能电池前体，为了制造太阳能电池，此外还需要在半导体基体5的正面上设置金属的接触结构。
[0091]
所述丝网印刷装置具有供应单元，用于供应和导出半导体基体，所述供应单元具有(未示出的)传送带，在所述传送带上设置多个穿梭机构。在图1中示例性示出穿梭结构6连同位于其上的基体5。
[0092]
在图2中作为备选的实施形式示出根据本发明的印刷装置的第二实施例。这个印刷装置构造成用于实施轮转丝网印刷法。如对比图1和2示出的那样，一些元件相同地构成和设置。但重要的是，在根据图2的第二实施例中，丝网印版1'构造成具有圆柱形形状的圆筒丝网。刮板3设置在构造成圆柱形的丝网印版1'的内部，从而印刷膏2从丝网印版1'的内部穿过丝网印版向外挤出，以便在基体5上形成由印刷膏构成的结构4。
[0093]
为此，构造成圆筒丝网的丝网印版1'具有转动轴线1a并且通过马达机构能够沿通过圆弧箭头表示的方向转动。转动轴线1a由此在图2中垂直于图平面。
[0094]
同时通过穿梭结构6使半导体基体5沿作为直线箭头示出的方向运动，使得基体5与丝网印版1'的周面之间的相对速度在丝网印版1'与基体5的接触点处为零或者至少小到可以忽略。
[0095]
相反，刮板3不实施转动运动，从而由于丝网印版1'的转动运动将丝网印版1'内部中的印刷膏2压向刮板3并通过刮板穿过丝网印版施加到基体5上。
[0096]
丝网印版1和1'原则上构造成相同的，只是丝网印版1具有平坦的矩形形状，相反丝网印版1'的形状对应于一个圆柱体的周面。
[0097]
在图3中示出根据图1的装置的丝网印版1的横向剖视图。实施丝网印版1具有矩形的框架1a，在所述框架中张紧丝印网1b。所述丝印网1b具有多个网元件，所述网元件沿第一元件方向和垂直元件方向设置。第一元件方向根据图3垂直于图平面，并且相应地第二元件方向根据图3中的图示平行于图平面。
[0098]
在丝印网1b上设置模板1c，所述模板按本身已知的方式构造成乳剂(emulsion)。模板1c具有多个开口，这些开口分别构造成直线的细长的通道1d。所述丝网印版1的通道相互平行地延伸并且垂直于根据图3的图平面，并且在当前情况下具有相同的宽度。在图3中示例性地标注三个通道1d。
[0099]
现在，如果在图3中从上面通过刮板将丝网印刷膏挤压到丝网印版1上，则丝网印刷膏可以仅在通道的区域中穿过丝网印版，从而对应于通道的正形状(positivform)在图3的下部的基体上产生由丝网印刷膏组成的结构，所述结构由相应的多个平行地并排设置的由丝网印刷膏组成的线条组成。
[0100]
在图4中示出根据图3的丝网印版1的从下面观察的后视图。这里示意性地示出，在模板1c的开口的区域中、就是说在通道1d的区域中丝网印版1不是完全打开的，因为丝印网1b的网元件在通道1d的下方延伸。
[0101]
根据本发明的丝网印版的特征在于，在通道1d的区域内没有或至少只有数量较少的丝印网1b的节点，从而可以产生均匀的由丝网印刷膏组成的结构。丝印网1b的网元件以不是垂直于通道1d的纵向延伸方向延伸，就是说，在图4中不是水平的，如在0
°
丝网印版中那样。这在图5中参考图4的一个局部详细说明。
[0102]
图5用水平的图示示出图4中用a标注的局部。这里标注了通道宽度bk、网元件的直径dg和两个平行的网元件之间的间距(空闲面)af的长度尺寸以及网元件与通道边缘之间的角度
[0103]
在图6中示出不同的重叠方式，以便显示在模板1c的开口区域中、即在通道1d的内部节点的存在情况，就是说两个相互垂直延伸的网元件的交叉的区域。
[0104]
图6中用加粗的线条标注节点k的外边界。
[0105]
如在图6a中可以看到的那样，节点k可以设置成，使得所有四个角都位于通道1d的内部。这是一种不利的布置形式，因为节点k会导致节点内部的高面覆盖率，因此形成沿通道1d的纵向出现不均匀的膏施加的高风险。通过在权利要求1中所述的条件避免出现或至少明显减轻根据图6a的这个状态。
[0106]
但有利的是，节点k存在于通道1d的区域中的角点的数量减少。这样，在根据图6b的布置形式中，节点k的一个角(左上角)已经设置在模板1c的下方。但仍有节点k的三个角留在通道1d的内部，从而尽管降低出现不均匀的膏施加的风险，但仍还存在这种风险。
[0107]
相应地进一步有利的是，根据图6c中的图示，这样选择布置形式，使得节点k只有两个角点位于通道1d的内部，相反，另外两个角点位于模板1c的下方。进一步有利的是，根据图6d，节点k仅还有一个角点位于通道1d中。
[0108]
相应地特别有利的是，完全没有节点k的角点位于通道1d的内部，从而这种布置形式可以称为“无节点的”。
[0109]
在图7中示出根据本发明的丝网印版的不同的备选实施例连同相配的参数。
[0110]
附图标记列表
[0111]
1、1'
ꢀꢀꢀꢀꢀ
丝网印版
[0112]
1a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
框架
[0113]
1b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
丝印网
[0114]kꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
节点
[0115]
1c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
模板
[0116]
1d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
通道
[0117]dꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转动轴线
[0118]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
丝网印刷膏
[0119]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
刮板
[0120]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
由印刷膏组成的结构
[0121]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
半导体基体
[0122]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
穿梭结构