Способ определения механического импеданса микросоединения при ультразвуковой сварке и устройство для его реализации

 

свсо .: ; „-; яВтеч тно-тех ни ес;Союз Соеетсннк

Сацналнстннескнх

Республик

"н ;1>отан М.=., (iiig Я (61) Дополнительное к авт, свид-ву а (22) Заявлено02.07.76(23) 2383204/25 27 (5Ц М. Кл. с нрнсоединецнем заявки №

В 23 К 19/04 (23) Приоритет

Опублнковано28. 03,794юллетень №,11

Ввудврвтввев|й ввнвтвт

СССР вв свми взвбрвтвний н втираний (53) УДК 621,791, .16(088.8) Дата опубликования описания 28 03.79 (72) Аыорм каобрвтенйй

В. М. Колешко и А. B. Гулай

Инстйтут электроники АН Белорусской ССР (Л) 3аяыйель

/ (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСА .

МИКРОСОЕДИНЕНИЯ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКЕ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к технологнь, йборки микроэлектронной аппаратуры и может быть использовано при разработке высококачественных устройств для автоматической ультразвуковой микросварки, например, при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Известен способ определения механического ямнеданса микросо единения при ультразвуковой сварке, нри котором измеряют один из параметров зоны контактирования соединяемых элементов Щ.

Способ осуществляют устройством для определения механического импеданса, содержащим генератор сигналов, вычислительное устройство, управляющее устройство и индикатор.

Однако данный способ измерения импедансов сварных соединений при микросварке, например полунроводниковых приборов и интегральных схем, характеризует сравнительно низкая точность

2 измерения, что обусловлено малой величиной электрического импеданса микросварного соединения.

Кроме того, величина электрического импеданса недостаточно полно характеризует качество микросварного соединения, представляющего собой сложную систему, состоящую нз вывода, контакт ной площадки, подложки, корпуса н опоры.

Пель изобретения - повысить точность измерения.

Это достигается тем, что осуществляют измерение электрического импеданса н вычисляют механический импеданс ro

15 ф рмуле ю

Z = Z п11.®д+ агсФЪ 1,Ъцр1р+

Zc4

+ oPGtll Д 1

Ю с где Еа — механический импеданс микросварного соединения; т - постоянная распространения;

653061

Q>- толщина соответственно выаода и контактной площадки;

2g >>> волновое-сопротивление соответственно вывода, контактной площадки и опоры; 8 - нормированный импеданс системы.

Лля определения волнового сопротивления измеряют контактное сопротивле иие и вычисляют волновое сопротивление контактной площадки по формуле

Z, 0196 РЕСА(б«+ ба)2 я

И где рй — плотность материала конта)«тной площадки;

Сй - скорость распространения продольных колебаний в контактной площадке;

«„ >р - удельная проводимость контактной площадки) е5< удельная проводимость вывода;

Р) величина контактного сопротивления, Кроме того, волновое сопротивление можно определить путем измерения ии дуктивности области стягивания и вычисления волнового сопротивления по формуле

ZP= e, Ç,646 Â, 6 " Р; где 3.) - площадь контактирования вывода со сварочным инструментом;

L - индуктивность области стягивания; р« - относительная магнитная проницаемость материала вывода.

Предлагаемый способ может быть осуществлен устройством, содержащим генератор сигналов, вычислительное устройство, управляющее устройство и индикатор. Отличие этого устройства,, позволяющее осуществить предлагаемый способ, состоит в том, что в него вве дены двойной мост, усилитель постоянного токе, коммутирующее программное устройство, блок номинального значения входного механического импеданса и схема сравнения. При этом выход усилителя постоянного тока подключен к одному иэ входов вычислительного устройства, с другими входами соединены выходы программного устройства. Выходы вычислительного устройства подключены ко входам индикатора и к одному из входов схемы сравнения, с другим входом которой соедине r блок номинального значения входного механического импеданса, а выход схемы сравнения через управляющее устройство соединен с уси5 лителем и коммутирующим устройством.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Оно содержит задающий генератор 1, усилитель 2, коммутирующее устройство

«Î 3, электровкустический преобразователь

4, конденсатор 5, сварочный инструмент

6, губки 7 отрывного устройства, проволочный вывод 8, контактную площадку

B. Кроме того, устройство включает

45 измерительное устройство 10, двойной мост 11, усилитель 12 постоянного тока, вычислительное устройство 13, программное устройство 14, схему с равнения

15, блок 16. номинального значения, управляющее устройство 17 и двухлучевой осциллограф 18, Входной импеданс Zg микросварного соединения можно определить нз формулы

Жа =Zg thfyyE + meth „ th jp0>+ (1}.

Zct3I

+ < S a gJJ г где Zg волновое соцротнвление;

- постоянная распространения; е

) - входной нормированный имцеданс системы подложка-корпус-опора.

Индексы 1 - 3 относятся к параметрам соответственно вывода, контактной площадки н подложки, Z может быть определено из выражения

4Q

2 а1 О.) 96 Гвд Са(б« Ф ба)

Ze = у Э

Вк (2} при измерении контактного сопротивления

Йц области стягивания или из выражения уи р,e,(S 646 YS б,Ж1 с )4 16»P«(3} при измерении индуктивности he области

50 стягивания.

Б процессе микросварки изменяется с

Û)

У влияющее нв величину вход- . ного импедвнсв микросварного соединения, 55

Работает устройство для реализации предложенного способа измерения входного нмпеданса мнкросварного соедин«ння следующим образом.

Электрические колебан",я задающего Пример. Использование способа генератора 1, усиленные с помощью уси- и устройства для измерения вход}.ого лителя 2, подают через коммутирующее импеданса микросоединения для автоустройство 3 на электроакустический i матизироващюго управления процессом преобразователь 4. Ультразвуковые коле > микросварки алюминиевой проволоки диа» бания последнего с помощью концентра- метром 43 мм с золотым покрытием тора 5 и сварочного инструмента 6 посту» . толщиной5 мкм на подложке из ковара пают в зону соединения вывода 8 с приводит к повышениа качества микросвар контактной площадкой 9. ных соединений в 2-2,4 раза. ВоспроизДля измерения контактного сопротив- <О водимость качества возрастает в среднем ления RN между выводом В и контакт- на 20%. Выход годных интегральных ной площадкой 9 используют измеритель- схем за счет этого уЬеличивается на ное устройство 10, состоящее, напри- .. 10-20%.. мер, из двойного моста 11, одним из Экономическая эффективность внедрения плеч которого является измеряемое со- данного способа и устройства для измере противление, и усилителя постоянного ния входного импеданса микросоединения тока 12; при сборке интегральных схем, выпуекаеОдин из выводов двойного моста 11 мых серийно, составит свыще 50 тыс.руб соединен с губками 7 отрывного устройства, а другой - с измерительным зон2О дом, контактирующим с площадкой 9. Формула изобретения

Питание двойного моста 11 осуществляется от источника стабилизированного 1. Способ определения механического тока, включенного в диагональ моста, импеданса микросоединения при ультрако второй диагонали которого подключен звуковой сварке, при котором измеряют вход усилителя постоянного тока 12, с один из параметров зоны контактировавыхода которого напряжение, пронорцио- ния соединяемых элементов, о т л и— нальное величине контактного соцротив чающийся тем, что,снедью ления, поступает на вход вычислитель» повышения точности измерения, осущестж} ного устройства 13, реализующего функ- вляют измерение электрического импеданции, например, (1), (2). са и вычисляют механический импеданс

Кроме того, на входы вычислИтель- по Формуле ного устройства подаются напряжения с прог- -;,(2} раммногоустройства 14, пропорциональные,, =Я - ъ(, +- р Ц} — — gpss Р (} } (1} (3) 35 2с

t f) экю С э gg э f2 4 sP2t©29 1? 2J (3} а также величине 0,196. С выхода вы- « . Огс. } —, } Ц

Ес

1 числительного устройства 13 сигнал, с пропорциональный величине входного им- где Е - механический импеданс микропеданса Zg микросварного соединения, сварного соединения,. поступает на один из входов схемы срав- — постоянная распространения; пения 15, на другой вход которой подается Д- толщина соответственно вынапряжение с выхода блока 16. Выход-. вода и контактной площадки; ным напряжением схемы сравнения 15 с 2,с — волновое сопротивление с (4,2,8} ление соотпомощью управляющего устройства 17 <> ветственно вывода, контактной площадпроизводится управление усилителей 2 . ки и опоры; . и коммутирующим устройством 3, кото gg - нормированный импеданс сисрое отключает ультразвуковой генератор темы. и прекращает процесс микросварки при 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю достижении величиной Z определен- } шийся тем, что для определения ного значения, соответствующего ка . волнового сопротивлен з, р оп отивления измеряют контактчественному соединени}о. ное сопротивление и вычисляют волновое

Изменение активно и реактивно сопротивление контактной площадки о составляющих входного импеданса сое- Формуле

2 динения в процессе микросварки можно (2} 9г (6,}+ бэ} проконтролировать визуально с помощью к, двухлучевого осциллографа 18, подклюгде - плотность материала контактченного к выходу вычислительного уст- Р2 и 13. ной площадки; ройства 1

Ъ

: J" .- 4/

653О61

Сй скОрость распространения 3tpow палов, вычислительное устройство управ дольнмх колебаний и контактной площе лявшее устройство и индикатор, о т кем "-: " — .. .личающееся тем,что,сиельо

Q — удельная йроводимбсть кон- автоматизации измерений,i йего дсполтактной щющадки; . и кительно введены двойной мост, усиди

- удельная проводимость выво- тель пос )яниого тока коммутирующее да, программное устройство, блок номиналь

Ви - величина контактного Щ фбтив-., ного значения входиого меканического ленин. импедаиса и" сиена сРавнения, при этом .E

3. Способ по п. 1, о т л pi ч а а- о вИкод ела йосМяинбго тока по шийся тем, что для оиределеиия чен и одному из вкодов вмчислительноволиового сопротивления измеряют йидук го устройства,. с вкругими-виндаве сое тивиость области стягивания и фуф@ипот дйнееа вьиодо программного устройся подм МжпВ R Вкодам ИФЙжатор& pt к

М

3 c- р С (3. 646 66< — —:у-- ) . ойющт ш";вязов сяемм cpsssegss, о

Р lip вкодом которой соединен блок где 8< - площадь контактироваиии умео номинального значения вкодйго махани да со сварочно инструментом ":: ческого.ймищанса, а выюд скемц срав

Х с- индуктивность области стяги-.. йения черМ управляйщее устройство еее

Яе валия, - динен с убипйтелем и азммутирув щим

py - относительная магнитная" ripamr- : устройством. иаемость материала вивода. - . --4. Устройство длн осуществленйя Источники информации, прииятме во способа определения меканического внимание при экспертизе импеданса микросоединения прй ультразву-. 1. Патент М 3624496, «оной сварке, содержащее генератор сиг кл. B 01 fi 27/00, 1974 г.

Составитель В. Катин

Редактор Л. Народная Техред М. Петко Коррекор A. Гриценко

Заказ 1189/9 Тираж 1221 Подписно е

UHHHFIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г . Ужгород, ул. Проектная, 4