Способ ультразвуковой микросварки

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик („) 806320 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (51)М. Кл (22) Заявлено 1206.78 (21) 26 26 519/25-2 7 с присоединением заявки Но

В 23 К 20/10

Государственный квинтет

СССР но 4c48N нзобратаннй н открытий (23) Приоритет (5З) УД 621. 791. 16 (088, 8) Опубликовано 2 302.81, Бюллетень N9 7

Дата опубликования описания 230281 (72) Авторы изобретения

А.П. Рыдзевский и В.Н,Акимов (71) Заявитель (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ NHKPOCBAPKH

Способ относится к ультразвуковой микросварки и может быть исполь зован при сборке полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Известен способ ультразвуковой сварки с регулированием сварочного давления, предусматривающий приложение непрерывно увеличивающегося сварочного усилия, подачу ультразвуковой. энергии в ходе приложения сварочного усилия, прекращение действия сварочного усилия и отключение источника энергии колебаний (1), Известен также способ ультразвуковой микросварки, при котором к свариваеьым деталям сначала прикладЫвают статическую нагрузку, вводят ультразвуковые колебания, измеряют, скорость осадки сварочного инструмента, а затем воздействием динамической нагрузкой (2) .

Недостатком указанных способов является то, что они не гарантируют высокое качество присоединения проводника, так как момент приложения динамической нагрузки определяется эмпирически, хотя кинетика проте-,кания пластической деформации Провод ника, а следовательно, и прочность контактов изменяется от сварки-к 30 сварке и зависит от ряда факторов.

В связи с этим при сварке возможны случаи, когда образование зон взаимодействия наблюдается в основном в виде эллипса на периферии контакта с наличием большой мертвой зоны в центре контакта или возникновением дополнительных боковых зон охватывания с образованием наружного эллипса; Причем в последнем случае, как правило, между внутренним и наружным эллипсам плотность очагов взаимодействия минимальна или эона взаимодействия отсутствует вовсе.

Многократное приложение нагрузки в процессе сварки приводит к проявлению зон схватывания в виде нескольких эллипсов, при этом между кольцами плотность очагов взаимодействия также минимальна. Таким образом, многократное приложение нагрузки в виде нескольких импульсов или одного импульса большой величины беэ учета кинетики пластического течения металлов и, следовательно, без учета характера изме нения скорости пластической деформации проводника не приводят к заметному повышению качества сварных соединений.

806320

Цель изобретения — интенсификация процесса ультразвуковой микросварки и повышение качества соединений.

Поставленная цель достигается тем, что динамической .нагрузкой воздействуют на стадии упрочнения свариваемых материалов в момент достижения скоростью осадки сварочного инструмента первого экстремального значения.

На фиг.1 приведен график зависимости скорости осадки сварочного наконечника V, амплитуды ультразвуковых колебаний и площадей очагов взаимодействия S> во времени при статическом нагружении сварочного наконечника; на фиг.2 - график зависимости скорости осадки сварочного наконечника V характера изменения нагрузки не сварочный наконечник P u площадей очагов взаимодействия S в процессе сварки; на фиг,3 — схема устройства для осуществления способа.

Осуществление способа заключается в следующем.

К сварочному инструменту прикладывают статическую нагрузку P после чего в зоне соединения подают импульс ультразвуковых колебаний. Под действием усилия нагружения и ультразвуковых колебаний происходит снятие микрошероховатостей соединяемых материалов и сцепление сварочного наконечника с присоединяемым проводником. Вследствие внутреннего и внешнего трения свариваемые детали разогреваются и интенсивно деформируются. Течение присоединяемого проводника приводит к резкой концентрации касательных напряжений в зоне контакта проводник-пленка и разрушению окисных пленок на границе их раздела. Окисные и ацсорбированные пленки выносятся на периферию контакта, а в зону соединения выходят чистые металлы, между которыми зарождаются первые очаги взаимодействия. На данном э тапе проис ходит воз рас тание сопротивления горизонтальным колебаниям инструмента из-за образования прочных металлических связей проводник-пленка, что приводит к снижению амплитуды ультразвуковых колебаний

E (фиг.1) и упрочнению материалов вследствие роста скорости деформации.

Все это вызывает уменьшение скорости осадки сварочного наконечника V что в свою очередь оказывает влияние на кинетику взаимодействия контактирующих поверхностей и замедляет сварочный процесс. Поэтому для интенсификации образования соединения в момент с, когда скорость осадки сварочного наконечника V достигает первого экстремального значения, прикладывают .динамическую нагрузку

P которая носит нарастающий харакР н тер, со скоростью 3-20 — (фиг.2), При приложении динамической нагрузки в момент первого экстремального значения осадки наиболее рационально используются силы контактного трения, так как к этому моменту соединяемые поверхности получают достаточную активацию для интенсивного образования очагов взаимодействия, однако для образования прочного соединения необходима дополнительная энергия активации для слияния очагов взаимо действия в плоскости и объеме зоны контакта.

Для получения сварных соединений используются алюминиевые лепестковые выводы, толщиной 30, 40, 50 и

15 60 мкм и кристаллы интегральных схем с алюминиевой металлизацией, В момент достижения скоростью осадки первого экстремального значения прикладывают динамическую на2() грузку, а сварку прекращают при деформации привариваемого проводника

45-50Ъ.

Предлагаемый способ реализуется в устройстве, включающем датчик

25 перемещений, который представляет собой первичный преобразователь 1 на эффекте Холла, усилитель 2, дифференциаторы 3 и 4, компаратор 5, генератор 6 пилообразного напряжения, механизм 7 динамического нагружения, блок 8 регулирования величины деформации, ультразвуковой генератор 9.

Устройство работает следующим образом.

35 Сигнал от датчика 1 перемещений, который характеризует деформацию привариваемого проводника во время сварки, поступает на вход усилителя

2 и для определения скорости осадки сварочного инструмента усиленный

4() сигнал дифференцируется дифференциатором 3. Эатем сигнал с выхода дифференциатора 3 повторно дифференцируется дифференциатором 4 и подается на вход компаратора 5, который в моQ5 мент равенства нулю производной от скорости осадки сварочного наконечника, что соответствует достижению скоростью первого экстремального значения, отрабатывает сигнал на

gp запуск генератора 6 пилообразного напряжения, формирующего нарастающий импульс напряжения, который поступает на механизм 7 динамического нагружения, содержащий, например электромагнит,кинематически связанный со сварочной головкой. Механизм 7 осуществляет подачу динамической нагрузки на свариваемые материалы, при этом блок 8 регулирования величины деформации, вход которого подключен

® к выходу усилителя 2, а выход — ко входу генератора 6 пилообразного напряжения и ультразвукового генератора 9, отключает последние в момент достижения деформации привари65 ваемого проводника 45-50 %, 806320

Формула изобретения

$g gnu bnxu Ч„(0 "Я б /5

2 05

О О ва

Фиг. /

ЮО Е,лс

0ilj г аг

o r o

О м 4О

Пример . При приварке апюминиевых лепестковых выводов, толщиной 60 мкм к металлиэированному кремнию предварительная нагрузка составляет 1 Н, момент введения дополнительной нагрузки от начала включения ультразвуковых колебаний

0,01 с, скорость ввода дополнительной нагрузки 9 Н/с, время сварки

0,08 с, При этом средняя прочность соединений составляет 13 г, а коэффициент вариации прочности — 17%. Способ ультразвуковой микросварки, при котором к свариваемым деталям прикладывают статическую нагрузку, вводят ультразвуковые колебания, ВНИИПИ Заказ 124/20

Тираж 1159 Подписное

Филиал ППП "Патент"

r.Óæãoðîä,óë.Проектная,4 измеряют скорость осадки сварочного инструмента, а затем воздействуют динамической нагрузкой, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса и повышения качества соединений, динамической нагрузкой воздействуют на стадии упрочнения свариваемых материалов в момент достижения скоростью осадки сварочного инструмента первого экстремального

10 значения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3610506, кл, 228-1 1972.

2.. Мазур A.È. и др. Интенсификация процесса образования соединения при ультразвуковой сварке. — Свароч. ное производство, 1973, 9 8, с. 24-26.