專利名稱：結(jié)構(gòu)化粘接表面的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種結(jié)構(gòu)化粘接平面的結(jié)構(gòu)部件的方法。尤其提供了一種能夠 快速、成本低廉和以確定的粘難縫將結(jié)構(gòu)化的部件粘接的方法。扭旦 Nf豕有多種不同的方法可將兩個(gè)或更多物體粘接成一個(gè)部件。其主要步驟為 將粘合劑涂布在至少一個(gè)待粘接的區(qū)域上，使物體確定地接近，以及固定物體 以在已接近的位置中固化粘合劑。a)涂布粘合劑有多種方法可用來(lái)涂布粘合劑。己知的是針頭點(diǎn)膠法(Nadeldispensier-verfahren)、所謂的噴墨印刷法以及絲網(wǎng)印刷法。進(jìn)行針頭點(diǎn)膠時(shí)，使針頭以極小的距離(大約IOO拜)在待粘接表面的上 方經(jīng)過(guò)，通過(guò)針頭將粘合劑壓出到表面上。其最大的缺點(diǎn)在于，這是一種順序 施膠法，需要耗費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間來(lái)涂布粘合劑組分。如果粘接長(zhǎng)度達(dá)到好幾米，則 涂膠時(shí)間非常長(zhǎng)。例如當(dāng)粘接長(zhǎng)度大約為3米時(shí)，涂膠時(shí)間很可能在10 20分 鐘之間?？上攵?，可以同時(shí)利用多個(gè)針頭來(lái)實(shí)現(xiàn)這種施膠法。但是，這種針 頭點(diǎn)膠法的維護(hù)成本相當(dāng)高，若使用多個(gè)針頭，則更加不經(jīng)濟(jì)。使用噴墨法來(lái)涂膠盡管略微快一些，但也沒(méi)有達(dá)到足夠快的程度。采用這 種方法，大約可在5 10併中內(nèi)對(duì)3斜占接長(zhǎng)度進(jìn)行施膠。其中M點(diǎn)滴方式 進(jìn)行涂布。這種方式會(huì)帶來(lái)兩方面的困難。 一方面，要使得膠滴體積小于10nl， 技術(shù)難度和成本均較大。若要不增加技術(shù)方面的開(kāi)支，則施膠線跡的細(xì)度就會(huì) 有所限制。從另一方面來(lái)看，由于定量點(diǎn)膠通常不會(huì)在膠滴匯合時(shí)形成平滑的 直線，因此并不適M某些應(yīng)用。絲網(wǎng)印刷法是一種將粘合劑涂布到待粘接表面的己知方法。這種方法是掩 蓋上絲網(wǎng)，例如紡織織物，使粘合劑透過(guò)織物涂布到待粘接物體的表面上。其 問(wèn)題在于，若使用含有聚合物的粘合劑成份，實(shí)踐中通常會(huì)發(fā)生膠著，從而導(dǎo)致用于絲網(wǎng)印刷的織物發(fā)生堵塞。由于粘合劑會(huì)在絲網(wǎng)上發(fā)生局部固化，例如 聚合作用，或者溶劑蒸發(fā)，就會(huì)在網(wǎng)眼中形自積物，從而使得織物堵塞，結(jié) 果將導(dǎo)致粘合齊賒布不完整。盡管已有^頓水性粘合劑來(lái)消除這一問(wèn)題的嘗試，
例如EP 0 866 840所述的方法，但通常要規(guī)定所使用的粘合劑組分，因此無(wú)法 直接轉(zhuǎn)用另一種粘合劑類型。
b) 確定地接近物體 .
進(jìn)行粘接的下一步驟是使待粘接的物體以確定的方式和方法相互接近。 在某些應(yīng)用情況下，只要將物體固定于另一個(gè)物體上即可；而在另一些應(yīng)用情 況下，尤其當(dāng)所涉及的是光學(xué)器件時(shí)，則需要相對(duì)于另一個(gè)物體對(duì)物體進(jìn)行精
確定位。這里所述的定位是指在粘接過(guò)程結(jié)束之后，使得兩，體相對(duì)定向、
對(duì)齊，以及使其具有確定的間距。已知在多數(shù)情況下，要使得粘合劑組分能夠 發(fā)揮其粘接作用，粘合劑至少應(yīng)在待粘接表面之間的范圍內(nèi)具有盡可能小的厚 度。但通常要通過(guò)具體應(yīng)用情況來(lái)規(guī)定這一厚度。也就是所，例如需要恒定地
以2,、 5,或者10|nm的粘SSiliS行膠接。
為了達(dá)到這種確定的粘接接縫，首先必須使物體以確定的方式相互接近。 多數(shù)情況下，尤其當(dāng)面積較大時(shí)，仍然需要施加壓力，尤其當(dāng)接近過(guò)程較快時(shí) 也是如此。如果是光學(xué)組件，通常難以?shī)A持、平移這些器件。而借助工具施加 機(jī)械壓力，有可能會(huì)直接使光學(xué)器件的表面受損。因此在某些情況下，要利用 毛細(xì)吸力和/或重力使物體接近。當(dāng)然這種接ffii程比較費(fèi)時(shí)，因此成本也高。
所以需要找到一種恰如所需的方法，能夠以不會(huì)產(chǎn)生損傷的方式，并且以 比毛細(xì)吸力或者重力更快的速度，使物體相互接近。
c) 以固定的間距進(jìn)行的固化過(guò)程
為了實(shí)現(xiàn)確定的粘接接縫，應(yīng)能夠以確定的方式和方法停止接ffil程。除 此之外，至少要在固化過(guò)程中使物體保持確定的間距，因?yàn)楣袒^(guò)程一方面要 持續(xù)一段時(shí)間，而從另一方面來(lái)說(shuō)，許多粘合劑均有在固化過(guò)程中改變自身體 積的特性。有不同的方法用來(lái)在固化過(guò)程中保持確定的間距。 一方面可以在一 個(gè)或者多個(gè)待粘接的物體上布置一些所謂的定距物(固定隔離物)。然后并不將 粘合劑涂在定距物上，但在物體靠近的過(guò)程中，它們會(huì)通過(guò)定距物相互接觸， 從而確定粘接接縫。當(dāng)然若將此類確定的定距物布置在物體上，也會(huì)產(chǎn)生制造 成本，從而使得這一過(guò)程的成本增大。另一種方法是在粘合劑組分中添加一些所謂的的間隔小球。將這些具有基 本上確定的厚度的間隔小球直接混合在粘合劑中，然后將粘合劑涂布在待粘接 的表面上。
當(dāng)將兩個(gè)物體相互壓緊時(shí)，這些物體就會(huì)相互接近，直至達(dá)到間隔球的直 徑?？上攵?，除了球形定距物之外，定距物也可以具有其它幾何形狀。因此 以下將這些定距物統(tǒng)稱為隔離元素。無(wú)論是使用針頭點(diǎn)膠法，還是噴墨印刷法 進(jìn)行粘接，這些混合在粘合齊跑分中的定距物也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)榭赡?會(huì)堵塞針筒艦道。
因此需要有一種行之有效的方法，既能夠使用此類隔離元素，又不會(huì)出現(xiàn) ，堵塞問(wèn)題。
本發(fā)明的任務(wù)
本發(fā)明的任務(wù)就在于提供一種至少育灘克服現(xiàn)有技術(shù)條件中上述問(wèn)題的粘 接方法。
本發(fā)明的解決方案
本發(fā)明所述的解決方案基于專業(yè)界已知的絲網(wǎng)印刷法。對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn) 的一種變型是將幾個(gè)微米的顆粒物混合在粘接物質(zhì)中。試驗(yàn)結(jié)果令人驚訝地
表明，不僅完全不會(huì)使織物堵塞，而是可以明顯改善絲網(wǎng)印刷過(guò)程。這樣終于 首次實(shí)現(xiàn)了使用粘合劑進(jìn)行絲網(wǎng)印刷的方法，且不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題，即不會(huì)發(fā)生堵 塞問(wèn)題。
另一方面已得到證明，可以如此地選擇混入的顆粒的尺寸，使其在粘合劑 層中起到隔離元素的作用。因此本發(fā)明所提出的不僅是一種改進(jìn)了的絲網(wǎng)印刷 方法，同時(shí)還使得粘合劑具有了能夠保J辨占接接縫而言非常重要的特征。在以 下說(shuō)明中，也在其未要明確保持粘接接縫厚度盼瞎況下，將所混合的顆粒稱作 "隔離元素"。
本發(fā)明的另一方面在于，提出了一種使兩個(gè)待粘接的物體加速接近的方法。 如果其中一個(gè)物體包含有貫通的直到要粘接于其上的另一個(gè)將物體的孔或者空 洞，則一個(gè)物體要貼靠到另一個(gè)物體上的外側(cè)區(qū)域被對(duì)外密封，并且這些孔和/ 或者空洞將處于真空之下。然后可通過(guò)周圍大氣壓力的作用，{吏一，體朝向另一物體壓緊。這樣不必使用其它機(jī)械工具，就可均勻地緊貼在將要粘接的物 體上。
以下將示例地借助于附圖和不同的實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明


圖1 絲網(wǎng)印刷設(shè)備；
圖2絲網(wǎng)印刷設(shè)備，其中刮板正處在半途中；
圖3用于接近并且固定待粘接的物體的設(shè)備的爆炸圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明
絲網(wǎng)印刷法主要有四大組成部分印刷介質(zhì)、帶有乳膠區(qū)域(用于確定待 印刷的結(jié)構(gòu))的絲網(wǎng)、要在其上進(jìn)行印刷的基材的表面、以及用于擠壓印刷介 質(zhì)使其透過(guò)絲網(wǎng)的刮板。
圖1所示為絲網(wǎng)印刷裝置1相關(guān)組成部分的示意圖。絲網(wǎng)3包括乳膠區(qū)域 5，該乳膠區(qū)域在織物上確定印刷介質(zhì)不需要艦的區(qū)域。這樣最終就可確定將
要在基材表面上進(jìn)行印刷的結(jié)構(gòu)。例如使用60x60cm大小的正方形框架。但也 完全可以使用更大或者更小的框架。最終不通流的可印刷的面積大約為框架大 小的三分之二。利用框架，例如鋁框來(lái)繃緊絲網(wǎng)。適合作為絲網(wǎng)材料的有聚酯 織物或其它紡織纖維織物，或者慰閃絲網(wǎng)，且鵬是itM鋼絲網(wǎng)。在本說(shuō)明中， 所述的織物概念用來(lái)表達(dá)絲網(wǎng)的所有實(shí)施方式，即也有鋼絲網(wǎng)和其它柵網(wǎng)。使 用"絲線" 一般性地表示織成絲網(wǎng)的元素。絲網(wǎng)具有為工藝過(guò)程而確定的網(wǎng)眼 大小。視具體應(yīng)用情況而定，周期(Periode)通常為60, 300拜。例如可選 用絲線直徑大約為40Mm、絲線周期(Fadenperiode)為10(M00nm2的聚酯織物。 當(dāng)然也可有利地使用30miti至200拜之間的其它絲線直徑，其中絲線直徑應(yīng)當(dāng) 明顯小于織物的絲線周期。絲線的密度可大致確定涂布到表面上的印刷介質(zhì)材 料的厚度。
為將絲網(wǎng)3掩蓋，將感光的乳膠(Emulsion)大面積地涂布到絲網(wǎng)上，然 后通過(guò)光掩膜將其曝光。所述乳膠例如可以是正片或者負(fù)片感光膠。若使用正片感光膠，則未曝光的區(qū)域就會(huì)在顯影后留下，而透過(guò)光掩膜經(jīng)過(guò)曝光的區(qū)域 則被剝離。若使用負(fù)片感光膠，則正好相反。這兩種情況下均會(huì)留有被乳膠所 密閉的不會(huì)透過(guò)印刷介質(zhì)的織物區(qū)域，而沒(méi)有被乳膠密閉的區(qū)域則可以透過(guò)印 刷介質(zhì)。乳膠也會(huì)影響至喊印基材表面上的介質(zhì)涂布厚度。乳膠會(huì)使得厚度增
加50%。使用這種方法，可以獲得其最小組成大約等于所用絲網(wǎng)網(wǎng)眼大小3倍 的結(jié)構(gòu)。如果結(jié)構(gòu)較小，網(wǎng)眼至少對(duì)于某些應(yīng)用情況而言會(huì)影響印刷圖質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明，適合作為印刷介質(zhì)9的是混合有隔離元素的環(huán)氧樹脂粘合劑。 粘合劑成份也可以是紫外固化型、熱固型粘合劑，或者是多組份的化學(xué)固化型 粘合劑，或者是通過(guò)蒸發(fā)溶劑而固化的粘合劑。例如可使用直徑為5拜的玻璃 球。可以合理使用直至大約網(wǎng)眼開(kāi)口大小80%的其它尺寸。但隔離元素的最大 尺寸m不要超過(guò)由網(wǎng)眼所確定空隙的最小尺寸的30%。在考慮究竟應(yīng)以何種 濃度摻入隔離元素時(shí)，必須注意過(guò)高的隔離元素濃度會(huì)引起隔離元素結(jié)塊， 從而有可能堵塞織物。適宜的濃度在0.5%和80%之間。如果所〗頓的是間隔球， 則適宜的值為5%。
進(jìn)行絲網(wǎng)印刷時(shí)，應(yīng)將繃緊在框架7上的絲網(wǎng)3置于承印基材13表面上方 大約5-10cm。為了使絲網(wǎng)3對(duì)準(zhǔn)S^才13，可將一個(gè)攝像頭移AS材13和絲網(wǎng)3 之間(圖中并未繪出)，然后利用(例如)分光棱鏡來(lái)檢控絲網(wǎng)3與S^才13之 間的相對(duì)位置，必要時(shí)可進(jìn)行校正。在對(duì)準(zhǔn)位置后移去攝像頭，將絲網(wǎng)向上移 動(dòng)，直至達(dá)到間距為0.5mm-5mm， t^為2mm。
接著將混合有隔離元素的粘合劑，優(yōu)選是環(huán)氧化合物，作為印刷介質(zhì)9涂 布到絲網(wǎng)3上。然后用一i央刮板ll以一定的壓力在織物上刮過(guò)，使得粘合劑連 同混合于其中的隔離元素受壓透過(guò)織物。應(yīng)選擇足夠大的壓力，使得織物在刮 板與織物的接觸部位上被壓到位于其下的承印表面上，如圖2中所示。通常壓 強(qiáng)應(yīng)在0.2N/cm范圍內(nèi)。這里所使用的單位是每厘米的作用力，因?yàn)楣伟逋ǔ?為舌U刀形狀。在圖2中，在刮板戶麻ij過(guò)的基材13的區(qū)域上已經(jīng)留下了印有粘合 劑膜15的結(jié)構(gòu)。
有不同的方法使刮板在織物上運(yùn)動(dòng)。通常使舌販在織物上刮過(guò)一次即可。 但此外也可以使用雙刮板技術(shù)(Doppelraket-Technik)，其中刮板進(jìn)行一次來(lái)回 運(yùn)動(dòng)。
將結(jié)構(gòu)化的粘合劑涂布在物體表面上之后，必須使兩個(gè)待粘接的表面相互接近。當(dāng)需要對(duì)某個(gè)表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)化粘接時(shí)，專業(yè)人士通常要面臨精確確定粘 接接縫的任務(wù)。即必須對(duì)粘接層的寬度以及厚度進(jìn)行確定。除此之外，還要避 免夾m泡，尤其當(dāng)涉及到光學(xué)方面的應(yīng)用時(shí)更是如此。絲網(wǎng)印刷法通常均會(huì) 產(chǎn)生氣泡，兩個(gè)物體的接近條件也會(huì)引起夾雜氣泡。如同發(fā)明人已經(jīng)確定的那
樣，可M31下列方式避免出現(xiàn)夾雜氣泡，即將所涂布的粘合齊鵬加熱到30° C 至80° C，優(yōu)選加熱到60° C，不僅如此，還要滿足另一個(gè)條件，即所涂布的 膜寬度與所涂布的膜厚度之比至少在一個(gè)維度內(nèi)不超過(guò)20:1。也就是說(shuō)，只要 條寬度不大于條厚度的20倍，就可以涂布很長(zhǎng)的膠條。由于表面張力，力P熱粘 合劑可以排出氣泡。除lfct外，上述在一個(gè)維度中幾何尺寸的選擇導(dǎo)致形成一 種凸出的形狀，使得在其上放置待粘接的第二物體時(shí)，基本上不會(huì)出現(xiàn)夾雜氣 泡。現(xiàn)在如果以精確確定的方式和方法使兩個(gè)物體相互接近，且最終將其相互 壓緊，于是兩個(gè)物體就會(huì)接近到這樣的間距，由該間距開(kāi)始，隔離元素就會(huì)阻 止繼續(xù)接近。上述示例中這種間距為5,。
當(dāng)然在接iSl程中必須注意如果要施加壓力，應(yīng)盡可能均勻施壓。如果 要將精密光學(xué)的物體以光學(xué)表面相互粘接在一起，多數(shù)情況下不可以簡(jiǎn)單地利 用工具對(duì)待粘接的物體進(jìn)行施壓。正因?yàn)槿绱?，本發(fā)明另一方面提出一種有利
地使兩，體接近的方法。該方法這樣實(shí)現(xiàn)兩個(gè)物體中僅需一個(gè)如此地結(jié)構(gòu)
化，使得相對(duì)均勻分布的通道允許通達(dá)另一賴體的表面。圖3所示為構(gòu)造示 意圖。根據(jù)本發(fā)明，將涂有粘合齊鵬103的結(jié)構(gòu)化的物體105以幵鄰配合的方 5^文在粘接支架107上。在粘接支架中設(shè)置有通道，艦閥門將這些通纖擇 性地連接到壓力泵或者真空泵。首先利用壓力泵產(chǎn)生氣流。接著使待粘接的第 二物體110接近粘合齊鵬。第二物體可以無(wú)接觸地停留在氣流所產(chǎn)生的氣墊上。 此時(shí)起作用的通常就是柏努利效應(yīng)(Bemoulh-Effekt)?，F(xiàn)在如果將氣流緩慢減 小到零，第二物體就會(huì)下降到第一物體上。此時(shí)京爐過(guò)粘合齊鵬與第二物體IIO 將通道與周圍環(huán)境密封。接著將通道連接到真空泵?，F(xiàn)在如果打開(kāi)真空泵的閥 門，就會(huì),AM中泵出空氣，從而產(chǎn)生負(fù)壓。由于所有通道均相互連接在一起，
因此所產(chǎn)生的負(fù)壓處處均勻。采用這種方式，可M:外界空氣壓力將第二物體
110非常均勻地壓向結(jié)構(gòu)化的物體105，不必另夕卜通過(guò)工具向第二物體施壓。在 本發(fā)明所述的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，在結(jié)構(gòu)化的物體105和第二物體110之 間的外側(cè)邊緣上構(gòu)造有密封環(huán)113，此密封環(huán)可阻止外界空氣壓力直接作用于基材外側(cè)區(qū)域的粘合劑膜上，并且盡可能阻止其進(jìn)入內(nèi)部。當(dāng)然也可以對(duì)這種壓力系統(tǒng)進(jìn)行改變。例如可以將基體107，壓力腔的底部件，在其中結(jié)構(gòu)化的物體103、第二物體110以及必要時(shí)密封環(huán)113處于壓力 之下，以及通道115與環(huán)境大氣相通，使得fflit中也具有大氣壓力。
權(quán)利要求
1.將結(jié)構(gòu)化的粘合劑膜涂布到物體表面上的方法，包括下列步驟-對(duì)要將結(jié)構(gòu)化的粘合劑膜涂布于其上的物體的表面進(jìn)行準(zhǔn)備，-對(duì)具有絲網(wǎng)和刮板的絲網(wǎng)印刷設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備，其中絲網(wǎng)具有密閉和不密閉的區(qū)域，-將印刷介質(zhì)涂在絲網(wǎng)的一面上，-在絲網(wǎng)附近不產(chǎn)生接觸地布置所述表面，使得絲網(wǎng)布置在印刷介質(zhì)和該表面之間，-利用刮板將印刷介質(zhì)擠壓透過(guò)絲網(wǎng)，其中刮板在絲網(wǎng)表面上刮過(guò)，并且絲網(wǎng)局部地壓到所述表面上，并且印刷介質(zhì)在沒(méi)有密閉的區(qū)域內(nèi)留在表面上，其特征在于，印刷介質(zhì)既包括粘合劑組分，也包括隔離元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，印刷介質(zhì)中所包含的隔 離元素的1科只比例在0.5%至80%之間，但tti^接近5%。
3. {輕少2鋪體粘接的方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1或者2 所述的方法將結(jié)構(gòu)化的粘合齊鵬涂布在第一物體上，并且使第二物體的表 面接近第一物體，直至達(dá)到隔離元素所確定的間距，并在接近后使粘合劑 膜固化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在第一物體中構(gòu)造有通 向待粘接的表面的通道，并且在接近過(guò)程中，首先產(chǎn)生朝向所述表面的氣 流，氣流在接近過(guò)程中逐漸減弱至消失；并且在結(jié)構(gòu)化的粘合劑膜與第二 物體的表面相接觸之后，在通道中產(chǎn)生負(fù)壓，使得第二物體由于環(huán)境壓力 被壓向第一物體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用絲網(wǎng)印刷使兩個(gè)表面粘接的方法。本發(fā)明所述的方法可減小絲網(wǎng)發(fā)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)，從而改善涂布的粘合劑膜的印刷質(zhì)量。將顆?；旌显谟∷⒔橘|(zhì)中，就可實(shí)現(xiàn)這一目的。還可通過(guò)選擇顆粒大小的方式，使得這些顆粒可在粘接過(guò)程中作為隔離元素，確定粘接接縫的厚度。此外，本發(fā)明還闡述了一種用于確定地接近待粘接表面的方法步驟。
文檔編號(hào)B41M3/00GK101218105SQ200680016412
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者A·比特施, J·埃德林格, P·斯莫爾 申請(qǐng)人:Oc歐瑞康巴爾斯公司