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Verfahren mit Inkjet-Prozessen und deren Anwendung
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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren mit Inkjet-Prozessen und deren Anwendung. Insbesondere können die Verfahren unter Verwendung eines Multikomponentensystems oder Multikomponentenklebers durchgeführt werden. Ferner betrifft die Erfindung Vorrichtungen zum Ausführen der Verfahren.
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Multikomponentensysteme und Multikomponentenkleber werden in vielen technischen Bereichen und industriellen Zweigen eingesetzt. Bei einer Anwendung eines Multikomponentenklebers können beispielsweise die zunächst getrennt voneinander vorliegenden Komponenten des Klebers gemischt werden, wobei nach dem Mischen der Komponenten bis zum Aushärten des Klebers ein begrenztes Zeitfenster für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung stehen kann. Es kann wünschenswert sein, die Verwendung von Multikomponentensystemen und Multikomponentenklebern und die aus ihnen gebildeten Strukturen zu verbessern. Aus diesem und weiteren Gründen besteht ein Bedarf an der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem Aspekt umfasst ein Verfahren die folgenden Schritte: Abscheiden einer ersten Komponente eines Multikomponentensystems mittels eines Inkjet-Verfahrens, und Abscheiden einer zweiten Komponente des Multikomponentensystems mittels eines Inkjet-Verfahrens.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren die folgenden Schritte: Abscheiden einer ersten Komponente eines Multikomponentensystems und einer zweiten Komponente des Multikomponentensystems mittels eines Inkjet-Verfahrens in Tropfenform auf einer ersten Fläche, und Durchmischen der Tropfen der ersten Komponente und der Tropfen der zweiten Komponente durch Zerlaufen der Tropfen der ersten und zweiten Komponente und/oder durch Kontaktieren der ersten Fläche mit einer zweiten Fläche.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren die folgenden Schritte: Aufbringen einer ersten Komponente eines Multikomponentensystems mittels eines Inkjet-Verfahrens auf eine ersten Fläche; Aufbringen einer zweiten Komponente des Multikomponentensystems mittels eines Inkjet-Verfahrens auf eine zweite Fläche, und Durchmischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente durch Kontaktieren der ersten Fläche und der zweiten Fläche.
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Der Fachmann wird beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und bei der Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen zum Verständnis weiterer Aspekte beitragen. Die Zeichnungen veranschaulichen Aspekte und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Grundgedanken dieser Aspekte. Weitere Aspekte und viele der damit verbundenen Vorteile sollen durch die folgende detaillierte Beschreibung verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht zueinander. Gleiche Bezugszeichen können ähnliche Komponenten bezeichnen.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens mit Inkjet-Prozessen.
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2A bis 2C zeigen ein weiteres beispielhaftes Verfahren mit Inkjet-Prozessen.
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3A bis 3D zeigen ein weiteres beispielhaftes Verfahren mit Inkjet-Prozessen.
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In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, worin zur Erläuterung spezifische Aspekte dargestellt sind, in denen die Erfindung verwirklicht werden kann. In diesem Zusammenhang kann Richtungsterminologie, wie ”oben”, ”unten”, ”vorne”, ”hinten”, etc., mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da die Komponenten der beschriebenen Vorrichtungen in einer Mehrzahl verschiedener Orientierungen positioniert sein können, kann die Richtungsterminologie für Erläuterungszwecke verwendet werden und ist in keiner Weise einschränkend. Andere Aspekte können verwendet werden und strukturelle oder logische Änderungen können vorgenommen werden, ohne vom Konzept der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen, und das Konzept der vorliegenden Erfindung soll durch die anliegenden Ansprüche spezifiziert sein.
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Die in dieser Beschreibung möglicherweise verwendeten Begriffe ”verbunden”, ”gekoppelt”, ”elektrisch verbunden” und/oder ”elektrisch gekoppelt” sollen nicht bedeuten, dass Komponenten direkt miteinander verbunden oder gekoppelt sein müssen. Zwischen den ”verbundenen”, ”gekoppelten”, ”elektrisch verbundenen” und/oder ”elektrisch gekoppelten” Komponenten können dazwischenliegende Komponenten bereitgestellt sein.
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Ferner kann das Wort ”über”, das z. B. hinsichtlich einer Materialschicht verwendet wird, die ”über” einer Oberfläche eines Objekts ausgebildet ist oder sich ”über” einer Oberfläche eines Objekts befindet, hier so verwendet werden, dass es bedeutet, dass sich die Materialschicht ”direkt auf” der, z. B. in direktem Kontakt mit der implizierten Oberfläche befindet (ausgebildet, abgeschieden, etc.). Das Wort ”über”, wie es z. B. hinsichtlich einer Materialschicht verwendet wird, die ”über” einer Oberfläche eines Objekts ausgebildet ist oder sich ”über” einer Oberfläche eines Objekts befindet, kann hier außerdem so verwendet werden, dass es bedeutet, dass sich die Materialschicht ”indirekt auf” der implizierten Oberfläche befindet (z. B. ausgebildet, abgeschieden, etc. ist), wobei z. B. eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der implizierten Oberfläche und der Materialschicht angeordnet sind.
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Verfahren und Vorrichtungen zum Durchführen solcher Verfahren werden hierin beschrieben. Im Zusammenhang mit einem beschriebenen Verfahren gemachte Kommentare können auch für eine entsprechende Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens gelten und umgekehrt. Falls beispielsweise ein spezifischer Schritt eines Verfahrens beschrieben wird, kann eine entsprechende Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens eine geeignete Komponente zum Durchführen des Schrittes umfassen, selbst wenn eine solche Komponente nicht explizit beschrieben oder in den Figuren dargestellt ist. Darüber hinaus können die Merkmale der hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte beliebig miteinander kombiniert werden.
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Die hierin gewählten Darstellungen beschriebener Verfahren müssen nicht notwendigerweise eine bestimmte zeitliche Abfolge der in den Verfahren enthaltenen Schritte implizieren. Stattdessen können angegebene Verfahrensschritte in einer beliebigen Reihenfolge ausgeführt werden, falls dies technisch möglich ist und technisch sinnvoll erscheint. Außerdem können ein oder mehrere Verfahrensschritte zumindest teilweise gleichzeitig oder während eines gleichen Zeitintervalls ausgeführt werden.
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In den hierin beschriebenen Verfahren kann ein Multikomponentensystem und/oder ein Multikomponentenkleber verwendet werden. Die im Folgenden getroffenen Aussagen bezüglich Multikomponentenkleber können auch auf Multikomponentensysteme angewendet werden und umgekehrt. In diesem Sinne können die Begriffe ”Multikomponentensystem” und Multikomponentenkleber” in dieser Beschreibung austauschbar verwendet werden. Ein Multikomponentenkleber kann als Multikomponentensystem mit adhäsiven Eigenschaften angesehen werden. Umgekehrt muss ein Multikomponentensystem nicht notwendigerweise adhäsive Eigenschaften aufweisen, sondern kann beispielsweise auch als nichtklebendes Beschichtungsmaterial verwendet werden.
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Multikomponentenkleber können durch Mischen von mindestens zwei Komponenten ausgebildet werden, welche chemisch miteinander reagieren können. Eine solche chemische Reaktion kann beispielsweise eine Vernetzung (cross-link) an der Reaktion beteiligter Polymere zu Acryl, Urethan, Epoxid, etc. umfassen. Beispielhafte Kombinationen von Multikomponentenklebern sind: Polyesterharz und Polyurethanharz, Polyole und Polyurethanharz, Acrylpolymer und Polyurethanharz, etc. Die einzelnen Komponenten eines Multikomponentenklebers weisen selbst nicht notwendigerweise adhäsive Eigenschaften auf, sondern können nach ihrer Mischung miteinander reagieren, wobei die adhäsive oder klebende Wirkung erst nach einem Aushärten der Mischung in Erscheinung treten kann. Eine beispielhafte Anwendung eines Multikomponentenklebers kann die folgenden Schritten umfassen: Auftragen der einzelnen Komponenten des Multikomponentenklebers, Mischen der einzelnen Komponenten, Aushärten der gemischten Komponenten.
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Ein Beispiel eines Multikomponentenklebers bzw. Multikomponentensystems ist ein Zweikomponentenkleber bzw. Zweikomponentensystem. Dabei kann es sich um einen Klebstoff handeln, der aus zwei verschiedenen Komponenten besteht, zum Beispiel aus einem Harz und einem Härter. Durch Vermischen der beiden Komponenten vor einer gewünschten Anwendung des Zweikomponentenklebers kann bereits bei Raumtemperatur ein Aushärten beginnen. Generell kann die Aushärtereaktion bei einer Raumtemperatur als auch bei höheren Temperaturen vorgenommen werden. In den hierin beschriebenen Verfahren kann ein Aushärten einer Mischung der Komponenten des Multikomponentenklebers bei einer beliebigen Temperatur bzw. in einem beliebigen Temperaturintervall innerhalb eines Bereichs von etwa –20°C bis etwa 300°C stattfinden, insbesondere innerhalb eines Bereichs von etwa –20°C bis etwa 200°C, insbesondere innerhalb eines Bereichs von etwa 0°C bis etwa 100°C, insbesondere innerhalb eines Bereichs von etwa 15°C bis etwa 50°C. Zweikomponentensysteme können beispielsweise durch chemische Reaktionen wie Polyaddition, Polykondensation, Polymerisation, etc. aushärten. Beispiele für Zweikomponentenkleber sind: Ungesättigte Polyesterharze, Epoxidharze, Methylmethacrylat-Klebstoff, Fibrinkleber, etc.
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Ein Beispiel eines Zweikomponentenklebers ist ein aus einem Harz und einem Härter aufgebauter zweikomponentiger Epoxidharz-Klebstoff. Als Epoxidharz können zum Beispiel Polymerbausteine mit Epoxidgruppen an deren Ende (bzw. Epoxidgruppen tragende Kunstharze) verwendet werden. Es kann sich dabei um härtbare Reaktionsharze handeln, welche mit einem Härter und gegebenenfalls mit Zusatzstoffen beispielsweise zu einem duroplastischen Kunststoff umgesetzt werden können. Die Epoxidharze können Polyether mit zwei endständigen Epoxidgruppen sein. Die Härtungsmittel können Reaktionspartner darstellen und mit dem Harz einen makromolekularen Kunststoff ausbilden. In einem Beispiel kann das Harz ein Multi-Epoxy und der Härter ein Multi-Aminosystem oder Multiphenol-System sein bzw. umfassen.
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Eine Verwendung von Multikomponentenklebern bzw. Zweikomponentenklebern kann sich von einer Verwendung von Einkomponentenklebern unterscheiden. Beispielsweise kann ein Unterschied im Aushärten der Systeme vorliegen. In einem Einkomponentensystem kann die Aushärtung durch zwei mögliche Mechanismen erfolgen. Zum einen durch eine chemische Reaktion mit der Umgebung (Wasserdampf, etc.), zum anderen durch eine Aktivierung (UV-Strahlung, IR-Strahlung, Heizen, etc.). Zweikomponentensysteme können den Vorteil bieten, dass nach einem Mischen der beiden Komponenten kein weiterer Einfluss (Wasserdampf, UV-Strahlung, etc.) mehr nötig sein muss und der Kleber selbstständig aushärten kann. Ein weiterer Vorteil kann dabei sein, dass bei Zweikomponentenklebern beim Aushärten nicht notwendigerweise Nebenprodukte anfallen müssen, die dem System entzogen werden müssen.
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Allgemeine beispielhafte Anwendungen eines Multikomponentenklebers sind ein Beschichten oder Kapseln eines elektronischen Bauteils oder eines Halbleiterbauteils mit dem Multikomponentenkleber, ein Beschichten eines Halbleiterwafers mit dem Multikomponentenkleber, ein Zusammenkleben von Objekten mit dem Multikomponentenkleber, etc.
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In einem speziellen Beispiel können die erwähnte Epoxidharze als Formmasse oder Vergussmasse zur Bedeckung oder Häusung elektronischer Bauteile oder Halbleiterbauteile in der Elektrotechnik oder Elektronik verwendet werden. Durch die hierin beschriebenen Verfahren hergestellte Vorrichtungen können dabei einen oder mehrere Halbleiterchips aufweisen, die unterschiedlichen Typs sein können und durch verschiedene Technologien hergestellt werden können. Beispielsweise können die Halbleiterchips integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen, aktive Bauelemente, passive Bauelemente, etc. umfassen. Die integrierten Schaltungen können als integrierte Logikschaltungen, integrierte Analogschaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, integrierte Leistungsschaltungen, Speicherschaltungen, integrierte passive Bauelemente, mikroelektromechanische Systeme, etc. ausgelegt sein. Die Halbleiterchips brauchen nicht aus einem bestimmten Halbleitermaterial, wie beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, hergestellt sein und können ferner anorganische und/oder organische Materialien enthalten, die keine Halbleiter sind, wie beispielsweise Isolatoren, Kunststoffe oder Metalle.
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In einem weiteren speziellen Beispiel können Halbleiterwafer durch Komponenten eines Multikomponentenklebers bedeckt werden. Beispielsweise kann auf einem Halbleiterwafer gemäß einem der hierin beschriebenen Verfahren eine Polyimidschicht abgeschieden werden.
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Die hierin beschriebenen Verfahren können einen Inkjet-Prozess bzw. Tintenstrahlprozess umfassen. Bei einem Inkjet-Prozess kann es sich um einen Druckprozess handeln, bei dem ein abzuscheidendes bzw. zu druckendes Material in flüssiger Form tropfenförmig durch Düsen eines oder mehrerer Druckköpfe auf eine zu bedruckende Oberfläche aufgebracht werden kann. Ein Tropfen des zu abzuscheidenden Materials kann erzeugt werden und der zu bedruckenden Oberfläche direkt im Flug zugeführt werden.
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In einem Beispiel kann bei einem Inkjet-Prozess das abzuscheidende Material durch eine Membranpumpe unter Druck gesetzt werden und von einem Mischtank zu einer oder mehreren Düse(n) in einem Druckkopf fließen. Über Ultraschall-Schwingungen kann der unter Druck stehende Materialstrom in Tropfen umgewandelt werden, die anschließend durch die eine oder mehreren Düse(n) ausgestoßen werden können. Die Tropfen können dabei eine Ladeelektrode durchlaufen, dort geladen werden und dann zwischen Ablenkelektroden geleitet werden. Zwischen den Ablenkelektroden können die Tropfen elektrisch abgelenkt werden, wobei eine Größe der Ablenkung gemäß der Ladung der Tropfen erfolgen kann. Diese Ladung kann durch die Ladeelektroden vorgegeben werden. Nachdem die Tropfen den Bereich der Ablenkelektrode verlassen haben, können die Tropfen je nach erfolgter Ablenkung ihre Richtung ändern, bis sie auf dem zu bedruckenden Objekt auftreffen können. In einem Beispiel kann bei einem Inkjet-Prozess insbesondere nur dann ein Tropfen des abzuscheidenden Material erzeugt werden, wenn der Tropfen auch tatsächlich für den Druck benötigt wird. Bei Anforderung eines Tropfens wird dieser nach verschiedenen Verfahren ausgelöst und auf die zu bedruckende Oberfläche gespritzt.
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Zur Ausführung eines Inkjet-Prozesses kann eine dazu ausgelegte Vorrichtung verwendet werden, zum Beispiel ein Inkjet-Drucker bzw. Tintenstrahldrucker, welcher einen oder mehrere Druckköpfe umfassen kann. In einem Beispiel kann der Drucker einen einzelnen Druckkopf umfassen und als Einzelkopf-Drucker oder Single-Head-Drucker bezeichnet werden. In einem weiteren Beispiel kann der Drucker mindestens zwei Druckköpfe umfassen und als Dualkopf-Drucker oder Dual-Head-Drucker bzw. als Mehrkopf-Drucker oder Multi-Head-Drucker bezeichnet werden. Die Druckköpfe können dementsprechend als Dual-Druckkopf bzw. Multi-Druckkopf bezeichnet werden, und das gesamte System kann als Dual-Druckkopf-Inkjet-System bzw. Multi-Druckkopf-Inkjet-System bezeichnet werden.
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Jeder Druckkopf eines solchen Systems kann mit jeweils einem Reservoir verbunden sein, in dem ein abzuscheidendes bzw. zu druckendes Material enthalten sein kann. Das bedeutet, dass im Falle mehrerer Druckköpfe mehrere zu druckende Materialien in getrennten Reservoirs getrennt voneinander vorliegen können. Die Anzahl der Druckköpfe kann dabei der Anzahl der zu druckenden Materialien oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entsprechen. Beispielsweise kann zum Drucken eines Zweikomponentenklebers ein Dual-Druckkopf-Tintenstrahlsystem verwendet werden, umfassend ein erstes Reservoir mit einer ersten Komponente des Zweikomponentenklebers und ein zweites Reservoir mit einer zweiten Komponente des Zweikomponentenklebers. Das erste Reservoir kann mit einem ersten Druckkopf des Systems und das zweite Reservoir mit einem zweiten Druckkopf des Systems verbunden sein.
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Jeder Druckkopf kann eine Vielzahl von Düsen umfassen, aus denen ein abzuscheidendes Material während des Druckbetriebs austreten kann. Eine Anzahl von Düsen pro Druckkopf kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 100 bis etwa 600 liegen. In einem Beispiel kann die Anzahl von Düsen 128 oder ein ganzzahliges Vielfaches davon, insbesondere 512, sein. In einem weiteren Beispiel kann die Anzahl der Düsen auch kleiner als 100 sein.
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Vor einer Düse eines Druckkopfes kann eine Kammer bzw. Druckkammer angeordnet sein, in welcher Tropfen eines zu druckenden Materials erzeugt werden können. Ein Volumen einer solchen Kammer kann beispielsweise in einem Bereich von etwa 10 Pikoliter bis etwa 80 Pikoliter liegen. In einem Beispiel kann sich in einer derartigen Kammer ein Metallplättchen befinden, welches in kurzer Zeit auf eine Temperatur erhitzt werden kann, bei der das zu druckende Material verdampft, wodurch eine Dampfblase entstehen kann. Durch diese Dampfblase wird ein Tropfen des zu druckenden Materials durch die Düse gepresst und kann nach einer Flugphase auf einer zu bedruckenden Oberfläche landen. Nach dem beschriebenen Vorgang kann sich die Dampfblase wieder zusammenziehen, damit neues zu druckendes Material in die Kammer nachströmen kann. In einem weiteren Beispiel kann sich in einer derartigen Kammer vor der Düse ein Piezo-Kristall befinden. Der Piezo-Kristall kann in der Kammer eine Volumenverkleinerung bewirken, wodurch das zu druckende Material aus der Düse gepresst werden kann. Das abzuscheidende Material kann auf eine zu bedruckende Oberfläche gelangen, indem der Piezo-Kristall gegen eine Membran drückt, wodurch das zu druckende Material durch die Düse gedrückt werden kann.
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Eine Vorrichtung zum Ausführen der hierin beschriebenen Verfahren kann eine Steuereinheit umfassen, die dazu ausgelegt sein kann, die Komponenten der Vorrichtung (Druckköpfe, Düsen, etc.) zu steuern. In einem Beispiel kann die Steuereinheit einen Mikroprozessor umfassen. Zur Ansteuerung der Vorrichtungskomponenten benötigte Daten, Informationen zu den abzuscheidenden Materialmengen und Zielorten der abzuscheidenden Materialen, etc. können beispielsweise in einer elektronischen Datei bzw. einem Printfile hinterlegt sein.
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Bei den hier beschriebenen Verfahren können Tropfen eines abzuscheidenden Materials auf einer Oberfläche eines Objekts abgeschieden werden. Die Oberfläche des Objekts kann eine beliebige Form und Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Sollen zwei unterschiedliche Flächen nach dem Abscheiden des Materials miteinander in Kontakt gebracht werden, beispielsweise um die Flächen aneinander zu befestigen, kann zumindest eine der Flächen im Wesentlichen eben ausgebildet sein. Das zu bedruckende Objekt kann ebenfalls eine beliebige Form haben und aus einem beliebigen Material gefertigt sein. Beispielsweise kann es sich bei den zu bedruckenden Objekten um elektronische Bauelemente, Halbleiterbauelemente, Halbleiterwafer, mechanische Bauteile, Werkteile, Metallplatten, Kunststoffplatten, Werkzeuge, etc. handeln.
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Die geometrische Form eines auf der Oberfläche abgeschiedenen Tropfens kann insbesondere von den physikalischen Eigenschaften des Tropfenmaterials abhängen, zum Beispiel seiner Dichte, Zähigkeit, Zusammensetzung, etc. Insbesondere kann die Form des Tropfens von der Oberflächenspannung seines Materials und der Adhäsion zwischen dem Tropfen und der Oberfläche abhängen, auf welcher der Tropfen abgeschieden wurde. Zumindest ein Teil der Tropfenoberfläche kann von der Oberfläche begrenzt sein, während ein weiterer Teil der Tropfenoberfläche unbegrenzt bleiben kann. Der unbegrenzte Anteil der Tropfenoberfläche kann im Wesentlichen kugelförmig ausgebildet sein, wobei ein Durchmesser des Tropfens in einem Bereich von etwa 1 μm (Mikrometer) bis etwa 1000 μm (Mikrometer), insbesondere von etwa 10 μm (Mikrometer) bis etwa 200 μm (Mikrometer), insbesondere von etwa 10 μm (Mikrometer) bis etwa 100 μm (Mikrometer), insbesondere von etwa 30 μm (Mikrometer) bis etwa 120 μm (Mikrometer) liegen kann. Ändert ein auf einer Oberfläche abgeschiedener Tropfen seine geometrische Form nicht mehr von selbst, hat er einen ein Gleichgewichtszustand erreicht. Die Veränderung der Tropfenform bis zum Erreichen des Gleichgewichts kann als Zerlaufen des Tropfens bezeichnet werden. In den hierin beschriebenen Verfahren können nebeneinander abgeschiedene Tropfen nach ihrem Abscheiden weiter zerlaufen und bei einem hinreichend kleinen Abstand zwischen den Tropfen ineinander rinnen und sich dadurch vermischen.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens mit Inkjet-Prozessen. Das dargestellte Verfahren kann zusätzliche Schritte umfassen, beispielsweise einen oder mehrere Schritte der ebenfalls hierin beschriebenen Verfahren. In einem Schritt 1 wird eine erste Komponente eines Multikomponentenklebers mittels eines Inkjet-Verfahrens bzw. Inkjet-Prozesses abgeschieden. In einem Schritt 2 wird eine zweite Komponente des Multikomponentenklebers mittels eines Inkjet-Verfahrens bzw. Inkjet-Prozesses abgeschieden.
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Die erste und zweite Komponente des Multikomponentenklebers können auf beliebigen Flächen beliebiger Objekte abgeschiedenen werden. Dabei können die beiden Komponenten auf eine gleiche oder mehrere unterschiedliche Flächen abgeschieden werden. Ferner können die beiden Komponente unter Verwendung eines gleichen Inkjet-Prozesses oder unter Verwendung unterschiedlicher Inkjet-Prozesse abgeschieden werden. Die Schritte 1 und 2 des Verfahrens können unter Verwendung beliebiger dazu geeigneter Vorrichtungen durchgeführt werden. In einem Beispiel kann die erste Komponente mit einem ersten Druckkopf eines Dual-Druckkopfs und die zweite Komponente mit einem zweiten Druckkopf des Dual-Druckkopfs abgeschieden wird. In einem weiteren Beispiel kann die erste Komponente mit einem Einzel-Druckkopf und die zweite Komponente mit einem anderen Einzel-Druckkopf abgeschieden werden. Die Schritte 1 und 2 des Verfahrens können hintereinander oder zumindest teilweise gleichzeitig durchgeführt werden.
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2A bis 2C zeigen ein weiteres beispielhaftes Verfahren mit Inkjet-Prozessen. Das in den 2A bis 2C gezeigte Verfahren kann als eine Umsetzung des in den 1A und 1B dargestellten Verfahrens angesehen werden. Die im Folgenden beschriebenen Details des Verfahrens der 2A bis 2C können daher gleichermaßen auf das Verfahren der 1A und 1B angewendet werden.
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In 2A kann ein Objekt 3 mit einer Oberfläche 4 bereitgestellt werden, auf welcher in einem späteren Verfahrensschritt Komponenten eines Multikomponentenklebers, insbesondere eines Zweikomponentenklebers, abgeschieden werden können. Die in der 2A gewählte geometrische Form des Objekts 3 und der Oberfläche 4 ist beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen. Zum Beispiel kann es sich bei dem Objekt 3 um ein elektronisches Bauteil, einen Halbleiterchip, einen Halbleiterwafer, ein Werkteil, etc. handeln. Die Oberfläche 4 kann durch vorhergehende Verfahrensschritte (nicht dargestellt) bearbeitet worden sein. Beispielsweise kann durch einen vorhergehenden Verfahrensschritt die Beschaffenheit der Oberfläche 4 in eine gewünschte Form gebracht worden sein (Abschleifen, Aufrauhen, etc.).
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In 2B können eine erste Komponente 5A eines Multikomponentenklebers und eine zweite Komponente 5B des Multikomponentenklebers auf der Oberfläche 4 des Objekts 3 mittels eines oder mehrerer Inkjet-Prozesse abgeschieden werden. Insbesondere kann in einem Beispiel die erste Komponente 5A durch einen ersten Druckkopf eines Dual-Druckkopfs und die zweite Komponente 5B durch einen zweiten Druckkopf des Dual-Druckkopfs gleichzeitig abgeschieden werden. In 2B sind die abgeschiedenen Tropfen der ersten Komponente 5A durch Kreise und die abgeschiedenen Tropfen der zweiten Komponente 5B durch Kreise mit Kreuzen dargestellt. Die Komponenten 5A und 5B können natürlich auch auf einer oder mehrerer der weiteren Oberflächen des Objekts 3 abgeschieden werden.
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In dem Beispiel der 2B sind die Tropfen der ersten Komponente 5A und der zweiten Komponente 5B arrayförmig und abwechselnd angeordnet. Dabei kann jeder Tropfen der ersten Komponente 5A jeweils von zumindest einem Tropfen der zweiten Komponente 5B direkt benachbart sein und umgekehrt. Die dargestellte Anordnung der Tropfen ist jedoch beispielhaft und in keiner Weise einschränkend. In weiteren Beispielen können die Tropfen der beiden Komponenten 5A und 5B in beliebigen anderen Mustern angeordnet sein, beispielsweise in Form von Linien, Ansammlungen mehreren Tropfen beliebiger Geometrie, etc. Insbesondere können die Anordnungen dabei so ausgebildet sein, dass zumindest ein Teil der Tropfen einer Komponente zu zumindest einem Teil der abgeschiedenen Tropfen der anderen Komponente benachbart ist, so dass sich Tropfen unterschiedlicher Komponenten bei einem geeigneten Tropfenabstand durch ein Zerlaufen der Tropfen vermischen können.
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In 2B können die Tropfen der ersten Komponente 5A und der zweiten Komponente 5B nach ihrem Abscheiden zunächst zumindest teilweise räumlich voneinander getrennt vorliegen. In einem Beispiel kann diese räumliche Trennung auch nach einem Zerlaufen der Tropfen vorliegen. Hierzu können die beiden Komponenten 5A und 5B derart auf der Oberfläche 4 abgeschieden werden, dass die Abstände zwischen den aufgebrachten Tropfen zumindest teilweise so gewählt sind, dass sich die Tropfen nicht aufgrund eines Zerlaufens der Tropfen mischen. Ein Vermischen der beiden Komponenten 5A und 5B kann dann in einem späteren Schritt bewirkt werden, zum Beispiel durch ein Kontaktieren der Oberfläche 4 mit einer weiteren Oberfläche (nicht dargestellt). In einem weiteren Beispiel können die Abstände zwischen den abgeschiedenen Tropfen zumindest teilweise so gewählt werden, dass sich die Tropfen durch ein Zerlaufen der Tropfen mischen können bzw. die Tropfen ineinander rinnen. In einem solchen Fall kann ein Aushärten der gemischten Komponenten zu dem Multikomponentenkleber ohne zusätzlich auszuführende Schritte beginnen.
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Die gewählte Größe der abgeschiedenen Tropfen kann von der individuellen Anwendung des beschriebenen Verfahrens abhängen. Die einzelnen Tropfen der ersten Komponente 5A können eine im Wesentlichen gleiche Größe oder unterschiedliche Größen aufweisen. Gleiches gilt für die Tropfen der zweiten Komponente 5B. Ein Durchmesser der Tropfen der ersten Komponente 5A und/oder der zweiten Komponente 5B kann in einem Bereich von etwa 10 μm (Mikrometer) bis etwa 200 μm (Mikrometer), insbesondere von etwa 10 μm (Mikrometer) bis etwa 100 μm (Mikrometer), insbesondere von etwa 30 μm (Mikrometer) bis etwa 120 μm (Mikrometer), liegen. Ein maximaler Abstand zwischen den Tropfen der ersten Komponente 5A und/oder der zweiten Komponente 5B kann in einem Bereich von etwa 1% des Durchmessers bis etwa 50% des Durchmessers der Tropfen liegen, insbesondere in einem Bereich von etwa 1% des Durchmessers bis etwa 30% des Durchmessers der Tropfen, insbesondere in einem Bereich von etwa 2% des Durchmessers bis etwa 8% des Durchmessers der Tropfen.
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In weiteren Beispielen können zusätzlich zu der ersten Komponente 5A und der zweiten Komponente 5B noch weitere Materialien mittels der beschriebenen Inkjet-Prozesse auf der Oberfläche 4 abgeschieden werden. Beispielsweise können hierfür Füllstoffe gewählt werden, um bestimmte thermische Eigenschaften, mechanische Eigenschaften, thermomechanische Eigenschaften, etc. des gemischten Multikomponentenklebers an bestimmten Positionen auf der Oberfläche 4 anzupassen.
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Die 2C zeigt die auf die Oberfläche 4 aufgetragenen Komponenten 5A und 5B des Multikomponentenklebers in einem zumindest teilweise gemischten Zustand. In einem Beispiel kann eine Mischung der Komponenten 5A und 5B durch ein Zerlaufen bzw. eine Diffusion und ein Ineinanderrinnen der Tropfen der Komponenten 5A und 5B bewirkt werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Mischung durch mechanische Einwirkung auf die Tropfen der Komponenten 5A und 5B bewirkt werden. In einem weiteren Beispiel kann eine Mischung durch ein Kontaktieren oder ein Zusammenpressen der Oberfläche 4 mit einer weiteren Oberfläche (nicht dargestellt) bewirkt werden. In dem Beispiel der 2C sind die Komponenten 5A und 5B nicht vollständig oder noch nicht vollständig vermischt. Insbesondere kann eine nicht vollständige Durchmischung der Komponenten auf eine Verwendung eines Inkjet-Prozesses hinweisen. Die mit dem Inkjet-Prozess verbundene tropfenförmige Zusammensetzungsänderung kann dabei in einem Größenbereich liegen, der durch SEM(Scanning Electron Microscope)-Methoden oder ortsauflösende Methoden (Infrarot, Raman, Massenspektroskopie, etc.) analysiert werden kann. In einem weiteren Beispiel kann die Mischung der Komponenten vollständig sein, so dass nach dem Mischen eine homogene Mischung vorliegen kann. Ein Aushärten des gemischten Multikomponenteklebers kann an den Stellen beginnen, an denen die Komponenten des Multikomponentenklebers bereits gemischt sind.
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Das Verfahren der 2A bis 2C kann weitere Schritte umfassen, die der Einfachheit halber nicht explizit dargestellt sind. In einem weiteren beispielhaften Schritt können die gemischten Komponenten 5A und 5B des Multikomponentenklebers aushärten. Zum Beispiel kann es sich bei dem Objekt 4 um einen Halbleiterchip handeln, der durch den Multikomponentenkleber zumindest teilweise eingekapselt werden soll. Bei dem Multikomponentenkleber kann es sich dabei insbesondere um eine ein Epoxidharz umfassende Vergussmasse handeln, welche den Halbleiterchip nach ihrem Aushärten vor äußeren Einflüssen, wie Feuchtigkeit, mechanischen Stöße, etc. schützen kann. In einem weiteren beispielhaften Schritt kann die Oberfläche 4 mit den darauf angeordneten gemischten Komponenten 5A und 5B mit einer weiteren Oberfläche (nicht dargestellt) kontaktiert oder zusammengepresst werden. Auf der weiteren Oberfläche können ebenfalls Komponenten eines Multikomponentenklebers angeordnet sein, die gemäß den 2A bis 2C oder ähnlich behandelt wurden. Nach einem Aushärten der gemischten Komponenten 5A und 5B können die Oberflächen durch den ausgehärteten Multikomponentenkleber aneinander befestigt sein. Bei den Objekten kann es sich zum Beispiel um zu verbindende Bauteile, Metallplatten, etc. handeln.
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3A bis 3D zeigen ein weiteres beispielhaftes Verfahren mit Inkjet-Prozessen. Das Verfahren der 3A bis 3D kann als eine Umsetzung des Verfahrens der 1A und 1B angesehen werden. Die im Folgenden beschriebenen Details des Verfahrens der 3A bis 3D können auf das Verfahren der 1A und 1B angewendet werden. Ferner kann das Verfahren der 3A bis 3D den weiteren hierin beschriebenen Verfahren zumindest teilweise ähnlich sein.
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In 3A können ein erstes Objekt 3A mit einer ersten Oberfläche 4A und ein zweites Objekt 3B mit einer zweiten Oberfläche 4B bereitgestellt werden. Bei den Objekten 3A und 3B kann es sich um Objekte ähnlicher oder unterschiedlicher geometrischer Form, Beschaffenheit, Zusammensetzung, etc. handeln. Auf den Oberflächen 4A und 4B können in einem späteren Verfahrensschritt Komponenten eines Multikomponentenklebers, insbesondere eines Zweikomponentenklebers, abgeschieden werden. In einem Beispiel kann es sich bei den Objekten 3A und 3B um Werkteile handeln, die durch einen Multikomponentenkleber aneinander befestigt werden sollen.
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In 3B kann eine erste Komponente 5A eines Multikomponentenklebers auf der ersten Oberfläche 4A mittels eines ersten Inkjet-Prozesses abgeschieden werden. In ähnlicher Weise kann eine zweite Komponente 5B des Multikomponentenklebers auf der zweiten Oberfläche 4B mittels eines zweiten Inkjet-Prozesses abgeschieden werden. Der erste und zweite Inkjet-Prozess können identisch oder unterschiedlich gewählt werden. In einem Beispiel kann die erste Komponente 5A mit einem ersten Druckkopf eines Dual-Druckkopfs abgeschieden werden, während die zweite Komponente 5B mit einem zweiten Druckkopf des Dual-Druckkopfs abgeschieden werden kann. In einem weiteren Beispiel können die erste Komponente 5A und die zweite Komponente 5B durch Einzel-Druckköpfe unterschiedlicher Vorrichtungen abgeschieden werden. Die beiden Komponenten 5A und 5B können nacheinander oder zumindest teilweise gleichzeitig auf den Oberflächen 5A und 5B abgeschieden werden.
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In dem Beispiel der 3B sind die Tropfen der Komponenten 5A und 5B jeweils regelmäßig in Form eines Arrays angeordnet. Die gewählte Darstellung ist beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen. In weiteren Beispielen können die Tropfen der beiden Komponenten 5A und 5B in anderen Mustern, unregelmäßig oder zufällig angeordnet sein. Ferner können durch weitere Schritte, beispielsweise in Form weiterer Inkjet-Prozesse, zusätzliche Komponenten, wie zum Beispiel die bereits erwähnten Füllstoffe auf den Oberflächen 4A und/oder 4B abgeschieden werden. Im Zusammenhang mit der 2B gemachte Kommentare hinsichtlich der Eigenschaften, Anordnung, etc. abgeschiedener Tropfen können auch für die 3B gültig sein.
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Die 3C zeigt die auf den Oberflächen 4A und 4B aufgetragenen Komponenten 5A und 5B in einem zumindest teilweise gemischten Zustand. Eine Mischung der jeweiligen Komponente 5A und/oder 5B kann beispielsweise gemäß einem oder mehrerer der in Zusammenhang mit der 2C erwähnten Prozesse bewirkt werden.
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In 3D können die Objekte 3A und 3B an den Oberflächen 4A und 4B in Kontakt gebracht bzw. zusammengepresst werden. Dabei kann ein Mischen der Komponenten 5A und 5B sowie etwaiger Zusatzmaterialien stattfinden und ein Aushärten der gemischten Komponenten 5A und 5B beginnen. Nach dem Aushärten der Komponenten 5A und 5B können die Objekte 4A und 4B durch den ausgehärteten Multikomponentenkleber 5 aneinander befestigt sein.
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Die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können die folgenden Eigenschaften aufweisen und Effekte bewirken. Die Aufzählung der Eigenschaften und Effekte ist weder als abschließend noch einschränkend anzusehen.
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Bei einer Anwendung der hierin beschriebenen Verfahren müssen die einzelnen Komponenten eines Multikomponentenklebers nicht notwendigerweise vorabgemischt und/oder gemeinsam auf relevanten Flächen abgeschieden werden. Eine Vorabmischung der Komponenten und deren gemeinsamer Auftrag kann den Nachteil haben, dass zum einen eine gute Durchmischung des Klebers vorliegen muss (z. B. durch starkes Rühren), und zum anderen ein Aushärteprozess der gemischten Komponenten beginnt, sobald der Kleber gemischt ist und daher eine weitere Bearbeitung (Auftragung, Verklebung, etc.) schnell erfolgen muss bzw. sehr langsam härtende Klebstoffe verwendet werden müssen, was einen verlängerten Klebeprozess zur Folge haben kann. Das Problem einer frühzeitigen Aushärtung kann mit den hierin beschriebenen Verfahren umgangen werden, da die zwei Komponenten erst dann durchmischt werden, wenn der Aushärtungsprozess erwünscht ist. Folglich ist kein Vorabmischen der Komponenten nötig, und es muss nicht notwendigerweise ein begrenztes Bearbeitungszeitfenster vorliegen. Bei den hierin beschriebenen Verfahren können deshalb auch schnellhärtende Multikomponentenkleber verwendet werden.
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In Beispielen der hierin beschriebenen Verfahren sind nicht notwendigerweise zusätzliche Schritte zur Durchmischung der beteiligten Komponenten des Multikomponentenklebers notwendig. Eine Durchmischung kann vielmehr automatisch erfolgen, zum Beispiel durch einer Zerlaufen und Ineinanderrinnen abgeschiedener Tropfen.
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Bei den hierin beschriebenen Verfahren müssen die einzelnen Komponenten des Multikomponentenklebers nicht notwendigerweise auf jeweils einer von zwei relevanten Oberflächen aufgebracht werden. Beim Aufbringen jeweils einer Komponente auf einer Oberfläche kann eine Durchmischung der Komponenten insbesondere erst durch ein Verbinden der relevanten Oberflächen bewirkt werden. Dies kann den Nachteil haben, dass zum einen die relevanten Oberflächen separat mit der jeweiligen Komponente benetzt werden müssen, was einen vergrößerten Aufwand bedeuten kann. Zudem kann ein genaues Einstellen komplexerer Zusammensetzungen (z. B. Verhältnis 3:1) erschwert sein. Ein Durchmischen der einzelnen Komponenten kann zudem schlechter erfolgen, und der Kleber kann von der Mitte der Klebeschicht schneller aushärten, da dort der erste Kontakt der Komponenten stattfindet. Direkt bei den Oberflächen kann die Durchmischung der Komponenten hingegen am schlechtesten sein, obwohl genau dort eine gleichmäßige Aushärtung durch die Bildung einer starken, stabilen Klebeschicht wünschenswert sein kann. Anders gesagt kann bei den hierin beschrieben Verfahren eine Durchmischung parallel zu den zu klebenden Oberflächen bewirkt werden. Dadurch sind beide Oberflächen nach dem Zusammendrücken der Klebeflächen gleichzeitig mit beiden Komponenten bedeckt, und eine Aushärtung erfolgt gleichmäßig über die gesamte Kontaktfläche der Oberflächen.
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Aufgrund einer möglichen Auftragung einzelner Tropfen der Komponenten im Pikoliterbereich kann bei den hierin beschriebenen Verfahren ein einfaches und genaues Einstellen eines Mischungsverhältnisses der verwendeten Komponenten des Multikomponentenkleber vorgenommen werden.
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Durch Auftragen einzelner Tropfen der Komponenten im Pikoliterbereich kann eine Auflösung und Struktur der abgeschiedenen Komponenten im Vergleich zu anderen Verfahren verbessert werden. Ferner können ungewünschte Inhomogenitäten in den abgeschiedenen Strukturen vermieden werden.
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Bei den hierin beschriebenen Verfahren kann ein strukturierter Kleberauftrag bzw. ein strukturiertes Druckbild ermöglicht werden. Insbesondere kann eine gewünschte Strukturierung über ein verwendetes Druckprogramm oder ein verwendetes Printfile schnell und einfach angepasst werden.
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Bei den hierin beschriebenen Verfahren müssen die Komponenten des verwendeten Multikomponentenklebers nicht notwendigerweise transparent sein, wie es beispielsweise für UV härtende Kleber notwendig sein kann.
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Bei den hierin beschriebenen Verfahren können zum Beispiel durch die mögliche Verwendung eines Dual-Druckkopfsystems die mehreren Komponenten des Multikomponentenklebers in einem einzelnen Prozessschritt auf eine gleiche Oberfläche aufgetragen werden, was gegenüber anderen Verfahren einen Zeitvorteil bewirken kann.
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Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt der Offenbarung mit Bezug auf nur eine von mehreren Implementierungen offenbart worden sein kann, kann dieses Merkmal oder dieser Aspekt zusätzlich mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie es für eine gegebene oder spezielle Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Ferner sollen in dem Maße, dass die Begriffe ”aufweisen”, ”haben”, ”mit” oder andere Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, diese Begriffe in einer ähnlichen Art wie der Begriff ”umfassen” als einschließend verstanden werden. Auch ist der Begriff ”beispielhaft” lediglich als ein Beispiel statt als die beste oder optimale Möglichkeit gemeint. Es ist auch zu verstehen, dass hier dargestellte Merkmale und/oder Elemente für die Zwecke der Einfachheit und des einfachen Verständnisses hier mit bestimmten Abmessungen in Bezug zueinander dargestellt sind und dass die tatsächlichen Abmessungen von den hier dargestellten abweichen können.
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Wenngleich hier spezifische Ausführungsformen erläutert und beschrieben wurden, wird der Fachmann verstehen, dass eine Vielzahl alternativer und/oder gleichwertiger Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Aspekte ersetzen können, ohne vom Konzept der Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hier offenbarten spezifischen Aspekte abdecken. Es ist daher beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und gleichwertige Ausgestaltungen davon eingeschränkt ist.
