Устройство для ультразвуковой микросварки

 

Союз Советскмк

Социалистмческик

Реслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

j

Опубликовано 05.04.80. Бюллетень ¹ 13 (5I) M. Кл.

В 23 К 19/04

Гооудеротеекиый комитет . СССР (53) УД К621.791. .16,037. (088.8) лб делам иэооретенкй и открытий

Дата опубликования описания 08.04,80 к (72) Авторы изобретения

В. М. Колешко и В. Я. Сунка

Институт электроники АН Белорусской ССР (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКСВс Й МИКРОСВАРКИ!

Изобретение относится к ультразвуковой обработке материалов и, в,частности, может использоваться для ультразвуковой микросварки в электронной промыш ленностн.

Известны многоступенчатые колебательные механические системы для ультразвуковой обработки, выполненные в ви де набора четвертьволновых стержней, плотпадь поперечного сечения которых ли;1б бо неизменна, либо выражается монотон-. ной функцией длины Я

Недостатком известного устройства является наличие в излучающей колебательной системе острорезонансной харак

15 теристики, что снижает качество ультразвуковой обработки.

Наиболее близким техническим реше пнем к изобретению является устройство, содержющее источник питания, электроакустический преобразователь и механический трансформатор и сварочный инст-. румент, выполненные в виде резонаторов, связанных перемычками 2) 2

Недостатком известного устройства является низкий КПД системы, так как в резонаторах возбуждаются только продольные волны одной частоты.

1(ель изобретения — повышение КПД системы.

Цель достигается тем, что резонатс>ры выполнены в виде многогранников, связанных между собой перемычками через диагонально-противоположные вершины. Резонаторы выполнены в виде охтаэдров, а двугранные углы в их вершинах, связанных перемычками, составляют. ус «х зс при длине перемычек

6 2, А Л

32 8 — <В где Л - длина продольной волны.

На чертеже представлена структурчая схема устройства для ультразвуковой микросварки.

Устройство состоит из источника 1 питания, широкополоснЫх преобразовате3 "лей 2 и 3, механического трансформатора, включающего в себя резонаторы-многогранники 4, например в виде октаэдра, призмы, параллелепипеда и йр., соединенные перемычками 5, акустической развязки 6, сварочного инструмента, включающего резонаторы-многогранники

7, связанные перемычками 8 и контактирующего со свариваемыми деталями 9.

Устройство работает следующим образом.

Высокочастотные электрические коле« бания с источника 1 питания подаются на электроакустические преобразователи 2 и 3, с помощЬю которых преобразуются в упругие механические колебания. Эти колебания возбужда1от продольные механические колебания в трансформаторе и сварочном инструменте. Электроакустическне преобразователи 2 и 3 за счет специальной конструкции имеют широкую

Boiiocy частот, "в пределах которо1Г йерав-" "номерность амплитудн частотной хаРактеристики механических колебаний не превышает величийу 3-5 дБ. В резона торах-многогранниках 4 возбуждаются колебания различных часгог, каждая из которых соответствует условию возбуждения стоячей волны на каждой паре прсь-. тивоположных параллельных граней резонатора-многогранника.

Например, и параллелепипеде имеются три пары параллельных, противоположных граней, расстояния между которыми близкие по величине и rîñòàâäÿþò арифметическую прогрессию, т.е. расстояния между- различными г анями возрастают на постоянную величину. Получаются три резонансных частоты, сдвинутые по оси частот на одну и ту же валичину. Это позволяет получать близкую к равномерной амплитуднсо-частотную характеристику механически колебаний. Перемычки .

5 не имеют в полосе пропускания резонансной частоты. При соединении между собой резонаторов-многогранников с помощью перемычек за счет различных волновых сопротивлений резонаторов и перемычек, полоса частот трансформатора будет расширена. Ширина полосы про пускания трансфо1 матора тем больше, чем болыпе различие в волновых сопротивленйях перемычек и резонаторов.

Сварочный инструмент может иметь конструкцию, аналогичную конструкции трансформатора, и, поэтому, у него расширенная полоса пропуска,ния частот. По сравнению с обычными моночасМтными — . -!--- - ..

25846 4

55 трансформаторами { коническими, экспоненциальными и т.д.) у данного трансформатора и у сварочного инструмента расширенная полоса пропускания. Это расширение обусловлено тем, что в системе механических контуров резонаторы-многогранники одинаковой частоты соединены перемычками и, кроме того, число резонансных частот в резонаторе-многогранннке ув еличивается.

Таким образом, одновременное действие этих факторов позволяет значительно расширить полосу пропускания акустической колебательной системы для микросварки интегральных схем, увеличить

КПд. системы.

Для улучшения условий возбуждения механических колебаний различных частот и получения равномерной амплитудно-частотной характеристики перемычки соединяются через диагонально противоположные вершины. При такой конструкции угол падения фронта волны одинаков для воз буждения различных граней, сходящихся у вершин, связанной перемычками, Для улучшения согласования элементов транс форматора перемычки выполнены длиной

-Л

: сR 4 А8. Для повышения коэффи« циента передачи механических колебаний от перемычек к резонаторам двухгранные углы в вершине, связанной с перемычкой, целесообразно иметь величину < ос, < З 6 2

Использование устройства позволяет повыс ить качество ультразвуковой обработки, в частности микросварки, за счет тога, что механическая колебательная система больше не является моночастотной, а значит не подвержена выходу из резонансной частоты при изменении режимов эксплуатации статического давления на сварочный инструмейт, величины подвсдимой электрической мощности, продолжительности сварки, температуры и т.д.

Жсплуатация предлагаемого устройства показывает, что ширина полосы пропускания увеличивается в 9 раз по сравнению с однородным, моночастотным вол поводом

Предлагаемая акустическая колебательная система при микросв арке алюминиевой проволоки 30 10 м р алюминиевым контактным плсщадкам толщиной

1,5 - 1,8 ° 10 м на кремнии позволяет повысить прочность соединений на 18%, а васпроизводимость механической проч.

Составитель В. Катин

Редактор Н. Кравцова Техред О. Андрейко Koppemop В. Бутяга

Заказ 835/15 Тираж 1160 Подписное

UHHHIIH 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

5 7 ности ссхтавляет 98-99%. Это улучшает электрические и механические свойства интегральных схем. Проведенные исследования механической прочности соединений электрических и механических свойств интегральных схем серий 500 показывают, что при использовании предлагаемого устройства для ультразвуковой микросваркд процент выхода годных приборов повышается на 2,47%.

Формула изобрете ния

1. Устройство для ультразвуковой микросварки, содержащее источник питания, электроакустический преобразователь и механический трансформатор и сварочный инструмент, выполненные в виде резонаторов, связанных перемычками, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения КПП. системы, резонаторы вы

25846, 6 полнены в виде многогранников, связанных между собой перемычками через диагонально противоположные вершины.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а"ю m е е с я тем, что, резонаторы выполнены в виде октаэдров, а двугранные углы в их вершинах, связанных перемычками составляют б <О < при ННе л .

; перемычек где Х - длина продольной волны.

1.5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Теумин И. И. Ультразвуковые ко лебательнь(е системы. М., 1959, с. 302-308.

20 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 34 2459524/27, кл. В 23 К 19/04, 4.03.77 (прототип).