Устройство для сварки давлением
Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - повышение выхода годных изделий за счет контроля диапазона площади сварки. Устройство для сварки давлением содержит сварочную головку с шаговым приводом вертикальных перемещений и блоком его управления, ультразвуковой генератор, преобразователь ультразвуковых колебаний с датчиком его перемещения, три компаратора, буферный каскад, ключ, вычитатель, бесконтактный датчик, логические элементы ИЛИ, И-НЕ и усилитель. В момент контактирования сварочного инструмента с позицией сварки компаратор 7 срабатывает и его сигнал останавливает сварочную головку. При сварке компаратор 16 вырабатывает сигнал, контролирующий нижнюю границу диапазона площади сварки. В случае, если за время сварки компаратор 16 не срабатывает, происходит блокировка шагового привода 2. Устройство позволяет контролировать площадь контактирования сварочного инструмента с привариваемым проводником, а, следовательно, и скорость деформации, меняя при этом режимы сварки. 3 ил.
СОН З СОНЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН.l609585 А 1 (191 (111 (53)5 В 23 К 20/10
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4339930/25-27 (22) 08.12.87 (46) 30.11.90. Бюл. Р 44 (72) И.Б.Петухов, В.И.Головин и В.Н.Лифлянд (53) 621. 791, 16.03 (088. 8) .(56) Авторское свидетельство СССР
М 1313614, кл. В 23 К 20/10, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕИ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем. Пель изобретения — повышение выхода годных изделий за счет контроля диапазона площади сварки. Устройство. для сварки ,давлением содержит сварочную головку
"с шаговым приводом вертикальных пере.мещений и блоком его управления, ульт развуковой генератор, преобразователь
2 ультразвуковых колебаний с датчиком его перемещения, три компаратора, буферный каскад, ключ, вычитатель, бесконтактный датчик, логические элементы ИЛИ, И-НЕ и усилитель. В момент контактирования сварочного инструмента с позицией сварки компаратор 7 срабатывает и его сигнал останавливает сварочную головку. При сварке компаратор 16 вырабатывает сигнал, контролирующий нижнюю границу диапазона площади сварки. В случае, если за время сварки компаратор 16 не срабатывает, происходит блокировка шагового привода 2. Устройство позво- ляет контролировать площадь контакти- а
Щ рования сварочного инструмента с привариваемым проводником, а следовательно, и скорость деформации, меняя при этом режимы сварки. 3 ил.
609585
f0
35.
50 Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.
Целью изобретения является повышение выхода годных изделий за счет контроля диапазона площади сварки, Иа фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема блока управления шаговым приводом; на фиг. 3 — диаграммы напряжений, где
П ы — сигнал на выходе вычитателя,, Поп — уровень второго опорного напряжения, U <- сигнал на первом входе третьего компаратора; U уровень третьего опорного напряжения, выходной сигнал третьего компаьых ратора, U < — выходной сигнал реле времени ультразвукового генератора на его первом выходе, U „ — выходРих1 ной сигнал RS-триггера.
Устройство для сварки содержит сварочную головку .1 (фиг.1) с шаговым приводом 2 вертикальных перемещений, блок 3 управления шаговым приводом 2, ультразвуковой генератор преобразователь 5 ультразвуковых колебаний с подсоединенным к нему датчиком 6 перемещения преобразователя 5, два компаратора 7 и 8, буферный каскад 9, аналоговый ключ 10, запоминающий конденсатор 11, вычитатель 12, бесконтактный датчик 13, элемент ИЛИ 14, усилитель 15, третий .компаратор 16, элемент И-НЕ 17 и
RS-триггер. 18, S-вход которого соединен с первым входом ультразвукового генератора 4 и вторым выходом блока 3 управления, первым выходом соединенный с шаговым приводом 2, третьим входом с выходом бесконтактного датчика 13, а первым входом - с выходом первого компаратора 7, с первым опор-. ным напряжением U „„ на втором входе, . и первый вход которого связан с выходом усилителя 15, вход которого подсоединен к выходу датчика 6 перемещения преобразователя 5 ультразвуковых колебаний. Выход усилителя 15 связан с входом буферного каскада 9,„ выход которого соединен с вторым входом вычитателя 12 и входом аналогового ключа 10, управляющий вход которогб связан с вторым выходом ультразвукового генератора 4 и вторым входом элемента И-НЕ 17, а выход аналогового ключа с одной из обкладок запоминающей емкости 11, другая обкладка которой заземлена и первым входом вьлитателя 12, выход которого связан с первым входом второго компаратора 8 с вторым опорным напря>хением U „ на втором входе, выход второго компаратора 8 соединен с вторым входом ультразвукового генератора 4, первый выход которого подсоединен к преобразователю 5 ультразвуковых колебаний, а третий выход - с первым входом элемента
ИЛИ 14, выход которого связан с вторым входом блока 3 управления шаговым приводом, второй вход элемента
ИЛИ 14 соединен с выходом PS-триггера 18, В-вход которого связан с выходом элемента И-HE t7, первый вход которой соединен с выходом третьего компаратора 16 с третьим опорным напряжением U „ на втором входе и первым входом соединенного с четвертым выходом ультразвукового генератора 4.
Блок 3 >правления шаговым приводом (фиr.2) содержит три элемента
И 19 — 21 (фиг.2) „ два RS-триггера
22 и 23, линию 24 задержки, генератор 25 тактовых импульсов и коммутатор 26 фаз.
Устройство работает следующим об- . разом.
В исходном положении сварочной головки 1 (фиг.1) аналоговый ключ
10 открыт и на первом и втором входах вычитателя 12 присутствует одинаковый сигнал и емкость конденсатора 11 заряжена. Вычитатель 12 осущетвляет операцию вычитания входных сигналов и на выходе будет иметь нулевой сигнал. По сигналу внешнего запуска, поступающему на чЕтвертый вход блока 3 управлений шаговым приводом
2, на первом выходе блока 3 управления вырабатывается сигнал, поступающий на шаговый привод 2, который опускает сварочную головку 1. В момент контактирования инструмента с позицией сварки происходит изменение выходного. сигнала датчика 6 перемещения, которое поступает на вход усилителя 15. Усиленный выходной сигнал поступает на первый вход первого компаратора 7,,на второй вход ко- торого подано первое опорное напряжение U „< . При достижении выходного сигнала с усилителя 15 величина первого опорного напряжения U „q, пер5 1 ный компаратор 7 срабатывает и его выходной сигнал поступает на первый вход блока 3 управления, который вырабатывает сигнал остановки шагового привода 2, поступающий с первого выхода блока 3 управления. Посл некоторой задержки, необходимой для успокоения сварочной головки 1, на первом выходе блока 3 управления появляется сигнал, запускающий ультразвуковой ге»»ератор 4 и устанавливающий RS-триггер 18 в состояние логической единицы. В это же время на втором выходе ультразвукового генератора 4 появляется импульс положительной полярности U< (фиг.3), вырабатываемый его реле времени.
Этот импульс поступает на управляющий вход аналогового ключа 10 (фиг.1} и закрывает его. Таким образом, на первом входе вычитателя 12 присутствует сигнал, равный ныходному сигналу усилителя 15 после контактирования и запомненный емкостью.
Выходной сигнал с усилителя 15 также поступает на перньп» вход вычитателя
12 через буферный каскад 9, который исключает влияние запоминающей ем- кости на выходной сигнал усилителя
15. Поскольку сигналы перед сваркой на входах вычитателя 12 равны, то его выходной сигнал будет равен нулю.
При производстве сварки происходит смещение преобразователя 5 вследствие деформации свариваемых материалов, которое фиксируется датчиком 6 перемещения. усиленный сигнал датчика 6 усилителя 1.5 через буферный каскад 9 поступает на первый вход нычитателя
12. Вычитатель 12 осуществляет -операцию вычитания сигнала на первом входе от сигнала, ранее запомненного емкостью конденсатора 11 на втором его входе, будет иметь на выходе изменяющий сигнал Бны (фиг.3), который характеризует неличину, осадки (деформации) снариваемых материалов ..
Величина опорного напряжения U zÄ< определяет максимальное значение деформации (порядка 557), при достижении которой процесс сварки прекращают.
При работе устройства возможны три случая.
609585 ковой генератор 4 (фиг.1) отработал полное время 0-t4 (фиг.3), определяемое его реле времени. Во время сварки н течение времени 0-t4 на четвертом выходе ультразвукового генерато30 ра 4 (фиг. 1) появляется экспоненцие ально возрастающий сигнал U „, (фиг. 3), формирующийся на времязада-, ющем конденсаторе интегрального тайме35 ра реле времени. Этот сигнал поступает на первый вход третьего компаратора 16,(фиг.1), где сравнивается с,опорным напряжением
Uzq на его втором входе. В момент времени и (фиг.3) сигнал U, на пер1 ном входе третьего компаратора 16 до,стигает значения Пц Ъа втором его
Ф входе, компаратор 16 срабатывает и
45 íà его выходе устанавливается уровень логической единицы (Б estx н момент времени t на фиг.3). Этот уровень логической единицы поступает на первый вход элемента И-НЕ -17 (Лиг.1), на втором входе которой присутствует также уровень логической единицы импульса реле времени U (фиг.3), поступающего с второго выхода ультразвукового генератора 4 (фиг.1). Таким образом, на выходе элемента И-НЕ 17 ного генератора происходит рост величины деформации (кривая f (фиг.3)
2. Площадь контактирования (а зна чит и сварки). сварочного инструмента
5 с проводником составляет не менее 75Х е при этом время сварки 0-t близко к полному времени работы ультразвукового генератора 4 (фиг..1) и величина деформации достигает величины Пц„ (кривая 2 на фиг.3).
3. Площадь контактирования сварочного инструмента (например, за счет неточного позиционирования) с проводником меньше 75K при этом возрастает удельное давление на привариваемый. проводник и заданная величина деформации достигает. за короткое время
20 Рассмотрим первый случай, когда рабочая площадь сварочного инструмента полностью контактирует с привариваемым проводником. Выходной сигнал U х вычитателя 12 (фиг.1) не до25 стигает заданного значения П»,п (фиг.3) на допустимую величину и ультразву1. Рабочая площадь сварочного ин струмента полностью контактирует с приваринаемым проводником, при этом за полное время работы ультраэвуко-. сформируется уровень логического нуля который поступает íà R-вход RS-триггера 18 и на его выходе уста.новится уровень логического нуля U 7 160958 в момент времени t (фиг.З). По окончании сварки в момент времени и с третьего выхода ультразвукового генератора 4 (фиг.1). на первый вход схемы ИЛИ 14 поступает отрицатель5 ный сигнал "Конец сварки". Поскольку на втором входе элемента ИЛИ 14 присутствует уровень логического нуля с выхода RS-триггера 18, то сигнал "Конец сварки" проходит через элемент ИЛИ 14 на второй вход блока 3 управления, который с второго выхода подает команду на шагояый привод 2 для подъема сварочной голов- 1 ки 1. По. приходу в исходное состояние сварочной головки 1, сигнал с бесконтактного датчика 13 поступает на третий вход блока 3 управления, который сигналом с первого выхода, поступающим на шаговый привод 2, оста" навливает сварочную головку 1 в исходном состоянии. Рассмотрим второй случай, когда площадь контактирования рабочего тор- 25 ца инструмента с проводником не менее 75%. При этом выходной сигнал U sb (фиг.З, кривая 2),вычитателя 12 (фиг.1) достигает опорное напряжение U t2(t.эс t%Различие в деформации (кривые 1 и 2, фиг.3) двух сварок может быть обусловлено физико-химическими свой35 .ствами контактирующей пары проводников — контактная нлощадка ИС. Известно также, что существует разброс по значению деформации, который мало сказывается на прочности соединения. 4О Работа устройства аналогична предыдущему случаю, за исключением следующего. В момент времени t> срабатывает второй компаратор 8 (фиг.1) и его выходной сигнал поступает на второй вход ультразвукового генератора 4 для прекращения процесса сварки и сброса импульса. реле времени 0 О (фиг.3), С третьего выхода ультразвукового генератора 4 (фиг.1) на первый вход элемента ИЛИ 14 по" ступает сигнал "Конец сварки" и с ее выхода на второй вход блока 3 управления шаговым приводом 2. Да лее прбисходит, как описано выше - подъем сварочной головки 1 в исходное положение. Рассмотрим третий случай, когда в силу объективных причин (смещение привариваемого проводника относительно контактной площадки или из-пор, сварочного инструмента, а также при неточном позиционировании сварочного инструмента) создается за счет меньшей площади контактирования инструмента с проводником большее удельное давление на свариваемые материалы. В результате скорость деформации резко увеличивается и на выходе вычитателя 12 (фиг.1). сигнал U вых (фиг.3) имеет вид кривой 3. На диаграмме видно, что заданный уровень деформации У п достигнут в момент времени и „(< t — задаваемого реле времени ультразвукового генератора 4 (фиг.1), который за время О-t» не отдает в зону сварки оптимальной энергии, а так как площадь сварки в данном случае меньше, чем в двух рассмотренных, то .это приводит. х отказам сварных соединений. В момент времени срабатывает второй компаратор 8 (фиг.1) и его выходной сигнал поступает на второй вход ультразвукового генератора 4 для прекращения процесса сварки и сброса импульса реле времени U рв (фиг,3) . Поскольку с, то сигнал U х на первом входе третьего компаратора. 16 (фиг.1) не достигает опорного напряжения П „ и, следовательно, он не срабатывает, а на его входе будет уровень логического нуля. Этот уровень логи-> ческого нуля .поступает на первый вход элемента И-НЕ 17. В результате на выходе будет уровень логической единицы и RS-триггер 18 находится в состоянии логической единицы на выходе, установленный в это состояние сигналом, поступившим с второго выхода блока 3 управления. Поступающий на первый вход элемента ИЛИ 14 отрицательный сигнал конца сварки с третьего выхода ультразвукового генератора 4 в момент времени t< (по сбросу импульса реле времени Б на фиг,3) не может. пройти через нее. Таким образом, отсутствует запускающнй сигнал, поступающий на второй вход блока 3 управления (фиг.1) и шаговый привод 2 блокируется на позици сварки. После поступления внешней. команды на пятый вход блока 3 управления с его первого выхода по-- ступает сигнал на шаговый привод 2 для подъема сварочной головки 1. С приходом сварочной головки 1 в ис1609585 10,уг ходное положение сигнал с бесконтактного датчика 13, поступает на третий вход блока 3 управления, который останавливает сварочную головку 1 в 5 этом положении. После необходимых наладочных< работ по внешней команде "Пуск", поступающей на четвертый вход блока 3 управления, работа продолжается. Изменяя величину опорного 10 напряжения П д (фиг.3) можно задавать допустимое смещение сварочного инструмента относительно проводника (или наоборот) и контактной площадки ИС, а значит и площадь образуемой 15 сварки, при которой достигается требуемое качество сварки, Блок 3 управления шаговым приводом работает следующим образом. Сиг-нал внешнего запуска, поступающйй íà 20 четвертый вход блока 3 управления, устанавливает триггер 23 (фиг.2) и триггер 22 через элемент И 20 в состояние логической единицы. Уровень логической единицы триггера 23 посту- 25 пает на первый вход коммутатора 26 фаз, который устанавливается в режим прямого счета 1-2-3-4-1, Уровень логической единицы триггера 22 поступает на вход генератора 25 тактовых импульсов, который запускается и подает тактовые импульсы на второй вход коммутатора 26 фаз, в результате выходной сигнал коммутатора 26 фаз поступает на второй выход блока 3 управления (фиг.1). При поступлении сигнала с выхода компаратора 7 на первый вход блока 3 управления триггера 22 (фиг.2) через элемент И 21 и триггер 23 установятся в сос40 . тояние логического нуля. Уровень логического нуля триггера 22 прекращает работу генератора 25 тактовых импульсов, соответственно прекращается работа коммутатора 26 фаз,в результате шаговый привод 2 (фиг.1) останавливает сварочную головку 1 на позиции сварки. Уровень логического нуля триггера 23 (фиг.2), поступающий на первый вход коммутатора 26 фаз устанавливает его в режим обратного 50 счета 4-3-2-1-4. Линия 24 задержки задерживает сигнал с первого входа блока 3 управления (фиг.1) и подает его на второй выход блока 3 управления. По окончании сварки ультразву55 ковой генератор 4 формирует с третьего выхода сигнал конца сварки, поступающий через схему элемента ИЛИ 14 на второй вход блока 3 управления. Сигнал конца сварки проходит через элемент ИЛИ 14 только в том случае, если на выходе RS-триггера 18 уровень ло-1 I гического нуля. В противном случае сигнал конца сварки через элемент ИЛИ 14 не проходит. При наличии сигнала конца сварки на втором входе блока 2 управления триггер 22 (фиг.2) . через элемент И 19 и 20 устанавливается в состояние логичеокой едини- цы и запускает генератор 25 тактовых импульсов, импульсы которого поступают на второй вход коммутатора 26 фаэ и сварочная головка 1 (фиг.1) с помощью шагового привода 2 поднимается. По приходу в исходное состояние б сварочной головки 1, сигнал бесконтакт- . нсго датчика 13 поступает на третий вход блока 3 управления шаговым приводом 2 и устанавливает триггер 22 фиг.2} через элемент И 21 в состояние логического нуля, тем самым прек" ращается работе генератора 25 тактовых импульсов, коммутатора 26 фаз и шаговый привод 2 (фиг.1) останавливает сварочную головку 1 в исходном положении. При непрохождении сигнала конца сварки через элемент ИЛИ 14 шаговый привод 2 блокирует сварочную головку 1 на позиции сварки. Для возвращения сварочной головки 1 в исходное положение с последующей наладкой сварочной системы подается внешняя команда на пятый вход блока 3 управления. Поступающий сигнал через элементы И 19 и 20 (фиг.2) устанавливает триггер 22 в состояние логической единицы. Сварочная головка 1 поднимается до поступления .сигнала бесконтактного датчика 13 (фиг.1) на третий вход блока 3 управления и фиксируется в исходном положении ° Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить выход годных изделий за счет контроля диапазона площади образуемой сварки и если образуемая площадь сварки меньше заданного диапазона, то шаговый привод 2 блокируется на позиции сварки, сигнализируя о низком качестве сварки и необходимости наладки сварочной системы. формула и з обретения Устройство для сварки давлением, содержащее сварочную головку с шаго— 160 вым приводом вертикальных перемещений, соединенный с блоком его управления, ультразвуковой генератор, первым выходом подключенный к преобразователю упьтразвуковых колебаний, первый компаратор, выходом подключенный к первому входу блока управления шаговым приводом, второй выход которого соеди-! нен с первым входом ультразвукового генератора, выход датчика перемещения ультразвукового преобразователя через последовательно соединенные % усилитель, буферный каскад, аналоговый ключ, вычитатель, второй компаратор подключей к второму входу ультразвуковго генератора, второй выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа, а третий выход через элемент ИЛИ соединен с вторым входом блока управления шаговым приводом, третий вход которого подключен к бесконтактному дат9585 чику, выход буферного, каскаДа соединен с вторым входом вычитателя, первый вход которого соединен с одной обкладкой конденстора, другая обкладка последнего соединена с землей, вход первого компаратора соединен с выходом усилителя, а также третий компаратор, отличающееся g тем, что, с целью повышения выхода годных иэделий за счет контроля диапазона площади сварки, в него введены элемент И-НЕ и RS-триггер, выход которого подключен к второму 15 входу элемента ИЛИ, Б-вход соединен с первым входом ультразвукового генератора, а R-вход — с выходом элемента И-НЕ, первый вход которого через третий компаратор подключен к четвертому выходу ультразвукового генератора, к второму входу которого подключен второй вход элемента И-HE. Фиг,2 1609585 îï 08ых / /х rp Корректор А. Осаулеико Тираж 636 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 0А опт Редактор Ю.Середа Заказ 3695 Пюпитр 5рюия ,оабо ут Составитель В. Грибова Техред М.Дидык
