Vorrichtung und Verfahren zum Zusammenfügen von Substraten
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zusammenfügen von zwei ein Innenloch aufweisenden Substraten, bei der bzw. bei dem ein erstes Substrat auf einem Drehteller abgelegt wird, ein Kleber in der Nähe des Innenlochs des ersten Substrats aufgebracht wird, ein zweites Substrat auf die den Kleber aufweisende Fläche des ersten Substrats aufgelegt wird, und die Substrate anschließend zum radial nach außen Schleudern des Klebers gedreht werden.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise für das Zusammenfügen von Scheiben zu einer CD oder DVD aus der US-A-4,877,475 bekannt. Bei die- sem Verfahren kann der Kleber in den Bereich des Innenlochs eintreten, was dort zu Problemen führen kann. Darüber hinaus kann der Innenrand der Kleberschicht ungleichmäßig, d.h. nicht kreisrund, ausgebildet sein.
Ausgehend von dem oben genannten Verfahren liegt der vorliegenden Erfin- düng die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zusammenfügen von Substraten zu schaffen, bei dem ein sauberer Innenrand der zwischen den Substraten befindlichen Kleberschicht erzeugt wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zum Zusammenfü- gen von zwei ein Innenloch aufweisenden Substraten der zuvor genannten Art dadurch gelöst, daß die beiden Substrate während des Drehens zur Bildung eines Kapillarspalts im Innenlochbereich aufeinander zu gedrückt werden. Durch die Bildung des Kapillarspalts wird der Kleber zum Mittelloch hin gezogen, ohne in diesen einzutreten, und femer wird der Kleber durch den Kapil- larspalt entgegen der bei der Drehung auftretenden Zentrifugalkraft in diesem Bereich gehalten. Dadurch läßt sich ein kosmetisch sauberer Innenrand des Klebers erreichen.
Um eine Verschiebung der Substrate während des Drehens zu vermeiden, sind sie vorzugsweise durch einen Zentrierstift radial geführt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Sub- strafe mit einem das Innenloch abdeckenden Element aufeinander zu gedrückt. Dabei wird das Element vorzugsweise mit Unterdruck beaufschlagt, um es zu den Substraten zu ziehen, und das Zusammendrücken der Substrate zu bewirken. Über den Unterdruck kann die durch das Element auf die Substrate wirkende Kraft gut gesteuert werden. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird der Unterdruck im Bereich des Innenlochs angelegt, so daß der Unterdruck auch den Kleber in Richtung des Innenlochs zieht und die Kapillarwirkung unterstützt.
Vorzugsweise nimmt das Element den Zentrierstift zumindest teilweise auf, um das Element zu zentrieren und auch eine Radialführung für das Element vorzusehen. Bei einer alternativen Ausführungsform wird der Unterdruck in einer zwischen dem Zentrierstift und der Abdeckung gebildeten Kammer angelegt, um zu verhindern, daß im Innenlochbereich ein Unterdruck entsteht, der Kleber in den Innenlochbereich saugt.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch bei einer Vorrichtung zum Zusammenfügen von zwei ein Innenloch aufweisenden Substraten mit einem Drehteller zum Aufnehmen der Substrate, einem Zentrierstift zum Zentrieren der Substrate im Innenloch und einer Einheit zum Aufbringen eines Klebers auf wenigstens eines der Substrate gelöst, indem eine Vorrichtung vorgesehen wird, die die Substrate im Bereich des Innenlochs aufeinander zu drückt. Hierdurch ergeben sich die schon oben genannten Vorteile, nämlich, daß zwischen den Substraten ein Kapillarspalt gebildet werden kann, der den dazwischen den Substraten befindlichen Kleber in diesem Bereich hält und somit eine saubere Innenrandkontur des Klebers erzeugt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Drückvorrichtung ein das Innenloch abdeckendes Element auf, das im Bereich des In-
nenlochs auf einem der Substrate aufliegt, um diese zusammen zu drücken. Vorzugsweise bildet das Element mit den Substraten und dem Drehteller eine im wesentlichen geschlossene Kammer, um in diesem Bereich einen Unterdruck anlegen zu können, über den das Element kontrolliert gegen die Sub- strafe gezogen wird, um den Kapillarspalt zu erzeugen.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird eine im wesentlichen geschlossene Kammer zwischen dem Element und dem Zentrierstift gebildet, um zu ermöglichen, daß in diesem Bereich ein Unterdruck angelegt wird, der das Element gegen die Substrate zieht und sie zusammendrückt. Dabei wird verhindert, daß der Unterdruck direkt auf den Kleber wirkt und ihn gegebenenfalls in den Bereich des Innenlochs zieht. Zur Bildung der Kammer weist das Element vorzugsweise eine Ausnehmung zur zumindest teilweisen Aufnahme des Zentrierstifts auf.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Drückvorrichtung eine Unterdruckquelle auf. Vorzugsweise weist der Zentrierstift mit der Unterdruckquelle in Verbindung stehende Vakuumöffnungen auf, über die der Unterdruck im Bereich des Innenlochs oder im Bereich der im wesentli- chen geschlossenen Kammer zwischen dem Element und dem Zentrierstift angelegt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum
Zusammenfügen von Substraten gemäß einem zweiten Ausfüh- rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum
Zusammenfügen von Substraten gemäß einen dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht durch eine Vorrichtung zum
Zusammenfügen von Substraten gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung, wobei ein Zentrierstift der Vorrichtung in einer die Substrate zusammendrückenden Stellung gezeigt ist;
Fig. 6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die bei der Vorrichtung verwendete Handhabungsvorrichtungen zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Zusammenfügen von zwei Substraten 3, 4. Die Vorrichtung 1 weist einen Drehteller 6 auf, der über eine nicht dargestellte Drehvorrichtung in bekannter Weise drehbar ist. An dem Drehteller 6 ist ein Zentrierstift 8 angebracht, der in das Innenloch der Substrate 3, 4 auf- nehmbar ist. Der Zentrierstift 8 weist eine Durchgangsöffnung 10 auf, die mit einer Leitung 12 verbunden ist. Die Durchgangsöffnung 10 erstreckt sich vertikal durch den Zentrierstift und bildet eine Öffnung 14 in der Oberseite des Zentrierstifts 8. Die Leitung 12 ist mit dem zur Öffnung 14 entgegengesetzten Ende der Durchgangsöffnung 12 verbunden und steht mit einer Unterdruck- quelle 16, wie beispielsweise einer Vakuumpumpe, in Verbindung.
Die Vorrichtung 1 weist eine Hülse 20 mit einer Ausnehmung 22 auf, in der, wie in Fig. 1 zu erkennen ist, ein Dichtelement 24, wie beispielsweise ein O- Ring, angeordnet ist.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine nicht dargestellte Vorrichtung zum Aufbringen eines Klebers 26 auf eines der Substrate auf.
Nachfolgend wird der Betrieb der Vorrichtung anhand der Fig. 1 näher erläu- tert. In einem ersten Schritt wird das Substrat 4 auf dem Drehteller 6 abgelegt, wobei das Substrat 4 durch den Zentrierstift 8 geführt und zentriert wird. Anschließend wird der Drehteller 6 langsam gedreht und über die nicht dargestellte Aufbringvorrichtung wird in bekannter Weise eine Wulst eines Klebers
auf der nach oben weisenden Oberfläche des Substrats 4 aufgebracht. Anschließend wird die Aufbringvorrichtung aus dem Bereich des Substrats 4 wegbewegt und das zweite Substrat 3 auf dem ersten Substrat 4 abgelegt, so daß sich der Kleber 26 zwischen den beiden Substraten 3, 4 befindet. Anschließend wird die Hülse 20 derart über den Zentrierstift 8 plaziert, daß dazwischen eine Kammer 28 gebildet wird, die zur Umgebung durch einen Dichteingriff zwischen dem Zentrierstift 8 und dem Dichtelement 24 abgedichtet ist. Ein unterer Rand der Hülse 20 kontaktiert die Oberseite des Substrats 3 und drückt im Bereich des Innenlochs auf das Substrat 3.
Anschließend wird der Drehtelier 6 gedreht, wodurch der zwischen den Substraten 3, 4 befindliche Kleber 26 radial nach außen geschleudert wird, um einen gleichmäßigen Kleberfilm zwischen den Substraten 3, 4 zu bilden. Durch Anlegen von Unterdruck an die Kammer 28 wird die Hülse 20 zu dem Zentrierstift 8 gezogen. Hierdurch drückt der untere Rand der Hülse 20 im Innenlochbereich auf das Substrat 3, wodurch es sich leicht in Richtung des unten liegenden Substrats 4 verbiegt. Durch diese Verbiegung wird im Bereich des Innenlochs der Substrate 3, 4 ein Kapillarspalt gebildet, durch den gleichmäß Kleber in Richtung des Innenlochbereichs gesaugt wird. Der Ka- pillarspalt verhindert ein unkontrolliertes Nach-Außen-Schleudern des Klebermaterials und erzeugt somit einen sauberen Innenrand des erzeugten Kleberfilms. Nach der gleichmäßigen Verteilung des Klebers 26 wird die Drehung des Drehtischs 6 gestoppt, und die Hülse 20 nach Lösen des Unterdrucks abgenommen. Die so verbundenen Substrate 3, 4 werden nun als Einheit vom Drehtisch entnommen. Die zwischen den Substraten 3, 4 gebildete Kleberschicht kann vor Entnahme der Substrate 3, 4 ausgehärtet werden, sofern dies notwendig ist. Eine Aushärtung kann auch nach der Entnahme erfolgen.
Die Unterdruckkammer 28 wird durch eine Dichtung zwischen einem Innen- umfang der Ausnehmung 22 der Hülse 20 und einem Außenumfang des Zentrierstifts 8 gebildet. Alternativ ist es auch möglich, an der Hülse 20 einen Stift vorzusehen, der in abdichtender Weise in die Durchgangsöffnung 10 des Zentrierstifts 8 eingreift. Wenn nun ein Unterdruck in der Durchgangsöffnung
10 angelegt wird, wird der Stift der Hülse 20 tiefer in die Durchgangsöffnung 10 hineingezogen, wodurch wiederum die Hülse 20 die Substrate 3, 4 im Bereich der Mittelöffnung zueinander drückt. In beiden Fällen ist der Unterdruck bezüglich des Innenlochbereichs der Substrate 3, 4 isoliert, so daß der Unter- druck zum Anziehen der Hülse 20 keinen direkten Einfluß auf den Kleber 26 hat.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Zusammenfügen von Substraten 3, 4. In Fig. 2 werden dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet, sofern dieselben oder äquivalente Elemente bezeichnet werden. Die Vorrichtung 1 weist wiederum einen Drehteller 6, sowie einen Zentrierstift 8 auf. In dem Zentrierstift 8 ist eine Öffnung 30 ausgebildet, die sich von einer Unterseite des Zentrierstifts 8 vertikal von unten nach oben in den Zentrierstift erstreckt und ungefähr in der Mitte des Zentrierstifts endet. Von einem oberen Ende der Öffnung 30 sind weitere Öffnungen 32 radial nach außen geführt, die mit einer Umfangsnut 34 des Zentrierstifts 8 in Verbindung stehen. Die Umfangsnut 34 liegt benachbart zu einem zwischen den Substraten 3, 4 gebildeten Spalt.
Die Vorrichtung 1 weist wiederum eine Hülse 20 mit einer Ausnehmung 22 zur teilweisen Aufnahme des Zentrierstifts 8 auf. Zwischen einem Innenumfang der Ausnehmung 22 und einem Außenumfang des Zentrierstifts ist kein Dichtelement vorgesehen, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall war. Wenn die Hülse 20 über den Zentrierstift 8 plaziert ist und auf dem oberen Substrat 3 aufliegt, wird zwischen dem Drehteller 6, den Substraten 3, 4 und der Hülse 20 eine im wesentlichen geschlossene Kammer 38 gebildet. Die Kammer 38 kann über die Öffnungen 30, 32 im Zentrierstift 8, sowie die Leitung 12 und die Unterdruckquelle 16 mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, wodurch die Hülse 20 nach unten gezogen wird, und die Substrate 3, 4 im Bereich des Innenlochs aufeinander zu drückt, um, wie schon oben beschrieben, einen Kapillarspalt im Bereich des Innenlochs zu erzeugen. Da der Unterdruck auch im Bereich des Innenlochs der Substrate 3, 4 ansteht, wirkt
er nun auch direkt auf den zwischen den Substraten 3, 4 befindlichen Kleber und saugt diesen zusätzlich zur Kapillarwirkung nach innen.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung 1 zum Zu- sammenfügen von Substraten 3, 4. In Fig. 3 werden wiederum dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder ähnliche Elemente bezeichnet werden. Die Vorrichtung 1 weist einen Drehtisch 6 mit einem Zentrierstift 8, sowie eine Hülse 20 mit einer Ausnehmung 22 auf. Die Hülse 20 besteht aus einem magnetischen Material, und der Zentrierstift 8 weist einen Magneten, insbesondere einen Elektromagneten 40, auf, um die Hülse 20 in Richtung des Zentrierstifts 8 zu ziehen. Vakuumöffnungen im Zentrierstift sind bei diesem Ausführungsbeispiel nicht erforderlich, können aber auch zusätzlich eingesetzt werden. Durch den Elektromagneten kann die Hülse 20 in kontrollierter Weise zum Zentrierstift 8 gezogen werden, um im Bereich des Innenlochs der Substrate 3, 4 einen Kapillarspalt zu erzeugen.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Zusammenfügen von Substraten 3, 4. Die Vorrichtung weist einen Drehtisch 6 mit einem ersten fest mit dem Drehtisch 6 verbundenen Stift 50 auf. Der erste Stift 50 ist in einem zweiten Stift 52 derart aufgenommen, daß die beiden Stifte 50, 52 in Axialrichtung zueinander verschiebbar sind, jedoch nicht gegeneinander verdreht werden können.
Der erste Stift 50 weist an seinem oberen Ende eine sich konisch verjüngende Führungsspitze 54 auf, deren Funktion nachfolgend noch näher erläutert wird. Im zweiten Stift 52 sind ferner sich horizontal erstreckende Druckstifte 56 vorgesehen, von denen in Fig. 4 zwei dargestellt sind. Die Druckstifte 56 sind innerhalb des zweiten Stifts 52 radial nach außen verschiebbar, wie in der Darstellung gemäß Fig. 5 zu erkennen ist. Die Druckstifte 56 sind über eine nicht näher dargestellte Vorrichtung radial nach innen, in die in Fig. 4 dargestellte Position vorgespannt.
Durch axiale Verschiebung der beiden Stifte 50, 52 aus der in Fig. 4 gezeigten Position in die in Fig. 5 gezeigte Position kommt die konische Spitze 54 des ersten Stifts 50 mit den Druckstiften 56 in Eingriff und schiebt diese entgegen ihrer Vorspannung radial nach außen, so daß sie über den Außenumfang des ersten Stifts 52 hinaus stehen, und mit einer Oberseite des oberen Substrats 3 in Eingriff kommen. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, kann hierdurch das obere Substrat 3 im Innenbereich verbogen werden, um einen Kapillarspalt im Bereich des Innenlochs zwischen den Substraten 3, 4 zu bilden. Beim Ausschleudern des Klebers 26 wird dieser somit sicher in diesem Bereich gehal- ten. Die Verschiebung der beiden Stifte 50, 52 zueinander kann durch beliebige geeignete Mittel erreicht werden.
Das Zusammenfügen der Substrate 3, 4 erfolgt bei den zuvor genannten Ausführungsbeispielen jeweils im wesentlichen auf die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebene Art und Weise, wobei jedoch die Erzeugung eines Kapillarspalts zwischen den Substraten 3, 4 während des Ausschleudern des Klebers 26 auf unterschiedliche Art und Weise erzeugt wird.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung 1 zum Zusammenfügen von Substraten. Insbesondere zeigt Fig. 6 einen Handhabungsmechanismus 60 zum Auflegen und Entnehmen einer Hülse 20 gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 4. Ferner ist ein Handhabungsmechanismus 62 zum Be- und Entladen der Substrate dargestellt.
Der Handhabungsmechanismus 60 weist einen Vakuumgreifer 64 auf, der an einem L-förmigen Schwenkbügel 66 mit einem kurzen Schenkel 67 und einem langen Schenkel 68 befestigt ist. Der Vakuumgreifer 64 ist an einem Ende des langen Schenkels 68 befestigt und weist in die gleiche Richtung wie der kurze Schenkel 67 des Bügels 66. Am freien Ende des kurzen Schenkels 67 ist der Bügel 66 schwenkbar um eine Welle 70 gelagert. Der Bügel 66 weist am langen Schenkel 68 einen entgegengesetzt zum kurzen Schenkel weisenden Ansatz 72 auf, der über eine Welle 74 drehbar mit einer Schubstange 76 eines Zylinders 78 verbunden ist. Durch Aus- bzw. Einfahren der Schubstange 76
kann der Bügel 66 um die Welle 70 geschwenkt werden. In einer eingezogenen Position der Schubstange 76 ist der Bügel 66 und somit der Vakuumgreifer 64 von den Substraten 3, 4 weg geschwenkt. Wenn die Schubstange 76 ausgefahren wird, wird der Bügel 66 in Richtung der Substrate 3, 4 und insbesondere zu der Hülse 20 geschwenkt.
Der Vakuumgreifer 64 ist in der Lage, die Hülse 20 aufzunehmen und aus dem Arbeits- und Bewegungsbereich der Handhabungsvorrichtung 62 herauszubewegen, um ein Be- und Entladen der Substrate 3, 4 zu ermöglichen.
Die Vorrichtung wurde zuvor anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, ohne jedoch auf die konkreten Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Insbesondere können andere Vorrichtungen vorgesehen werden, um die zwei Substrate zum Erzeugen eines Kapillarspalts im Innen- lochbereich aufeinander zu zu drücken. Die einzelnen Merkmale der Ausführungsbeispiele können in jeder kompatiblen Art und Weise miteinander kombiniert werden.