Nauwkeurige substraatpositionering in een zeefdrukapplicatie voor de productie van zonnecellen
Laurens van Dijk, projectmanager, OTB Solar
Deze presentatie beschrijft een systeem dat substraten positioneert met een nauwkeurigheid van 11 µm bij een cyclustijd van 2,4 s. Deze nauwkeurigheid is nodig om een dubbelprint te kunnen maken waarbij boven op de oorspronkelijke 100 µm brede lijnen nog eens 80 µm brede lijnen worden aangebracht. Door dit te doen, zullen de lijnen nooit breder worden dan de nu geldende standaard van 125 µm. Dit levert uiteindelijk een winst op in de celefficiëntie. Het systeem bestaat uit een substraataanvoer, een standaard robot, een standaard indextafel en optische printinspectie na het printproces. Dit proces zelf wordt verder buiten deze presentatie gelaten.
De eerste uitdaging was het oplossen van de tegenstelling ‘minimaliseren onnauwkeurigheidsstappen – vanwege cyclustijd het proces opdelen in zo klein mogelijke stappen’. De tweede uitdaging was het minimaliseren van de bijdrage van de onnauwkeurigheid van de standaard componenten (robot en indexer), zonder te raken aan deze componenten. Het meest optimaal is uiteraard zo laat mogelijk meten en dus ook zo laat mogelijk corrigeren. Dit zou echter een te groot beslag op de cyclustijd leggen. Concurrerende machines splitsen het opleggen en de fijncorrectie voor het printproces vaak in twee handelingen. Voordeel hiervan is een hoger nauwkeurigheidspotentieel; nadeel is een langere cyclustijd.
Wij hebben ervoor gekozen de stappen index-plaatsbepaling-correctie-printproces op te delen in plaatsbepaling-correctie-plaatsen en index-printproces, waarbij index/plaatsen en het printproces de grote tijdsverbruikers zijn. Een standaard verkrijgbare Scara-robot geeft een nauwkeurigheid op de derde as van 10 µm. Dit is de precisie van het pick-punt tot het place-punt. Door te kiezen voor een positiebepaling van het substraat wanneer dat al onder de robot hangt, hebben we een stap in de onnauwkeurigheidsopbouw van de robot kunnen wegnemen. Hiervoor was enkel de aanwezigheid van een referentie op de grijper noodzakelijk. Het beeld dat geprint wordt, bestaat uit 100 µm brede vingers met dwars daarop twee busbars.
Door een slimme keuze van de printrichting hebben we ervoor gezorgd dat de fout die de indexer bijdraagt weinig invloed heeft. Een standaard verkrijgbare indexer heeft vooral in de tangentiële richting een statische en dynamische fout. In radiale richting is dit beperkt tot de axiale slag en die is dynamisch nihil. Met het toepassen van een printinspectie na het printproces kunnen we via een terugkoppeling corrigeren voor alle statische fouten en langzaam optredende verschuivingen. Door het slim toepassen en integreren van bestaande componenten is het mogelijk gebleken om met relatief weinig ontwerpinspanningen toch een hoognauwkeurig systeem te creëren.
Terug
Biografie Laurens van Dijk
Sinds mei 2006 is Laurens van Dijk betrokken bij de ontwikkeling van de OTB Solars screenprinter, eerst als mechanisch hoofdconstructeur, later als projectleider/systeemarchitect en uiteindelijk zuiver als systeemarchitect. Aan de Universiteit Twente heeft hij de opleiding tot werktuigbouwkundig ingenieur gevolgd, waarna hij via detachering werkzaam is geweest als mechanisch constructeur in verschillende sectoren (defensiematerieel, voedingsmiddelen, grafische en medische industrie) in Nederland en België.