Способ управления процессом микросварки

 

p Ф

ОПИСАНИ

ИЗОБР ЕТЕ Н И

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свпд-ву— (22) Заявлено 01.06.77 (21) 249 374/25-27 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.04.79. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 22.06.79 (51) М. Кл.- В 23 К 19 04

Государственный комитет по делам изобретений и открытий (53) УДК 62! 791.16 (088.8) (72) Авторы изобретения

{71) Заявитель

В. М. Колешко и В. Я. Сунка

Институт электроники AH Белорусской ССР (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

МИКРОСВАРКИ (крпвые 1 — б), поясняющие принцип управления микросваркой.

На фиг. 2 представлена функциональная схема устройства для технической реализаб ции способа.

Кривые 1, 4 — АЧХ спектральной плот. ности шума соответственно для ультразвуковых и гиперзвуковых частот; кривые2,5— первая производная АЧХ; кривые 3, б — вто10 рая производная АЧХ.

Устройство содержит задающий гснсратор 7 шума, усилитель 8 мощности, фильтр

9 низких частот, фильтр 10 гпперзву. овой частоты и согласующее устройство 11, элек15 троакустическпй преобразователь 12, датчик 1З измерения спектральной плотности шума, коммутатор 14, устройство 15 первой производной, устройство 1б второй производной, устройство 17 логики, формирователь 18 и блок 19 3 правления.

Реализация предложенного способа происходит следующим образом. Выходное напряжение генератора 7 шума с равномер25 ной спектральной плотностью усиливается широкополосным усилителем 8 мощности и через фильтры 9 и 10 и согласующее устройство 11 возбуждает электроакустический преобразователь 12. В начале сварки автоматически блоком 19 управления через фор.

Изобретение относится к технологии микроэлектроники и может найти применение для ультразвуковой микросварки полупроводниковых приборов и интегральных схем.

Из известных способов наиболее близким к описываемому является способ управления процессом ультразвуковой микросварки, основанный на измерении одного из параметров колебательной системы (1).

Недостатком этого способа является проведение контроля качества сварки на определенной частоте, что при изменении частотного диапазона импульсов снижает качество сварки.

Целью изобретения является повышение качества сварных соединений.

Для достижения поставленной цели измеряют спектральную плотность шума в каждом из частотных диапазонов и переход с ультразвукового диапазона на гиперзвуковой производят по первому максимуму второй производной спектральной плотности ультразвукового диапазона, а процесс микросварки прекращают по второму максимуму второй производной спектральной плотности гиперзвукового диапазона.

На фиг. 1 представлены графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) (,р ° Г к

Е ()659320

659320

l0

40

60..щроватсл5 18 открывается фильтр 9 частот ультразвуковых колебаний.

При достижении максимума спектральной плотности этого диапазона начинается процесс разрушения образовавшихся мостиков схватывания. Для исключения этого явления переход на второй гиперзвукогой диапазон производят до начала момента разрушения мосгиков схватывания. Для этого переход с ультразвукового на гиперзвуковой диапазон производят по первому максимуму второй производной (крпвая 8, фиг. 1, точка А), который соответствует моменту перегиба амплитудно-.астотной характеристики спектральной плотности на восходящей ветви. Измерение спектральной плотности производится датчиком 18, а из0ëå÷åíèå первой и второй производной производится устройством 15 первой производной и устройством 1б второй производной.

Определение максю:ума второй производной происходит в устройстве 17 логики, ко орое своим напряжением запускает формирователь 18, закрывающий фильтр 9 низких частот и открывающий фильтр 10 гиперзвуковой частоты. Напряжения обоих диапазонов в момент включений и выключений изменяются плавно, что черезвычайно важно для формирования сварного соединения. Амплитуда колебаний ультразвуковых ча стот постепенно уменьшается, прп этом площадь физического контакта увеличивается, а образовавшиеся мостики схватывания не разрушаются. В то же время начинает увеличиваться амплитуда гипсрзвуковых частот, что способствует формированию необходимых химических связей между соединяемыми элементами.

Таким образом, в переходный период в зоне соединения действуют напряжения обоих частотных диапазонов. В дальнейшем в зону соединений подается напряжение только гиперзвуковой частоты. Применение этого диапазона частот позволяет резко снизить силовое воздействие на соединяемые элементы, в значительной степени ускорить процессы взаимной диффузии, растворение окисных пленок и образование монолитного соединения.

Спектральная плотность шума гиперзвуковых частот имеет зависимость, представленную на фиг. 1 кривой 4. Максимум

:оответствует наиболее качественному соединению, когда во всех зонах физического контакта за счет взаимной диффузии и проявления фонон-фононного и фонон-электронного взаимодействия соединяемых материалов получается монолитное соединение. С дальнейшим увеличением времени сварки поглощение пиперзвуковой мощности уменьшается. Поэтому процесс сварки прекращаloT по второму максимуму второй производной спектральной мощности (точка В, кр .tвая б), что соответствует точке перегиба нисходящей ветви ампли гудйо-частотной характеристики спектральной плотности.

Для исключения ложных срабатываний по нисходящей ветви АЧХ спектральной плотности в области первого частотного диапазона, т. е. низких частот, в устройство вводится коммутатор 14, запираемый напряжением формирователя 18 на время уменьшения амплитуды низких частот до нулевого значения. После перехода на гиперзвуковые частоты с блока 19 управления на вход логического устройства 17 подается управляющий сигнал. При этом логическое устройство выделяет только второй максимум второй производной спектральной плотности шума гиперзвуковых частот и запускает формирователь 18, который через блок 19 управления прекращает процесс мпкросварки.

Применение предлагаемого способа управления процессом ультра- и гиперзвуковой микросварки позволяет в значительной степени оптимизировать процесс микросварки во времени и улучшить качество соединяемых материалов. Например, использование данного устрой "тва при микросварке интегральных микросхем с балочными выводами из алюминиевой ленты толщиной

30 лкл с алюминиевой и золотой металлизацией позволило повысить прочность в

1,7 — 2,6 раза, увеличить воспроизводимость в 3 — 4 раза и резко сократить время микросварки, что особенно полезно при использовании предлагаемого способа в автоматах с большой производительностью, которая возросла при этом в 14 — 15 раз.

Формула изобретения

Способ управления процессом микросварки, преимущественно ультразвуковой и гпперзвуковой, при котором измеряют один пз параметров колебательной системы, о тличающийся тем, что, с целью повышения:качества сварных соединений, измеряют спектральную плотность шума в каждом из частотных диапазонов и переход с ультразвукового диапазона на гиперзвуковой производят по первому максимуму второй производной спектральной плотности ультразвукового диапазона, а процесс микросварки прекращают по второму максимуму второй производной спектральной плотно сти гпперзвукового диапазона.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе изобретения:

1. Авторское свидетельство ССС ? № 538869, кл. В 23 К 19/04, 1976 г.

659320

Фиг 1 фиг.2

Составитель В. Катин

Техред Н. Строганова

Корректор С. Файн

Редактор К. Северова

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 314/507 Изд. № 287 Тираж 1221 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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