Устройство для получения сварочного импульса

 

Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано в установках для сборки интегральных микросхем и полупроводниковых приборов методом точечной контактной сварки. Цель изобретения - повышение качества сварочного соединения , стройство содержит задающий генератор, контроллер ширины импульсов , последовательно соединенные блок питания, усилитель мощности и трансформатор (Т). Вторичная обмотка Т соединена со сварочными электродами . Дифференциальный усилитель подключен к сварочным электродам. Датчик тока включен во вторичную цепь Т и соединен выходом с вторым входом вычислителя энергии. Дополнительно в устройство введены второй источник опорного напряжения, второй компаратор , логический элемент 2И, логический элемент 2 ИЛИ, RS-триггер,счетчик , устройство управления и индикации и арифметический делитель. Введение дополнительных элементов позволяет измерять сопротивление в сварочной цепи путем подачи на сварочные электроды импульсов напряжения с амплитудой , равной a ш итyдe напряжения при сварке. Следовательно, возможно не только измерять значение этого сопротивления, но и при необходимости осуществлять требуемую формовку контакта между сварочными электродами и соединяемыми деталями. При сварке в изделие вводится строго определенная энергия, что позволяет ; вести сварку в необходимом режиме. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.. сл со 00 сл а 4;:

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1393564

А1 (51)4 В 23 К 9/09 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4097809/25-27 (22) 28.07.86 (46) 07.05.88. Бюл. 1г 17 (72) П.Г.Шик и А.А.Козич (53) 621 ° 791.763.037(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 713074, кл. В 23 К 9/09, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 725842, кл. В 23 К 11/24, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СВАРОЧНОГО ИМПУЛЬСА (57) Изобретение относится к области контактной сварки и может быть использовано в установках для сборки интегральных микросхем и полупроводниковых приборов методом точечной контактной сварки. Цель изобретения повьппение качества сварочного соединения. Устройство содержит задающий генератор, контроллер ширины импульсов, последовательно соединенные блок питания, усилитель мощности и трансформатор (Т). Вторичная обмотка

Т соединена со сварочными электродами. Дифференциальный усилитель подключен к сварочным электродам. Датчик тока включен во вторичную цепь

Т и соединен выходом с вторым входом вычислителя энергии. Дополнительно в устройство введены второй источник опорного напряжения, второй компаратор, логический элемент 2И, логический элемент 2 ИЛИ, RS-триггер, счетчик, устройство управления и индикации и арифметический делитель. Введение дополнительных элементов поэволяет измерять сопротивление в сварочной цепи путем подачи на сварочные электроды импульсов напряжения с амплитудой, равной амплитуде напряжения при сварке. Следовательно, возможно не только измерять значение этого сопротивления, но и при необходимости осуществлять требуемую формовку контакта между сварочными электродами и соединяемыми деталями. При сварке в иэделие вводится строго определенная энергия, что позволяет вести сварку в необходимом режиме.

2 з.п. ф-лы, 5 ил., 1393564

Изобретение относится к контактной сварке и может быть использовано ,в установках для сборки интегральных микросхем и полупроводниковых прибо5 ров методом точечной контактной сварки.

Целью изобретения является повышение качества сварного соединения.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства формования сварочного импульса;на фиг.2— структурная схема контроллера ширины импульсов; на фиг.3 — принципиальная схема устройства управления и индкации; на фиг.4 — алгоритм работы устройства; на фиг.5 — диаграммы сигналов на выходе задающего генератора U<, четвертом входе устройства управления и индикации Ug, втором вы- 2р ходе устройства управления и индикации U,,первом выходе устройства управления и индикации U4, выходе RSтриггера U, выходе усилителя мощности U6, выходе вычислителя энер- 25 гии U выходе первого компаратора

Ug и выходе счетчика Ug.

Устройство формирования сварочного импульса (фиг.1) содержит задающий генератор 1, выход которого свя- 3р зан с первыми входами контроллера 2 ширины импульсов и устройства 3 управления и индикации, последовательно соединенные источник 4 питания, усилитель 5 мощности и трансформатор 6, вторичная обмотка которого соединена со сварочными электродами

7 и 8, последовательно соединенные дифференциальный усилитель 9, входы которого подлкючены к сварочным элек- 40 тродам 7 и 8, вычислитель 10 энергии и первый компаратор 11, к второму входу которого подключен первый источник 12 опорного напряжения, последовательно соединенные датчик 13

45 тока, включенный в цепь вторичной обмотки трансформатора 6 и соединенный выходом с вторым входом вычислителя 10 энергии, арифметический делитель 14, второй компаратор 15, к второму входу которого подключен второй источник 16 опорного напряжения, логический элемент 2И 17, RS-триггер 18, логический элемент

2 ИЛИ 19 и счетчик 20, выход которого соединен с вторым входом устройства 3 управления и индикации, подключенного третьим входом к выходу первого компаратора 11, а первым выходом — к управляющему входу вычислителя 10 энергии и третьему входу контроллера 2 ширины импульсов, второй вход которого связан с выходом RS-триггера 18 и первым входом логического элемента 2 ИЛИ 19, второй вход которого подключен к второму входу RS-триггера 18 и второму выходу устройства 3 управления и индикации, первый выход контроллера

2 ширины импульсов соединен с вторым входом усилителя 5 мощности, а второй выход — с первым входом логического элемента 2И 17 и счетным входом счетчика 20, первый вход арифметического делителя 14 подключен к первому входу вычислителя 10 энергии и выходу дифференциального усилителя 9.

Контроллер 2 ширины импульсов (фиг.2) содержит широтно-импульсный модулятор 21, логический элемент 2И

22, инвертор 23, аналоговый коммутатор 24, эадатчик 25 ширины рабочих импульсов, задатчик 26 ширины импульсов измерения-формовки и D-триггер

27, при этом выходы задатчиков ширины рабочих импульсов 25 и ширины импульсов измерения-формовки 26 подключены соответственно к первому и второму информационным входам аналогового . коммутатора 24, управляющий вход которого связан с выходом D-триггера

27, подключенного первым входом к втовторому входу контроллера 2 ширины импульсов, а вторым входом — к входу широтно-импульсного модулятора 21 и первому входу контроллера 2 ширины импульсов, выход аналогового коммутатора 24 связан с управляющим входом широтно-импульсного модулятора 21, выход которого соединен с первым входом логического элемента 2И 22, подключенного вторым входом к третьему входу контроллера 2 ширины импульсов, а выходом — к второму выходу контроллера 2 ширины импульсов и входу инвертора 23, выход которого связан с первым выходом контроллера 2 ширины импульсов.

Устройство 3 управления и индикации (фиг.3) содержит три RS-триггера

28-30, два формирователя 31 и 32, логический элемент 2И 33, логический элемент 2 ИЛИ 34 и устройство 35 индикации, причем первый вход логического элемента 2И 33 связан с первым входом устройства 3 управления

1393564 и индикации, второй вход — с выходом первого RS-триггера 28, а выход — с входом первого формирователя 31 импульсов, выход которого подключен к первым входам RS-триггеров 28-30, 5 первый вход логического элемента

2 ИЛИ 34 соединен с вторым входом устройства 3 управления и индикации и вторым входом второго RS-триггера

29, к выходу которого подлкючено устройство 35 индикации, состоящее, например из последовательно соединенных светодиода VD и резистора R, второй вход логического элемента 2 ИЛИ

34 подключен к третьему входу устройства 3 управления и индикации, а выход — к второму входу третьего RSтриггера 30, соединенного выходом с ,первым выходом устройства 3 управле- 20 ния и индикации, вход второго формирователя 32 импульсов связан с четвертым входом устройства 3 управления и индикации, а выход — с вторым выходом устройства 3 управления и индикации и вторым входом первого

RS-триггера 28.

Устройство формирования сварочного импульса работает следующим образома

Перед сваркой в устройство для получения сварочного импульса вводят необходимые переменные данные: энергия сварочного импульса W в первый источник 12 опорного напряжения амплитуды напряжения сварочных импульсов U в источник 4 питания; длительность рабочих р и измерительных 4 4 импульсов напряжения в контроллер 2 ширины импульсов; значе40 ние максимально допустимой проводимости Y в цепи сварочный электрод 7 соединяемые детали — сварочный электрод 8 во второй источник 16 опорного напряжения; количество измерительных импульсов и> в счетчик 20 (фиг.4).

Эти данные получают либо расчетным путем, либо методом технологической пробы.

По команде "Пуск", поступающей на четвертый вход устройства 3 управления и индикации (фиг.5, Ug, мом. врем. t4), на втором выходе этого устройства появляется короткий импульс (фиг.5; U . мом. врем. t ), попадающий на вторые входы RS-триггера 18 и логического элемента 2 ИЛИ

19 и через логический элемент 2 ИЛИ

19 на установочный вход счетчика 20 (фиг.1) и устанавливающий RS-триггер

18 и счетчик 20 в исходное состояние (фнг.4). При поступлении очередного импульса задающего генератора 1 на первый вход устройства 3 управления и индикации (фиг.1) на первом выходе этого устройства появляется сигнал, включающий контроллер 2 ширины импульсов и вычислитель 10 энергии (фиг.4 и 5, U„, U4, мом. врем. гд).

На первом выходе контроллера ширины импульсов появляются двуполярные прямоугольные импульсы длительностью Г„, которые поступают на усилитель

5 мощности, где усиливаются по току и напряжению. Сигнал с выхода усилителя 5 мощности (фиг.5, 04, мом. врем. t ) через сварочный трансформатор 6 попадает на сварочные электроды 7 и 8 (фиг.1). Импульсы напряжения на сварочных электродах 7 и 8 усиливаются дифференциальным усилителем 9 и поступают на первые входы вычислителя 10 энергии и арифметического делителя 14. На вторые входы этих устройств поступает сигнал с выхода датчика 13 тока в сварочной цепи. Лучше всего в качестве датчика 13 тока испольэовать трансформатор тока. При действии каждого измерительного импульса вычислитель

10 определяет величину энергии, поступившей в зону сварки эа время действия текущего и всех предыдущих импульсов (фиг.5, Uq, с момента времени t>). Арифметический делитель

14 осуществляет вычисление отношения

1/V сигнала с датчика 13 тока к сигналу с выхода дифференциального усилителя 9. Таким образом, на выходе арифметического делителя 14 появляется импульсный сигнал, амплитуда которого пропорциональна проводимости Y контакта сварочные электроды — соединяемые детали и обратно пропорциональна сопротивлению этого контакта. Этот сигнал поступает на первый вход второго компаратора 15, на второй вход которого поступает сигнал с выхода второго источника 16 опорного напряжения, пропорциональный минимально допустимому значению проводимости Y контакта (максимально допустимому значению сопротивления R контакта сварочные электроды — соединяемые детали), гарантирующему получение соединения требуемого качества. Если проводимость Y контакта сва1393564 рочные электроды — соединяемые детали меньше заданной, например, из-за большой. шероховатости соединяемых деталей, то сигнал на выходе компара- 5 тора 15 отсутствует и однополярный сигнал, используемый для стробирования компаратора 15 при помощи логического элемента 2И 17, со второго выхода контроллера 2 ширины импульсов с дли-1р тельностью, равной длительности импульсов на первом выходе котроллера 2 ширины импульсов, через логический элемент 2И 17 на первый вход RSтриггера 18 не проходит. Во время действия измерительного импульса при плохом контакте в цепи сварочные электроды — соединяемые детали, например, из-за повышенной шероховатости соединяемых деталей происходит 20 формовка контакта, так как протекание тока большой плотности приводит к расплавлению микровыступов, сближению соединяемых деталей и уменьшению сопротивления контакта. Характерно, что 25 при этом выплески в зоне соединения не образуются, поскольку энергия измерительных импульсов мала из-за их малой длительности 1,0 и недостаточна для расплавления большого объема материала соединяемых деталей. Подача измерительных импульсов будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто установленное значение из- мерительных импульсов п (их подсчитывает счетчик 20, регистрируя число импульсов, поступающих на его счетный вход с второго выхода контроллера

2 ширины импульсов) либо пока проводимость в зоне контакта сварочные электроды — соединяемые детали станет не меньше заданной (фиг.4). В первом случае на выходе счетчика 20 появляется импульс, поступающий на второй вход устройства 20 управления и ин45 дикации (фиг. 5, U>, мом. врем. tg ) .

По этому импульсу сигналом на первом выходе устройства 3 управления и индикации выключается вычислитель 10 энергии и контроллер 2 ширины импульсов (фиг.4). При этом импульсы на выходах контроллера 2 ширины импульсов исчезают, а устройство 3 управления и индикации индицирует неудовлетворительное состояние контакта сварочные электроды — соединяемые дета- 55 ли.

Во втором случае на выходе компаратора 15 появляется импульсный сигнал, который проходит через логический элемент 2И 17 на первый вход

RS-триггера 18, изменяя его состояние (фиг.5, мом. врем. t ).

Сигнал с выхода RS-триггера поступает на второй вход контроллера 2 ширины импульсов, который начинает формировать импульсы с большей длительностью tp (фиг.4 и 5, Uд после гз ).

Этот же сигнал, попадая через логический элемент 2 ИЛИ 19 на установочнь|и вход счетчика 20,сбрасывает его в: исходное состояние и запрещает дальнейший счет импульсов. Напряжение на выход вычислителя 10 энергии начинает изменяться значительно быстрее, отражая тот факт, что энергия в зоне сварки выделяется интенсивнее из-эа большей длительности импульсов токанапряжения в сварочной цепи. Когда значение этого напряжения станет равным напряжению на втором входе первого компаратора 11 (значение энергии, выделившейся в зоне, станет равным значению W, введенной оператором), на выходе компаратора появится сигнал, попадающий на третий вход устройства 3 управления и индикации (фиг.1) и устанавливающий его в ис-. ходное состояние (фиг.4 и 5, Us,ìîì. врем. t< ). На первом выходе устройства 3 управления и индикации появится сигнал, включающий контроллер 2 ширины импульсов (импульсы на его выходах исчезают) и вычислитель 10 энергии (фиг 4 и 5, U<, 0, U>,ìîì. врем. t4).

Таким образом, благодаря тому,что оценка характеристики сопротивления в цепи сварочный электрод -соединяемые детали — сварочный электрод происходит при подаче на сварочные электроды напряжения с значением амплитуды, равным рабочему, эта оценка носит более объективный характер.Все это, а также возможность формовки контакта позволяет более объективно оценить необходимые меры при отклонении их от оптимума, что в конечном итоге позволяет увеличить выход годных на операции контактной сварки.

Контроллер 2 ширины импульсов работает следующим образом. Первый вход контроллера служит для приема тактовых импульсов, второй — для включения импульсов с длительностью 6 и необходимой для измерения-формовки,или необходимой для сварки, а третий—

1393564 для включения-выключения импульсных сигналов на первом и втором выходах контроллера 2 ширины импульсов. По импульс. ному сигналу, поступающему на первыи вход контроллера 2 ширины им5 пульсов, второй вход D-триггера 27 и вход широтно-импульсного модулятора 21, происходит считывание информации на втором входе контроллера 2 ширины импульсов (первом входе Dтриггера 27). В соответствии с этой информацией на выходе D-триггера 27 устанавливается потенциал низкого или высокого логического уровня. Действие этого потенциала на управляющий вход аналогового коммутатора 24 заставляет коммутатор 24 подключить к управляющему входу широтно-импульсного модулятора 21 задатчик 25 длительности рабочих импульсов C р или эадатчик 26 длительности импульсов измерения-формовки 7ц, из-за чего длительность импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора 21 ста25 новится равной <р или Х„ . соответственно. Однополярные импульсы с вы хода широтно-импульсного модулятора

21 поступают на первый вход логического элемента 2И 22 и в зависимости от логического уровня на втором его входе (третьем входе контроллера 2) проходят с первого входа элемента

2И 22 на его выход и оттуда — на второй выход контроллера 2 ширины импульсов и вход инвертора 23. Инвертор 23 преобразует однополярные импульсы длительностью t> или Г в двухполярные импульсы той же длительности и передает их на первый выход контроллера 2 ширины импульсов.

Устройство 3 управления и индикации работает следующим образом. Команда "Пуск 1, поступающая на четвертый вход этого устройства, запускает второй формирователь 32, который 45

Формирует короткий импульс, Этот импульс устанавливает первый RS-триггер 28 в единичное состояние по вы— ходу. После этого момента первый так-, товый импульс, поступающий на первый 50 вход логического элемента 2И 33 (первый вход устройства 3 управления и индикации), проходит через этот логический элемент 33 на вход первого формирователя 31 импульсов, а корот- 55 кий импульс с формирователя 31 импульсов поступает на R-вход первого

RS-триггера 28 и устанавливает его в нулевое состояние и íà S-вход второго и третьего RS-триггера 29 и

30 и устанавливает их в состояние единицы.

Если сопротивление цепи сварочный электрод — соединяемые детали— сварочный электрод больше заданной величины, то по сигналу на втором входе устройства 3 управления и индикации (первом входе логического элемента 2 ИЛИ 34 и втором входе второго RS-триггера 29) второй и третий RS-триггеры 29 и 30 устанавливаются в нулевое состояние. Результатом того, что второй RS-триггер

29 установился в нулевое состояние, является включение устройства индикации 35, которое сигнализирует о неудовлетворительных характеристиках сопротивления цепи сварочный электрод — соединяемые детали — сварочный электрод.

Если эти характеристики соответствуют требуемым, то сигнал на втором входе устройства 3 управления и индикации не появляется. После выделения в зоне сварки требуемого количества энергии появляется сигнал на третьем входе устройства 3 управления и индикации (втором входе логического элемента 2 ИЛИ 34). Этот сигнал, попав через логический элемент 2 ИЛИ 34 на второй вход третьего КБ-триггера 30, устанавливает

его в нулевое состояние по выходу,что свидетельствует о нормальном окончании сварки.

Введение в устройство для получения сварочного импульса новых блоков, обеспечивающих измерение сопротивления в цепи сварочный электрод— соединяемые детали — сварочный электрод путем подачи на сварочные электроды импульсов напряжения, значение амплитуды которых равно значению амплитуды напряжения при сварке,позволяет не только измерить значение этого сопротивления, но при необходимости и осуществить требуемую формовку контакта между сварочными электродами и соединяемыми деталями. Указанная особенность предлагаемого устройства для получения сварочного импульса позволяет более объективно определить характеристики сопротивления в цепи сварочный электрод— соединяемые детали — сварочный электрод.

1393564

Это техническое преимущество позволяет перед проведением каждой сварки автоматически осуществлять . контроль важнейших условий, необходимых для варки: качества совмещения сварочных электродов и соединяемых деталей, качества поверхностей соединяемых деталей и сварочных электродов, оповещать оператора о необходимости вмешательства, если эти условия не соответствуют требуемым, что является исключительно важным при производстве ИС, в особенности ГИС и БИС.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1. Устройство для получения сварочного импульса, содержащее задающий генератор, последовательно соединенные источник питания, усилитель мощности и трансформатор, вторичная обмотка которого соединена со сварочными электродами, последовательно соединенные дифференциальный усилитель, входы которого подключены к сварочным электродам, вычислитель энергии и компаратор, к второму входу которого подлючен источник опорного напряжения, датчик тока, включенный во вторичную цепь трансформатора и соединенный выходом с вторым входом вычислителя энергии, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, в него введены контроллер ширины импульсов, второй источник опорного напряжения, второй компаратор, логический элемент 2И, лоигческий элемент

2 ИЛИ, RS-триггер, счетчик, устрой40 ство управления и индикации и арифметический делитель, причем первый выход контроллера ширины импульсов подключен к второму входу усилителя мощности, второй выход — к первому входу логического элемента 2И и счетному входу счетчика, первый вход контроллера ширины импульсов связан с первым входом устройства управления и индикации и выходом задающего r 50 нератора, второй — с выходом RS-триггера и первым входом логического элемента 2 ИЛИ, а третий вход контроллера ширины импульсов подключен к управляющему входу вычислителя 55 энергии и первому выходу устройства управления и индикации, первый вход арифметического делителя подключен чен к выходу дифференциального усилителя, второй вход — к выходу датчика тока, а выход — к первому входу второго компаратора, подключенного вторым входом к второму источнику опорного напряжения, а выходом — к второму входу логического элемента

2И, выход которого соединен с первым входом RS-триггера, одключенного вторым входом к второму входу логического элемента 2 ИЛИ и второму выходу устройства управления и индикации, выход логического элемента

2 ИЛИ связан с управляющим входом счетчика, а выход счетчика соединен с вторым входом устройства управления и индикации, подключенного третьим входом к выходу первого компаратора, четвертый вход устройства управления и индикации является вхо" дом управления устройством для полу чения сварочного импульса.

2. Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что контроллер ширины импульсов содержит широтно-импульсный модулятор, логический элемент 2И, инвертор, аналоговый коммутатор, задатчик ширины рабочих импульсов и задатчик ширины импульсов измерения-формовки и D-триггер, при этом выходы задатчика ширины рабочих импульсов и ширины импульсов измерения-формовки подключены соответственно к первому и второму информационным входам аналогового коммутатора, управляющий вход которого связан с выходом D-триггера, подключенного первым входом к второму входу контроллера ширины импульсов, а вторым входом — к входу широтноимпульсного модулятора и первому входу контроллера ширины импульсов, выход аналогового коммутатора связан с управляющим входом широтно-импульсного модулятора, выход которого соединен с первым входом логического элемента 2И, подключенного вто-. рым входом к третьему входу контроллера ширины импульсов, а выходом — к второму выходу контроллера ширины импульсов и входу инвертора, выход которого связан с.первым выходом контроллера ширины импульсов.

3. Устройство по пп. 1 и 2, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что устройство управления и индикации содержит три RS-триггера, два формирователя импульсов, логический элемент 2И, 1393564

15

Да. 2 логический элемент 2 ИЛИ и устройство индикации, причем первый вход логического элемента 2И связан с первым входом устройства управления и индикации, второй вход — с выходом первого RS-триггера, а ныход — с входом первого формирователя импульсов, выход которого подключен к перным входам, RS-триггерон, первый вход логического элемента 2 ИЛИ соединен с вторым входом устройства управления и индикации и нторым входом второго RS-триггера, к выходу которого

Второй 8х. хай пеР3ьа

Ук. КШИ подключено устройс тно индикации, второй вход логического элемента 2

ИЛИ подключен к третьему входу устройства упранления и индикации, а выход — к второму входу третьего

RS-триггера, соединенного выходом с первым выходом устройства управления н индикации, вход второго форми1п рователя импульсов связан с четвертым входом устройства управления и индикации, а выход — с вторым входом первого RS-триггера и вторым ныходом устройства управления и индикации.

1393564

1393564

Составитель В.Пучинский

Редактор С.Пекарь Техред М.Ходапич Корректор С. Черни

Заказ 1915/13 Тира к 921 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий

1 13035» Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4