Способ ультразвуковой сварки

 

Способ ультразвуковой сварки. Использование: микроэлектроника, ультразвуковая сварка элементов интегральных схем. Сущность изобретения: ввод усилия нагружения начинают при максимальном активном сопротивлении вибратора одновременно с приложением ультразвуковых колебаний и прекращают в момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонного значения, после чего усилие нагружения снимают.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ (21) 4877507/08 (22) 26,10.90 (46) 30,09.92. Бюл. № 36 (71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения (72) А,И. Беляков и В.Н, Акимов (56) Холопов Ю.В. Оборудование для ул ьтразвуковой сварки. fl.. Энергоиздат, Ленингр. отд, 1985, с, 109-113.

Авторское свидетельство СССР ¹

575190, кл, В 23 К 20/10, 1976.

Авторское свидетельство СССР ¹

1655724.

Изобретение относится к области ультразвуковой сварки элементов интегральных схем.

Известны способы ультразвуковой сварки, в которых регулирование процесса производит по амплитуде колебаний сварочного инструмента, по сварочному усилию и по деформации свариваемых материалов, однако указанные способы не обеспечивают воспроизводимости прочности сварных соединений из-за разброса условий образования сварного соединения от сварки к сварке, Известен также способ ультразвуковой сварки, при котором после создания усилия нагружения в зону сварки подают ультразвуковой тест-импульс, сравнивают величину амплитуды колебаний инструмента под действием этого тест-импульса с эталонной, введенной перед сваркой, и по сигналу рассогласования производят корректировку усилия нагружения.

„„. Ж„„1764899 А1 (51)5 В 23 К 20/10 кл, В 23 К 20/10, 1989. (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ (57) Способ ультразвуковой сварки. Использованиее; ми к роэлектроника, ул ьтразвуковая сварка элементов интегральных схем.

Сущность изобретения: ввод усилия нагружения начинают при максимальном активном . сопротивлении вибратора одновременно с приложением ультразвуковых колебаний и прекращают в момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонного значения, после чего усилие нагружения снимают, Недостатком указанного способа является низкая производительность из-за необходимости введения тест-импульса перед началом процесса сварки, что в итоге увеличивает время на образование сварного соединения.

Ближайшим прототипом является способ ультразвуковой сварки, при котором ультразвуковые колебания вводят в зону сварки одновременно с приложением возрастающего от нуля усилия нагружения, а в момент спада амплитуды колебаний до заданного значения измеряют усилие нагружения, сравнивают его с заранее установленным и в случае несоответствия производят корректировку"скорости спада усилия нагруженйя при егоуменьшеййи-до нуля.

Недостатком указанного способа является низкое качество сварных соединений, обусловленное тем, что ввод усилия нагружения в зону сварки при максимальной амплитуде колебаний (активное сопротивлени(1764899 вибратора минимально) приводит к возникновению значительных нормальных и тангенциальных напряжений в зоне соединения на начальной стадии деформирования привариваемого проводника, когда деформация проводника еще мала, а значит удельная нагрузка велика, что, в свою очередь, вызывает разрушение металлизации контактных площадок и появление сколов и трещин в полупроводниковом кристалле.

Цель изобретения — повышение качества сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что в зону сварки одновременно с приложением сварочной нагрузки вводят ультразвуковые колебания, при этом нагрузку увеличивают от нуля до заданного значения и контролируют величину активного сопротивления вибратора, приложение сварочной нагрузки начинают при достижении максимальной величины активного сопротивления вибратора, а в моментдостижения активным сопротивлением эталонной величины увеличение нагрузки прекращают и уменьшают ее до нуля.

Суть способа заключается в следующем. Перед началом процесса сварки ультразвуковой генератор настраивается на частоту, при которой активное сопротивление вибратора максимально. После чего сварочный инструмент, в капиллярном отверстии которого расположен привариваемый проводник, начинают перемещать в позицию сварки, при этом ультразвуковой генератор включен постоянно. В момент касания привариваемым проводником контактной площадки полупроводникового кристалла нагрузка на свариваемые материалы начинает расти по мере опускания сварочного инструмента, а активное сопротивление вибратора падает вследствие снижения эквивалентной нагрузки на вибратор, что вызывает рост амплитуды колебаний сварочного инструмента. В момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонного значения рост сварочной нагрузки прекращают и сварочную нагрузку уменьшают до нуля путем подьема сварочного инструмента. Скорость ввода сварочной нагрузки и эталонное значение активного сопротивления вибратора подбираются в процессе наладки сварочной установки по критерию наибольшей прочности сварного соединения.

Приложение сварочной нагрузки к свариваемым материалам при максимальном активном сопротивлении вибратора, т. е. при. минимальной амплитуде колебаний сварочного инструмента с дальнейшим ее

35 ростом по мере деформирования привариваемого проводника и увеличением сварочной нагрузки, приводит к снижению вероятности появления значений величин нормальных и касательных напряжений в зоне образования сварного соединения, приводящих к сколам и трещинам полупро. водникового кристалла. Следует отметить, что одновременный рост сварочной нагрузки, амплитуды колебаний сварочного инструмента и деформации присоединяемого проводника приводят к стабилизации протекания сварочного процесса (диффузия, образование вакансий и т. д.), так как перераспределение энергетического спектра в

nðoöåñcå сварки в сторону увеличения колебательных напряжений позволяет исключить возможность появления турбулентных структур, приводящих к понижению прочности сварных соединений.

Пример осуществления способа.

В процессе сварки присоединялся алюминиевый проводник, легированный кремнием диаметром 35 мкм к алюминиевой контактной площадке толщиной 1 мкм, напыленной на кремниевом кристалле.

Сварка производилась ультразвуковым генератором, который в процессе работы постоянно включен. Перед процессом сварки генератор настраивается на режим, при котором активное сопротивление вибратора максимально и составило 1 кОм. Оптимальная скорость нарастая нагрузки составила величину 7400 r/с. Минимальное активное сопротивление вибратора составило величину 50 Ом. Нагрузка на свариваемые материалы при этом составила величину 30 — 35 r.

При испытании на отрыв прочность соединений имело величину не менее 16 г.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить качество сварных соединений путем увеличения прочности, что, в свою очередь, повлекло за собой повышение выхода годных на 7-9 Д.

Формула изобретения

Способ ультразвуковой сварки, при котором ультразвуковые колебания вводят в зону сварки одновременно с приложением сварочной нагрузки, которую увеличивают от нуля до заданного значения и одновременно контролируют величину активного сопротивления вибратора, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, приложение сварочной нагрузки начинают при достижении максимальной величины активного сопро1764899

Составитель В.Акимов

Редактор Т.Пилипенко Техред М,Моргентал Корректор М,Керецман

Заказ 3339 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тивления вибратора, а в момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонной величины увеличение нагрузки прекращают и уменьшают ее до нуля.