DE102004016346B4 - Verfahren und Vorrichtung zum dosierten Abscheiden kleinster Mengen von viskosem Material auf einer Oberfläche sowie Dosiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum dosierten Abscheiden kleinster Mengen viskosen Materials im Pikoliterbereich in Tropfenform auf eine technische Oberfläche (4) mit einer relativ zur Oberfläche (4) bewegbar angeordneten Dispensereinheit (2), aus der das viskose Material über eine Ausbringeinheit (3) auf die Oberfläche (4) mengendosiert ausgetragen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Oberfläche (4) und der Ausbringeinheit (3) begrenzter Abstand sowie die Menge des von der Ausbringeinheit (3) auf die Oberfläche (4) ausgetragenen viskosen Materials erfasst werden,
dass wenigstens auf der Grundlage des erfassten Abstandes sowie der erfassten ausgetragenen Menge die Abstandseinstellung sowie der Mengenaustrag unter Vorgabe wenigstens eines Sollwertes geregelt werden, dass als Ausbringeinheit (3) eine in Art einer Kapillare ausgebildete Dosiernadel verwendet wird, an deren Nadelspitze das viskose Material dosiert auf die Oberfläche (4) ausgebracht wird,
dass der Abstand zwischen der Nadelspitze und der Oberfläche (4) erfasst und geregelt wird, und dass der Materialaustrag unter Ausbildung eines die...

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum dosierten Abscheiden kleinster Mengen viskosen Materials auf eine technische Oberfläche mit einer relativ zur Oberfläche beweglich angeordneten Dispenser- oder Dosiereinheit, aus der das viskose Material über eine Ausbringeinheit auf die Oberfläche mengendosiert ausgetragen wird.
• Stand der Technik
• Beim Fügen kleinster technischer Komponenten, die sowohl in mechanischen als auch elektrischen Systemen in großer Vielzahl eingesetzt werden, kommen vermehrt Klebetechniken zu Einsatz, durch die zumeist ein Fügen unter normalen Umgebungsbedingungen, insbesondere bei Umgebungstemperaturen möglich ist. Beispielsweise bei der Bestückung elektrischer Leiterplatten, bei der es gilt mikroelektronische Bauelemente auf Substratoberflächen zu fixieren oder mit entsprechenden elektrisch leitfähigen Strukturen elektrisch zu kontaktieren, können hohe Prozesstemperaturen, die bei konventionellen Temper- und Lötprozessen unvermeidbar sind, zu irreversiblen Schädigungen an den in der Mikroelektronik eingesetzten Bauelementen und Substraten führen.
• In DE 100 48 749 A1 wird eine Vorrichtung zum Aufbringen von Klebstoff mit einer definierten Streifenbreite auf die Oberfläche eines Werkstücks, insbesondere für den Klebstoffauftrag zur Versiegelung von verklebten Bördelnähten an Kfz-Teilen offenbart. Der Klebstoff wird hierbei durch eine Düse bspw. in Form eines Wirbelsprühkopfes als zusammenhängender Klebstofffaden aufgebracht, wobei die die Streifenbreite des aufgebrachten Klebstofffadens als Maß für die abgegebene Materialmenge mittels einer Kameraeinheit optisch erfasst wird und mittels einer Dosiereinrichtung geregelt wird. Die Dosierung der Klebstoffmenge, die um Größenordnungen über dem Pikoliterbereich liegt, kann zusätzlich oder alternativ durch die Einbindung eines Abstandssensors, der den Abstand zwischen Düsenkopf und Werkstückoberfläche erfasst, in den die Dosiereinrichtung ansteuernden Regelkreis beeinflusst werden.
• In DE 101 41 676 A1 wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum geregelten Auftragen von Kleb- und Dichtstoffen auf Trägermaterialien, insbesondere zur Herstellung von kontinuierlichen Klebestreifen auf Packungen, Materialbahnen oder Zuschnitten, beschrieben. Der Volumenstrom des Kleb- oder Dichtstoffes zur Austragsdüse wird hierbei mittels eines Volumenstromsensors gemessen; dabei liegt die Auflösung der abgegebenen Menge in der Größenordnung von 10 Milligramm.
• Die Austragsmenge wird durch Änderung der Leistung der Kleb- oder Dichtstoff-Förderpumpe angepasst.
• In WO 01/53389 A1 wird eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Auftragen eines thermoplastischen Materials über zumindest eine Düse auf ein Substrat beschrieben. Der Regelung der Dosierung werden die Daten eines Durchflusssensors und eines Bewegungssensors, der die Relativbewegung des Substrats zur Aufbringdüse erfasst, zu Grunde gelegt.
• In DE 101 47 080 A1 wird ein Verfahren zum Auftrag von kleinsten Mengen höherviskoser Flüssigkeiten beschrieben. Die zu dosierende Flüssigkeit wird dabei mittels Mikroverkapselungsverfahren verpackt. Die diskret verpackten Einzelvolumina in der Größenordnung von 1 Pikoliter bis zu mehreren Nanolitern werden vermessen und an den Wirkort transportiert, wo die Flüssigkeit mittels geeigneter Aufschlussverfahren freigesetzt wird. Das Volumen der verpackten Flüssigkeit kann dabei bspw. über die geometrischen Abmessungen der Kapsel oder über deren Gewicht bestimmt werden.
• Im Bereich der Klebetechniken hat sich mittlerweile in den verschiedensten technischen Anwendungsbereichen die so genannte Dispensertechnik etabliert, durch die Klebstoffmengen feinst dosiert auf technische Oberflächenbereiche zu Zwecken nachfolgender Fügeverbindungen abgeschieden werden können. In diesem Zusammenhang wird auf die DE 197 27 094 C2 verwiesen, aus der eine Dispensereinheit hervorgeht, vermittels der viskoses Material über eine in Art einer Kapillare ausgebildeten Dosiernadel auf eine technische Oberfläche ausgetragen werden kann. Von entscheidender Bedeutung für eine hinreichend exakte Dosierung ist die genaue Positionierung und insbesondere Beabstandung der Dosiernadelspitze gegenüber der technischen Oberfläche, auf das viskoses Klebstoffmaterial, beispielsweise in Form eines Klebstofftropfens, kontrolliert abgeschieden werden soll. Die Druckschrift beschreibt hierzu mehrere alternative Messmethoden, mit denen der Abstand zwischen der Dosiernadelspitze und der technischen Oberfläche exakt eingestellt werden kann. Zwar trägt das bekannte Verfahren dazu bei, die Dosiergenauigkeit zu erhöhen und Kontakte zwischen der Dosiernadel und der Oberfläche zu vermeiden, um Beschädigungen sowohl an der Oberfläche als auch an der Dosiernadel zu vermeiden, doch stellt sich heraus, dass bei einem industriellen Einsatz einer derartigen Technik die Reproduzierbarkeit, mit der vorgebbare Materialtröpfchenvolumina abgeschieden werden sollen, verbesserungswürdig ist, und dies um so mehr je kleiner das abzuscheidende Tröpfchenvolumen sein soll. Gerade zur Mikromontage von immer kleiner werdenden Bauteildimensionen ist es wünschenswert, einzelne Klebstofftröpfchen mit Tröpfchenvolumina bis hinab in den Piko-Literbereich, d.h. 10^–12 l, mit einer hohen Reproduzierbarkeit herzustellen. Um dies zu ermöglichen soll die Erfindung beitragen.
• Darstellung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Mikrodosiersystem zum dosierten Abscheiden kleinster Mengen viskosen Materials auf eine technische Oberfläche mit einer relativ zur Oberfläche bewegbar angeordneten Dispensereinheit, aus der das viskose Material über eine Ausbringeinheit auf die Oberflächen mengendosiert ausgetragen wird, derart weiterzubilden, dass unter industriellen Herstellungsbedingungen mikrodosierte Materialabscheidungen auf technischen Oberflächen mit einer zuverlässigen Reproduzierbarkeit möglich werden. Insbesondere soll es möglich sein, mittel- und hochviskose Materialien, wie vorzugsweise Klebstoffmaterialien, mit einzelnen Tröpfchenvolumina bis hinab in den zum Piko-Literbereich mit einer hohen Reproduzierbarkeit und Genauigkeit herzustellen.
• Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 9 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die ein Mikrodosiersystem beschreibt. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung auf die Bezugnahme der Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
• Erfindungsgemäß wird ein Mikrodosierverfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart gelöst, dass ein von der Oberfläche und der Ausbringeinheit begrenzter Abstand sowie die Menge des von der Ausbringeinheit auf die Oberfläche ausgetragenen viskosen, vorzugsweise mittel- oder hochviskosen Materials erfasst werden. Wenigstens auf der Grundlage des erfassten Abstandes sowie der erfassten ausgetragenen Menge werden die Abstandseinstellung sowie der Mengenaustrag unter Vorgabe wenigstens eines Sollwertes geregelt. Als Ausbringeinheit wird eine in Art einer Kapillare ausgebildete Dosiernadel verwendet, an deren Nadelspitze das viskose Material dosiert auf die Oberfläche ausgebracht wird. Der Abstand zwischen der Nadelspitze und der Oberfläche wird erfasst und geregelt. Der Materialaustrag wird unter Ausbildung eines die Nadelspitze überragenden Tröpfchens durchgeführt, wobei das Tröpfchenvolumen des die Nadelspitze überragenden Tröpfchens größer ist, als ein Sollvolumen, das das auf der Oberfläche abgeschiedene Tröpfchen aufweisen soll.
• Durch die kontinuierliche sensorielle Erfassung von Abstand sowie ausgebrachter Materialmenge werden erfindungsgemäß alle Prozess-relevanten Größen, durch die der Materialaustragevorgang bestimmt wird, erfasst und dynamisch an die aktuellen Gegebenheiten angepasst. Erst eine auf die Erfassung der vorstehenden Parameter basierende Regelung von Abstand und ausgebrachter Materialmenge wird eine hochpräzise Dosierung von kleinsten Materialtröpfchengrößen auf die Oberfläche möglich. Aber nicht nur für eine exakt mengendosierte Tröpfchendeposition ist das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, sondern auch zur Abscheidung zusammenhängender Klebstoffbahnen bzw. -streifen, die in vergleichbar kleinen Dimensionen auf die Oberfläche abzuscheiden sind, bspw. mit einer Klebstoffstreifendicke im μm-Bereich.
• Insbesondere unter industriellen Fertigungsbedingungen mit hohen Prozessgeschwindigkeiten und hochfrequenten Produktionszyklen bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit Mikro-Dosieraufgaben mit kleinsten Klebstoffmengendepositionen mit weit besserer Reproduzierbarkeit durchzuführen, als es mit bisher bekannten Systemen möglich ist, bei denen die Materialmengendeposition ungeregelt, d.h. lediglich unter Zugrundelegung eines einmalig vorher bestimmten, zu deponierenden Materialvolumens erfolgt. Weiterhin lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Rüstzeiten für eine Neueinstellung eines Mikro-Dosierprozesses und damit letztlich verbunden die Betriebskosten derartiger Verfahren entscheidend reduzieren.
• Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmte Vorrichtung sieht einen Durchflusssensor vor, der die Menge des von der Ausbringeinheit auf die Oberfläche ausgetragenen viskosen Materials erfasst. Ferner ist ein Abstandssensor vorgesehen, der den von der Oberfläche und der Ausbringeinheit begrenzten Abstand ermittelt. Beide vorstehenden Sensoren sind vorzugsweise als einheitliche Baueinheit mit der Dispenser- und Ausbringeinheit, die vorzugsweise als Dosiernadel ausgebildet ist, integriert. Um die Vorrichtung grundsätzlich unabhängig von einzelnen Sensorsystemen zu gestalten, bietet es sich an, die einzelnen Sensoren modulartig in die Baueinheit zu integrieren, die letztlich zu Zwecken einer exakten räumlichen Positionierung am Endbereich einer Präzisionskinematik, beispielsweise in Form einer motorisch unterstützten Manipulatoreinheit oder Robotereinheit, angebracht ist.
• Die zur aktiven Regelung des Dosiervorganges erforderliche Regeleinrichtung, die wenigstens auf der Grundlage des erfassten Abstandes zwischen Dosiernadelspitze und Oberfläche sowie der erfassten ausgetragenen Menge die Abstandseinstellung sowie den Mengenaustrag unter Vorgabe wenigstens eines Sollwertes regelt, ist in einer bevorzugten Ausführungsform getrennt von der Dosiervorrichtung angeordnet. Als Regeleinrichtung dient in der einfachsten Ausführungsform ein handelsüblicher PC, der über Verbindungsleitungen mit den Sensoren, der Dispensereinheit sowie der Präzisonskinematik verbunden ist.
• Da die Sensoreinheiten zur Erfassung des Abstandes sowie der auf die Oberfläche deponierten Menge modulartig mit der Dispensereinheit bzw. der Ausbringeinheit verbunden sind, kann eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens mit unterschiedlich ausgebildeten Sensorsystemen sowohl für die Abstandsmessung als auch für die Mengenerfassung eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Durchflusssensor, der im allgemeinen über standardisierte Schnittstellen, wie beispielsweise Luer-Lock-Anschlüsse verfügt, zwischen die Dispensereinheit und der als Dosiernadel ausgebildeten Ausbringeinrichtung adaptierbar ausgebildet.
• Herkömmliche Durchflusssensoren ermöglichen die Volumen- bzw. Massenstromerfassung durch einen entsprechenden Strömungskanal zumeist nur von niedrig viskosen Fluiden. Zur Mengenerfassung von mittel- bis hochviskosen Fluiden eignen sich bevorzugt Durchflusssensoren, die auf den folgenden Wirkprinzipien beruhen.
• Durchflusssensoren, die auf dem Wirkdruckverfahren arbeiten, beruhen auf der Messung der kinetischen Energie des jeweils in Strömung befindlichen Fluids. Als Messfühler werden so genannte Wirkdruckgeber eingesetzt, die feste Einbauten innerhalb des Strömungsweges vorsehen, an denen Druckerhöhungen oder messbare Druckabfälle auftreten. Zur Ermittlung des Volumenstromes können sowohl Differenzdruck- oder auch Absolutdruckmessungen durchgeführt werden.
• Alternativ eignen sich auch volumetrische Messverfahren, die sowohl mittelbar als auch unmittelbar Volumenströme zu messen erlauben. Beim unmittelbaren Messen von Volumenströmen wird absatzweise oder fortlaufend das vom Fluid eingenommene oder verdrängte Volumen bestimmt, wohingegen beim mittelbaren Messen so genannte Messflügel eingesetzt werden, die von der Fluidströmung verdrängt und in Rotation versetzt werden. Die zu erfassende Rotationsgeschwindigkeit kann ins Verhältnis zu dem, den Messflügel umströmenden Volumenstrom, gesetzt werden.
• Im Unterschied zu den vorstehenden, den Volumenstrom direkt erfassenden Messprinzipien, sind eine Reihe indirekter Messverfahren bekannt, mit denen die Strömungsgeschwindigkeit mittelbar gemessen und aus den gewonnenen Informationen auf den jeweiligen Volumenstrom geschlossen werden kann.
• In diesem Zusammenhang sei das induktive Messprinzip genannt, das in jenen Fällen anwendbar ist, in denen das zu vermessende Fluid über ausreichend freie Ladungsträger verfügt. Durch Anlegen eines magnetischen Feldes senkrecht zur Fließrichtung wird im strömenden Fluid ein elektrisches Feld induziert, das zwischen zwei innerhalb des elektrischen Feldes angeordneten Elektroden eine elektrische Spannung hervorruft, deren Potential zur Fließgeschwindigkeit, zur Stärke des Magnetfeldes sowie zum Elektrodenabstand proportional ist.
• Ein weiteres indirektes Messverfahren stellt das Ultraschallmessverfahren dar, bei dem Ultraschallwellen unter einem möglichst spitzen Winkel gegen die Strömungsrichtung in den zu vermessenden Fluidstrom eingekoppelt werden. Mit Hilfe eines gegenüber der Einkoppelstelle geeignet angebrachten Empfängers kann unter Berücksichtigung der von den Ultraschallwellen innerhalb des strömenden Fluids zurückgelegten Lauflänge sowie der Laufzeit auf die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids geschlossen werden.
• Die Anwendung optischer Messverfahren zur Messung von Strömungsgeschwindigkeiten bietet den Vorteil, dass der Strömungsverlauf nicht durch Einbauten innerhalb des Strömungsweges beeinflusst wird, jedoch setzt der Einsatz optischer Messverfahren entsprechend lichtdurchlässige Fluide voraus. So lassen sich optische Messverfahren grundsätzlich in Messverfahren unter Einsatz von kohärentem oder inkohärentem Licht unterscheiden. Laseroptische Verfahren mit kohärentem Licht werden aufgrund des hohen gerätetechnischen Aufwandes vornehmlich in der Forschung eingesetzt. So genannte Korrelations- und Ortsfilterverfahren ermöglichen den Einsatz kostengünstiger inkohärenter Lichtquellen zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit von Fluiden, sofern innerhalb der Fluidströmung kleine Teilchen trägheitsfrei mit der Fluidströmung mitbewegt werden, wobei die Geschwindigkeit der mitbewegten Partikel erfasst wird.
• Auch sind Durchflusssensoren bekannt, die auf rein thermischen Wirkeffekten beruhen, nämlich der Messung des vom strömenden Fluid transportierten Wärmestroms. Dem thermischen Messverfahren liegt der erste Hauptsatz der Thermodynamik zugrunde, gemäß dem der vom Fluid transportierte Wärmestrom bei einer Fluidtemperatur und einem Strömungsquerschnitt dem Massenstrom durch diesen Strömungsquerschnitt proportional ist. Eine hierzu geeignete Messsensork sieht innerhalb der zu vermessenden Fluidströmung zwei temperaturempfindliche Widerstände sowie einen Heizdraht vor, wobei aus der ermittelten Temperaturdifferenz zwischen beiden Messpunkten der Massenstrom berechnet werden kann.
• Durchflusssensoren, die insbesondere auf dem thermodynamischen Messprinzip basieren, vermögen nach entsprechender Einstellung und Optimierung Fluidströme mit nahezu beliebiger Viskosität, so insbesondere Fluide mit mittlerer und hoher Viskosität, und Genauigkeit zu erfassen.
• Zur Vermessung des Abstandes zwischen einer technischen Oberfläche, auf der feinst dosierte Materialdepositionen in Form von Klebstofftröpfchen oder Klebstoffstränge abgeschieden werden sollen, und der Dosiernadelspitze, stehen an sich bekannte Messverfahren zur Verfügung, wie sie bspw. in der eingangs erwähnten Druckschrift DE 197 27 094 C2 beschrieben sind. Besonders geeignet sind Abstandsmesssensoren, die in miniaturisierter Bauform realisierbar sind. Beispielsweise eignet sich hierzu das auf faseroptischen Messprinzipien basierende Kohärenzradarverfahren, bei dem die Abstandsmessung auf dem Michelson-Interterometer-Prinzip beruht, das Abstandsmessungen mit einer Genauigkeit bis in den Nanometerbereich ermöglicht. Ebenso eignen sich optische Messsensoren, die auf der Basis des Lasertriangulationsverfahrens beruhen.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich insbesondere durch die kombinierte Integration beider Messsensoren als Einheit zusammen mit einer Dispenser- und Ausbringeinheit aus, die zur räumlichen Positionierung an einem Präzisionsroboterarm angebracht ist. Die von den Messsensoren generierten Messsignale werden in einer geeigneten Reglereinheit ausgewertet, wodurch auf der Basis des aktuell vorherrschenden Systemzustandes, der durch die Durchflussmenge und den Abstand zur Oberfläche charakterisiert ist, sowohl die Dispensereinheit als auch das Robotersystem zur präzisen Lageveränderung geregelt betrieben werden können. Durch die aktive Regelung des gesamten Materialausbringvorgangs können höhere und reproduzierbarere Genauigkeiten sichergestellt werden, so dass Materialtröpfchendepositionen bis hinab in den Pikoliterbereich erzielbar sind.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines einzigen Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur näher erläutert.
• Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Stark schematisiert ist in der einzigen Figur der kinematische Endbereich eines Hochpräzisionsrobotersystems 1 dargestellt, an dem eine Dispensereinheit 2 in Form einer auswechselbaren Kartusche angebracht ist. Die Dispensereinheit 2 ist für einen dosierten Materialaustrag mit einer in Form einer Dosiernadel 3 ausgebildeten Ausbringeinheit verbunden, die mit Hilfe des Robotersystems 1 räumlich präzise über eine technische Oberfläche 4 positionierbar ist. Die Dosiernadel 3 ist ebenso modulartig austauschbar mit der Dispensereinheit 2 verbunden. Zwischen der Dispensereinheit 2 und der Dosiernadel 3 ist stark schematisiert ein Durchflussmengensensor 5 eingebracht, der die durch die Dosiernadel 3 auf die Oberfläche 4 ausgebrachte Materialmenge, vorzugsweise im Wege einer Strömungsgeschwindigkeitsmessung erfasst. Der Durchflusssensor verfügt beidseitig jeweils über einen Luer-Lock-Verschluss, über den jeweils eine lösbar fluiddichte Verbindung sowohl zur Dispenereinheit als auch zur Dosiernadel herstellbar ist. Zusätzlich ist im Bereich der Dosiernadel 3 ein Abstandssensor 6 vorgesehen, der den Abstand zwischen der technischen Oberfläche und der Spitze der Dosiernadel 3 erfasst.
• Die von den Messsensoren 5, 6 generierten Messsignale S1, S2 werden einer Regeleinrichtung 7 zugeführt, die im dargestellten Ausführungsbeispiel als handelsüblicher PC ausgebildet ist und unter Vorgabe eines Regelalgorithmuses die Messsignale S1, S2 auswertet. Die Regeleinrichtung 7 generiert Regelsignale St1, St2,..., die sowohl dem Robotersystem 1 zur kontrollierten Positionierung der Dosiernadel gegenüber der technischen Oberfläche 4, als auch der Dispensereinheit 2 zur exakten Einstellung der durch die Dosiernadel 3 ausgebrachten Fluidmenge zugeführt werden.
• Der in der Figur darstellte Aufbau ermöglicht somit eine vollständig überwachte und geregelte Materialdeponierung, vorzugsweise kleinster Fluidtropfen aber auch von sehr feinen Fluidsträngen auf einer technischen Oberfläche. Beispielsweise können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kleinste Klebstofftropfen zum Fügen mikroelektronischer Komponenten und Bauelemente erzeugt werden, wobei die Klebstofftropfen Tropfenvolumen in der Größenordnung von wenigstens 50 Pikolitern aufweisen.
• Die auf der technischen Oberfläche 4 durchzuführende Tröpfchendeposition erfolgt kontaktfrei zwischen der Substratoberfläche und der Dosiernadelspitze. In einem ersten Schritt, bei dem die Dosiernadelspitze von der technischen Oberfläche beabstandet angeordnet wird, wird mit Hilfe der Dispensereinheit eine bestimmt vorgegebene Fluidmenge durch die Dosiernadel 3 gefördert, wodurch sich an der Nadelspitze der Dosiernadel 3 ein die Nadelspitze überragender und gleichzeitig an der Nadelspitze anhaftender Fluidtropfen ausbildet. Typischerweise ist das Tröpfchenvolumen des an der Nadelspitze anhaftenden Tröpfchens, das noch nicht in Kontakt mit der technischen Oberfläche 4 gebracht ist, größer als jenes Tröpfchenvolumen, das es gilt, auf der technischen Oberfläche 4 abzuscheiden. Der Volumenüberschuss des frei an der Nadelspitze der Dosiernadel 3 anhaftenden Fluidtropfens richtet sich einerseits nach den rheologischen Eigenschaften des auszutragenden Fluids sowie auch nach der Beschaffenheit der technischen Oberfläche 4 sowie der Beschaffenheit der Dosiernadel 3. Selbstverständlich können auch weitere Umgebungsparameter bei der Volumenvorgabe des an der Spitze der Dosiernadel 3 anhaftenden Fluidtropfens berücksichtigt werden, wie beispielsweise Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur.
• In einem nachfolgenden Schritt wird die Nadelspitze der Dosiernadel 3 geregelt auf die Oberfläche 4 abgesenkt, bis ein nicht zu unterschreitender Mindestabstand erreicht wird, in dem ausschließlich ein Kontakt zwischen dem an der Nadelspitze der Dosiernadel 3 anhaftenden Fluidtropfens und der technischen Oberfläche 4 hergestellt wird. Aufgrund adhäsiv wirkender Kräfte, die sowohl zwischen dem Fluid und der technischen Oberfläche sowie auch zwischen dem Fluid und der Nadelspitze herrschen, verbleibt ein Teil des sich ausbildenden Katenoids an der Spitze der Dosiernadel 3 frei hängenden Fluidtropfens an der technischen Oberfläche zurück, nachdem die Robotereinheit 1 die Dispensereinheit samt Dosiernadel 3 von der Substratoberfläche 4 entfernt hat.
• In aller Regel kann davon ausgegangen werden, dass etwa 50% des Tröpfchenvolumens des die Nadelspitze überragenden Fluidtropfens nach der Materialdeposition an der technischen Oberfläche 4 anhaften und die übrigen 50% an der Nadelspitze der Dosiernadel 3 verbleiben. Das vorstehend charakterisierte Volumenverhältnis kann jedoch in Abhängigkeit der rheologischen Eigenschaften des abzuscheidenden Fluids sowie der Oberflächenbeschaffenheit der technischen Oberfläche 4 und der Dosiernadel 3 variieren. Auch diesbezügliche Informationen und Parameter gilt es in dem Regelalgorithmus zur Generierung geeigneter Regelsignale für die Robotereinheit sowie Dispensereinheit zu berücksichtigen.

1

Robotersystem, Manipulatorarm

2

Dispensereinheit

3

Ausbringeinheit, Dosiernadel

4

Technische Oberfläche

5

Durchflusssensor

6

Abstandssensor

7

Regeleinrichtung

Claims (12)

1. Verfahren zum dosierten Abscheiden kleinster Mengen viskosen Materials im Pikoliterbereich in Tropfenform auf eine technische Oberfläche (4) mit einer relativ zur Oberfläche (4) bewegbar angeordneten Dispensereinheit (2), aus der das viskose Material über eine Ausbringeinheit (3) auf die Oberfläche (4) mengendosiert ausgetragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Oberfläche (4) und der Ausbringeinheit (3) begrenzter Abstand sowie die Menge des von der Ausbringeinheit (3) auf die Oberfläche (4) ausgetragenen viskosen Materials erfasst werden, dass wenigstens auf der Grundlage des erfassten Abstandes sowie der erfassten ausgetragenen Menge die Abstandseinstellung sowie der Mengenaustrag unter Vorgabe wenigstens eines Sollwertes geregelt werden, dass als Ausbringeinheit (3) eine in Art einer Kapillare ausgebildete Dosiernadel verwendet wird, an deren Nadelspitze das viskose Material dosiert auf die Oberfläche (4) ausgebracht wird, dass der Abstand zwischen der Nadelspitze und der Oberfläche (4) erfasst und geregelt wird, und dass der Materialaustrag unter Ausbildung eines die Nadelspitze überragenden Tröpfchens durchgeführt wird, wobei das Tröpfchenvolumen des die Nadelspitze überragenden Tröpfchens größer ist, als ein Sollvolumen, das das auf der Oberfläche (4) abgeschiedene Tröpfchen aufweisen soll.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenaustrag auf die Oberfläche (4) schrittweise zur Erzeugung von auf der Oberfläche (4) vereinzelt abzuscheidender Materialtröpfchen erfolgt, wobei die Dispensereinheit (2) nach jedem einzelnen Materialaustrag relativ zur Oberfläche (4) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchen mit einem Tröpfchenvolumen auf die Oberfläche (4) ausgebracht werden, das wenigstens 50 pl beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenerfassung mittels eines Durchflusssensors (5) erfolgt, der den Mengendurchsatz durch die Ausbringeinheit (3) erfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenaustrag unter Berücksichtigung rheologischer Eigenschaften des auszutragenden viskosen Materials erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließgeschwindigkeit des viskosen Materials durch die Ausbringeinheit (3) hindurch erfasst und geregelt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tröpfchenbildung an der Nadelspitze vor in Kontakttreten des die Nadelspitze überragenden Tröpfchens mit der Oberfläche (4) erfolgt, und dass die Kontaktierung durch Absenken der Nadelspitze auf die Oberfläche (4) erfolgt, wobei die Nadelspitze die Oberfläche (4) während des Materialaustrages nicht berührt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Tröpfchenvolumen des die Nadelspitze überragenden Tröpfchens in Abhängigkeit des auszutragenden viskosen Materials sowie der Beschaffenheit der Oberfläche (4) gewählt wird.
9. Vorrichtung zum dosierten Abscheiden kleinster Mengen viskosen Materials im Pikoliterbereich in Tropfenform auf eine technische Oberfläche (4) mit einer relativ zur Oberfläche (4) bewegbar angeordneten Dispensereinheit (2), aus der das viskose Material über eine Ausbringeinheit (3) auf die Oberfläche (4) mengendosiert austragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflusssensor (5) vorgesehen ist, der die Menge des von der Ausbringeinheit (3) auf die Oberfläche (4) ausgetragenen viskosen Materials erfasst, dass ein Abstandssensor (6) vorgesehen ist, der den von der Oberfläche (4) und der Ausbringeinheit (3) begrenzten Abstand erfasst, dass eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens auf der Grundlage des erfassten Abstandes sowie der erfassten ausgetragenen Menge die Abstandseinstellung sowie den Mengenaustrag unter Vorgabe wenigstens eines Sollwertes regelt, dass die Ausbringeinheit (3) als Dosiernadel in Art einer Kapillare ausgebildet ist, und dass der Durchflusssensor (5) und der Abstandssensor (6) jeweils modulartig mit der Dispensereinheit (2) und der Ausbringeinheit (3) als eine gemeinsam zu positionierende Einheit integriert sind, und dass die Regeleinrichtung als Recheneinheit ausgebildet ist, die über Verbindungsleitungen mit der Einheit verbunden ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispensereinheit (2) an einem Manipulatorarm angebracht ist, der die Dispensereinheit (2) und die mit ihr verbundene Ausbringeinheit (3) gegenüber der Oberfläche (4) räumlich positioniert.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflusssensor (5) zwischen der Dispensereinheit (2) und der Ausbringeinheit (3) vorgesehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor (5) die Strömungsgeschwindigkeit hochviskoser Materialien erfasst.