Способ контроля процесса ультразвуковой сварки

 

Сокзз Советскмх

Соцмалмстмцескмх

Республик

ОП ИГРАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

662301 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.02.77 (21) 2449446/25-27 с присоединием заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М, Кл

В 23 K 19/04

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 25.05.79 (53) УДК 621.791..16 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Колещко и А. В. Гулай

Институт электроники AH Белорусской ССР (7I) Заявитель (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА

УЛЬТРАЗВУКОВОЛ СВАРКИ

Изобретение относится к области автоматизации ехнологических процессов сборки микроэлектронной аппаратуры и может быть использовано при разработке устройств для автоматической микросварки при сборке полупроводниковых приборов, интегральных схем и электронных наручных часов.

Известен спосоо контроля процесса ультразвуковой микросварки, основанный на том, что фиксируют скачок амплитуды напряжения на преобразователе при образовании соединения или изменение сопро- 10 тивления между сварочной головкой и присоединяемым элементом (1). Данный способ в недостаточной степени учитывает процессы, происходящие в зоне соединения.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля процесса ультразвуковой сварки, при котором пропускают постоянный ток через соединяемые элементы и измеряют один из параметров зоны контактирования, сравнивают его с заданным значением и управляют процессом свар- 20 ки (2). По известному способу управление процессом микросварки осуществляют по величине электрического сопротивления между ультразвуковой системой и присоединяемым элементом. Прекращение процесс;l микросварки происходит при повышении сопротивления, указывающем на образованис соединения. Однако величина электрического сопротивления между ультразвуковой системой и присоединяемым элементом в большей степени характеризует качество электрического контакта между инструментом и проводником, чем качество образуloнсс гося микросварного сос.IIIIII. «Ifa. 1!îýтому такой способ управления процессом микросварки не приводит к значитсльному повышению качества микросварных соединений.

Для автоматизации процес B микро B;I pl H целесообразнее использовать измерение параметра, наиболее полно характернзук>щего качество образующего контакта.

Целью изобретения является повышение прочности и стабильности качества микросварного соединения.

Цель достигается тем, что измеряют среднюю мощность шума пятен контактирования соединяемых элементов в оптима1hном частотном диапазоне и прекращают процесс при достижении указанной BEëè÷èIII>l минимального значения.

662301

S о

Формула изобретения

В соответствии с теорией Хеттиша величина шумового напряжения Ф, создаваемого проходящим через контакт током, равна

+> = pi-In где г (1+ р) — сопротивление, А — пятна контакта, г — постоянная величина, р — относительное изменение сопротивления, I — ток через контакт, п — число * — пятен в контакте.

Из приведенного выражения следует, что величина электрического шума в контакте в значительной степени зависит от числа д — пятен в нем и от изменения сопротивления — пятен. В процессе микросварки, например ультразвуковой, происходит изменение числа !. пятен. B начальный момент, когда еще не произошло прочного сцепления присоединяемого вывода и подложки, происходит как увеличение и, так и разрушение образовавшихся контактных мостиков, что сопровождается сильными шумами.

Затем в процессе формирования сварной гочки и изменяется сравнительно медленпо, шумы при этом обусловлены изменением сопротивления 4 пятен за счет увеличения иХ размеров. При максимальном числе < — пятен и минимальном их сопротивлении шумы минимальны. При продолжении подачи ультразвуковой энергии в зону соединения начинается разрушение образовавшегося контакта, что также сопровождается нарасЗо тающими шумами. Процесс микросварки целесообразно прекращать в момент наивысшего качества соединения, т. е. когда шумовое напряжение достигло определенной минимальной величины.

Для автоматизированного управления процессом необходимо использовать величину средней мощности шума, приходящейся на определенную полосу частот. Оптимальная полоса частот выбирается с точки зрения максимального измененияВ процессе микросварки приходящейся на данную полосу средней мощности шума.

На чертеже изображена блок — схема устройства, реализующего способ.

Устройство содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, коммутирую- 4з щее устройство 3, электроакустический преобразователь 4, концентратор 5, сварочный инструмент 6, губки 7 отрывного устройства, присоединяемый вывод 8, контактная площадка 9, источник 0 постоянного тока, полосовой фильтр ll, квадратичный детектор 12, интегратор 13, делитель 14, схему 15 сравнения, блок 16 номинальных значений средней мощности шума. Величина сопротивления R выбирается из условия RWR<, где Кк — контактное сопротивление зоны микросварки.

Предлагаемое устройство для реализации способа автоматизации процесса микросварки работает следующим образом.

Электрические колебания задающего генератора 1, усиленные с помощью усилителя 2 мощности, через коммутирующее устройство 3 поступают на электроакустический преобразователь 4, механические колебания которого с помощью концентратора

5 и сварочного инструмента 6 подают в зону соединения, например вывода 8 с контактной площадкой 9. К соединяемым элементам 8 и 9 подсоединен выход источника

10 постоянного тока для пропускания тока через образующийся в процессе микросварки контакт и вход полосового фильтра 11, пропускающего электрические колебания оптимальной полосы частот от Ъ f. Выход полосового фильтра 11 сорединен через квадратичный детектор 12, итегратор 13 и делитель 14 с одним из входов схемы 15 сравнения. С выхода квадратичного детектора

12 снимается напряжение, пропорциональное квадрату выходного напряжения полосового фильтра !1. Интегрирование сигнала с квадратичного детектора за время от

0 до Т !Т(< tee — длительность цикла микросварки) дает энергию процесса в полосе частот 1 1, а последующее деление на время Т с помощью делителя 14 — среднюю мощность в той же полосе частот. На другой вход схемы 15 сравнения подается сигнал, пропорциональный номинальному значению средней мощности шума, определяемому экспериментальным путем при образовании высококачественных соединений. При отклонении средней мощности от номинальных значений происходит автоматическое управление параметрами процесса микросварки, а также прекращение процесса при достижении uaKcrrMaльно возможной ных условиях прочности соединения, для чего выходы схемы 15 сравнения подключают к управляющему элементу усилителя 2 мощности и коммутирующему устройству 3.

Использование данного способа автоматизации процесса микросварки при соединении золотой проволоки диаметром 30 мкм в ультразвуковом поле с золотым покрытием толщиной=5 мкм на подложке из новара приводит к увеличению прочности микросварных соединений в 1,8 — 2,0 раза.

Воспройзводимость качества возрастает в среднем на 25%. Выход годных интегральных схем за счет этого увеличивается на

10 — 15%.

Способ контроля процесса ультразвуковой сварки, при котором пропускают постоянный ток через соединяемые элементы и измеряют один из параметров зоны контактирования последних, сравнивают его с заданным значением и управляют процессом сварки, отличаюи!ийся тем, что, с целью повышения прочности и стабильности качест662301 ва микросварного соединения, измеряют среднюю мощность шума пятен контактирования соединяемых элементов в оптимальном частотном диапазоне и прекращают процесс при достижении указанной величины минимального значения. б

Источники информации. принятые во внимание при экспертизе

1. 3aявка Великобритании М 1398956, кл. В 3 R, 1971.

2. Патент США Хо 3763545, кл. В 23 К 21/00, 1973.

Составитель В. Катин

Редактор О. Торгашева Техред О. Луговая Корректор И.Муска

Заказ 2603/15 Тираж 1221 Подписное

ЦН И И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П <Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4