Устройство для контроля микросварных соединений в процессе контактной сварки

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ С8938 (я) 4 В 23 К 11/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHGMV СВМДЕТЕЛЬСТНУ I:и.;..:;:,. (61) 1092021 (21) 3848138/25-27 (22) 28.01.85 (46) 15.07.86. Бюл. ¹ 26 (72) А.Н. Долгий, 1О.Н. Кузуб, В.М. Каченков, С.И. Гощинская, В.Б. Дмитриев и А.П. Кипаренко (53) 621,791.763.037 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1092021, кл. В 23 К 11/24, 1976. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

MHKP0CBAPHbIX СОЕДИНЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ

КОНТАКТНОЙ СВАРКИ по авт.св. № 1092021, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения производительности контроля соединений в процессе контактной сварки, оно снабжено формирователем фронтов сварочного импульса тока, вход которого соединен с токопроводящими частями сварочного электрода, а выход с цепями управления аналого-цифрового преобразователя,.программноцифрового блока допускового контроля и цифрового индикатора, причем вход аналого †цифрово преобразователя соединен с выходом усилителя, а выход — с программным цифровым блоком допускового контроля и цифровым индикатором.

1243918

Изобретение относится к автоматизации сварочных процессов и может быть использовано, в частности, при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем. 5

Цель изобретения — повьппение производительности контроля качества соединений в процессе контактной сварки.

Поставленная цель достигается за 10 счет автоматизации режима допускового контроля.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; Ha фиг. 2 — сварочный электрод с измерительными щупа- 15 ми для измерения параметров режима сварки; на фиг. 3 — осциллограммы импульсов сварочного тока амплитудой

U и длительностью ь п, а также о

П

<8 осциллограммы импульсов амплитудой 20 л и

U и длительностью „, и (и на выходе формирователя фронтов импульса сварочного тока, кроме того, показано несколько осциллограмм импульсов термо-ЭДС с амплитудами UE<, U

Ьт

U, Ц 4 записанных для различных микросварных соединений (зашрихованной областью отмечены допустимые значения амплитуд термо-ЭДС в момент бкончания процесса сварки); на 30 фиг. 4 — электрическая схема узла согласования входного сопротивления формирователя фронтов сварочного им— пульса тока и выходного сопротивления сварочной установки, входящего в сос- 3S тав формирователя фронтов сварочного импульса тока; на фиг. 5 — электрическая схема аналого †цифрово преобразователя, на фиг. 6 — схема усилителя; на фиг, 7 схема программного 40 блока допускового контроля; на фиг.8схема выходного устройства программ° ного блока допускового контроля; на фиг. 9 — схема формирователя фронтов сварочного импульса тока. 45

Устройство для контроля микроcBар— ных соединений содержит датчик параметров режима сварки 1 (фиг. 1), который подключается к усилителю 2. Сигнал на выходе усилителя, характеризующий режим сварки,амплитуда сварочного тока, амплитуда..термо-ЭДС между измерительными щупами и сварочным электродом), измеряется аналого55 цифровым преобразователем 3, его режим работы задается формирователем фронтов сварочного импульса тока 4, вход которого подключен к сварочной установке 5, а выход — к цепям управления аналого-цифрового преобразователя.

Вь ходной сигнал с аналого-цифроваго преобразователя поступает на вход программного блока допускового контроля 6 и на вход цифрового индикатора 7. Выход программного блока допускового контроля нагружен на лампы

"Норма" 8 и "Брак" 9, входящие в состав установки.

Датчик параметров режима сварки

1 состсит из измерительных щупов 1.0, установленных на токопроводящих частях сварочного расщепленного электрода 11 и 12. При сварке измерительные щупы 10 устанавливаются на привариваемую к контактной площадке 13 микропроволоку 14, Контактная площадка 13 расположена на подложке 15, например, из ситалла.

Устройство для контроля микросварных соединений работает следующим образом.

В процессе сварки микропроволоки

l4 с контактной площадкой 13, расположенной на подложке 15, например, из ситалла, измерительные щупы 10 и токоподводящие элементы 12 и 11 сварочного электрода контактируют c: поверхностью проводника 14; с их пoмощью снимаются сигналы, характеризующие режим сварки (разность потенциалов непосредственно в зоне сварки, падение напряжения на свариваемом переходе, переходное сопротивле- ние или термс-ЭДС ), т.е. измерительные щупы Л 0 и токоподводящие элементы ll и 12 сварочного электрода используются в качестве цатчика параметров режима сварки l.

Сигналы с датчика параметров режима сварки поступают на вход усилителя 2 через резисторы <1 и1 2 (фиг. 6), входящие в состав усилителя для согласования выходного сопротивления датчика параметров режи— мов сварки с входным сопротивлением усилителя. Усилитель собран на микросхеме Д1 типа 140УД7. С помощью ре— зисторов РЗ, Р 4 в цепи обратной связи обеспечивается необходимый коэффициент усиления усилителя, который изменяется (в зависимости от положения движка резистора 4) при измерении выбранных для контроля параметров,, характеризующих режим

1243 свабки,Например, значение коэффици— ента усиления для усилителя не менее

1000 при усилении амплитуды термоЭДС и не более 100 при усилении амплитуды напряжения на свариваемом проводнике в процессе сварки.

С выхода усилителя сигналы, харак— теризующие режим сварки, поступают на вход аналого-цифрового преобразователя 3. 10

Режим работы АЦП задается с помощью формирователя фронтов сварочного импульса тока импульсами амплитудой U+ и длительностью i ("Уст.О" Измерение, см. фиг. 3), поступающими с выхода формирователя на цепи управления АЦП ("Уст.О", Измерение", см. фиг. 5).

Формирователь фронтов сварочного импульса тока через устройство согласования (фиг.4) подключен к выхоцу сварочной установки, и на его вход при сварке воздействует импульс свао рочного тока амплитудой U и длительностью (фиг. 3).

Передний фронт импульса сварочного тока ("Уст.О") переводит АЦП

3, программный блок допускового контроля 6 и цифровой индикатор 7 в исходное состояние.

По заднему фронту импульса сварочного тока (" Измерение" ) вырабатывается импульс длительностью (фиг. 3), переводящий АЦП в режим измерения. Число импульсов, пропорциональное амплитуде сигнала на вхо де АЦП (например, значение амплитуды термо-ЭДС ), поступает на вход программного блока допускового конт-. роля 6 и цифрового индикатора 7.

Режим работы программного блока допускового контроля программируется оператором сварочной установки с помощью переключателей (фиг. 7) до начала процесса сварки по результатам отработки технологии сварки на этаД5 лонных образцах

Если в момент окончания сварочного л импульса тока длительностью сигнал на выходе усилителя 2 (например, амплитуда импульса термо-ЭДС) будет больше 0 и меньше U (фиг. 3), то с выхода выходного устройства (фиг. 8), входящего в состав программного блока допускового контроля 6, подается сигнал на лампу 8 "Норма" (фиг. 1).

Если в момент окончания сварочного импульса тока сигнал на выходе

918 4

Д усилителя будет меньше Р или больI ше U, то с выхода программного блока подается на лампу 9 "Брак".

Точное значение амплитуды сигнала на выходе усилителя в момент окончания сварочного импульса тока оператор установки регистрирует по цифровому индикатору 7.

Узел согласования (фиг. 4) включает B себя трансформатор Тl, микросхему Д54 и резисторы и 20-l23. Первичная обмотка (I) трансформатора подключается к токоподводящим элементам 11 и 12 сварочно:о электрода уста-. новки для сварки. Сигнал со вторичной обмотки (II) трансформатора ТГ через резистор Р 21 поступает на вход усилителя, реализованного на микросхеме

Д54 (140УД8) и резисторах Р 22 . A 23.

Коэффициент усиления усилителя устанавливается резистором R 22 в зависимости от типа сварочных установок, применяемых для сварки. Например, при подключении предлагаемого устройства к установке типа "Контакт †" коэффициент усиления усилителя был не более

10. На фиг. 5 приведена электрическая схема аналого †цифрово преобразователя. Аналого-цифровой преобразователь выполнен с применением выпрямителя на микросхемах Д2, Д3 типа

140УД7 (для возможности измерения разнополярных сигналов, характеризующих режим сварки), резисторов

Я6 — A 12 и диодов Vl, V2. Устрой.ство сравнения, входящее в состав

АЦП, реализовано на микросхеме Д4 (типа 521САЗ).

Режим работы АЦП определяется состоянием триггера Д5, который управляется по R- u S- входам с помощью сигналов "Уст.О" (сигнал "Уст.О формируется по переднему фронту сварочного импульса тока), и Измерение (сигнал Измерение" формируется по заднему фронту сварочного импульса тока).

Пилообразное напряжение, поступающее на один из входов устройства сравнения, формируется после прихода импульса Измерение с помощью транзисторов V 3, i! 4, конденсатора

Сl и резисторов Р 13, и 14, A 15.

В момент совпадения амплитуды напряжения, поступающей с выхода выпрямителя АЦП и амплитуды пилообразного напряжения на входе устройства сравнения (микросхема Д4) на выходе АЦП

1243918 формируется импульс "Конец измерения .

Формирователь импульса "Конец измерения" собран на микросхемах Дб и

Д7, конденсаторе С2 и диоде Y 5. Импульс "Конец измерения" поступает на цепи управления программного блока допускового контроля 6 и цифрового индикатора 7. Кроме того, в состав АЦП входит опорный генератор, собранный с применением кварцевого резонатора Bl, транзисторов V 6 и ! V7, конденсаторов СЗ, С4 и С5 и резисторов R 16- R19. Опорный генератор формирует прямоугольные импульсы частотой 2,5 МГц, которые поступают на вход цифрового индикатора 7 и программного блока допускового контроля 6.

Формирование крутых фронтов прямоугольных импульсов обеспечивается применением микросхем Д8, Д9 (микросхемы 133 серии — IЗЗЛАЗ и 133TBI).

Режим отбраковки задается в блоке перерключателями Sl БЗ MIN u

S4 -$ б МАХ (фиг. 7), подключенными к выходу дешифраторов, построенных на микросхемах ДIО, Дll, Д12, (типа

133ИДI). Число импульсов, пропорциональное амплитуде сигнала на входе усилителя, поступает на вход программного блока допускового контроля и запоминается счетчиками, реализо ванными на микросхемах ДIЗ-Д24.

Если в процессе измерений амплитуда сигнала на выходе усилителя 2 будет меньше установленнсго на переключателях Sl SÇ значения, то по цепям MINI, MINII, MINIII не поступают импульсы, сигнализирующие о достижении амплитуды сигнала на выходе усилителя программно заданного уровня, и загорается лампа Брак".

При превьппении (амплитуды) сигнала на выходе усилителя заданного переключателями S4 — Sá "MAX" верхнего уровня отбраковки также загорается лампа Брак " ..

Если амплитуда сигнала на выходе усилителя будет находиться в заданном допуске, то об этом сигнализирует лампа "Норма".

Индикация результатов измерения амплитуды сигнала на выходе усилителя 2 (цифровой индикатор 7, фиг. 1 ) осуществляется с помощью газоразрядных индикаторов Hl, Н2, НЗ, подключенных через дешифраторы Д25, Д26, 5

1О

"Q

Д27 к счетчикам программного блока допускового контроля.

Выхсдное устройство программного блока допускового контроля реализовано на микросхемах Д28-- Д44 (фиг.8).

Триггеры Д40-Д41, входящие в состав устройства, изменяют свое состояние при одновременной подаче сигналов

MINI, MINII, MINIII или MAXI, MAX?I, MAXI!! на вход выходного"устройства.

Результат контроля микросварных соединений индицируется лампами

"Брак", "Норма", входящими в состав выходного устройства.

Выходное устройство устанавливается в исходное состояние автоматически при подаче сигнала "Уст,О" по переднему фронту сварочного импульса.

При сварке двуполярный сигнал амплитудой U и длительностью

Я фиг. 3) поступает на входы микросхе" ( мы Д45, Д46 (типа 521CA3) (фиг.,9) и преобразуется в последовательность прямоугольных однополярных импульсов, которая подается на вход микросхемы

Д47 (типа 143ЛАЗ) . Объединенная последовательность однополярных прямоугольных импульсов с выхода Д47 поступает на интегрирующую цепочку Й 30, С7, а с нее — на вход компаратора

Д49 (типа 52IСАЗ). Порог срабатывания компаратора определяется резисторами Й 31, Й 32.

Передний фронт сварочного импульса тока выделяется с помощью формирователя, собранного на элементах

Д51, Д52: 9 11 С8, на вход которого поступает сигнал с выхода компаратооа Д49.

Задник фронт сварочного импульса тока выделяется с помощью формирователя, собранного на элементах Д50, Д53: Сб и Y 10, на вход которого поступает инвертированный сигнал с выхода компаратора-Д49.

На установке "Контакт" Çh при сварке расщепленным электродом золотого проводника диаметром 50 мкм к контактным площадкам Сг-Cu-NI, нанесенным методом термического испарения в вакууме на ситалловые подложкй, амплитуда термо-ЭДС, измеренная к концу сварки между измерительным шупом и токоподводящими элементами сварочного, электрода, изменялась в диапазоне 1,1 — 1,7 мВ для соеди1243918 нений с прочностью не ниже прочности соединяемых элементов, При уве,личении амплитуды термо-ЭДС до

2-2, 5 мВ прочность микросварных соединений у:,удшилась из-за черезмерной деформации соединяемых элементов (проводника). Уменьшение амплитуды термо-ЭДС к концу сварки до 0,50,9 мВ также было признаком ухудшения прочности соединения из-за пористости и плохой электропроводности границы раздела соединяемьг сваркой элементов микросварного соединения.

Таким образом, предлагаемое уст— ройство для контроля микросварных, соединений в процессе контактной сварки обеспечивает в автоматическом режиме допусковой контроль параметров режима сварки за счет дополнительного введения в известное уст" ройство формирователя фронтов сва10 рочного импульса тока, аналого-циф.рового преобразователя, програьмно— цифрового блока допускового контроля и цифрового индикатора, что в

4-S раз повышает производительность контроля микросварных соединений.

1243918

1243918 (243918

124391 8. КРАХ

d uv

Составитель В. Катин

Техред 0 . Гортв ай

Корректор В Бутя га

Редактор Л. Авраменко

Заказ 3750/1ч

Подпи сна е

Производственно-.попиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул Проектная, Й

Тираж 1001

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 нЛ с Йоги

zaea

®лО)