DE19510402A1 - Verfahren und Einrichtung zur optischen Erfassung eines Fluiddots auf einem Substrat - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur optischen Erfassung eines Fluiddots auf einem SubstratInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur
optischen Erfassung eines Fluiddots auf einem Substrat unter
Verwendung eines optischen Meßstrahles, der auf einen Appli
kationsbereich des Fluiddots gerichtet und dessen Reflexion
und Streuung erfaßt wird.
Aus der Mikroelektronik, Mikromechanik oder Mikrooptik sind
verschiedene Prozeßschritte zur Bauelemente- oder Baugruppen
fertigung sowie -montage bekannt, bei denen mit Hilfe von
Dispenserköpfen bzw. Applikationsköpfen kleine Mengen pastö
ser Massen, wie z. B. Lotpasten, Klebstoffe, Gleitmittel oder
ähnliches mit hoher Präzision in engen Toleranzen bezüglich
Position, Volumen und Form auf Funktionsflächen (Substrate)
wie Leiterkarten für die SMD-Montage, Fügeflächen mikromecha
nischer Elemente oder Grundsubstrate hybrider mikrooptischer
Aufbauten aufgebracht werden. Die in ihrer Art und Funktions
weise verschiedenen Dispenserköpfe portionieren die pastösen
Massen und setzen diese mittels einer Düse, zum Teil verbun
den mit einer Dosiernadel (Dosierkanüle), auf der Arbeitsflä
che ab. Dazu wird die Austrittsöffnung des Dosiersystems in
einer genau definierten, von Art und Volumen der pastösen
Masse abhängigen Höhe über oder in Richtung eines Absetzpunk
tes oder einer Absetzbahn positioniert und das pastöse Mate
rial in einer kleinen Menge appliziert. Die fehlerfreie Rea
lisierung einer beliebig großen Anzahl von Dosierungen inner
halb äußerst kurzer Zeitspannen (im Millisekundenbereich) er
fordert einerseits eine periodische bzw. kontinuierliche In
spektion der abgesetzten Volumina (Fluiddots), um Störungen
in der Massenportionierung und dem Materialfluß innerhalb des
Dispensersystems zu erkennen, sowie andererseits eine genaue
Messung und Justage des Abstandes zwischen Dosierdüse und
Substrat (insbesondere bei schräggestellten Dispenserköpfen)
um eine exakte Positionierung des Absetzpunktes bzw. Über
streichens einer Absetzbahn entlang der Substratebene zu er
reichen.
Die zuverlässige Inspektion kleiner Mengen derartiger, in ih
rer Konsistenz gegebenenfalls unterschiedlicher Massen, ins
besondere pastöser Massen (Fluiddots), wie Kleber, Lotpaste,
Gleitmittel oder ähnliches sowohl hinsichtlich der Größe, der
Form, des Volumens sowie der Lage des Fluiddots innerhalb des
kurzen, zur Verfügung stehenden Zeitraumes erfordert daher
besondere Aufmerksamkeit.
Für die vorbeschriebenen Inspektionsaufgaben ist eine Lotpa
sten-Inspektionssystem bekannt, bei dem in einem als
"Laserschnitt-Methode" bezeichneten Meßablauf die gesamte
Oberfläche eines in der vorgenannten Art und Weise komplett
bearbeiteten Substrates mit einem Laserstrahl abgetastet wird
("Elektronik, Produktion und Prüftechnik" EPP Heft 5/1994, S.
16 ff.). Die Spur des mittels Galvanometerspiegel ausgelenk
ten Laserstrahls wird dabei durch eine, im Winkel von 45° zur
Substratebene angeordnete CCD-Kamera in X- und Y-Richtung be
obachtet. Eine Bildverarbeitungssoftware ermöglicht sowohl
die Herstellung eines 3D-Bildes (Höhenprofil) des abgetaste
ten Applikationsbereiches des Fluiddots als auch das Erkennen
von Versatz, Unebenheiten, Brückenbildungen usw. im Vergleich
zu einem vorgegebenen Ziel-Scannmuster. Überdies kann für den
Fluiddot eine Höhenmessung nach dem Triangulationsprinzip
durch die relative Anordnung von Laserstrahlquelle und
CCD-Kamera vorgenommen werden.
Hierbei erfolgt die Inspektion der dispensierten Dots aller
dings erst nach Abschluß aller Dosierungen, in der Regel auch
in einer separaten technologischen Anlage. Somit ist bei die
ser Lösung keine Einflußnahme auf die Prozeßparameter des
Dispensiervorganges (Korrektur des Druckes oder der Ventil
öffnungszeiten zur Korrektur der Größe des Fluiddots, Kor
rektur von ΔX und ΔY der Dosierkopfpositionierung zur Kor
rektur der Lage der Dots und ähnlichem) oder auf den techni
schen Zustand des Dispenserkopfes (Beseitigung von Verstop
fungen, Reinigung, Justage und ähnlichem) möglich. Hieraus
resultiert nicht nur eine höhere Ausschußrate der zugehörigen
Substrate, da Fehler nur nachträglich erkannt werden, sondern
auch ein größerer Zeitaufwand für den Gesamtfertigungsvor
gang.
Es ist ferner ein Video-Mikroskopsystem zur Fehlerindikation
bei der Baugruppenfertigung bekannt, das aufgrund seiner Kom
paktheit sowohl als Handgerät als auch als Bestandteil eines
geführten Prüfkopfes zur Inspektion dispensierter Flächen
verwendet werden kann ("Elektronik, Produktion und Prüftech
nik" EPP Heft 11/1994, S. 59 ff.). Die Einrichtung besitzt
ein komplettes CCD-Kamerasystem mit Zoomobjektiv, winkelva
riabler, integrierter Objektbeleuchtung und hochauflösendem
Monitor. Mit diesem Mikroskopsystem ist eine qualitative Be
urteilung der ausgeführten Dosierungen hinsichtlich Gleichmä
ßigkeit und Größenverteilung, gegebenenfalls auch im visuel
len Vergleich mit einem abgespeicherten Bildmuster auf dem
Monitor möglich. Dieses Inspektionssystem ist in seiner
Grundkonfiguration allerdings ebenfalls für stichprobenartige
Untersuchungen nach Abschluß der Dosierungen vorgesehen. Wird
ein derartiges System zur Inspektion jedes einzelnen Dots
nach jedem Dispensierschritt eingesetzt, so ist zum Erfassen
aussagefähiger Daten eine Relativbewegung des Kamerakopfes
bezüglich des Dosierpunktes bzw. einer Relativbewegung der
Objektbeleuchtung notwendig. Der dafür benötigte Zeitraum und
die Bearbeitung der relativ großen Datenmenge für den Ver
gleich mit einem vorgegebenen Soll-Dotbild verzögern den in
der Regel im Millisekunden-Takt ablaufenden Dispensierprozeß
beträchtlich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Einrichtung zur optischen Erfassung von Fluiddot auf
einem Substrat anzugeben, das bei einfachem Ablauf und eben
solcher Handhabbarkeit unmittelbar für jeden Dispensiervor
gang eine präzise Beurteilung eines dispensierten Fluiddots
ohne beträchtliche Verzögerung des Dispensiervorganges ge
stattet und zugleich eine unmittelbare Fehlerkorrektur im
Hinblick auf den Dispensierprozeß selbst ermöglicht.
Im Hinblick auf das Verfahren der eingangs genannten Art wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Appli
kationsbereich des Fluiddots an einer Mehrzahl von Meßpunkten
mit einem den Meßpunkten zugeordneten, optoelektronischen
Empfängerfeld erfaßt wird.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der eingangs genannten Art
wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß eine Meßkopf mit Mitteln zur Festlegung einer Mehrzahl
von Meßpunkten, bezogen auf einen Applikationsbereich des
Fluiddots, sowie mit einer jedem Meßpunkt zugeordneten opto
elektronischen Empfangsanordnung versehen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist jedem Meßpunkt jeweils ein feststehender, fo
kussierter optischer Meßstrahl sowie ein geometrisch struktu
rierter, optoelektronischer Empfängerfeldabschnitt zugeord
net.
Nach noch einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des er
findungsgemäßen Verfahrens wird der Applikationsbereich des
Fluiddots von zumindest drei um jeweils ca. 120° versetzt
stationär angeordneten, fokussierten monomodigen Laserlicht
strahlen abgetastet, und werden reflektierte Primärstrahlen
sowie ein diesen zugehöriges optisches Streufeld hinsichtlich
Intensität und/oder Lage und/oder räumlicher Verteilung von
zumindest drei um jeweils ca. 120° versetzt stationär ange
ordneten, geometrisch strukturierten optoelektronischen Emp
fängerfeldabschnitten erfaßt.
Vorzugsweise werden die Meßpunkte abfolgend oder gleichzeitig
durch impulsförmig applizierte Meßstrahlen (monomodiges La
serlicht) abgetastet.
Dabei ist vorzugsweise jedem Meßstrahl ein gleichartiger,
klassifizierbare Sektoren aufweisender Empfängerfeldabschnitt
eines integralen Fotoempfängerringes zugeordnet.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Einrichtung ist der Meßkopf zugleich als
Fluid-Applikationskopf ausgelegt und weist eine Mehrzahl von auf
verschiedene Meßpunkte fokussierenden, monomodige Meßstrahlen
emittierenden Mikrolinsen auf, die vorzugsweise unter einem
Winkelabstand von ca. 120° auf einer Kreislinie angeordnet
eine zentrale Fluid-Dispenserkanüle umgeben, wobei die Mikro
linsen eingangsseitig mit je einem Lichtleitkabel verbunden
und von einem geometrisch strukturierten Fotoempfängerring
umgeben sind, der den Mikrolinsen zugeordnete, klassifizier
bare Sektoren aufweisende Empfängerfeldabschnitte in entspre
chender ca. 120°-Teilung aufweist.
Weitere, bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegen
standes sind in den übrigen Unteransprüchen dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei
spieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In die
sen zeigen:
Fig. 1 eine schematische, vergrößerte Längsschnittdarstel
lung eines Meßkopfes einer optoelektronischen
Fluiddot-Inspektionseinrichtung,
Fig. 2 eine Druntersicht des Meßkopfes nach Fig. 1, und
Fig. 3a bis 3d Fallgestaltungen von Inspektionsergebnissen eines
Fluiddots in bezug auf einen Applikationsbereich
jeweils in schematischer Darstellung sowie hin
sichtlich einer Intensitätsverteilung an einem Fo
toempfängerring des Meßkopfes nach Fig. 1 und 2.
Fig. 1 zeigt in schematischer, vergrößerter Längsschnittdar
stellung einen Meßkopf 1 einer hier nicht näher dargestellten
optischen Inspektionseinrichtung für z. B. Lotpastedots 2
(von denen hier nur eines schematisch und vergrößert darge
stellt ist), der sich auf einem Substrat 3 zum nachfolgenden
Verlöten eines elektronischen Bauelementes befindet. Der in
diesem Fall rotationssymmetrische, kegelstumpfartige Meßkopf
1 weist einen Grundkörper 4 auf, der entlang seiner zentralen
Symmetrielängsachse (Rotationsachse) eine Dispenserkanüle 5
aufnimmt. Durch diese wird in hier nicht näher dargestellter
Weise innerhalb eines vorgegebenen Applikationsbereiches eine
bestimmte, kleine Menge einer pastösen Masse (hier als Dot 2
bzw. Fluiddot bezeichnet), wie z. B. Lotpaste, als dosiertes
Volumina im Millisekundenbereich auf das Substrat 3 abge
setzt.
Um dieses Dot 2 hinsichtlich Größe, Form, Volumen und Positi
on in bezug auf den vorgesehenen Applikationsbereich zu er
fassen und zu vermessen, weist der Meßkopf 1 eng benachbart
zu der Dispenserkanüle 5 drei in Umfangsrichtung um jeweils
ca. 120° versetzt angeordnete Mikrolinsen 7a, 7b, 7c auf
(siehe auch Fig. 2 in nicht-maßstäblicher Darstellung
(verglichen mit Fig. 1)), die eingangsseitig jeweils mit ei
ner Lichtleitfaser 8 verbunden sind, denen von einer oder
mehreren monomodiges Laserlicht abgebenden Laserlichtquellen
jeweils ein entsprechender Laserlichtstrahl zugeführt ist.
Die Lichtleitfasern 8 sind fest an die zugehörigen Mikrolin
sen 7 (Selfoc-Stablinsen) angekoppelt, wobei in Fig. 1 zwei
dieser Mikrolinsen 7 mit zugeordneten Lichtleitfasern 8 dar
gestellt sind (Schnittführung I-I schematisch in Fig. 2 dar
gestellt).
Wie auch aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Mikrolinsen 7
auf einer Kreislinie und konzentrisch zu der zentralen Mittel
achse des Meßkopfes 1 bzw. der in dieser Mittelachse ange
ordneten Dispensierkanüle 5 angeordnet.
Im vorliegenden Fall ist das aus den drei Mikrolinsen 7 mit
zugeordneten Lichtleitfasern 8 bestehende optische System
achsparallel zueinander und zu der zentralen Mittelachse des
Meßkopfes 1 bzw. der Dispensierkanüle 5 angeordnet.
Es ist jedoch auch möglich, die optischen Achsen der Mikro
linsen 7 gegebenenfalls leicht zur Symmetrieachse des Meßkop
fes 1 einwärts geneigt anzuordnen.
An der Unterseite des Meßkopfes 1, d. h. an der Unterseite
des Grundkörpers 4, trägt dieser einen integralen, kreisför
migen, geometrisch, z. B. durch Ätzen, strukturierten Fo
toempfängerring 9 (Fotoempfängerchip), der jeweils den be
treffenden Mikrolinsen 7a, 7b, 7c zugeordnete, gleichartige
und ebenfalls im 120°-Winkel angeordnete Empfängerfeldab
schnitte 9a, 9b, 9c aufweist. Die betreffenden Empfängerfeld
abschnitte 9a bis 9c sind jeweils der nächstliegenden opti
schen Strahlquelle, d. h. der nächstliegenden Mikrolinse
7a-7c derart zugeordnet, daß der betreffende Empfängerfeldab
schnitt 9a-9c sich symmetrisch zu beiden Seiten der zugehö
rigen Mikrolinse 7a-7c erstreckt. Jeder der abfolgenden
Empfängerfeldabschnitte 9a-9c weist klassifizierbare Sekto
ren 12 auf, d. h. ist in radialer und Umfangsrichtung geome
trisch unterteilt (z. B. durch Ätzungen), so daß an einer dem
Fotoempfängerring 9 nachgeordneten, hier nicht dargestellten
photoelektrischen Auswerteeinrichtung eine auftretende Inten
sitätsverteilung des nach Reflexion an dem Dot 6 auf den be
treffenden Empfängerfeldabschnitt 9a-9c auftreffenden Re
flexionslichts möglich ist.
Anstelle des hier dargestellten planaren und im wesentlichen
rechtwinklig zu den Mikrolinsen 7 angeordneten Fotoempfänger
ringes 9 kann dieser auch in einer geneigten Form oder Lage
(z. B. glockenförmig oder als Innenfläche eines Kegelmantels
angeordnet sein).
Fig. 3 zeigt in den Fig. 3a bis 3d in schematischer Darstel
lung eine Auswahl möglicher Fallkonstellationen bei der In
spektion eines Fluiddots (hier Lotpastemenge) 2.
Dabei ist in den Fig. 3a bis 3d jeweils auf der linken Seite
schematisch die Lage des Lotpastedots 2 innerhalb eines von
den Mikrolinsen 7a bis 7c abgetasteten Applikationsbereiches
dargestellt, wobei der Lotpastedot 2 jeweils in unterbroche
ner Linie dargestellt ist. Die sich für den jeweiligen Unter
suchungsfall einstellende Intensitätsverteilung des reflek
tierten Laserlichtes (Primärstrahl als Reflexion eines Meß
strahles) auf dem geometrisch strukturierten Fotoempfänger
ring 9 ist jeweils rechts des Pfeiles auf der zugehörigen
rechten Seite der jeweiligen Fig. 3a bis 3d dargestellt.
Das Inspektionsverfahren kann dabei vorzugsweise so ausge
führt werden, daß die Laserstrahlbeaufschlagung des Applika
tionsbereiches des Fluiddots 2 jeweils impulsförmig gleich
zeitig oder auch in zeitlicher Abfolge vorgenommen werden
kann. Gleiches gilt für die photoelektrische Auswertung der
zugehörigen Intensitätsverteilung des Reflexionslichtes am
Fotoempfängerring 9.
In einer Abwandlung des hier dargestellten Ausführungsbei
spieles wäre es auch möglich, statt einer Mehrzahl sequenti
ell oder gleichzeitig die Meßpunkte vorgebender Laserstrahlen
(Mikrolinsen 7a bis 7c) nur einen, entsprechend angesteuer
ten, nicht stationären Laserstrahl zu verwenden, der zu einer
Mehrzahl vorgegebener Meßpunkte, z. B. entlang eines Kreisbo
gens, geführt wird. Aufgrund des geringen zur Verfügung ste
henden Zeitfensters für die Inspektion erscheint derzeit al
lerdings die Verwendung einer Mehrzahl stationärer Laser
lichtquellen vorteilhafter.
Tritt bei der Inspektion ein Meßstrahl 10 (monomodiger Laser
strahl) aus einer der Mikrolinsen 7a bis 7c aus, so wird er
an der Oberfläche des zu inspizierenden Dots 2 entsprechend
Größe, Form, relativer Lage und Oberflächenbeschaffenheit
dieser dispensierten Masse, z. B. Lotpaste, in unterschiedli
che Richtungen reflektiert, gestreut dabei gedämpft und in
seiner Form verändert (aufgeweitet, verzerrt). Der direkt re
flektierte Primärstrahl 11 und ein ihn umgebender Streulicht
kegel 13 treffen dadurch, je nach Beschaffenheit des Fluid
dots 2, auf unterschiedliche Sektoren 12 des Fotoempfänger
ringes 9, so daß hieraus die Parameter für die Beschaffenheit
des inspizierten Fluiddots 2 abgeleitet werden können. Hier
durch ermöglicht der Meßkopf 1 mit der zugehörigen Meßanord
nung eine feinfühlige Detektion der dispensierten Dots 2 und
die unmittelbare Ableitung von Führungsgrößen für die Durch
führung des Dispensierprozesses selbst.
Fig. 3a repräsentiert eine optimale Größe und Lage des Lotpa
stedots 2 nach Fig. 1. Eine Intensitätsverteilung 14 der Pri
märstrahlen 11 befindet sich innerhalb der den Mikrolinsen 7a
bis 7c unmittelbar zugeordneten zentralen Sektoren 12 und in
einem Mittelbereich derselben. Die Messung wird insbesondere
durch gleichzeitige Laserimpulse von allen drei Mikrolinsen
7a-7c, denen über die Lichtleitfasern 8 jeweils eine Laser
lichtquelle zugeordnet ist, bewirkt. Der Meßvorgang kann aber
auch sequentiell in Umfangsrichtung abfolgend, vorzugsweise
durch Laserstrahlimpulse, vorgenommen werden.
In Fig. 3b wird aus der Lage der Intensitätsverteilung 13 des
reflektierten Laserlichtes geschlossen, daß das Volumen des
Dots 2 insgesamt zu klein ist, während Fig. 3c einen Fall wi
derspiegelt, bei dem das abgesetzte Fluidvolumen, d. h. der
Lotpastedot 2, zu groß ist.
Fig. 3d gibt ein Ausführungsbeispiel eines Meßfalles an, bei
dem der Dot 2 sich in einer fehlerhaft lageversetzten Positi
on (Verlagerung nach rechts unten) befindet, d. h. einen feh
lerhaften Versatz ΔX-ΔY aufweist.
Selbstverständlich sind auch beliebige Kombinationen solcher
in den Fig. 3b bis 3d dargestellten Fehlerfälle hinsichtlich
der Dotapplikation möglich. Aus der erfaßten Intensitätsver
teilung 14 des reflektierten Laserlichtes am Fotoempfänger
ring 9, der entsprechend geometrisch unterteilt ist, werden
Steuersignale für die Prozeßparameter der Dispensiertechnolo
gie abgeleitet.
Ist im Applikationsbereich (am Inspektionspunkt) keine dispe
nierte Masse, d. h. kein Fluiddot 2 vorhanden, oder weicht
ein Oberflächenrelief von der regelmäßig gekrümmten Normal
form ab, oder überschreiten die Ausmaße des Dots 2 die Gren
zen des Gesichtsfeldes (Ränder) des Meßkopfes 4 oder ähnli
ches, so treffen, wie z. B. in Fig. 3d verdeutlicht, die re
flektierten Primärstrahlen sowie der Streulichtkegel 11 auf
bestimmte benachbarte bzw. von dem "idealen", hier der zuge
hörigen Mikrolinse 7a bis 7c radial benachbarten Sektor ab
weichende Empfängerfeldsektoren 12 bzw. werden überhaupt
nicht mehr erfaßt.
Durch ein variables Ansteuer- und Meßregime lassen sich auch
jegliche Lichtintensitätsverteilungen messen und zu Datenfel
dern aufbereiten, die mit Referenzdaten typischer Fehlerfälle
oder des Idealfalles (Zieldot) verglichen werden können, um
anschließend gezielte Eingriffe in den Ablauf des Dispensier
vorganges für das Absetzen eines nächsten Dots zu ermögli
chen.
Nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel oder Modifikationen
desselben wird der zu vermessende Dot 2 unmittelbar nach dem
Absetzen auf dem Substrat gleichzeitig oder in festgelegter
Abfolge von mehreren, vorzugsweise drei feststehenden, fokus
sierten Meßstrahlen 10 impulsförmig abgetastet, wobei die re
flektierten Primärstrahlen 11 sowie das entstehende optische
Streufeld 13 unter Verwendung eines geometrisch strukturier
ten optoelektronischen Empfängerfeldes hinsichtlich Intensi
tät und Lage bzw. Verteilung detektiert werden.
Alternativ kann auch ein Meßstrahl abfolgend zu einer Mehr
zahl von Meßpunkten bezüglich des Applikationsbereiches des
Fluiddots 2 geführt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist hierzu der optische
Meßkopf 1 vorgesehen, bei dem zumindest drei Laserstrahlquel
len (monomodiges Laserlicht), z. B. Lichtleitfasern 8 mit
vorgesetzten Mikrolinsen 7a bis 7c in gleichem Abstand auf
einem zentrischen Kreis definierten Durchmessers angeordnet
sind. Diese Anordnung ist von einem Fotoempfängerring 9 mit geo
metrisch strukturierten Fotoempfängerfeldabschnitten 9a bis
9c umschlossen, die Auswertungssektoren 12 bilden. Die Emp
fängerfeldabschnitte 9a bis 9c entsprechen der Anzahl der
Lichtleitfasern 8 bzw. Mikrolinsen 7a bis 7c und wiederholen
sich periodisch und sind jeweils einer Meßstrahlquelle
(Lichtleitfasern 8) zugeordnet. Die je Fotoempfängerabschnitt
9a bis 9c (jedem dieser Empfängerfeldabschnitte 9a bis 9c ist
ein Meßkanal zugeordnet) des zentrisch über dem Dot 2 posi
tionierten Meßkopfes 1 gewonnenen Daten stehen nach Normie
rung, Verdichtung, Klassifizierung für einen Vergleich mit
den an einer optimalen Dosierung bzw. typischen Fehlern er
mittelten Referenzwerten für eine Gütebewertung des abgesetz
ten Fluiddots sowie für einen Eingriff in die Steuerung der
Dispensiertechnologie zur Korrektur nächstfolgender
Dot-Dispensierungen zur Verfügung.
Auf diese Weise besteht die Möglichkeit der Ermittlung von
Form, Volumen und relativem Versatz von Dots 2 mit der für
eine Güteklassifizierung notwendigen Genauigkeit, ohne eine
Veränderung der Raumposition (X-Y-Z-Position) des Dispenser- und/oder
Meßkopfes 1, unmittelbar im Anschluß an die Dosie
rung, so daß eine Entscheidung über die Güte, d. h. z. B.
"gut", "Nacharbeit", "Fehlermeldung", bereits vor dem näch
sten Dosierschritt ohne wesentliche Verzögerung des Ar
beitstaktes im Normalbetrieb der Dosiereinrichtung möglich
ist.
Es ist ferner möglich, den optischen Meßkopf 1 in unmittelba
rer Nähe der Dispenserdüse (Dispensierkanüle 5) anzuordnen,
da eine zentrische, in der Symmetrieachse des Meßkopfes 1
verlaufende Bohrung z. B. eine Dosiernadel aufnehmen bzw. den
Konturen eines Düsenkörpers einer Dispensierdüse angepaßt
werden kann.
Die Anordnung der mikrooptischen Linsen (hier
Selfoc-Stablinsen 7a bis 7c) ist z. B. mittels Ionenaustausch in ei
nem monolithischen Glaskörper realisierbar. Eine solche inte
griert-optische Herstellungs- und Bauform besitzt neben der
Miniaturisierung Vorteile bezüglich der Justiergenauigkeit
und Gleichmäßigkeit der Laser-Strahlungsquellen sowie hin
sichtlich der Handhabbarkeit des Meßkopfes 1 (betreffend Mon
tage, Reinigung und ähnliches).
Schließlich gestattet die Erfindung die Integration eines op
tischen Meßsystems zur Abstandsmessung der Fluiddots 2 auf
der Grundlage einer Reflexions- oder Triangulationsmessung
(auch Höhenprofil), so daß eine Mehrfachnutzung der Meß
strahlquellen (Lichtleitfasern 8) und des strukturierten,
insbesondere geometrisch strukturierten optischen Empfängers
9 möglich ist. Der optoelektronische Empfänger (hier Fotoemp
fängerring 9) kann auch in anderer Weise strukturiert sein,
so daß jedenfalls die Raumposition einer auftretenden Inten
sitätsverteilung des reflektierten und gestreuten Laserlich
tes möglich ist, z. B. unter Einsatz photoelektrischer Emp
fängerfeldabschnitte unterschiedlicher Empfindlichkeit, un
terschiedlichen Wellenlängen-Empfangsspektrums oder derglei
chen.
Claims (28)
1. Verfahren zur optischen Erfassung eines Fluiddots auf ei
nem Substrat unter Verwendung eines optischen Meßstrahles,
der auf einen Applikationsbereich des Fluiddots gerichtet und
dessen Reflexion und Streuung erfaßt wird, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Applikationsbereich des Fluiddots (2) an
einer Mehrzahl von Meßpunkten mit einem den Meßpunkten zuge
ordneten optoelektronischen Empfängerfeld (9) erfaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den
Meßpunkten jeweils ein feststehender, fokussierter optischer
Meßstrahl (10) sowie ein geometrisch strukturierter, opto
elektronischer Empfängerfeldabschnitt (9a-9c) zugeordnet
ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Applikationsbereich von zumindest drei um jeweils ca.
120° versetzt stationär angeordneten, fokussierten Meßstrah
len (10) abgetastet wird und reflektierte Primärstrahlen (11)
und/oder ein diesen zugehöriges, optisches Streustrahlenfeld
hinsichtlich Intensität und/oder Lage und/oder räumlicher
Verteilung von zumindest drei um jeweils ca. 120° versetzt
stationär angeordneten, strukturierten, vorzugsweise geome
trisch strukturierten, optischen Empfängerfeldabschnitten (9a
bis 9c) erfaßt werden.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Meß
strahl (10) ein monomodiger Laserstrahl ist.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte abfol
gend durch impulsförmig applizierte Meßstrahlen (10) abgeta
stet werden.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte
gleichzeitig durch impulsförmig applizierte Meßstrahlen (10)
abgetastet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein
nicht-stationärer optischer Meßstrahl abfolgend impulsförmig
zu den Meßpunkten geführt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte auf
einer Kreislinie angeordnet sind.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die geometrisch
strukturierten, optoelektronischen Empfängerfeldabschnitte
(9a-9c) einen Fotoempfängerring (9) bilden, der die Empfän
gerfeldabschnitte (9a-9c) als klassifizierbare, geometrisch
strukturierte Sektoren (12) aufweist.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfänger
ring (9) in gleichmäßiger Verteilung in Umfangsrichtung eine
Mehrzahl geometrisch strukturierter und klassifizierbarer
Sektoren (12) aufweisende Empfängerfeldabschnitte (9a-9c)
aufweist, wobei jeder Empfängerfeldabschnitt in radialer
Richtung einem Meßstrahl zugeordnet ist.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsförmigen
Meßstrahlen (10) im wesentlichen parallel zueinander appli
ziert werden.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die impulsförmigen
Meßstrahlen zu einer zentralen Mittelachse eines Meßkopfes
einwärts geneigt verlaufend appliziert werden.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluiddot (2)
eine pastöse Masse, insbesondere Lotpaste, Klebstoff oder
Gleitmittel ist.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprü
che 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die opto
elektronischen Empfängerfeldabschnitte (9a-9c) erfaßten In
tensitätsverteilungen (14) der reflektierten Meßstrahlen (10)
zu Datenfeldern aufbereitet und mit Referenzdaten typischer
Fluiddotkonfigurationen verglichen werden, zur Ableitung von
Führungsgrößen für eine Steuerung einer Applikationseinrich
tung der Fluiddots (2).
15. Einrichtung zur optischen Erfassung eines Fluiddots auf
einem Substrat mit einer Lichtquelle zur optischen Abtastung
eines Applikationsbereiches des Fluiddots mit einem Meßstrahl
und einem optoelektronischen Empfänger zur Erfassung von Re
flexionen des Meßstrahles, gekennzeichnet durch einen Meßkopf
(1) mit Mitteln zur Festlegung einer Mehrzahl von Meßpunkten
bezogen auf den Applikationsbereich des Fluiddots (2) und ei
ner jedem Meßpunkt zugeordneten optoelektronischen Empfän
geranordnung (9).
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßkopf (1) zugleich als Fluidapplikationskopf ausgelegt
ist.
17. Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Meßkopf (1) eine Mehrzahl von Laserlicht
quellen (8) zur Abstrahlung einer Mehrzahl monomodiger Laser
lichtstrahlen aufweist.
18. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden An
sprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf
(1) eine zentrale Fluid-Dispensereinrichtung (5), umgeben
von einer Mehrzahl von Meßstrahlen (10) zu verschiedenen Meß
punkten emittierenden Laserlichtquellen (8) aufweist, die ih
rerseits von einem strukturierten, vorzugsweise geometrisch
strukturierten, optoelektronischen Fotoempfängerring (9) um
geben sind.
19. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden An
sprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf
(1) eine zentrale Fluid-Dispenserkanüle (5), umgeben von drei
unter einem Winkelabstand von ca. 120° auf einer Kreislinie
angeordneten Mikrolinsen (7a, 7b, 7c), insbesondere Mikrolin
sen, aufweist, mit denen eingangsseitig Lichtleitfasern (8)
verbunden sind.
20. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
der Meßkopf (1) an seiner dem Substrat (3) zugewandten Unter
seite den geometrisch strukturierten Fotoempfängerring (9)
zur Erfassung von Intensitätsverteilungen (14) der reflek
tierten Meßstrahlen (10) aufweist.
21. Meßkopf nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Fotoempfängerring
(19) eine der Anzahl der Meßpunkte entsprechende Anzahl
gleichartiger Fotoempfängerfeldabschnitte (9a-9c) mit klas
sifizierbaren Sektoren (12) aufweist.
22. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden An
sprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotoemp
fängerfeldabschnitte (9a-9c) sowohl in radialer als auch in
Umfangsrichtung geometrisch unterteilt sind.
23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß
die geometrische Unterteilung des Fotoempfängerringes (9)
durch erosive Bearbeitung desselben, insbesondere durch Ät
zen, vorgesehen ist.
24. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden An
sprüche 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Fo
toempfängerring (9) elektronische Auswerteeinrichtungen zur
Aufbereitung und/oder Darstellung von die Intensitätsvertei
lung (14) der reflektierten Meßstrahlen (10) repräsentieren
den Datenfeldern und zum Vergleich mit Referenzdaten typi
scher Fluidkonfigurationen verbunden sind, zur Ableitung von
Steuersignalen für eine Steuerung der Applikationseinrichtung
der Fluiddots (2).
25. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikrolinsen (7a, 7b, 7c) parallel zueinander und zu der
zentralen Fluid-Dispenserkanüle (5) angeordnet sind.
26. Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß
die Mikrolinsen einwärts geneigt zu der zentralen
Fluid-Dispenserkanüle angeordnet sind.
27. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden An
sprüche 15 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluiddot
(2) eine pastöse Masse, insbesondere Lotpaste, Klebstoff oder
Gleitmittel ist.
28. Einrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden An
sprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrolin
sen als mikrooptische Linsen in einem integralen optischen
Körper, insbesondere einem monolithischen Glaskörper, z. B.
mittels Ionenaustausch, ausgebildet sind.
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- 1995-03-22 DE DE1995110402 patent/DE19510402C2/de not_active Expired - Fee Related
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