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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
und ein Verfahren zum Aufbringen eines fluiden Mediums auf ein Substrat
nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Bei der Mikrodosierung von Flüssigkeiten wie
Klebstoffen, Schlickern oder Pasten mit Hilfe einer Kapillare bzw.
einer Nadel führen
Unebenheiten auf dem zu dispensenden Substrat zu erheblichen Schwierigkeiten.
So verlangt eine reproduzierbare Produktion von gleichmäßig großen Flüssigkeitspunkten
auf einem Substrat einen immer gleichen Abstand zwischen Kapillare
und Substrat beim Übergriff
des aus der Kapillare austretenden bzw. an deren Ende hängenden
Flüssigkeitstropfens
auf das Substrat. Ist der kapillare Abstand zu groß, findet überhaupt
kein Übergriff
der Flüssigkeit
auf dein Substrat statt, während
bei einem zu kleinen Abstand der Kapillare zum Substrat der Substratoberfläche kein reproduzierbares
Flüssigkeitsvolumen übergeben wird.
Zudem besteht in diesem Fall die Gefahr einer Verschmutzung der
Kapillare, insbesondere im Bereich von deren äußeren Seitenwänden.
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Insgesamt wird bisher versucht, zu
genauen und prozesssicheren Dosierung den Abstand der Kapillare
zum Substrat zu messen, um einen stets gleichen Abstand und damit
einen stets gleichen Übergriff
des Flüssigkeitstropfens
von der Kapillare auf das Substrat sicherstellen zu können. Dabei
unterscheidet man generell kapillare Abstandsmessverfahren, die „online" am Prozessort oder
die „offline" fernab vom Prozessort
messen.
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Ein Beispiel für ein „offline" messendes Verfahren ist die Weißlichtinterferometrie.
Dieses Messverfahren impliziert jedoch einen großen Messaufbau, so dass es
nur neben der eingesetzten Dispensnadel bzw. Kapillare angeordnet
werden kann. Insofern eignet es sich nur, den Abstand einer Marke
oder eines Sensors zum Substrat zu messen, nicht jedoch direkt den
Abstand zwischen Kapillare und Substrat oder den Zeitpunkt des Übergriffes
eines Flüssigkeitstropfens
auf das Substrat. Somit muss der Messwert am Ort neben der Kapillare
verwendet und ein Sensor zum Dispensort bewegt werden, wo der Dispensvorgang
später
stattfinden soll. Beide Vorgehensweisen sind fehlerbehaftet.
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Ein Beispiel für eine „online"-Messung am Prozessort ist eine Messung,
bei der ein Abstandsfüßchen eingesetzt
wird, das taktil auf das Substrat aufstößt und somit einen definierten
Abstand von Kapillare zum Substrat sicherstellt. Ein derartiges
Füßchen kann
jedoch nur bei unempfindlichen Substraten verwendet werden. Zudem
handelt es sich dabei um ein berührendes
Messverfahren, das einem gewissen Verschleiß unterliegt.
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Ein weiteres Verfahren zur „online"-Messung am Prozessort
ist das Lasertriangulationsverfahren. In diesem Fall wird zwar genau
am Dispensort gemessen, jedoch nicht der Abstand zwischen dem Substrat
und der Kapillare sondern der Abstand zwischen dem Substrat und
einem Lasertriangulationssensor. Insofern ist auch dieses Verfahren
ein indirektes Verfahren mit den erläuterten Quellen für Messfehler.
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Aus
EP 214 100 A1 ist ein Nadelabstandsmessverfahren
bekannt, bei dem ein Luftstrahl mit konstantem Druck gegen einen
Gegenstand gerichtet ist und aus einem axial beweglichen Düsenkörper austritt,
der so der Oberfläche
des Gegenstandes nachgeführt
wird, dass die Rückstoßkraft des
Luftstroms auf den Düsenkörper und
damit der Abstand zwischen Gegenstand und Düsenkörper konstant ist. Das Messen
des Verschiebeweges ermöglicht
dann die Messung des Abstandes. In
DE 198 398 30 A1 wird ein Verfahren zur hochpräzisen optischen
Distanzmessung nach dem Prinzip der optischen Triangulation beschrieben.
Aus
DE 197 323 76
C1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsmessung nach
dem Lasertriangulationsprinzip bekannt. In
US 5,507,872 wird ein taktiler Taster
eingesetzt, wobei eine Messung eines Tropfenübergriffes durch Auslenkung
eines Kontaktsensors im Dispenser erfolgt. In
DE 197 48 317 C1 wird schließlich ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Berührereignisses
eines fluiden Mediums an einer Oberfläche mit Hilfe von Ultraschall
erläutert.
Dabei wird ein Ultraschalfeld in das zu dispensenden Medium eingeleitet und
eine bei Berührung
des Fluides rnit dem Substrat sich ergebende Änderung im Reflexionsverhalten
detektiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Aufbringen eines fluiden Mediums auf ein Substrat hat gegenüber dem
Stand der Technik den Vorteil, dass es bzw. sie auch für empfindliche
Substrate gut geeignet ist. Weiter sind gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte
Genauigkeiten durch das Messen zur Prozesszeit, d. h. beim Dispensen,
und das Messen am Dispensort, d. h. die unmittelbare Erfassung des Zeitpunktes
des Übergriffes
des Tropfens auf das Substrat am Ort des Übergriffes, erreichbar.
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Daneben ist vorteilhaft, dass die
Erfassung des Überbegriffes
des Tropfens von der Kapillare oder der Nadel auf das Substrat sehr
schnell erfolgen kann, so dass sich die erfindungsgemäße Vonichtung
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
besonders zur online-Prozesskontrolle
in der Serienfertigung eignet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
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So ist vorteilhaft, dass zur Realisierung
der Bildaufnahmeeinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung
auf etablierte Einzelkomponenten bzw. Bildverarbeitungssysteme zurückgegriffen
werden kann, die ohne größeren Aufwand
auf die Anforderung des Einzelfalles adaptiert werden können. Weiter
kann auch auf bestehende Bildverarbeitungssoftware zurückgegriffen
werden, die in der Bildverarbeitungseinrichtung und den dort vorgesehenen
Computer integriert ist.
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Vorteilhaft ist darüber hinaus,
dass mit Hilfe von zwei Kameras, die einerseits den Tropfen unmittelbar
vor dem Überbegriff
und andererseits den Tropfen bei dem Übergriff unter bezogen auf
das Substrat unterschiedlichen Winkeln erfassen, auch im Fall eines
vergleichsweise großen
Substrates, auf dem sich in einer Umgebung des Ortes des Übergriffes
des Tropfens auf das Substrat weitere Bauteile befinden, eine zuverlässige Erfassung
des Übergriffes
des Tropfens auf das Substrat möglich
ist.
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Weiter ist vorteilhaft, dass zur
Realisierung der Bildaufnahmeeinrichtung einer Vielzahl von Möglichkeiten
bereitstehen. die an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst
werden können.
So kann die Bildaufnahme mit Hilfe einer einzigen Kamera, einer Mehrzahl von
Kameras oder einer Kamera mit einer zugeordneten drehbaren Spiegelanordnung
erfolgen, wobei im letzteren Fall die drehbare Spiegelanordnung
insbesondere dazu dient, den Tropfen zu verschiedenen Zeiten bzw.
Verfahrensstadien unter bezogen auf das Substrat unterschiedlichen
Winkeln zu erfassen. Daneben kann die Bildaufnahmeeinrichtung auch
einen Lichtleiter aufweisen, der beispielsweise mit einer Kamera
oder einem CCD-Chip
verbunden ist, so dass die Kamera bzw. der Chip nicht in der Nähe des Ortes
des Überbegriffes
des Tropfens auf das Substrat angeordnet sein muss.
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Vorteilhaft ist darüber hinaus,
dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eine große
Vielzahl von fluiden Medien wie Klebstoffe, Schlicker, Pasten, Lösungen oder
Suspensionen auf das Substrat aufgebracht werden können.
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Schließlich ist besonders vorteilhaft,
wenn eine Mikrodispensiereinrichtung, insbesondere in Form eines
Kolbendispensers, eingesetzt wird, mit der Flüssigkeitstropfen mit einem
Volumen 50 nl bis bis 1 μl
in Form von Punkten auf ein Substrat aufgebracht werden.
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Zeichnung
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und
die nachfolgende Beschreibung näher
erläutert. Es
zeigt 1a eine Prinzipsskizze verschiedener Stadien
bei Annäherung
einer Kapillare mit einem Tropfen an ein Substrat, wobei ein zu
kleiner Abstand von Kapillare zu Substrat erreicht wird, 1b verschiedene Verfahrensstadien analog 1a, wobei ein zu großer Abstand von Kapillare zu
Substrat verbleibt, 1c verschiedene
Verfahrensstadien analog zur 1a, wobei
durch einen zu kleinen Abstand von Kapillare zu Substrat ein Flüssigkeitsübertrag
auf eine Außenwand
der Kapillare auftritt, 2 einen
optimalen Übergriff
des Tropfens auf das Substrat in verschiedenen Verfahrensstadien, 3a die Erfassung einer Meniskushöhe eines
Tropfens vor dein Übergriff, 3b eine Erfassung des Abstandes von Kapillare
zu Substrat bei dein Übergriff
des Tropfens, 4a die Erfassung des Übergriffes
des Tropfens von der Kapillare auf das Substrat unmittelbar vor
dem Übergriff
mit Hilfe von Bildverarbeitung, 4b die
Erfassung des Tropfens bei dem Übergriff mit
Hilfe von Bildverarbeitung, 5a die
Erfassung des Tropfens vor dem Übergriff
mit einer Kamera und einer drehbaren Spiegelanordnung, Figur Sb
in Weiterführung
von 5a die Erfassung des Tropfens bei
dem Übergriff
und Figur Sc die Erfassung des Tropfens nach dein Aufbringen auf
das Substrat. Die G zeigt eine Prinzipsskizze
einer Messung einer Meniskushöhe
mit Hilfe einer Referenzmarke. Die 7a und 7b zeigen die Erfassung eines Übergriffes
eines Tropfens auf ein Substrat aus zwei unterschiedlichen Richtungen.
In den 8a und 8b ist die
Erfassung des Übergriffes
eines Tropfens auf ein Substrat durch die sich dabei vergrößernde geschlossene
Fläche
erläutert,
während
die 9a verschiedene Verfahrensstadien
bei dem Übergriff des
Tropfens auf das Substrat zeigt, wobei sich die Meniskusbreite bzw.
Tropfenbreite bei dem Übergriff verbreitet.
Die 9b zeigt die Erfassung einer Fläche bei
dem Tropfenübergriff
in einem Arbeitsfenster. In den 10a und l0b ist die Erfassung eines Tropfens einer
Kapillare eines Kolbendispensers vor dem Übergriff auf das Substrat bzw.
bei dem Übergriff
auf das Substrat dargestellt. Die 11a und 11b zeigen ein zu den 10a und 10b alternatives Ausführungsbeispiel für die Dispensvorrichtung
mit einem Kolbendispenser.
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Die 1a zeigt
verschiedene Verfahrensstadien bei der Übertragung eines Meniskus oder Tropfens 12,
der sich an einem Ende einer röhrenförmigen Kapillare 11 befindet,
auf ein flächiges
Substrat 10. Dabei weist das untere Ende des Tropfens 12 zu
dem Substrat 10 zunächst
einen Abstand d auf, der sich fortwährend vermindert, bis es zu
einer Berührung
des Tropfens 12 mit dem Substrat 10 und einem Übergriff
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 kommt. Danach
wird der Abstand zwischen Kapillare 11 und Substrat 10 wieder
vergrößert, und
im Weiteren ein erneutes Auftreten eines Tropfens 12 aus dem
Ende der Kapillare 11 induziert, um ein weiteres Absetzen
eines Tropfens 12 auf das Substrat 10 an einem
anderen Ort zu wiederholen.
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Bei dem Übergriff des Tropfens 12 auf
das Substrat 10 gemäß der 1a ist der minimale Abstand d von Kapillare 11 zum
Substrat 10 zu gering, so dass die Form des Tropfens 12 bei
dem Übergriff räumlich gesehen
näherungsweise
durch eine Kugelschicht approximiert werden kann.
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Die 1b erläutert ein
zu 1a analoges Vorgehen, wobei die
Kapillare 11 nicht ausreichend nah an das Substrat 10 angenähert wird,
sodass überhaupt
kein Übergriff
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 stattfindet.
In diesem Fall ist somit der minimale Abstand d zwischen dem unteren
Ende des Tropfens 12 und dem Substrat 10 zu groß gewesen.
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Die 1c erläutert ein
weiteres Szenario bei einem Übergriff
des Tropfens 12 auf das Substrat 10, wobei es
durch einen zu Qeringen minimalen Abstand d zwischen der Kapillare 11 und
dein Substrat 10 zu einer Verschmutzung der Außenwand 13 der Kapillare 11 kommt,
so dass einerseits kein definiertes Tropfenvolumen auf das Substrat 10 übertragen wird,
und andererseits die Verschmutzung der Kapillare 11 bei
der Abgabe von weiteren Tropfen 12 zu nicht tolerierbaren
Prozessungenauigkeiten führt.
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Den Darstellungen in den 1a bis 1c ist gemeinsam,
dass durch fehlerhafte Einstellung des minimalen Abstandes d zwischen
der Kapillare 11 und dem Substrat 10 unter Berücksichtigung
der Form und der Größe des Tropfens 12 kein
reproduzierbares Volumen des fluiden Mediums, das den Tropfen 12 bildet,
auf das Substrat 10 übergeben wird.
Die gleiche Übergebungen
gelten im Übrigen auch
für den
Fall, dass die Kapillare 11 durch eine Nadel ersetzt wird,
an deren Ende der Tropfen 12 haftet.
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Eine reproduzierbare Produktion von
gleichmäßig großen Punkten
auf dem Substrat 10 erfordert somit, dass bei einer laufenden
Verringerung des Abstandes des Endes der Kapillare 11 oder
einer entsprechenden Nadel zu dem Substrat 10 der Zeitpunkt des Übergriffes
eines an dein Ende der Kapillare 11 oder einer entsprechenden
Nadel befindlichen Tropfens 12 von der Kapillare 11 auf
das Substrat 10 erfasst wird.
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Die 2 zeigt
demgegenüber
ein optimales Szenario, bei dem bei der zunächst erfolgenden Annäherung der
Kapillare 11 an das Substrat 10 ein Übergriff
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfolgt. Bei
dem Übergriff
weist der Tropfen 12 weiter räumlich gesehen die Form eines
Katenoiden auf, d. h. es bildet sich eine säulenähnliche Verbindung zwischen Kapillare 11 und
Substrat 10. Sobald dieses Stadium erreicht ist, wird der
Abstand der Kapillare 11 zu dem Substrat 10 wieder
vergrößert, so
dass schließlich auf
dem Substrat 10 ein Tropfen 12 mit definiertem Volumen
verbleibt, während
nachfolgend mit der Kapillare 11 weitere Tropfen 12 mit
ebenfalls definiertem Volumen an anderen Stellen des Substrates 10 aufgebracht
werden können.
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Insbesondere wird vermieden, dass
es gemäß 1b überhaupt
nicht zu einem Übergriff
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 kommt, oder
dass die Kapillare 11 derart stark an das Substrat 10 angenähert wird,
dass das flüssige
Medium in einem Außenbereich 13 der
Kapillare 11 gelangt und diese dort verschmutzt.
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Die 3a und 3b zeigen den Aufbau einer Dispensiervorrichtung 5,
wobei zunächst
an dem Ende der Kapillare 11 ein Tropfen 12 in
Form einer Halbkugel init einer Höhe h hängt. Weiter wird mit Hilfe
einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14, beispielsweise
einer Kamera oder einem CCD-Chip, der eine nicht dargestellte Bildverarbeitungseinrichtung mit
einem Computer und einer entsprechenden Auswertesoftware zugeordnet
ist, vor dem Übergriff
des Tropfens 12 auf das Substrat 10, d. h. beispielsweise während derem
Annäherung,
die Höhe
h des Tropfens 12 bestinmt. Die Auswertung des aufgenommenen
Tropfens 12 hinsichtlich Höhe und Form erfolgt dabei mit
Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung.
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Bei weiterer Annäherung der Kapillare 11 an das
Substrat 10 kommt es zu dem Zustand gemäß 3b, d. h. es bildet sich ein Katenoid beim Übergriff
des fluiden Mediums auf das Substrat 10 aus. Dieser Zustand
wird mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 erkannt,
und als Zeitpunkt des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 herangezogen.
Weiter wird mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 und
der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung unmittelbar nach
Erreichen des Verfahrensstadiums gemäß 3b ein
Vergrößern des
Abstandes zwischen Substrat 10 und Kapillare 11 bewirkt,
so dass insgesamt ein Verfahrensablauf gemäß 2 erreicht wird.
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Kern des Vorgehens gemäß 3a bzw. 3b ist somit ein berührungsloses
Kapillarenabstandsmessverfahren am Dispensort zur Prozesszeit, wobei
der Zeitpunkt des Übergriffes
des Tropfens 12 von der Kapillare 11 auf das Substrat 10 mit
Hilfe von Bildverarbeitung erkannt wird. Weiter kann der Messung
des Zeitpunktes des Tropfenübergriffes
auch eine Erfassung der Höhe
h des Tropfensmeniskus, der an der Kapillare 11 hängt, mit
Hilfe von Bildverarbeitung vorausgehen. Der Zeitpunkt des Übergriffes des
Tropfens 12 auf das Substrat 10 wird bevorzugt, wie
in 3b dargestellt, mit Hilfe einer
Kamera erfasst, kann jedoch alternativ auch mit Hilfe einer Lichtschranke,
einem faseroptischen Sensor oder durch ein Schallfeld festgestellt
werden, dass auf den Meniskus bzw. den Tropfen 12 gerichtet
ist.
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Die 4a zeigt
zwei mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinrichtung, die der Kamera 14 nachgeordnet
ist, aufgenommene Bilder des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 vor bzw. bei
dein Übergriff.
Dabei wird das sogenannte „Template
Matching" eingesetzt,
d. h. es erfolgt eine Überwachung einer Änderung
der Form des Tropfens 12 bei dein Übergriff. 4a zeigt
dazu zunächst
ein Originalbild 20 der Kapillare 11 mit dem an
ihrem Ende hängenden
Tropfen 12, sowie das sich auf dem spiegelnden Substrat 10 abzeichnende
Spiegelbild 21 des Originalbildes 20. Die Bildverarbeitungseinrichtung
erfasst mit Hilfe der ersten Kamera 14 daher sowohl das
Originalbild 20 als auch das Spiegelbild 21. In 4b ist gezeigt, wie der Tropfen 12 im
Schnitt von einem Kreisabschnitt (siehe 4a)
zu einem Katenoid übergeht.
Sobald der Zeitpunkt der Änderung der
Form des Tropfens 12 von einer hängenden Halbkugel zu einem
Katenoid, der das Substrat 10 und die Kapillare 11 berührt, erreicht
und mit Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung detektiert worden
ist, wird von der Bildverarbeitungseinrichtung veranlasst, dass
sich der Abstand von Kapillare 11 und Substrat 10 wieder
vergrößert, so
dass man einen Verfahrensablauf gemäß 2 erhält.
Das „Template
Matching" gemäß 4a bzw. 4b ist
sehr präzise.
Es hat den Nachteil, dass eine erhebliche Rechenleistung in der Bildverarbeitungseinrichtung
bereitgestellt werden muss.
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Ein schnelleres und in der Regel
ausreichend genaues Verfahren zur Erkennung des Zeitpunktes des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 kann über ein übliches
Differenzbildverfahren realisieit werden, wobei mit Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung
zwei nacheinander aufgenommene Bilder, beispielsweise gemäß 4a oder 4b, voneinander
abgezogen werden, und, falls das sich dadurch einstellende Differenzbild
beispielsweise hinsichtlich seiner integralen Intensität über einem Schwellwert
liegt, ein Signal von der Bildverarbeitungseinrichtung ausgegeben
wird, die den Zustand gemäß 4b repräsentiert: Insofern wird bei
Erreichen dieses Schwellwertes mit Hilfe der Bildaufnahrneeinrichtung 14 und
der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung bewirkt, dass die
Kapillare 11 nicht weiter an das Substrat 10 angenähert wird
bzw. sich im Weiteren der Abstand zwischen Kapillare 11 und
Substrat 10 wieder vergrößert.
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Die 8a und 8b erläutern
ein drittes Verfahren zur Erkennung des Zeitpunktes des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10. Dabei wird gemäß 8a zunächst,
ausgehend von einem Bild analog 4a,
eine Originalfläche 23 berechnet,
die von der Kapillare 11 und dem daran hängenden
Tropfen 12 gebildet wird. Weiter ist gemäß 8a auch das Spiegelbild 21 der
Originalfläche 23 zu
erkennen, die sich auf dem spiegelnden Substrat 10 abzeichnet und
Hilfe einer Bildaufnahmeeinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung
ebenfalls erfasst wird. Bei weiterer Annäherung der Kapillare 11 an
das Substrat 10 stellt sich dann der Zustand gemäß 8b ein, d. h. es kommt zu einer Verbindung
von Originalfläche 23 und
Spiegelfläche 21 zu
einer zusammenhängenden
Fläche 24.
Dies bedeutet, dass sich bei dein Übergriff des Tropfens 12 auf
das Substrat 10 die Originalfläche 23 schlagartig
zu der zusammenhängenden
Fläche 24 vergrößert. Ist
dieser Zeitpunkt von der Bildverarbeitungseinrichtung erkannt, wird
von dieser erneut bewirkt, dass sich die Kapillare 11 nicht
weiter an das Substrat 10 annähert und sich im Weiteren der
Abstand zwischen Kapillare 11 und Substrat 10 wieder
vergrößert.
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Das Verfahren gemäß der 8a bzw.
8b hat den Vorteil, dass die Kapillare 11 mit dein Tropfen 12 vor
dem Übergriff
als Fläche
einzelner Pixel gleicher Intensität darstellbar ist. Diese Fläche gleicher Intensität, die beispielsweise
als volle Fläche
mit dunklen Pixels gebildet ist, vergrößert sich dann mit Erreichen
des Zustandes gemäß 8b schlagartig. Nachteilig ist andererseits,
dass die Berechnung der sich schlagartig vergrößernden zusanmenhängenden
Fläche 24 nur
bei einem spiegelnden Substrat 10 anwendbar ist.
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Die 9a zeigt
ein viertes, alternativen Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes
des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10. Auch in diesem
Fall geht man von einem spiegelnden Substrat 10 aus, wobei
ein Originalbild 20 und ein Spiegelbild 21 erfasst
wird. Weiter wird bei dem Verfahren gemäß 9a bei
sich zunehmend an das Substrat 10 annähernder Kapillare 11 eine
Meniskusbreite x ermittelt, die sich mit sich senkender Kapillare 11 zunächst vergrößert. Sobald
die Meniskusbreite x einen voreingestellten Schwellwert überschreitet,
wird dann die weitere Annäherung
der Kapillare 11 an das Substrat 10 unterbrochen,
und die Kapillare 11 wieder angehoben, so dass sich insgesamt
erneut ein Vorgehen analog 2 ergibt.
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Die 9b erläutert ein
weiteres, zu der Vorgehensweise gemäß 9a alternatives
Verfahren. Dabei wird zur Gewäluleistung
einer stets gleichen Meniskusbreite x mit Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung 14 und
der zugeordneten Bildverarbeitungseinrichtung eine Fläche in einem
Arbeitsfenster 30 oder innerhalb einer Referenzfläche 30 der
Bildverarbeitungseinrichtung erfasst. Dieses Arbeitsfenster befindet
sich im Bereich der Verbindungsfläche van Kapillare 11 und
Tropfen 12 bzw. Meniskus bei dem Übergriff. Überschreitet nun die von der
Bildverarbeitungseinrichtung in dem Arbeitsfenster 30 detektierte,
von dem Tropfen 12 eingenommene Fläche einen bestimmten Schwellwert,
so wird analog zu dem aus der Breite des Meniskus gemäß 9a ermittelten Schwellwert von der Bildverarbeitungseinrichtung geschlossen,
dass die Kapillare 11 ausreichend nah an das Substrat 10 angenähert ist,
und dass nun ein Anheben der Kapillare 11 erfolgen muss.
Die Ausführungsform
gemäß 9b unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 9a insofern lediglich dadurch, dass anstelle
einer Breite x eine Fläche
innerhalb eines Arbeitsfensters 30 erfasst und mit einem
Schwellwert verglichen wird.
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Die 5a bis 5c zeigen ein zu den 3a und 3b alternatives Ausführungsbeispiel für eine Dispensiervorrichtung 5.
In diesem Fall weist die Kapillare 11 eine Referenzmarke 15 auf.
Weiter ist der erste Bildaufnahmeeinrichtung 14 in Form
einer Kamera eine drehbare Spiegelanordnung 1G zugeordnet, mit der
der an der Kapillare 11 hängende Tropfen 10 unter
bezogen auf das Substrat unterschiedlichen Winkeln erfassbar ist.
In der Position der drehbaren Spiegelanordnung 16 gemäß 5a detektiert die Bildaufnahmeeinrichtung 14 somit
zunächst
den Tropfen 12 vor dein Übergriff auf das Substrat 10,
während
in der Position der drehbaren Spiegelanordnung 16 gemäß 5b der Tropfen 12 bei dem Übergriff
auf das Substrat 10 erfasst wird. Insofern benötigt man
hier lediglich eine Bildaufnahmeeinrichtung 14, die zudem
ortsfest angeordnet ist. Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn im
Rahmen des erläuterten
Ausführungsbeispiels
die Stirnfläche
der Kapillare 11 zusätzlich
zumindest bereichsweise mit einer klebstoffabweisenden Beschichtung
versehen ist.
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Die Referenzmarke 15 gemäß 5a, deren Funktion mit Hilfe der 6 im Detail weiter erläutert wird,
dient in erster Linie der Bestimmung der Höhe h des an der Kapillare hängenden
Tropfens 12. Die 5c zeigt
in diesem Zusammenhang weiter, dass mit der drehbaren Spiegelanordnung 16 nach
dem Erzeugen des Tropfens 12 auf dem Substrat 10 auch eine
abscliließende
Qualitätskontrolle,
beispielsweise durch Vermessen der Geometrie des Tropfens 12 in
Draufsicht, erfolgen kann.
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Insgesamt ist mit einer Dispensiervorrichtung 5 gemäß den 5a bis 5c nicht
nur der Zeitpunkt des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfassbar,
sondern es kann auch eine optische Vermessung des Tropfens 12 vor
dem Übergriff und
eine Kontrolle des aufgebrachten Tropfens 12 nach dem Übergriff
erfolgen.
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In 6 ist
erläutert,
wie zunächst
der Abstand der Referenzmarke 15 von dem unteren Ende der
Kapillare 11, d. h. die Länge 1, mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 und
der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrchtung bestimmt wird. Danach
wird ein Austreten des fluiden Mediums aus dem Ende der Kapillare 11 in
Form des Tropfens 12 bewirkt und mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung
und der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung der Abstand
zwischen der Referenzmarke 15 und dem unteren Ende des
Tropfens 12 bestimmt. Aus der Differenz dieses Messwertes
und der zuvor bestimmten Länge 1 ergibt
sich dann die Höhe
h des Tropfens 12.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß den 3a und 3b eignet
sich vor allein für
kleine und flache Substrate 10, bei denen die Sicht der
Bildaufnahmeeinrichtung 14 nicht durch weitere Bauteile 19 behindert
wird, die sich in einer Umgebung des Ortes befinden, an dem der
Tropfen 12 auf das Substrat 10 aufgebracht werden
soll, und die so beispielsweise das Objektiv der Kamera 14 verdecken
können.
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Eine Dispensiervorrichtung 5,
die auch für großflächige Substrate 10 mit
weiteren Bauteilen 19 geeignet ist, zeigen die 7a und 7ab.
Dazu wird gemäß 7a mit Hilfe einer ersten Bildaufnahrneeinrichtung 14 in
Form einer ersten Kamera zunächst entsprechend 3a die Form bzw. Höhe des Tropfens 12 vermessen.
Bei der sich anschließenden
Annäherung
der Kapillare 11 an das Substrat 10 und dem Übergreifen
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 wird dann
mit Hilfe einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18, beispielsweise
einer zweiten Kamera, der Zeitpunkt dieses Übergriffes bestimmt. Die zweite Bildaufnahmeeinrichtung 18 beleuchtet
das Substrat 12 dabei von schräg oben, so dass der zugehörige Lichtstrahl 17 schräg auf das
Substrat 10 auftrifft und sich das Bauteil 10 nicht
im Strahlengang befindet.
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Die 11a und b erläutern
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Dispensiervorrichtung, das in vielen Aspekten dem Ausführungsbeispiel
gemäß den 7a und 7b entspricht.
Im Einzelnen ist hier vorgesehen. dass die Dispensiervonichtung 5 eine
Mikrodispensiereinrichtung 40 in Form eines Kolbendispensers
aufweist, an dessen unterem Ende sich die Kapillare 11 befindet,
aus der der Tropfen 12 austritt. Weiter ist vorgesehen,
dass zunächst die
Form und/oder die Höhe
des Tropfens 12 vor dem Übergriff auf das Substrat 10 mit
Hilfe der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18 mit einem
Objektiv, beispielsweise einem telezentrischen Objektiv 29,
erfasst wird. Dazu ist in 11a ein
von der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18 erfasster erster
beleuchteter Bereich 25 wiedergegeben, der den Tropfen 12 beleuchtet.
Der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18 gemäß 1a ist weiter erneut eine nicht dargestellte
Bildverarbeitungseinrichtung nachgeordnet. Des weiteren ist gemäß 11a auch eine erste Bildaufnahmeeinrichtung 14 in
Form einer ersten Kamera vorgesehen, die in diesem Verfahrensstadium
noch nicht aktiv ist.
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Bei einer Annäherung des Substrats 10 an die
Dispensiereinrichtung 40 gemäß 11a,
was in den 3a und 7a bereits
durch den dort eingezeichneten Pfeil angedeutet ist, stellt sich
dann der Zustand gemäß 11b ein, d. h. der Zeitpunkt, zu dem der
Tropfen 12 auf das Substrat 10 übergreift. Dieses Übergreifen
wird, wie schon erläutert,
mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14, die einen zweiten
beleuchteten Bereich 27 bewirkt, in den der Tropfen 12 bei
dem Übergriff 10 eintritt,
und der dieser zugeordneten Bildverarbeitungseinrichtung erfasst.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß den 11a und 11b eignet
sich besonders für
große Substrate,
wobei die zweite Kamera 18 gegenüber dem Substrat 10 schräg gestellt
ist. Der Zeitpunkt des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfolgt weiter
bevorzugt mit einem der Bildverarbeitungsverfahren gemäß den 4a, 4b oder
der 8a, 8b oder
der 9a oder 9b.
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Die 10a bzw. 10b erläutern
abschließend
ein weiteres, zu den 11a und 11b alternatives Ausführungsbeispiel, dass sich von
diesem lediglich dadurch unterscheidet, dass die erste Bildaufnahmeeinrichtung 14 einen
Lichtleiter 26 aufweist, so dass ein flexibleres Anordnen
der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 möglich wird, was jedoch durch vielfach
verschlechterte Übertragungseigenschaften des
Lichtleiters 26 bzw. Bildleiters erkauft wird. Andererseits
ist es bei der Ausführungsform
gemäß den 11b bzw. 11c,
wie ausgeführt,
vielfach nur erforderlich, dass der Zeitpunkt des Übergriffes
des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfasst wird.