Способ управления процессом ультразвуковой микросварки и устройство для его осуществления
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (6 ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 26.10.78 (21) 2678634/25-27 (51)v к„. с присоединеиием заявки ¹
В 23 К 20/10
Государственный комитет
СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет
Опубликовано 230980 бюллетень. ¹ 35 (53) УДК 621.791. .16 (088.8) Дата опубликования описания 02. 10. 80 (72) Авторы изобретения
В. М. Колешко и А. В. Гулай (71) Заявитель
Институт электроники AH Белорусской ССР (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
МИКРОСВАРКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к автоматизации технологических процессов сбор- ки микроэлектронных приборов и может быть использовано при разработке автоматических устройств для микросвар- 5 ки и пайки элементов интегральных микросхем и электронных наручных часов.
Известен способ управления процессом ультразвуковой микросварки по величине контактного сопротивления R 10 между присоединяемыми выводом и металлической пленкой на подложке интегральной микросхемы, а также по величине контактного сопротивления R> между сварочным инструментом и выводом (1).
По величине и управляют мощностью ультразвукового генератора. Процесс микросварки прекращают при уменьшении R> и увеличении R 20
Недостатком способа является то, что в процессе управления не учитывают изменение нелинейности контактного сопротивления R<, которая оказывает существенное влияние на характе- 125 ристики микроэлектронных приборов.
Устройство для управления процессом микросварки по величине и„ и и содержит задающий генератор, йредварительный усилитель, усилитель мощнос-30
2 ти, акустическую систему и цепь обратной связи, состоящую из источника стабилизированного тока, двойных мостов,усилителей постоянного тока,ло-гарифмического устройства, схемы сравнения и блока номинального значения тока (1).
Однако данное устройство не обеспечивает получение необходимого качества микросварочных соединений.
Известен также способ автоматичес- кого регулирования процесса микросварки, при котором в качестве измеряемого электрического параметра используют коэффициент нелинейных искажений в контакте соединяемых элементов и устанавливают длительность процесса микросварки равной отношению начального значения коэффициента нелинейных искажений к его производной по времени j2J. Особенностью устройства, реализующего данный способ автоматического регулирования процесса микросварки, является то, что в состав цепи обратной связи устройства введен измеритель нелинейных искажений, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход — с регулирующим устройством и со входами дифференцирующего и запоминающего устройств, 764901 выходы которых подключены ко входам блока деления, а выход последнего соединен с реле времени j2).
Однако использование такого способа, а устройство для его осуществления эффективно только при сборке интегральных микросхем, предназначенных для работы в аналоговых устройствах,где нелинейность электрического сопротивления контакта приводит к появлению высших гармоник сигнала.
Из известных способов наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления процессом йикросварки, при котором к соединяемым элементам прикладывают электрическое напряжение, измеряют ток через контакт и по результатам измерения управляют процессом соединения (3).
Устройство, реализующее известный способ управления процессом микросварки, содержит задающий генератор, уси- 20 литель мощности с блоком управления, коммутирующее устройство, акустическую систему и цепь обратной связи, включающую в себя два электронных ключа, два дифференцирующих устройства, запоминающее устройство и разностную схему (3).
Особенность устройства для осуществления этого способа заключается в том, что цепь обратной связи выполнена следующим образом: выход измерительной цепи подключен к блоку селекции импульсов по амплитуде, один выход которого подключен непосредственно ко входу схемы сравнения, а второй — через импульсный усилитель, а выход схемы сравнения соединен с регулирующим и коммутирующим устройствами.
Использование такого способа и устройства для его осуществления зф- 40 фективно при сборке интегральных микросхем, предна.значенных для работы преимущественно в импульсных устройствах, где изменение соотношения между амплитудами импульсов приводит к снижению помехоустойчивости устройств.
Для повышения качества и воспроиз» водимости качества соединений в качестве электрического напряжения подают линейно изменяющееся напряжение и измеряют разность производных функций тока через контакт от времени в начальный и конечный моменты линейного участка приложенного напряжения, по величине которой управляют процессом соединения, прекращая его в момент равенства измеряемых производных
В устройство для осуществления предлагаемого способа введен генератор изменяющегося напряжения, входы щ электронных ключей соединены с измерительной цепью и генератором линейно изменяющегося напряжения, а выходы подключены ко входам разностной схемы, причем выход одного из электронных ключей - через дифференцирующее, а второго — через дифференцирующее и запоминающее устройства, при этом выход разностной схемы соединен с блоком управления и коммутирующим устройством.
На фиг. 1 дана структурная схема устройства, реализующего способ управления процессом микросварки; на фиг. 2а,б и в даны графики зависимости тока через контакт от напряжения на соединяемых элементах,а также зависимости напряжения и тока от времени °
При подаче напряжения на соединяемые элементы линии тока, проходящего через контакт, искривляются. С увеличением напряжения и плотности тока линии тока искривляются больше, что ведет к увеличению сопротивления контакта (см. фиг. 2а). B случае подачи линейно изМеняющегося напряжения (см. фиг. 2б) это приводит к тому, что закон изменения тока через контакт отличается от линейного (см. фиг. 2в).
Величину. отклонения закона изменения тока от линейного оценивают по разности производных функции изменения тока через- контакт от времени в начальный tо и конечный t моменты линейного участка приложейного напряжения (см. фиг. 2 б, в):д3(Щ -дЩ )
В процессе микросварки увеличивается площадь контакта, уменьшается искривление линий тока через контакт, за счет чего уменьшается нелинейность сопротивления последнего. Поэтому автоматически управляют процессом микросварки по величине измеряемой разности производных д1j ) Устройство, реализующее данный способ, содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, блок 3 управления, коммутирующее устройство 4, акустическую систему 5, соединяемые элементы б, генератор 7 линейно изменяющегося напряжения, измерительную цепь 8,электронные ключи 9 и 10,дифференцирующие устройства 11 и 12,запоминающее устройство 13 и разностную схему 14. Работает устройство следующим образомм. Электрические колебания задающего генератора 1, усиленные с помощью усилителя мощности 2, через коммутирующее устройство 4 подают на вход акустической системй S,с помощью ко- . торой ультразвуковые колебания вводят в зону соединения. на соединяемые элементы б подают линейно изменяющееся напряжение с выхода генератора 7. Сигнал, пропорциональный току через контакт, с помощью измерительной цепи 8 подается на входы электронных ключей 9 и 10, выполненных, например, в виде 764901 ll 1 ta Фк 4 I ! триггеров Шмитта. Электронный ключ 9, отпиракщийся в момент времени е (начальный момент линейного участка приложенного напряжения), пропускает сигнал на вход дифференцирующего устройства 11, напряжение с выхода которого, пропорциональное ЫЗ(сН,(4, запоми:нается с помощью запоминающего устройства 13 и воздействует на один из входов разностной схемы 14. Электронный ключ 10 отпирается пилообразным напряжением с выхода генератора 7 в момент времени с„ (конечный момент линейного участка приложенного напряжения) и пропускает сигнал на вход дифференцирующего устройства 12. Напряжение с выхода последнего, пропорциональное d3(dt(„, воздействует на второй вход разностной схемы 14. По величине измеряемой разности производных функции тока через контакт от времени в начальный и конечный момен- 20 ты линейного участка приложенного напряжения ЩЫЦ - d l (Щ „управляют параметрами процесса микросварки, например мощностью ультразвуковых колебаний, с помощью блока 3 управления. Процесс микросварки прекращается при равенстве измеряемых прои=водных,т.е. при 43(ЙЦ,=Ю(Н(= „,для чего выход разностной схемы 14 подключают к коммутирующему устройству 4. Использование предлагаемого способа и устройства для автоматизации процесса микросварки при соединении золотой проволоки диаметром 50 мкм с алюминиевой контактной площадкой тол35 щиной 1 мкм на подложке из кремния позволит увеличить усилие на отрыв проволоки под углом 90" к плоскости эоны соединения в 1,4-1,8 раза. При микросварке используется акустическая система, состоящая из электромехани- 40 ческого преобразователя в виде пьезокерамической пластинки с алюминиевой накладкой, выполненной заодно с полуволновым экспоненциальным концентратором ножевого типа. 45 Формула изобретения 1. Способ управления процессом ультразвуковой микросварки, основанный на том, что к соединяемым элемен гам прикладывают электрическое напряжение, измеряют ток через контакт и по результату измерения управляют процессом сварки, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения качества и воспроизводимости качества соединений, в качестве электрического напряжения подают линейно изменяющееся напряжение и определяют разность производных функций тока через контакт от времени в начальный и конечный моменты линейного участка приложенного напряжения, по величине которой управляют процессом сварки, прекращая его в момент равенства измеряемых производных. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее. задающий генератор, усилитель мощности с блоком управления, коммутирующее устройство, акустическую систему и цепь обратной связи, включающую в себя два электронных ключа, два-дифференцирующих устройства, запоминающее устройство и разностную схему, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения качества и воспроизводимости качества соединений, в ycтройство введен генератор линейно изменяющегося напряжения, входы электронных ключей соединены с измерительной цепью и с генератором линейно изменяющегося напряжения, а выходы подключены ко входам разностной схемы, причем выход одного из электронных ключей — через дифференцирующее, а второго — через дифференцирующее и запоминающее устройства, при этом выход разностной сметя соединен с блоком управления и коммутирующим устройством. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Колешко В. N. Ультразвуковая микросварка. Минск, "Наука и техника", 1977, с. 302-304. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2558902/25-27, 1977.кл. В 23 В 19/04, 1977. 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2576816/25-27, кл. В 23 К 19/04, 1977 (прототи ). ВНИИПИ Заказ 6400/12 Тираж 1160 Подписное Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4
