Инструмент для ультразвуковой сварки

 

. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ, содержащий износостойкий стержень с рабочим торцом и вставку , размещенную в его продольной концентричной полости и выполненную из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стержня ,отличающийся тем, что, с целью повышения акустической активности и упрощения конструкции , продольная полость выполнена сквозной, вставка со стороны рабочего торца выполнена с наклонным пазом для привариваемой проволоки, а с противоположной стороны от рабочего торца - с выступающим резонансным концом, снабженным нагревателем, при этом длина вылета вставки ., где Л- длина волны ультразвуковых колебаний.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СЦЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (ll) 3(sD в 23 к лоЛо . ъОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ1 - =:

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 3423359/25-27 (22) 16.04.82 (46) Зо.07.83. ь . к 28 (72) В. А. Лавров, 10. И. Калинин и Г. М, Гущина (53) 621.791.16(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 673403, кл. В 23 К 20/10, 15.07.79.

2. Авторское свидетельство СССР

N 590110, кл. S 23 К 20/10, 30.01.78 (прототип). (54) (57) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ, содержащий износостойкий стержень с рабочим торцом и вставку, размещенную в его продольной концентричной полости и выполненную из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стержня, отличающийся тем, что, с целью повышения акустической активности и упрощения конструкции, продольная полость выполнена сквозной, вставка со стороны рабочего торца выполнена с наклонным пазом для привариваемой проволоки, а с противоположной стороны от рабочего торца - с выступающим резонансным концом, снабженным нагревателем, при зетом длина вылета вставки

-ф, где А- длина волны ульт развуковых колебаний.

t. 1031

Изобретение относится к сварке, а более точно к ультразвуковой микро-: сварке с использованием давления при сборке полупроводниковых приборов.

Известен инструмент для приварки и отрезки проволочных выводов, содержащий стержень из твердого износостойкого материала с рабочим тор цом и продольную концентричную полость, в которой с возможностью по- 10 ворота вокруг и перемещения вдоль оси установлен приводной нож с наклонным пазом s зоне клиноводного торца для направления привариваемой проволоки (1 f, 15

Нож предназначен для направления привариваемой проволоки в соответствующую канавку и последующей отрезки вывода.

Однако инструмент имеет низкую 20 эффективность передачи ультразвуковой энергии из-за недостаточной проводимости материала стержня.

Наиболее близким к предлагаемому является инструмент для ультразвуко- 25 вой сварки, содержащий износостойкий стержень с рабочим торцом и вставку, размещенную в его продольной концентричной полости и выполненную из материала с более высокой добротностью по отношению к материа лу стержня (2).

Недостатками инструмента являются наличие потери акустической

35 активности из-за крутильных колеЬаний вставки относительно стержня и сложность и нетехнологичность конструкции.

Цель изобретения — повышение акус40 тической активности и упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в инструменте для ультразвуковой сварки, содержащем износостойкий стержень с рабочим торцом и вставку, размещенную в его продольной концентричной полости и выполненную из материала с более высокой добротностью по отношению к материалу стерж- 0 ня, продольная полость выполнена сквозной, а вставка со стороны рабочего торца выполнена с наклонным пазом для подачи привариваемой проволоки, а с противоположной стороны от 55 рабочего торца — с выступающим резонансным концом, снабженным нагревателем, при этом длина вылета вставки

69. >

Р -- -, где,1 - длина волны ультразвуковых колебаний.

На чертеже схематично показан инструмент, продольный разрез.

Инструмент для ультразвуковой сварки выполнен в виде стержня 1 из износостойкого материала с рабочим торцом 2 и сквозной продольной концентричной полостью 3, В полости 3 установлена вставка 4 с наклонным отверстием 5 для подачи через него привариваемой проволоки 6 под рабочий торец 2 инструмента, Второй конец вставки 4 выполнен выступающим из стержня 1 и резонансным. Длина вылета вставки 4 определена нераверством .- - -, где 0 — длина вылета конца вставки в мм, а 1. — длина волны ультразвуковых колебаний в мм. На резонансном конце . вставки 4 установлен нагреватель 7, Вставка 4 выполнена из материала с более высокой акустической проводимостью по отношению к материалу инструмента,например, из стали марки 45 или титана.

Акустическая проводимость является безразмерной величиной и находится в обратной зависимости от коэффициента внутренних потерь. Акустическая проводимость стали равна 3,5 -10 1, а у титана 1,5 ° 10 Коэфффициент внутренних потерь у керамики и твердого сплава на порядок выше и определяется структурой материала. Поперечное сечение вставки 4 также, выполнено резонансным и составляет 0,030,05 ).. Инструмент закреплен в концентраторе 8 сварочной машины, 1

Инструмент работает следующим образом.

Проволоку (вывод } 6 через наклонное отверстие 5 подают под рабочий то рец 2 стержня 1. Инструмент опускают к полупроводниковому прибору и прижимают к нему проволоку 6 . К инструменту через концентратор 8 прикладывают ультразвуковую, а через вставку 4 тепловую энергию, Для согласования колебаний инструмента с его нагружением обеспечивают необходимую амплитуду колебаний на рабочем конце.

В момент ультразвукового воздействия в месте сварки начинают разрушаться окисные и адсорбные пленки, пластически деформируются микровыступы в местех фактического контакта до образования единого контактного пятна, за это время величина и харак1031

3 тер нагрузки на инструмент также меняются. Поэтому в инструменте, кроме резонансных волн, появляются стоячие волны. Поскольку внутренний стержень инструмента выбран из материала с высокой акустическо" проводимостью и минимальным коэФФициентом внутреннего трения, то возникновение стоячей волны в инструменте не повлечет за собой практически боль- 10 ших потерь энергии. Это позволит стабилизировать процесс сварки .Во время ультразвуковых колебаний увеличиваются угол поворота поперечного сечения инструмента, изгибающий 15 момент и перерезывающая сила на концах и в произвольном сечении всего инструмента. Это обеспечивает более устойчивый характер колебаний инструмента и уменьшает влияние нагруз- yg ки на работу колебательной системы во. время сварочного цикла, Концентричность сборной конструкции инструмента обеспечивает надежность ега работы при приложении перерезываю. щих сил so время ультразвукового нагружения, при этом перерезывающее усилие направлено поперек поверхности разьема сборной конструкции.

Такая конструкция устойчива в работе и приводит к стабилизации качества сварного соединения, обладает большей !гибкостью" при согласо вании инструмента с концентратором 8, 69

4 что достигается подбором длины внут ренней вставки и углом наклона конусной поверхности внешнего стержня.

Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность оптимального ис пользования Физических свойств ма- териалов (внешний рабочий стержень, из материала с высокой стойкостью и малой адгезией с привариваемой проволокой, внутренний стержень из недефицитного материала с вы1 сокой акустической и тепловой проводи. мостью).

При износе рабочей части инструмента внутренняя вставка наиболее трудоемкая по изготовлению (из-за операции электроискровой прошивки наклонного бокового паза для подачи проволоки ) остается не поврежденной, может быть удалена из отработанного инструмента и,использована вторично или смещена вверх при реставрации инструмента на величину его износа и закреплена вторично, Материал внутреннего стержня обеспечивает высокую теплопроводность.

При необходимости элемент нагрева, например, в виде спирали 7 подогревает внутренний стержень инструмента и непосредственно проволоку, проходящую через него, что в свою очередь, также стабилизирует качество сварного инструмента.

1031695

Заказ 5283/15 Тираж 1106

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Н, Тютченкова .

Редактор Е .Лушникова Техред Т. Маточка Корректор Я, Бокшан