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Untersuchung des Tampondrucks und dessen Kantengenauigkeit für die Anwendung in der gedruckten Elektronik

Bodenstein, Christina (2020):
Untersuchung des Tampondrucks und dessen Kantengenauigkeit für die Anwendung in der gedruckten Elektronik.
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.25534/tuprints-00011685,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchung des Tampondrucks und dessen Kantengenauigkeit für die Anwendung in der gedruckten Elektronik
Language: German
Abstract:

Der Tampondruck ist ein einmaliges und vielseitiges Druckverfahren. Aufgrund seines flexiblen Zwischenträgers können eine Vielzahl an unebenen, dreidimensionalen Oberflächen mittels einfacher Maschinensysteme bedruckt werden. Obwohl der Tampondruck eine immer stärkere Bedeutung, speziell im Bereich gedruckter Elektronik, zugesprochen bekommt, ist dieses Verfahren wissenschaftlich noch wenig untersucht und verstanden. In dieser Arbeit wird zunächst ein Phasenablaufplan für den Tampondruck entwickelt. Erstmalig wird der Tampondruck in die Teilprozessschritte der Fluidübertragung der Druckverfahren eingegliedert und beschrieben. Für die gedruckte Elektronik hat die Kantenschärfe eine besondere Relevanz. Die am häufigsten auftretenden Druckfehler sind Fluidfilamente und „Briefmarkeneffekte“. Es werden die Hauptparameter Druckform (Druckformmaterial und Rasterweite), Drucktampon (Härte und Form) sowie die Prozessgeschwindigkeit beleuchtet und dabei untersucht, welchen Einfluss diese auf die beschriebenen Druckfehler haben. Zur Kantenerkennung und quantitativen Auswertung der Kantenschärfe wird ein Algorithmus entwickelt, der die Kantengenauigkeit ermittelt. In Bezug auf den Briefmarkeneffekt, der sich als wellige Struktur an der Kante einer gedruckten Struktur bemerkbar macht, wird festgestellt, dass die Gravur der Druckform bzw. das Druckformherstellungsverfahren, den entscheidenden Einfluss auf diesen Effekt hat. Um kantenscharf drucken zu können, muss bereits im Drucklayout eine „Outline“ implementiert werden, die diesen Druckfehler eliminiert. Dazu wird das One-Step-Exposure-Verfahren für den Tampondruck entwickelt und beschrieben, welches beim Druckformherstellungsprozess angewandt werden muss. Unter Verwendung dieses Verfahrens können sehr präzise Kantenschärfen von durchschnittlich 2,01 (± 0,44) µm realisiert werden, welche unabhängig von Druckformmaterial und Rasterweite sind. Ein beim Tampondruck häufig auftretender Fehler sind Verunreinigungen durch wegspritzende Fluidfila-mente. Bei der Analyse der auftretenden Fluidfilamente wird gezeigt, dass diese in Abhängigkeit des Aufsetzpunkts der Drucktamponspitze auf der Druckform sich zu einem wiederkehrenden Muster entwi-ckeln. Durch systematische Untersuchung der einzelnen Prozessphasen im Tampondruck wird festgestellt, dass die Fluidfilamente in der Prozessphase entstehen, bei dem der Drucktampon das Druckfluid aus den Näpfchen der Druckform entnimmt. Durch die qualitative Analyse wird festgestellt, dass die Bildung der Fluidfilamente in Abhängigkeit mit der Prozessgeschwindigkeit in diesem Prozessschritt steht. In experimentellen Untersuchungen zur Drucktamponhärte und Drucktamponform wird kein eindeutiger Einfluss erkannt. Mithilfe der Ergebnisse dieser Arbeit kann nun die Druckqualität realisiert werden, die für komplexe gedruckte elektrische Bauteile, z.B. Elektrolumineszenz-Panele, im Tampondruck benötigt wird.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
The pad printing process is a unique and versatile printing process. Due to its flexible intermediate carrier, a variety of uneven three-dimensional surfaces can be printed using simple machine systems. Although the pad printing process is becoming more and more important, especially in the field of printed electronics, this process is still little scientifically investigated and understood. In this thesis, first of all, a phase flow chart for the pad printing process is developed. For the first time, the pad printing process is integrated and described in the sub-processes of the printing process. For printed electronics, edge sharpness is of particular relevance. The most common occurring printing defects in terms of edge sharpness, are fluid filaments and ‘stamp effects’. The main influencing parameters printing form (printing form material and raster width), printing pad (hardness and shape) as well as the process velocity are described and their influence to the printing defects is examined. For edge detection and quantitative evaluation of the edge sharpness, an algorithm is developed which determines the edge accuracy. With regard to the ‘stamp effect’, which is noticeable as a wavy structure on the edge of a printed structure, it is found that the engraving of the printing form, or the printing form production process, has the decisive influence on this effect. In order to be able to print sharp-edged, an ‘outline’ must be implemented in the print layout to eliminate this printing defect. For this purpose, the one-step exposure process for pad printing is developed and described, which must be used in the printing form production process. Using this process, very precise edge sharpness of an average of 2.01 (± 0.44) µm can be achieved, which is independent of the printing form material and raster width. One of the most common defects in pad printing is contamination due to fluid filaments that splash away. Within the analysis of the fluid filaments, it is shown that they develop into a recurring pattern depending on the point of contact of the printing pad tip on the printing form. By systematically examining each of the process phases in the pad printing process, it is determined that the fluid filaments are created in the process phase in which the printing pad removes the printing fluid from the cavities of the printing form. The qualitative analysis showed that the occurrence of the fluid filaments is dependent on the process velocity in this process step. In experimental investigations of the printing pad hardness and printing pad shape, no clear influence was detected. With the results of this work, it is now possible to achieve the printing precision required for complex printed electrical components, e.g. electroluminescent panels, in the pad printing process.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD)
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD) > Funktionales Drucken
Date Deposited: 01 Jul 2020 08:01
Last Modified: 09 Jul 2020 06:32
DOI: 10.25534/tuprints-00011685
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-116853
Referees: Dörsam, Prof. Dr. Edgar and Roisman, Prof. Dr. Ilia
Refereed: 21 April 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/11685
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