EP1539372B1 - Vorrichtung und verfahren zum aufbringen eines fluiden mediums auf ein substrat - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum aufbringen eines fluiden mediums auf ein substrat Download PDF

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EP1539372B1
EP1539372B1 EP03722243A EP03722243A EP1539372B1 EP 1539372 B1 EP1539372 B1 EP 1539372B1 EP 03722243 A EP03722243 A EP 03722243A EP 03722243 A EP03722243 A EP 03722243A EP 1539372 B1 EP1539372 B1 EP 1539372B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
substrate
capillary
droplet
transfer
image recording
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP03722243A
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English (en)
French (fr)
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EP1539372A1 (de
Inventor
Stefan Erfle
Thomas Gesang
Juergen Goetz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP1539372B1 publication Critical patent/EP1539372B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B05C11/1002—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves
    • B05C11/1034—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves specially designed for conducting intermittent application of small quantities, e.g. drops, of coating material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/02—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to surfaces by single means not covered by groups B05C1/00 - B05C7/00, whether or not also using other means

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for applying a fluid medium to a substrate according to the preamble of the independent claims.
  • an "offline" measuring method is white-light interferometry.
  • this measurement method implies a large measurement setup, so it is only next to the used Dispensnadel or capillary can be arranged.
  • it is only suitable to measure the distance of a mark or a sensor to the substrate, but not directly the distance between the capillary and the substrate or the time of the attack of a drop of liquid on the substrate.
  • the reading must be used at the location adjacent to the capillary and a sensor must be moved to the dispensing location where dispensing should take place later. Both approaches are error prone.
  • An example of an "on-line" measurement at the process site is a measurement that uses a spacer foot that tactically abuts the substrate, thus ensuring a defined distance from the capillary to the substrate.
  • a spacer foot that tactically abuts the substrate, thus ensuring a defined distance from the capillary to the substrate.
  • such a foot can only be used on insensitive substrates.
  • it is a touching measuring method, which is subject to a certain amount of wear.
  • Another method of "online" measurement at the process site is the laser triangulation method.
  • the dispensing location is measured, but not the distance between the substrate and the capillary, but the distance between the substrate and a laser triangulation sensor.
  • this method is also an indirect method with the explained sources of measurement errors.
  • a needle distance measuring method is known in which a jet of air is directed against an object at a constant pressure and exits from an axially movable nozzle body, which is tracked to the surface of the object that the repulsive force of the air flow to the nozzle body and thus the distance between the object and the nozzle body is constant. Measuring the displacement then allows the measurement of the distance.
  • DE 198 398 30 A1 describes a method for high-precision optical distance measurement according to the principle of optical triangulation. From DE 197 323 76 C1 a method and a device for distance measurement according to the laser triangulation principle known.
  • DE 197 48 317 C1 describes a method and a device for detecting the contact event of a fluid medium on a surface with the aid of ultrasound. In this case, an ultrasound field is introduced into the medium to be dispensed and detected upon contact of the fluid with the substrate resulting change in the reflection behavior.
  • the method according to the invention and the device according to the invention for applying a fluid medium to a substrate have the advantage over the prior art that it is also well suited for sensitive substrates. Further, over the prior art, significantly improved accuracies by measuring at process time, i. H. when dispensing, and measuring at the dispensary, d. H. the immediate detection of the time of the attack of the drop on the substrate at the site of the encroachment, reachable.
  • the detection of the general term of the drop from the capillary or the needle to the substrate can be carried out very quickly, so that the device according to the invention or the method according to the invention is particularly suitable for online process control in mass production.
  • the image recording device can also have a light guide which is connected, for example, to a camera or a CCD chip, so that the camera or the chip does not have to be arranged in the vicinity of the location of the generic term of the drop on the substrate.
  • a microdispensing device in particular in the form of a piston dispenser, is used, with which liquid drops having a volume of 50 ⁇ l to 1 ⁇ l are applied to a substrate in the form of dots.
  • FIG. 1a shows a schematic diagram of various stages when approaching a capillary with a drop to a substrate, wherein too small a distance from capillary to substrate is achieved
  • Figure 1b different process stages analogous to Figure 1a, leaving too large a distance from capillary to substrate
  • FIG. 1c shows different process stages analogous to FIG. 1a, wherein a liquid transfer to an outer wall of the capillary occurs due to too small a distance from capillary to substrate
  • FIG. 2 shows an optimal overrunning of the droplet on the substrate in different process stages
  • FIG. 3a the detection of a meniscus height of a droplet
  • Figure 4a shows the detection of the transfer of the drop from the capillary to the substrate immediately before the attack with the aid of image processing
  • Figure 4b the detection of the droplet in before the encroachment
  • Figure 3b shows the distance from capillary to substrate in the attack of the drop
  • Figure 5a shows the detection of the drop before attack with a camera and a rotatable mirror assembly
  • Figure 5b in continuation of Figure 5a, the detection of the drop in the attack
  • Figure 5c the detection of the drop after application to the substrate.
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a measurement of a meniscus height Help of a reference mark.
  • FIGS. 7a and 7b show the detection of an attack of a drop on a substrate from two different directions.
  • FIGS. 8a and 8b illustrate the detection of the seizure of a drop on a substrate by the enclosed surface which enlarges, while FIG. 9a shows different process stages when the drop is transferred to the substrate, the meniscus width or droplet width in the case of FIG Attack spread.
  • FIG. 9b shows the detection of a surface in the case of the drip attack in a working window.
  • FIGS. 10a and 10c show the detection of a drop of a capillary of a piston dispenser before it has been attacked by the substrate or when it has been attacked by the substrate.
  • Figures 11a and 11b show an alternative to the figures 10a and 10b embodiment for the dispensing device with a piston dispenser.
  • FIG. 1a shows various process stages during the transfer of a meniscus or drop 12, which is located at one end of a tubular capillary 11, onto a planar substrate 10.
  • the lower end of the drop 12 initially has a distance d from the substrate 10; which continuously decreases until it comes to a contact of the drop 12 with the substrate 10 and an attack of the drop 12 on the substrate 10.
  • the distance between capillary 11 and substrate 10 is increased again, and further induced a re-emergence of a drop 12 from the end of the capillary 11 to repeat a further deposition of a drop 12 on the substrate 10 at another location.
  • the minimum distance d from the capillary 11 to the substrate 10 is too small, so that the shape of the drop 12 can be approximately approximated spatially by a spherical layer.
  • FIG. 1 b explains a procedure analogous to FIG. 1 a, wherein the capillary 11 is not approached sufficiently close to the substrate 10, so that there is no attack of the drop 12 on the substrate 10 at all. In this case, therefore, the minimum distance d between the lower end of the drop 12 and the substrate 10 has been too large.
  • FIG. 1c illustrates a further scenario when the drop 12 is attacked by the substrate 10, whereby a contamination of the outer wall 13 of the capillary 11 occurs due to too small a minimum distance d between the capillary 11 and the substrate 10, so that on the one hand no defined drop volume is transferred to the substrate 10, and on the other hand, the contamination of the capillary 11 in the delivery of further drops 12 leads to intolerable process inaccuracies.
  • FIGS. 1a to 1c have in common that, by incorrectly setting the minimum distance d between the capillary 11 and the substrate 10, taking into account the shape and the size of the drop 12, no reproducible volume of the fluid medium forming the drop 12, is transferred to the substrate 10.
  • the same conditions also apply to the case where the capillary 11 is replaced by a needle, at the end of which the drop 12 adheres.
  • Reproducible production of uniformly large dots on the substrate 10 thus requires that, as the distance of the end of the capillary 11 or a corresponding needle from the substrate 10 decreases, the time of engagement of one located at the end of the capillary 11 or a corresponding needle Drop 12 is detected by the capillary 11 on the substrate 10.
  • FIG. 2 shows an optimum scenario in which, when the capillary 11 approaches the substrate 10 initially, the droplet 12 is transferred to the substrate 10.
  • the drop 12 further spatially seen in the form of a catenoid, d. H.
  • the distance of the capillary 11 to the substrate 10 is increased again, so that finally on the substrate 10 a drop 12 of defined volume remains, while subsequently with the capillary 11 further drops 12 can also be applied with other defined volume at other locations of the substrate 10.
  • the droplet 12 does not reach the substrate 10 at all, or that the capillary 11 approaches the substrate 10 so strongly that the liquid medium reaches an outer region 13 of the capillary 11 and these dirty there.
  • Figures 3a and 3b show the structure of a dispensing device 5, wherein first at the end of the capillary 11, a drop 12 in the form of a hemisphere with a height h depends. Furthermore, with the aid of a first image recording device 14, for example a camera or a CCD chip, which is associated with an image processing device, not shown, with a computer and a corresponding evaluation software, before the drop 12 is transferred to the substrate 10, d. H. For example, during their approximation, the height h of the drop 12 determined. The evaluation of the recorded drop 12 in terms of height and shape is carried out using the image processing device.
  • a first image recording device 14 for example a camera or a CCD chip, which is associated with an image processing device, not shown, with a computer and a corresponding evaluation software
  • the core of the procedure according to FIG. 3 a or 3 b is thus a contactless capillary distance measuring method at the dispensing location at the process time, wherein the time of the overrunning of the drop 12 by the capillary 11 on the substrate 10 is detected by means of image processing. Furthermore, the measurement of the time of drop override can also be preceded by detection of the height h of the drop meniscus which hangs on the capillary 11 with the aid of image processing.
  • the time at which the drop 12 reaches the substrate 10 is preferably detected with the aid of a camera, as shown in FIG. 3b, but can alternatively also be determined with the aid of a light barrier, a fiber optic sensor or a sound field that points to the meniscus or the meniscus the drop 12 is directed.
  • FIG. 4a shows two images taken by means of an image processing device, which is arranged downstream of the camera 14, of the overlap of the drop 12 on the substrate 10 before or during the overlap.
  • the so-called “template matching” is used, ie there is a monitoring of a change in the shape of the drop 12 in the attack.
  • FIG. 4 a firstly shows an original image 20 of the capillary 11 with the The image processing device detects with the aid of the first camera 14 therefore both the original image 20 and the mirror image 21 in Figure 4b is shown how the Drop 12 in section from a circle section (see Figure 4a) to a catenoid passes.
  • the image processing means causes the distance from capillary 11 and substrate 10 again enlarged, so that one obtains a process flow according to FIG.
  • the "template matching" according to FIG. 4a or 4b is very precise. It has the disadvantage that a considerable computing power has to be provided in the image processing device.
  • a faster and usually sufficiently accurate method for detecting the time of the attack of the drop 12 on the substrate 10 can be realized by a conventional differential image method, with the help of the image processing device two consecutively recorded images, for example, according to Figure 4a or 4b, deducted from each other , and if the resulting difference image is, for example, in terms of its integral intensity above a threshold, a signal is output from the image processing device, representing the state according to Figure 4b.
  • this threshold value is reached with the aid of the image recording device 14 and the downstream image processing device, the capillary 11 is no longer brought closer to the substrate 10 or the distance between the capillary 11 and the substrate 10 increases further.
  • Figures 8a and 8b illustrate a third method for detecting the timing of the attack of the drop 12 on the substrate 10.
  • an original surface 23 is calculated according to Figure 8a, of the capillary 11 and the hanging drops 12 is formed.
  • the mirror image 21 of the original surface 23 can also be seen, which emerges on the reflecting substrate 10 and is also detected by means of an image recording device and the image processing device.
  • the state according to Figure 8b ie it comes to a connection of the original surface 23 and mirror surface 21 to a contiguous surface 24.
  • the method according to FIGS. 8a or 8b has the advantage that the capillary 11 with the drop 12 can be displayed before the encroachment as an area of individual pixels of the same intensity.
  • This area of equal intensity which is formed, for example, as a full area with dark pixels, then increases abruptly upon reaching the state according to FIG. 8b.
  • it is disadvantageous that the calculation of the abruptly increasing contiguous surface 24 is only applicable to a specular substrate 10.
  • FIG. 9a shows a fourth, alternative method for determining the point in time at which the drop 12 reaches the substrate 10.
  • a specular substrate 10 is assumed, an original image 20 and a mirror image 21 being detected.
  • a meniscus width x is determined which initially increases with the capillary 11 being lowered.
  • the meniscus width x exceeds a preset threshold value, the further approach of the capillary 11 to the substrate 10 is interrupted, and the capillary 11 is raised again, so that overall a procedure analogous to FIG. 2 results.
  • FIG. 9b illustrates another alternative method to the procedure according to FIG. 9a.
  • an area in a working window 30 or within a reference area 30 of the image processing device is detected by means of the image recording device 14 and the associated image processing device to ensure a uniform meniscus width x.
  • This working window is located in the region of the connecting surface of capillary 11 and drop 12 or meniscus in the event of the attack. If the surface detected by the drop 12 detected by the image processing device in the working window 30 now exceeds a specific threshold value, it is concluded from the image processing device that the capillary 11 is sufficiently close to the threshold value analogous to the threshold value determined from the width of the meniscus according to FIG Substrate 10 is approximated, and now that a lifting of the capillary 11 must be carried out.
  • the embodiment according to FIG. 9b differs from the embodiment according to FIG. 9a, insofar only in that, instead of a width x, an area within a working window 30 is detected and compared with a threshold value.
  • FIGS. 5a to 5c show an exemplary embodiment of a dispensing device 5 that is an alternative to FIGS. 3a and 3b.
  • the capillary 11 has a reference mark 15.
  • the first image recording device 14 in the form of a camera is associated with a rotatable mirror arrangement 16 with which the droplet 10 hanging on the capillary 11 can be detected with different angles relative to the substrate.
  • the image recording device 14 thus first detects the droplet 12 before reaching the substrate 10, while in the position of the rotatable mirror arrangement 16 according to FIG.
  • the droplet 12 is detected during the attack on the substrate 10 , In this respect, you only need an image pickup device 14, which is also arranged stationary. It is particularly advantageous if in the context of the illustrated embodiment, the end face of the capillary 11 is additionally provided at least partially with an adhesive-repellent coating.
  • the reference mark 15 according to FIG. 5 a serves primarily to determine the height h of the drop 12 hanging on the capillary.
  • FIG. 5 c further shows in this connection that with the rotatable Mirror arrangement 16 after the production of the drop 12 on the substrate 10, a final quality control, for example, by measuring the geometry of the drop 12 in plan view, can be done.
  • FIG. 6 explains how, at first, the distance of the reference mark 15 from the lower end of the capillary 11, ie the length 1, is determined with the aid of the first image recording device 14 and the downstream image processing device. Thereafter, a leakage of the fluid medium from the end of the capillary 11 in the form of the drop 12 is effected and with the aid of the first image recording device and the downstream image processing device, the distance between the reference mark 15 and the lower End of the drop 12 determined. From the difference of this measured value and the previously determined length 1, the height h of the drop 12 is obtained.
  • FIGS. 3 a and 3 b are particularly suitable for small and flat substrates 10, in which the view of the image recording device 14 is not obstructed by further components 19 which are located in an environment of the location at which the droplet 12 touches the surface Substrate 10 is to be applied, and so can hide, for example, the lens of the camera 14.
  • the shape or height of the drop 12 is first measured using a first image recording device 14 in the form of a first camera, corresponding to FIG. 3 a.
  • a second image recording device 18 for example a second camera.
  • the second image recording device 18 illuminates the substrate 12 obliquely from above, so that the associated light beam 17 impinges obliquely on the substrate 10 and the component 10 is not in the beam path.
  • FIGS. 11a and 11b illustrate a further embodiment of a dispensing device, which in many aspects corresponds to the exemplary embodiment according to FIGS. 7a and 7b.
  • the dispensing device 5 has a Mikrodispensier Surprise 40 in the form of a piston dispenser, at the lower end of which is the capillary 11, from which the drop 12 exits.
  • first the shape and / or the height of the drop 12 before the attack on the substrate 10 by means of the second image pickup device 18 with a lens, such as a telecentric lens 29, is detected.
  • a first illuminated area 25 detected by the second image recording device 18 is reproduced, which illuminates the droplet 12.
  • the second image recording device 18 according to FIG. 1a is further subordinated to an image processing device (not shown). Furthermore, according to FIG. 11a, a first image recording device 14 in the form of a first camera is also provided, which is not yet active in this process stage.
  • FIGS. 11a and 11b are particularly suitable for large substrates, with the second camera 18 being inclined relative to the substrate 10.
  • the time at which the drop 12 reaches the substrate 10 is further preferably carried out using one of the image processing methods according to FIGS. 4a, 4b or FIGS. 8a, 8b or FIGS. 9a or 9b.
  • FIGS. 10a and 10b finally explain a further exemplary embodiment, which is different from FIGS. 11a and 11b and differs therefrom only in that the first image recording device 14 has a light guide 26, so that a more flexible arrangement of the first image recording device 14 becomes possible. which, however, is at the mercy of the often deteriorated transmission properties of the light guide 26 or image guide.
  • FIGS. 11b or 11c as explained, in many cases it is only necessary that the point in time at which the drop 12 reaches the substrate 10 be detected.

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Coating Apparatus (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen eines fluiden Mediums auf ein Substrat nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
    • Stand der Technik
  • Bei der Mikrodosierung von Flüssigkeiten wie Klebstoffen, Schlickern oder Pasten mit Hilfe einer Kapillare bzw. einer Nadel führen Unebenheiten auf dem zu dispensenden Substrat zu erheblichen Schwierigkeiten. So verlangt eine reproduzierbare Produktion von gleichmäßig großen Flüssigkeitspunkten auf einem Substrat einen immer gleichen Abstand zwischen Kapillare und Substrat beim Übergriff des aus der Kapillare austretenden bzw. an deren Ende hängenden Flüssigkeitstropfens auf das Substrat. Ist der kapillare Abstand zu groß, findet überhaupt kein Übergriff der Flüssigkeit auf dem Substrat statt, während bei einem zu kleinen Abstand der Kapillare zum Substrat der Substratoberfläche kein reproduzierbares Flüssigkeitsvolumen übergeben wird. Zudem besteht in diesem Fall die Gefahr einer Verschmutzung der Kapillare, insbesondere im Bereich von deren äußeren Seitenwänden.
  • Insgesamt wird bisher versucht, zu genauen und prozesssicheren Dosierung den Abstand der Kapillare zum Substrat zu messen, um einen stets gleichen Abstand und damit einen stets gleichen Übergriff des Flüssigkeitstropfens von der Kapillare auf das Substrat sicherstellen zu können. Dabei unterscheidet man generell kapillare Abstandsmessverfahren, die "online" am Prozessort oder die "offline" fernab vom Prozessort messen.
  • Ein Beispiel für ein "offline" messendes Verfahren ist die Weißlichtinterferometrie. Dieses Messverfahren impliziert jedoch einen großen Messaufbau, so dass es nur neben der eingesetzten Dispensnadel bzw. Kapillare angeordnet werden kann. Insofern eignet es sich nur, den Abstand einer Marke oder eines Sensors zum Substrat zu messen, nicht jedoch direkt den Abstand zwischen Kapillare und Substrat oder den Zeitpunkt des Übergriffes eines Flüssigkeitstropfens auf das Substrat. Somit muss der Messwert am Ort neben der Kapillare verwendet und ein Sensor zum Dispensort bewegt werden, wo der Dispensvorgang später stattfinden soll. Beide Vorgehensweisen sind fehlerbehaftet.
  • Ein Beispiel für eine "online"-Messung am Prozessort ist eine Messung, bei der ein Abstandsfüßchen eingesetzt wird, das taktil auf das Substrat aufstößt und somit einen definierten Abstand von Kapillare zum Substrat sicherstellt. Ein derartiges Füßchen kann jedoch nur bei unempfindlichen Substraten verwendet werden. Zudem handelt es sich dabei um ein berührendes Messverfahren, das einem gewissen Verschleiß unterliegt.
  • Ein weiteres Verfahren zur "online"-Messung am Prozessort ist das Lasertriangulationsverfahren. In diesem Fall wird zwar genau am Dispensort gemessen, jedoch nicht der Abstand zwischen dem Substrat und der Kapillare sondern der Abstand zwischen dem Substrat und einem Lasertriangulationssensor. Insofern ist auch dieses Verfahren ein indirektes Verfahren mit den erläuterten Quellen für Messfehler.
  • US 4,935,261 offenbart eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus EP 214 100 A 1 ist ein Nadelabstandsmessverfahren bekannt, bei dem ein Luftstrahl mit konstantem Druck gegen einen Gegenstand gerichtet ist und aus einem axial beweglichen Düsenkörper austritt, der so der Oberfläche des Gegenstandes nachgeführt wird, dass die Rückstoßkraft des Luftstroms auf den Düsenkörper und damit der Abstand zwischen Gegenstand und Düsenkörper konstant ist. Das Messen des Verschiebeweges ermöglicht dann die Messung des Abstandes. In DE 198 398 30 A1 wird ein Verfahren zur hochpräzisen optischen Distanzmessung nach dem Prinzip der optischen Triangulation beschrieben. Aus DE 197 323 76 C1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abstandsmessung nach dem Lasertriangulationsprinzip bekannt. In US 5,507,872 wird ein taktiler Taster eingesetzt, wobei eine Messung eines Tropfenübergriffes durch Auslenkung eines Kontaktsensors im Dispenser erfolgt. In DE 197 48 317 C1 wird schließlich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen des Berührereignisses eines fluiden Mediums an einer Oberfläche mit Hilfe von Ultraschall erläutert. Dabei wird ein Ultraschalfeld in das zu dispensenden Medium eingeleitet und eine bei Berührung des Fluides mit dem Substrat sich ergebende Änderung im Reflexionsverhalten detektiert.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen eines fluiden Mediums auf ein Substrat hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass es bzw. sie auch für empfindliche Substrate gut geeignet ist. Weiter sind gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Genauigkeiten durch das Messen zur Prozesszeit, d. h. beim Dispensen, und das Messen am Dispensort, d. h. die unmittelbare Erfassung des Zeitpunktes des Übergriffes des Tropfens auf das Substrat am Ort des Übergriffes, erreichbar.
  • Daneben ist vorteilhaft, dass die Erfassung des Überbegriffes des Tropfens von der Kapillare oder der Nadel auf das Substrat sehr schnell erfolgen kann, so dass sich die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren besonders zur online-Prozesskontrolle in der Serienfertigung eignet.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.
  • So ist vorteilhaft, dass zur Realisierung der Bildaufnahmeeinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung auf etablierte Einzelkomponenten bzw. Bildverarbeitungssysteme zurückgegriffen werden kann, die ohne größeren Aufwand auf die Anforderung des Einzelfalles adaptiert werden können. Weiter kann auch auf bestehende Bildverarbeitungssoftware zurückgegriffen werden, die in der Bildverarbeitungseinrichtung und den dort vorgesehenen Computer integriert ist.
  • Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass mit Hilfe von zwei Kameras, die einerseits den Tropfen unmittelbar vor dem Überbegriff und andererseits den Tropfen bei dem Übergriff unter bezogen auf das Substrat unterschiedlichen Winkeln erfassen, auch im Fall eines vergleichsweise großen Substrates, auf dem sich in einer Umgebung des Ortes des Übergriffes des Tropfens auf das Substrat weitere Bauteile befinden, eine zuverlässige Erfassung des Übergriffes des Tropfens auf das Substrat möglich ist.
  • Weiter ist vorteilhaft, dass zur Realisierung der Bildaufnahmeeinrichtung einer Vielzahl von Möglichkeiten bereitstehen, die an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden können. So kann die Bildaufnahme mit Hilfe einer einzigen Kamera, einer Mehrzahl von Kameras oder einer Kamera mit einer zugeordneten drehbaren Spiegelanordnung erfolgen, wobei im letzteren Fall die drehbare Spiegelanordnung insbesondere dazu dient, den Tropfen zu verschiedenen Zeiten bzw. Verfahrensstadien unter bezogen auf das Substrat unterschiedlichen Winkeln zu erfassen. Daneben kann die Bildaufnahmeeinrichtung auch einen Lichtleiter aufweisen, der beispielsweise mit einer Kamera oder einem CCD-Chip verbunden ist, so dass die Kamera bzw. der Chip nicht in der Nähe des Ortes des Überbegriffes des Tropfens auf das Substrat angeordnet sein muss.
  • Vorteilhaft ist darüber hinaus, dass mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine große Vielzahl von fluiden Medien wie Klebstoffe, Schlicker, Pasten, Lösungen oder Suspensionen auf das Substrat aufgebracht werden können.
  • Schließlich ist besonders vorteilhaft, wenn eine Mikrodispensiereinrichtung, insbesondere in Form eines Kolbendispensers, eingesetzt wird, mit der Flüssigkeitstropfen mit einem Volumen 50 nl bis bis 1 µl in Form von Punkten auf ein Substrat aufgebracht werden.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und die nachfolgende Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Figur 1a eine Prinzipsskizze verschiedener Stadien bei Annäherung einer Kapillare mit einem Tropfen an ein Substrat, wobei ein zu kleiner Abstand von Kapillare zu Substrat erreicht wird, Figur 1b verschiedene Verfahrensstadien analog Figur 1a, wobei ein zu großer Abstand von Kapillare zu Substrat verbleibt, Figur 1c verschiedene Verfahrensstadien analog zur Figur 1a, wobei durch einen zu kleinen Abstand von Kapillare zu Substrat ein Flüssigkeitsübertrag auf eine Außenwand der Kapillare auftritt, Figur 2 einen optimalen Übergriff des Tropfens auf das Substrat in verschiedenen Verfahrensstadien, Figur 3a die Erfassung einer Meniskushöhe eines Tropfens vor dem Übergriff, Figur 3b eine Erfassung des Abstandes von Kapillare zu Substrat bei dem Übergriff des Tropfens, Figur 4a die Erfassung des Übergriffes des Tropfens von der Kapillare auf das Substrat unmittelbar vor dem Übergriff mit Hilfe von Bildverarbeitung, Figur 4b die Erfassung des Tropfens bei dem Übergriff mit Hilfe von Bildverarbeitung, Figur 5a die Erfassung des Tropfens vor dem Übergriff mit einer Kamera und einer drehbaren Spiegelanordnung, Figur 5b in Weiterführung von Figur 5a die Erfassung des Tropfens bei dem Übergriff und Figur 5c die Erfassung des Tropfens nach dem Aufbringen auf das Substrat. Die Figur 6 zeigt eine Prinzipsskizze einer Messung einer Meniskushöhe mit Hilfe einer Referenzmarke. Die Figuren 7a und 7b zeigen die Erfassung eines Übergriffes eines Tropfens auf ein Substrat aus zwei unterschiedlichen Richtungen. In den Figuren 8a und 8b ist die Erfassung des Übergriffes eines Tropfens auf ein Substrat durch die sich dabei vergrößernde geschlossene Fläche erläutert, während die Figur 9a verschiedene Verfahrensstadien bei dem Übergriff des Tropfens auf das Substrat zeigt, wobei sich die Meniskusbreite bzw. Tropfenbreite bei dem Übergriff verbreitet. Die Figur 9b zeigt die Erfassung einer Fläche bei dem Tropfenübergriff in einem Arbeitsfenster. In den Figuren 10a und 106 ist die Erfassung eines Tropfens einer Kapillare eines Kolbendispensers vor dem Übergriff auf das Substrat bzw. bei dem Übergriff auf das Substrat dargestellt. Die Figuren 11a und 11b zeigen ein zu den Figuren 10a und 10b alternatives Ausführungsbeispiel für die Dispensvorrichtung mit einem Kolbendispenser.
    • Ausführungsbeispiele
  • Die Figur 1a zeigt verschiedene Verfahrensstadien bei der Übertragung eines Meniskus oder Tropfens 12, der sich an einem Ende einer röhrenförmigen Kapillare 11 befindet, auf ein flächiges Substrat 10. Dabei weist das untere Ende des Tropfens 12 zu dem Substrat 10 zunächst einen Abstand d auf, der sich fortwährend vermindert, bis es zu einer Berührung des Tropfens 12 mit dem Substrat 10 und einem Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10 kommt. Danach wird der Abstand zwischen Kapillare 11 und Substrat 10 wieder vergrößert, und im Weiteren ein erneutes Auftreten eines Tropfens 12 aus dem Ende der Kapillare 11 induziert, um ein weiteres Absetzen eines Tropfens 12 auf das Substrat 10 an einem anderen Ort zu wiederholen.
  • Bei dem Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10 gemäß der Figur 1 a ist der minimale Abstand d von Kapillare 11 zum Substrat 10 zu gering, so dass die Form des Tropfens 12 bei dem Übergriff räumlich gesehen näherungsweise durch eine Kugelschicht approximiert werden kann.
  • Die Figur 1b erläutert ein zu Figur 1a analoges Vorgehen, wobei die Kapillare 11 nicht ausreichend nah an das Substrat 10 angenähert wird, sodass überhaupt kein Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10 stattfindet. In diesem Fall ist somit der minimale Abstand d zwischen dem unteren Ende des Tropfens 12 und dem Substrat 10 zu groß gewesen.
  • Die Figur 1c erläutert ein weiteres Szenario bei einem Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10, wobei es durch einen zu geringen minimalen Abstand d zwischen der Kapillare 11 und dem Substrat 10 zu einer Verschmutzung der Außenwand 13 der Kapillare 11 kommt, so dass einerseits kein definiertes Tropfenvolumen auf das Substrat 10 übertragen wird, und andererseits die Verschmutzung der Kapillare 11 bei der Abgabe von weiteren Tropfen 12 zu nicht tolerierbaren Prozessungenauigkeiten führt.
  • Den Darstellungen in den Figuren 1a bis 1c ist gemeinsam, dass durch fehlerhafte Einstellung des minimalen Abstandes d zwischen der Kapillare 11 und dem Substrat 10 unter Berücksichtigung der Form und der Größe des Tropfens 12 kein reproduzierbares Volumen des fluiden Mediums, das den Tropfen 12 bildet, auf das Substrat 10 übergeben wird. Die gleiche Übergebungen gelten im Übrigen auch für den Fall, dass die Kapillare 11 durch eine Nadel ersetzt wird, an deren Ende der Tropfen 12 haftet.
  • Eine reproduzierbare Produktion von gleichmäßig großen Punkten auf dem Substrat 10 erfordert somit, dass bei einer laufenden Verringerung des Abstandes des Endes der Kapillare 11 oder einer entsprechenden Nadel zu dem Substrat 10 der Zeitpunkt des Übergriffes eines an dem Ende der Kapillare 11 oder einer entsprechenden Nadel befindlichen Tropfens 12 von der Kapillare 11 auf das Substrat 10 erfasst wird.
  • Die Figur 2 zeigt demgegenüber ein optimales Szenario, bei dem bei der zunächst erfolgenden Annäherung der Kapillare 11 an das Substrat 10 ein Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfolgt. Bei dem Übergriff weist der Tropfen 12 weiter räumlich gesehen die Form eines Katenoiden auf, d. h. es bildet sich eine säulenähnliche Verbindung zwischen Kapillare 11 und Substrat 10. Sobald dieses Stadium erreicht ist, wird der Abstand der Kapillare 11 zu dem Substrat 10 wieder vergrößert, so dass schließlich auf dem Substrat 10 ein Tropfen 12 mit definiertem Volumen verbleibt, während nachfolgend mit der Kapillare 11 weitere Tropfen 12 mit ebenfalls definiertem Volumen an anderen Stellen des Substrates 10 aufgebracht werden können.
  • Insbesondere wird vermieden, dass es gemäß Figur 1 b überhaupt nicht zu einem Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10 kommt, oder dass die Kapillare 11 derart stark an das Substrat 10 angenähert wird, dass das flüssige Medium in einem Außenbereich 13 der Kapillare 11 gelangt und diese dort verschmutzt.
  • Die Figuren 3a und 3b zeigen den Aufbau einer Dispensiervorrichtung 5, wobei zunächst an dem Ende der Kapillare 11 ein Tropfen 12 in Form einer Halbkugel mit einer Höhe h hängt. Weiter wird mit Hilfe einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14, beispielsweise einer Kamera oder einem CCD-Chip, der eine nicht dargestellte Bildverarbeitungseinrichtung mit einem Computer und einer entsprechenden Auswertesoftware zugeordnet ist, vor dem Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10, d. h. beispielsweise während deren Annäherung, die Höhe h des Tropfens 12 bestimmt. Die Auswertung des aufgenommenen Tropfens 12 hinsichtlich Höhe und Form erfolgt dabei mit Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung.
  • Bei weiterer Annäherung der Kapillare 11 an das Substrat 10 kommt es zu dem Zustand gemäß Figur 3b, d. h. es bildet sich ein Katenoid beim Übergriff des fluiden Mediums auf das Substrat 10 aus. Dieser Zustand wird mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 erkannt, und als Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 herangezogen. Weiter wird mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 und der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung unmittelbar nach Erreichen des Verfahrensstadiums gemäß Figur 3b ein Vergrößern des Abstandes zwischen Substrat 10 und Kapillare 11 bewirkt, so dass insgesamt ein Verfahrensablauf gemäß Figur 2 erreicht wird.
  • Kern des Vorgehens gemäß Figur 3a bzw. 3b ist somit ein berührungsloses Kapillarenabstandsmessverfahren am Dispensort zur Prozesszeit, wobei der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens 12 von der Kapillare 11 auf das Substrat 10 mit Hilfe von Bildverarbeitung erkannt wird. Weiter kann der Messung des Zeitpunktes des Tropfenübergriffes auch eine Erfassung der Höhe h des Tropfensmeniskus, der an der Kapillare 11 hängt, mit Hilfe von Bildverarbeitung vorausgehen. Der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 wird bevorzugt, wie in Figur 3b dargestellt, mit Hilfe einer Kamera erfasst, kann jedoch alternativ auch mit Hilfe einer Lichtschranke, einem faseroptischen Sensor oder durch ein Schallfeld festgestellt werden, dass auf den Meniskus bzw. den Tropfen 12 gerichtet ist.
  • Die Figur 4a zeigt zwei mit Hilfe einer Bildverarbeitungseinrichtung, die der Kamera 14 nachgeordnet ist, aufgenommene Bilder des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 vor bzw. bei dem Übergriff. Dabei wird das sogenannte "Template Matching" eingesetzt, d. h. es erfolgt eine Überwachung einer Änderung der Form des Tropfens 12 bei dem Übergriff. Figur 4a zeigt dazu zunächst ein Originalbild 20 der Kapillare 11 mit dem an ihrem Ende hängenden Tropfen 12, sowie das sich auf dem spiegelnden Substrat 10 abzeichnende Spiegelbild 21 des Originalbildes 20. Die Bildverarbeitungseinrichtung erfasst mit Hilfe der ersten Kamera 14 daher sowohl das Originalbild 20 als auch das Spiegelbild 21. In Figur 4b ist gezeigt, wie der Tropfen 12 im Schnitt von einem Kreisabschnitt (siehe Figur 4a) zu einem Katenoid übergeht. Sobald der Zeitpunkt der Änderung der Form des Tropfens 12 von einer hängenden Halbkugel zu einem Katenoid, der das Substrat 10 und die Kapillare 11 berührt, erreicht und mit Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung detektiert worden ist, wird von der Bildverarbeitungseinrichtung veranlasst, dass sich der Abstand von Kapillare 11 und Substrat 10 wieder vergrößert, so dass man einen Verfahrensablauf gemäß Figur 2 erhält. Das "Template Matching" gemäß Figur 4a bzw. 4b ist sehr präzise. Es hat den Nachteil, dass eine erhebliche Rechenleistung in der Bildverarbeitungseinrichtung bereitgestellt werden muss.
  • Ein schnelleres und in der Regel ausreichend genaues Verfahren zur Erkennung des Zeitpunktes des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 kann über ein übliches Differenzbildverfahren realisiert werden, wobei mit Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung zwei nacheinander aufgenommene Bilder, beispielsweise gemäß Figur 4a oder 4b, voneinander abgezogen werden, und, falls das sich dadurch einstellende Differenzbild beispielsweise hinsichtlich seiner integralen Intensität über einem Schwellwert liegt, ein Signal von der Bildverarbeitungseinrichtung ausgegeben wird, die den Zustand gemäß Figur 4b repräsentiert. Insofern wird bei Erreichen dieses Schwellwertes mit Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung 14 und der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung bewirkt, dass die Kapillare 11 nicht weiter an das Substrat 10 angenähert wird bzw. sich im Weiteren der Abstand zwischen Kapillare 11 und Substrat 10 wieder vergrößert.
  • Die Figuren 8a und 8b erläutern ein drittes Verfahren zur Erkennung des Zeitpunktes des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10. Dabei wird gemäß Figur 8a zunächst, ausgehend von einem Bild analog Figur 4a, eine Originalfläche 23 berechnet, die von der Kapillare 11 und dem daran hängenden Tropfen 12 gebildet wird. Weiter ist gemäß Figur 8a auch das Spiegelbild 21 der Originalfläche 23 zu erkennen, die sich auf dem spiegelnden Substrat 10 abzeichnet und Hilfe einer Bildaufnahmeeinrichtung und der Bildverarbeitungseinrichtung ebenfalls erfasst wird. Bei weiterer Annäherung der Kapillare 11 an das Substrat 10 stellt sich dann der Zustand gemäß Figur 8b ein, d. h. es kommt zu einer Verbindung von Originalfläche 23 und Spiegelfläche 21 zu einer zusammenhängenden Fläche 24. Dies bedeutet, dass sich bei dem Übergriff des Tropfens 12 auf das Substrat 10 die Originalfläche 23 schlagartig zu der zusammenhängenden Fläche 24 vergrößert. Ist dieser Zeitpunkt von der Bildverarbeitungseinrichtung erkannt, wird von dieser erneut bewirkt, dass sich die Kapillare 11 nicht weiter an das Substrat 10 annähert und sich im Weiteren der Abstand zwischen Kapillare 11 und Substrat 10 wieder vergrößert.
  • Das Verfahren gemäß der Figuren 8a bzw. 8b hat den Vorteil, dass die Kapillare 11 mit dem Tropfen 12 vor dem Übergriff als Fläche einzelner Pixel gleicher Intensität darstellbar ist. Diese Fläche gleicher Intensität, die beispielsweise als volle Fläche mit dunklen Pixels gebildet ist, vergrößert sich dann mit Erreichen des Zustandes gemäß Figur 8b schlagartig. Nachteilig ist andererseits, dass die Berechnung der sich schlagartig vergrößernden zusammenhängenden Fläche 24 nur bei einem spiegelnden Substrat 10 anwendbar ist.
  • Die Figur 9a zeigt ein viertes, alternativen Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunktes des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10. Auch in diesem Fall geht man von einem spiegelnden Substrat 10 aus, wobei ein Originalbild 20 und ein Spiegelbild 21 erfasst wird. Weiter wird bei dem Verfahren gemäß Figur 9a bei sich zunehmend an das Substrat 10 annähernder Kapillare 11 eine Meniskusbreite x ermittelt, die sich mit sich senkender Kapillare 11 zunächst vergrößert. Sobald die Meniskusbreite x einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, wird dann die weitere Annäherung der Kapillare 11 an das Substrat 10 unterbrochen, und die Kapillare 11 wieder angehoben, so dass sich insgesamt erneut ein Vorgehen analog Figur 2 ergibt.
  • Die Figur 9b erläutert ein weiteres, zu der Vorgehensweise gemäß Figur 9a alternatives Verfahren. Dabei wird zur Gewährleistung einer stets gleichen Meniskusbreite x mit Hilfe der Bildaufnahmeeinrichtung 14 und der zugeordneten Bildverarbeitungseinrichtung eine Fläche in einem Arbeitsfenster 30 oder innerhalb einer Referenzfläche 30 der Bildverarbeitungseinrichtung erfasst. Dieses Arbeitsfenster befindet sich im Bereich der Verbindungsfläche von Kapillare 11 und Tropfen 12 bzw. Meniskus bei dem Übergriff. Überschreitet nun die von der Bildverarbeitungseinrichtung in dem Arbeitsfenster 30 detektierte, von dem Tropfen 12 eingenommene Fläche einen bestimmten Schwellwert, so wird analog zu dem aus der Breite des Meniskus gemäß Figur 9a ermittelten Schwellwert von der Bildverarbeitungseinrichtung geschlossen, dass die Kapillare 11 ausreichend nah an das Substrat 10 angenähert ist, und dass nun ein Anheben der Kapillare 11 erfolgen muss. Die Ausführungsform gemäß Figur 9b unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 9a insofern lediglich dadurch, dass anstelle einer Breite x eine Fläche innerhalb eines Arbeitsfensters 30 erfasst und mit einem Schwellwert verglichen wird.
  • Die Figuren 5a bis 5c zeigen ein zu den Figuren 3a und 3b alternatives Ausführungsbeispiel für eine Dispensiervorrichtung 5. In diesem Fall weist die Kapillare 11 eine Referenzmarke 15 auf. Weiter ist der erste Bildaufnahmeeinrichtung 14 in Form einer Kamera eine drehbare Spiegelanordnung 16 zugeordnet, mit der der an der Kapillare 11 hängende Tropfen 10 unter bezogen auf das Substrat unterschiedlichen Winkeln erfassbar ist. In der Position der drehbaren Spiegelanordnung 16 gemäß Figur 5a detektiert die Bildaufnahmeeinrichtung 14 somit zunächst den Tropfen 12 vor dem Übergriff auf das Substrat 10, während in der Position der drehbaren Spiegelanordnung 16 gemäß Figur 5b der Tropfen 12 bei dem Übergriff auf das Substrat 10 erfasst wird. Insofern benötigt man hier lediglich eine Bildaufnahmeeinrichtung 14, die zudem ortsfest angeordnet ist. Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn im Rahmen des erläuterten Ausführungsbeispiels die Stirnfläche der Kapillare 11 zusätzlich zumindest bereichsweise mit einer klebstoffabweisenden Beschichtung versehen ist.
  • Die Referenzmarke 15 gemäß Figur 5a, deren Funktion mit Hilfe der Figur 6 im Detail weiter erläutert wird, dient in erster Linie der Bestimmung der Höhe h des an der Kapillare hängenden Tropfens 12. Die Figur 5c zeigt in diesem Zusammenhang weiter, dass mit der drehbaren Spiegelanordnung 16 nach dem Erzeugen des Tropfens 12 auf dem Substrat 10 auch eine abschließende Qualitätskontrolle, beispielsweise durch Vermessen der Geometrie des Tropfens 12 in Draufsicht, erfolgen kann.
  • Insgesamt ist mit einer Dispensiervorrichtung 5 gemäß den Figuren 5a bis 5c nicht nur der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfassbar, sondern es kann auch eine optische Vermessung des Tropfens 12 vor dem Übergriff und eine Kontrolle des aufgebrachten Tropfens 12 nach dem Übergriff erfolgen.
  • In Figur 6 ist erläutert, wie zunächst der Abstand der Referenzmarke 15 von dem unteren Ende der Kapillare 11, d. h. die Länge 1, mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 und der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung bestimmt wird. Danach wird ein Austreten des fluiden Mediums aus dem Ende der Kapillare 11 in Form des Tropfens 12 bewirkt und mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung und der nachgeordneten Bildverarbeitungseinrichtung der Abstand zwischen der Referenzmarke 15 und dem unteren Ende des Tropfens 12 bestimmt. Aus der Differenz dieses Messwertes und der zuvor bestimmten Länge 1 ergibt sich dann die Höhe h des Tropfens 12.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 3a und 3b eignet sich vor allem für kleine und flache Substrate 10, bei denen die Sicht der Bildaufnahmeeinrichtung 14 nicht durch weitere Bauteile 19 behindert wird, die sich in einer Umgebung des Ortes befinden, an dem der Tropfen 12 auf das Substrat 10 aufgebracht werden soll, und die so beispielsweise das Objektiv der Kamera 14 verdecken können.
  • Eine Dispensiervorrichtung 5, die auch für großflächige Substrate 10 mit weiteren Bauteilen 19 geeignet ist, zeigen die Figuren 7a und 7ab. Dazu wird gemäß Figur 7a mit Hilfe einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 in Form einer ersten Kamera zunächst entsprechend Figur 3a die Form bzw. Höhe des Tropfens 12 vermessen. Bei der sich anschließenden Annäherung der Kapillare 11 an das Substrat 10 und dem Übergreifen des Tropfens 12 auf das Substrat 10 wird dann mit Hilfe einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18, beispielsweise einer zweiten Kamera, der Zeitpunkt dieses Übergriffes bestimmt. Die zweite Bildaufnahmeeinrichtung 18 beleuchtet das Substrat 12 dabei von schräg oben, so dass der zugehörige Lichtstrahl 17 schräg auf das Substrat 10 auftrifft und sich das Bauteil 10 nicht im Strahlengang befindet.
  • Die Figuren 11a und b erläutern ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Dispensiervorrichtung, das in vielen Aspekten dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 7a und 7b entspricht. Im Einzelnen ist hier vorgesehen, dass die Dispensiervorrichtung 5 eine Mikrodispensiereinrichtung 40 in Form eines Kolbendispensers aufweist, an dessen unterem Ende sich die Kapillare 11 befindet, aus der der Tropfen 12 austritt. Weiter ist vorgesehen, dass zunächst die Form und/oder die Höhe des Tropfens 12 vor dem Übergriff auf das Substrat 10 mit Hilfe der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18 mit einem Objektiv, beispielsweise einem telezentrischen Objektiv 29, erfasst wird. Dazu ist in Figur 11a ein von der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18 erfasster erster beleuchteter Bereich 25 wiedergegeben, der den Tropfen 12 beleuchtet. Der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 18 gemäß Figur 1a ist weiter erneut eine nicht dargestellte Bildverarbeitungseinrichtung nachgeordnet. Des weiteren ist gemäß Figur 11a auch eine erste Bildaufnahmeeinrichtung 14 in Form einer ersten Kamera vorgesehen, die in diesem Verfahrensstadium noch nicht aktiv ist.
  • Bei einer Annäherung des Substrats 10 an die Dispensiereinrichtung 40 gemäß Figur 11a, was in den Figuren 3a und 7a bereits durch den dort eingezeichneten Pfeil angedeutet ist, stellt sich dann der Zustand gemäß Figur 11b ein, d. h. der Zeitpunkt, zu dem der Tropfen 12 auf das Substrat 10 übergreift. Dieses Übergreifen wird, wie schon erläutert, mit Hilfe der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14, die einen zweiten beleuchteten Bereich 27 bewirkt, in den der Tropfen 12 bei dem Übergriff 10 eintritt, und der dieser zugeordneten Bildverarbeitungseinrichtung erfasst.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 11a und 11b eignet sich besonders für große Substrate, wobei die zweite Kamera 18 gegenüber dem Substrat 10 schräg gestellt ist. Der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfolgt weiter bevorzugt mit einem der Bildverarbeitungsverfahren gemäß den Figuren 4a, 4b oder der Figuren 8a, 8b oder der Figuren 9a oder 9b.
  • Die Figuren 10a bzw. 10b erläutern abschließend ein weiteres, zu den Figuren 11a und 11b alternatives Ausführungsbeispiel, dass sich von diesem lediglich dadurch unterscheidet, dass die erste Bildaufnahmeeinrichtung 14 einen Lichtleiter 26 aufweist, so dass ein flexibleres Anordnen der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 möglich wird, was jedoch durch vielfach verschlechterte Übertragungseigenschaften des Lichtleiters 26 bzw. Bildleiters erkauft wird. Andererseits ist es bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 11b bzw. 11c, wie ausgeführt, vielfach nur erforderlich, dass der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens 12 auf das Substrat 10 erfasst wird.

Claims (17)

  1. Vorrichtung zum Aufbringen eines fluiden Mediums auf ein Substrat, mit einer Kapillare (11) oder einer Nadel mit einem Ende, einem ersten Mittel (40), mit dem das Austreten des fluiden Mediums aus dem Ende der Kapillare (11) oder das Anhaften des fluiden Mediums an dem Ende der Nadel, insbesondere in Form eines Tropfens (12), bewirkbar ist, und weiteren Mitteln, mit denen der Abstand des Endes der Kapillare (11) oder der Nadel zu dem Substrat (10) veränderbar ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und mindestens eine dieser zugeordnete Bildverarbeitungseinrichtung vorgesehen ist,/mit denen bei einer Verringerung des Abstandes des Endes der Kapillare (11) oder der Nadel zu dem Substrat (10) der Zeitpunkt des Übergriffes eines an dem Ende der Kapillare (11) oder der Nadel befindlichen Tropfens (12) von der Kapillare (11) oder der Nadel auf das Substrat (10) erfassbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgestaltet sind, dass insbesondere unmittelbar vor dem Übergriff des Tropfens (12) eine Bestimmung einer Meniskushöhe (h) oder einer Form des Tropfens (12) durchführbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgestaltet sind, dass eine berührungslose Erfassung des Übergriffes des Tropfens (12) und/oder insbesondere unmittelbar vor dem Übergriff eine berührungslose Bestimmung der Meniskushöhe (h) oder Form des Tropfens (12) durchführbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) mindestens eine Kamera (14, 18), eine Lichtschranke, einen faseroptischen Sensor oder ein Mittel zum Detektieren oder zum Erzeugen und Detektieren eines Schallfeldes umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgestaltet sind, dass der Abstand des Endes der Kapillare (11) oder der Nadel zu dem Substrat (10) oder der Abstand (d) des Tropfens (12) zu dem Substrat (10) erfassbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgestaltet sind, dass der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens (12) mittels eines Differenzbildverfahrens oder einer Überwachung einer Formänderung des Tropfens (12) bei dem Übergriff erfolgen kann.
  7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgestaltet sind, dass der Zeitpunkt des Übergriffes des Tropfens (12) bei einem spiegelnden Substrat (10) mittels einer Bestimmung einer sich bei dem Übergriff ändernden erfassten charakteristischen Fläche erfolgen kann.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgestaltet sind, dass vor dem Übergriff eine von zumindest einem Teil des Tropfens (12) und gegebenenfalls eines Teils der Kapillare (11) oder der Nadel definierte erste Fläche (23) erfassbar ist, und dass bei oder nach dem Übergriff eine von zumindest dem Teil des Tropfens (12) und dessen Spiegelbild sowie gegebenenfalls des Teils der Kapillare oder der Nadel und deren Spiegelbild definierte zweite Fläche (24) erfassbar ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgebildet sind, dass bei dem Übergriff eine Änderung einer Breite (x) des Tropfens (12) oder eines Meniskus, insbesondere über einen Schwellwert, erfassbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) und die Bildverarbeitungseinrichtung derart ausgebildet sind, dass bei dem Übergriff eine Änderung einer Fläche in einem Arbeitsfenster (30), insbesondere über einen Schwellwert, erfassbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung eine Kamera (14, 18) und eine zugeordnete drehbare Spiegelanordnung (16) aufweist, mit der der Tropfen (12) unter bezogen auf das Substrat (10) unterschiedlichen Winkeln erfassbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Kapillare (11) oder der Nadel verbundene Referenzmarke (15) vorgesehen ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) mindestens einen Lichtleiter (26) aufweist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) zwei Kameras (14, 18) aufweist, die einerseits den Tropfen (12) insbesondere unmittelbar vor dem Übergriff und andererseits den Tropfen (12) bei dem Übergriff unter bezogen auf das Substrat (10) unterschiedlichen Winkeln erfassen.
  15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapillare (11) Teil einer Dispensiereinrichtung (40), insbesondere eines Kolbendispensors, ist.
  16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeeinrichtung (14, 16, 18, 26, 29) eine Kamera (14, 18) mit einem telezentrischen Objektiv (29) aufweist.
  17. Verfahren zum Aufbringen eines fluiden Mediums auf ein Substrat, insbesondere mit einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zeitpunkt des Übergriffes eines an einem Ende einer Kapillare (11) austretenden oder an einem Ende einer Nadel anhaftenden fluiden Mediums, insbesondere eines an dem Ende hängenden oder austretenden Tropfens (12), von der Kapillare (11) oder der Nadel auf ein Substrat (10) bei einer Veränderung des Abstandes des Endes der Kapillare (11) oder der Nadel zu dem Substrat (10) berührungslos durch Bildverarbeitung erfasst wird.
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