DD217088A1 - METHOD FOR ADJUSTING AN OPTIMAL WORKING AREA FOR ULTRASONIC BONDING - Google Patents
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Abstract
DIE ERFINDUNG BETRIFFT EIN VERFAHREN ZUR EINSTELLUNG EINES OPTIMALEN ARBEITSBEREICHES DER FUER DIE HERSTELLUNG VON MIKROKONTAKTEN MIT HILFE EINES ULTRASCHALLSCHWEISSGERAETES ZWISCHEN EINEM METALLDRAHT UND EINER KONTAKTFLAECHE AUF HALBLEITERCHIPS, DUENNSCHICHTSUBSTRATE ODER AUF HALBLEITERGEHAEUSE NOTWENDIGEN SCHWEISSPARAMETER. DIE ERFINDUNG HAT ZUR AUFGABE, DIE QUALITAET BEI DER HERSTELLUNG VON MIKROKONTAKTEN AUCH BEI SICH AENDERNDEN EIGENSCHAFTEN DER WERKSTUECKOBERFLAECHEN ODER BEI EINEM DRIFTEN DES ARBEITSPUNKTES VON ULTRASCHALLSCHWEISSGERAETEN ZU ERHOEHEN. ERFINDUNGSGEMAESS WIRD DIE AUFGABE DADURCH GELOEST, DASS IN EINEM ERSTEN VERFAHRENSSCHRITT DURCH TESTSCHWEISSUNGEN RECHNERGESTUETZT DER ARBEITSBEREICH VOM ULTRASCHALLSPANNUNGSPEGEL UND DEM STATISCHEM AUSDRUCK SO EINGESTELLT WIRD, DASS DIE ANWENDUNG EINES BEKANNTEN VERFAHRENS ZUR ERKENNUNG EINER STATTGEFUNDENEN VERSCHWEISSUNG MOEGLICH IST UND IN EINEM ZWEITEN VERFAHRENSSCHRITT, DEM PRODUKTIONSSCHRITT, NACH JEDEM SCHWEISSPROZESS EINE NACHREGELUNG VON ULTRASCHALLSPANNUNGSPEGEL UND STATISTISCHEM AUSDRUCK DERART STATTFINDET, DASS DIE ERKENNUNG DER ERFOLGTEN VERSCHWEISSUNG MIT KONSTANTER GENAUIGKEIT DURCHGEFUEHRT WIRD.The invention relates to a method for adjusting an optimum working area for the production of microcontacts by means of an ultra-violet welding apparatus between a metal wire and a contact surface on semiconducting chips, thin-film substrates or semi-conductor housing required welding semiconductors. The invention is intended to increase the quality of microcontacts produced even when the properties of the component surfaces change or when the working point of ultrasound welding apparatuses is drifted. ERFINDUNGSGEMAESS IS THE TASK BY SOLVED THAT IN A FIRST PROCESS STEP BY test welds RECHNERGESTUETZT WORK AREA OF ULTRASOUND VOLTAGE LEVEL AND THE STATIC PRINTING SO SET IS THAT THE APPLICATION OF A KNOWN METHOD FOR DETECTION OF A PLACE FOUND WELDING IS POSSIBLE AND IN A SECOND PROCESS STEP, THE PRODUCTION PROCESS AFTER FOR EVERY WELDING PROCESS A REVERSE OF ULTRASOUND VOLTAGE LEVEL AND STATISTICAL EXPRESSION IS SUFFERED THAT THE DETECTION OF THE PROCESSED WELDING IS PERFORMED WITH CONSTANT ACCURACY.
Description
-1- 254 314-1- 254 314
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines optimalen Arbeitsbereiches der notwendigen Schweißparameter bei der Herstellung von Mikrokontakten mittels eines Ultraschallschweißverfahrens. Bei den erforderlichen Schweißparametern handelt es sich um den statischen Andruck, den Ultraschallspannungspegel und die Schweißzeit. Die-Kontaktierung erfolgt dabei zwischen einem Metalldraht und einem mit einer kontaktierbaren Oberfläche verseherfen Halbleiterchip und/oder einen Anschlußstift eines Halbleitergehäuses und/oder einem Hybridschaltkreissubstrat. -The invention relates to a method for setting an optimal working range of the necessary welding parameters in the production of micro-contacts by means of an ultrasonic welding process. The required welding parameters are the static pressure, the ultrasonic voltage level and the welding time. The contacting takes place between a metal wire and a semiconductor chip with a contactable surface and / or a connection pin of a semiconductor housing and / or a hybrid circuit substrate. -
Bekannt ist eine Einrichtung zur Ultraschallschweißung bestehend aus einem Schweißkopf, der unterteilt werden kann in einen Wandler, der elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen umwandelt, einen Vibrationsaufnehmer, der di mechanischen Schwingungen in ein proportionales elektrisches Signal verwandelt, dessen Frequenz der Resonanzfrequenz des Wandlers entspricht und das an den Eingang eines Ultraschallgenerators gelangt, einer Einstellrnögiichkeit für den ι statischen Andruck sowie einem Ultraschallgenerator. Die mechanischen Schwingungen des Wandlers werden über einen Schweißrüssel mit einer Sonotrode auf die Schweißstelle übertragen. Der Ultraschallgenerator enthält einen Vorverstärker rh einer Möglichkeit zur Amplitudeneinstellung und einen Leistungsverstärker. Das Ausgangssignal des Leistungsverstärkers stellt das Erregersignal für den oben genannten Wandler dar. Ferner enthält der Ultraschallgenerator ein Zeitglied, das es gestattet, den Schweißvorgang zeitlich zu begrenzen sowie einen Leistungsschalter, der es ermöglicht, die Erregerspannung abzuschalten. Das System Schweißkopf-Ultraschallgenerator stellt ein eigenerregtes Schwingsystem dar. Bisher werden die günstigsten Einstellungen für die Parameter Zeit, Erregerspannungsamplitude und statischer Andruck durch eine Reihe von Vorversuchen ermittelt. In der Praxis ergeben sich dann bei konstant gehaltenen Parametern auf Grund schwankender Werkstoffeigenschaften der Schweißpartner sowie durch ein mögliches, unkontrolliertes Driften der Schweißparameter stark schwankende Haftfestigkeiten der Schweißstellen.Known is a device for ultrasonic welding consisting of a welding head, which can be subdivided into a transducer that converts electrical vibrations into mechanical vibrations, a vibration pickup that converts mechanical vibrations into a proportional electrical signal whose frequency corresponds to the resonant frequency of the transducer and the reaches the input of an ultrasonic generator, a Einstellrnögiichkeit for ι static pressure and an ultrasonic generator. The mechanical vibrations of the transducer are transmitted via a welding spout with a sonotrode to the weld. The ultrasonic generator includes a preamplifier rh of a possibility for amplitude adjustment and a power amplifier. The output signal of the power amplifier represents the excitation signal for the above-mentioned converter. Further, the ultrasonic generator includes a timer, which allows to limit the welding time and a circuit breaker, which makes it possible to turn off the excitation voltage. The welding head ultrasonic generator system is a self-excited oscillating system. So far, the most favorable settings for the parameters time, excitation voltage amplitude and static pressure are determined by a series of preliminary tests. In practice, given fluctuating material properties, the welding partners and the possible, uncontrolled drifting of the welding parameters then result in greatly varying adhesive strengths of the welds, while the parameters remain constant.
Neuere Verfahren beinhalten, bei konstant gehaltenem statischen Andruck und konstant gehaltener Erregerspannungsamplitude, den Zeitpunkt einer stattgefundenen Verschweißung festzustellen und den Schweißvorgang zu diesem Zeitpunkt abzubrechen. Dabei nutzen diese Verfahren die Änderung einer charakteristischen elektrischen Größe während des Schweißprozesses aus und unterbrechen den Schweißprozeß, wenn die Änderung eine bestimmte Grenze bzw. Bezugsgröße übersehreitet. Eine solche, den Schweißprozeß charakterisierende Größe, stellt beispielsweise die Ausgangsspannung des Vibrationsaufnehmers dar.Newer methods involve, with static pressure kept constant and exciter voltage amplitude kept constant, to determine the time of an occurring welding and to stop the welding process at this time. In doing so, these methods utilize the change of a characteristic electrical quantity during the welding process and interrupt the welding process when the change exceeds a certain limit. Such, the welding process characterizing size, for example, represents the output voltage of the vibration pickup.
Mitzunehmender Festigkeit der Schweißstelle setzt eine stärkere Dämpfung des Wandlers ein. Damit sinkt die Amplitude des Vibrationsaufnehmers ab und erreicht im Augenblick der größten Festigkeit der Schweißstelle ihr Minimum. Bei weiterer Zuführung von Schweißenergie wird die Schweißstelle wieder gelockert bzw. zerstört. Damit verringert sich die Dämpfung de Wandlers bzw. die Amplitude des Vibrationsaufnehmers steigt wieder an. Eine diesen Effekt ausnutzende Einrichtung zur Erkennung einer erfolgten Verschweißüng besteht aus einem Hüllkurvendemoduiator, einem differenzierend wirkenden Amplitudenabtaster, einer Einrichtung zur Wahl entsprechender Bezugsgrößen und einem Komparator, der einen Leistungsschalter triggert, wodurch die Erregerspannung abgeschaltet wird. Die Werte für die Bezugsgrößen müssen dabei je nach Erregerspannungsamplitude, statischem Andruck und den Werkstückeigenschaften empirisch durch Vorversuche gefunden werden, wobei die Bezugsgrößenwerte und die Schweißparameter Erregerspannungsamplitude und statischer Andruck während des folgenden Produktionsprozesses konstant bleiben (DD-WP 83 289, DE-OS 2 937 538A1, US 3 734 382, US 3 784 079).As the strength of the weld increases, more damping of the transducer is required. Thus, the amplitude of the vibration sensor decreases and reaches its minimum at the moment of greatest strength of the weld. Upon further supply of welding energy, the weld is loosened or destroyed again. This reduces the attenuation of the transducer or the amplitude of the vibration pickup increases again. A device for detecting the occurrence of welding which makes use of this effect consists of an envelope detector, a differential amplitude sampler, a device for selecting corresponding reference variables and a comparator which triggers a circuit breaker, whereby the exciter voltage is switched off. The values for the reference quantities must be found empirically by preliminary tests, depending on the exciter voltage amplitude, static pressure and workpiece properties, the reference values and the welding parameters exciter voltage amplitude and static contact pressure remaining constant during the following production process (DD-WP 83 289, DE-OS 2 937 538A1, U.S. 3,734,382, U.S. 3,784,079).
Technisch erfolgt die Abschaltung der Erregerspannung immer zeitlich verzögert zum Eintreffen der Abschaltbedingungen während des Schweißprozesses. Bei reproduzierbaren Verlauf des Schweißprozesses bzw. des Signalveriaufes der charakteristischen elektrischen Größe ergibt sich eine konstante prozentuale Abschaltverzögerung zur Gesamtzeit des Schweißprozesses bei konstanten Bezugsgrößen. Schwanken jedoch die Schweißparameter bzw. die Werkstückeigenschaftei und damit auch der Signalverlauf der, den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe bei konstant gehaltenen Bezugsgrößen, ergeben sich unterschiedliche prozentuale Abschaltverzögerungen und damit auch eine unterschiedliche Qualität der Schweißstellen im Verlauf des Produktionsprozesses. Bereits bekannte Verfahren berücksichtigen diese Tatsache nicht, gehen also von relativ konstanten Geräte- und Werkstoffeigenschaften aus oder versuchen durch eine konstruktive Umgestaltung des Schweißkopfes der unterschiedlichen Ausprägung des Signalverlaufes der den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe zu begegnen (DE-AS 2 316 598).Technically, the shutdown of the excitation voltage is always delayed in time for the arrival of the shutdown during the welding process. With a reproducible course of the welding process or the Signalveriaufes the characteristic electrical quantity results in a constant percentage turn-off delay to the total time of the welding process at constant reference values. If, however, the welding parameters or the work piece property and thus also the signal characteristic of the electric variable characterizing the welding process fluctuate at constant reference values, different percentage switch-off delays and thus also a different quality of the welds in the course of the production process result. Already known methods do not take this fact into account, so start from relatively constant device and material properties or try to counter by a structural transformation of the welding head of different expression of the signal waveform of the welding process characterizing electrical variable (DE-AS 2 316 598).
Ziel der Erfindung . .Object of the invention. ,
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, daß auch bei sich während des Produktionsprozesses verändernden Ulträschallschweißgeräteeigenschaften und veränderlichen Werkstoffeigenschaften die Erkennung einer erfolgten Verschweißung nach einem an sich bekannten Verfahren mit gleichbleibender Genauigkeit ermöglicht*ünd damit eine gleichmäßige Qualität der Schweißstellen zu erreichen. Ferner soll die Einstellung des optimalen Arbeitsbereiches der Schweißparameter unabhängig von der Erfahrung der Arbeitskraft vorgenommen werden können.The aim of the invention is to find a method that even with changing during the production process Ultraschallschweißgeräteeigenschaften and variable material properties, the detection of a successful welding according to a known method with constant accuracy * ünd and thus to achieve a uniform quality of the welds. Furthermore, the setting of the optimum working range of the welding parameters should be able to be made independently of the experience of the worker.
Darlegung des Wesens der Erfindung .Explanation of the essence of the invention.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzielung einer reproduzierbaren Änderung einer den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe vorzuschlagen, um ein an sich bekanntes Verfahren zur Erkennung einer stattgefundenen Verschweißung zweier Werkstücke mittels des Ultraschallschweißverfahrens mit gleichbleibender Genauigke anwenden zu können, unabhängig von sich ändernden Geräte-oder Werkstückeigenschaften. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Einstellung eines optimalen Arbeitsbereiches von Erregerspannungspegel und statischem Andruck der Signalverlauf der den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe über eine getaktete Abtastvorrichtung bekannter Art mit einer Taktfrequenz von > 3,0 kHz abgetastet und in einer digitale Regeleinrichtung gespeichert wird, daß nach Beendigung des Schweißprozesses eine Bewertung des aufgezeichneten Signalverlaufes nach einem festen Programm vorgenommen wird, und davon ausgehend die Erregerspannungsamplitude und der statische Andruck so eingestellt werden, daß die Änderung der den .Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe konstant bleibt.The object of the invention is to propose a method for achieving a reproducible change in an electrical variable characterizing the welding process, in order to be able to use a method known per se for detecting a welding of two workpieces by means of the ultrasonic welding process with constant accuracy, independently of changing instrumentation. or workpiece properties. According to the invention, this object is achieved in that, in order to set an optimum operating range of excitation voltage level and static pressure, the signal characteristic of the electric process characterizing the electrical variable is sampled via a clocked sampling device of known type with a clock frequency of> 3.0 kHz and stored in a digital control device, that after completion of the welding process, an evaluation of the recorded waveform is made according to a fixed program, and starting from this, the exciting voltage amplitude and the static pressure are adjusted so that the change in the electric variable characterizing the welding process remains constant.
-2-254 314-2-254 314
Das vorgeschlagene Verfahren wird irvzwei Verfahrensschritten realisiert. Im ersten Schritt werden Testschweißungen bei konstanter Schweißzeit durchgeführt, und die optimale Erregerspannungsamplitude und der statische Andruck eingestellt. Gleichzeitig werden die für die Anwendung des an sich bekannten Verfahrens zur Erkennung einer stattgefundenen Verschweißung notwendigen Bezugsgrößen rechnergestützt ermittelt. .The proposed method is realized in two method steps. In the first step, test welds are performed at constant weld time, and the optimum exciter voltage amplitude and static pressure are set. At the same time, the necessary for the application of the known per se method for detecting a welding occurred reference variables are determined computerized. ,
Im zweiten Schritt, der den eigentlichen Produktionsschritt beinhaltet, werden bei konstanten Bezugsgrößen die Schweißparameter statischer Andruck und Erregerspannungsamplitude nach jedem Schweißprozeß so nachgeregelt, daß die Anwendung eines an sich bekannten Verfahrens zur Erkennung einer stattgefundenen Verschweißung mit gleichbleibender Genauigkeit ermöglicht wird. Die Einstellung der optimalen Erregerspannungsamplitude und des statischen Andruckes im ersten Verfahrensschritt erfolgt auf Grund der Bewertung des aufgezeichneten Signalverlaufes der den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe so,In the second step, which includes the actual production step, the welding parameters static contact pressure and excitation voltage amplitude are readjusted after each welding process at constant reference variables so that the application of a known per se detection method of welding takes place with constant accuracy is possible. The setting of the optimum excitation voltage amplitude and the static pressure in the first method step takes place on the basis of the evaluation of the recorded signal profile of the electrical variable characterizing the welding process,
daß die Änderung der den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe innerhalb eines material-und gerätespezifischen Zeitintervalls, das empirisch gefunden werden kann und konstant bleibt, auftritt, daß die Ausprägung der den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe so stark erfolgt, daß unter Berücksichtigung der für den augenblicklichen Arbeitspunkt gleichzeitig ermittelten Bezugsgröße die Unterbrechung des Schweißprozesses so erfolgen würde, daß die technisch bedingte Abschaltverzögerung nicht mehr als ein Drittel des Zeitintervalls zwischen theoretischem Abschaltpunkt und dem Beginn der Verschweißung und die Einschwingzeit der Sonotrode des Schweißkopfes nicht größer als die Hälfte des Zeitintervalls zwischen theoretischen Abschaltpunkt und dem Beginn der Verschweißung beträgt. . . . . . 'that the change in the electrical variable characterizing the welding process occurs within a material and device-specific time interval which can be found empirically and remains constant, such that the characteristic of the electric variable characterizing the welding process is so strong that, taking account of the instantaneous operating point, simultaneously Determined reference the interruption of the welding process would be such that the technically induced switch-off delay not more than one-third of the time interval between theoretical switch-off and the beginning of welding and the settling time of the sonotrode of the welding head not greater than half the time interval between the theoretical switch-off point and the beginning the welding is. , , , , , '
Die Ermittlung der notwendigen Schweißzeit erfolgt dabei entsprechend einem an sich bekannten Verfahren zur Erkennung einer erfolgten Verschweißung. Werden die o.g. Kriterien nicht erfüllt, so wird die Erregerspannungsamplitüde in diskreten Schritten eingestellt und eine Testschweißung wiederholt. Die Einstellung des statischen Andruckes wird dann geändert, wenn die technisch bedingten Grenzen des Einstellbereiches der Erregerspannungsamplitude erreicht sind. Ist auf diese Weise der Arbeitsbereich des Ultraschallschweißgerätes eingestellt, kann der zweite Verfahrensschritt durchgeführt werden. Die Nachregelung der Erregerspannungsamplitude erfolgt hierbei nach den gleichen Kriterien wie im ersten Verfahrensschritt, jedoch bleibt die Bezugsgröße jetzt konstant. Es kann jetzt eine Optimierung des statischen Andruckes so erfolgen, daß die Nachregelrate innerhalb des Produktionsprozesses ein Minimum erreicht.The determination of the necessary welding time is carried out according to a known per se method for detecting a successful welding. Will the o.g. Criteria is not met, the exciter voltage amplitude is set in discrete steps and a test weld repeated. The setting of the static contact pressure is changed when the technically conditioned limits of the adjustment range of the exciter voltage amplitude are reached. If the operating range of the ultrasonic welding device is set in this way, the second method step can be carried out. The readjustment of the exciter voltage amplitude takes place according to the same criteria as in the first method step, but the reference variable now remains constant. An optimization of the static pressure can now be carried out so that the readjustment rate within the production process reaches a minimum.
Statt des oben erwähnten Zeitintervalls läßt sich auch ein'Differentialquotient der Änderung der den Schweißprozeß charakterisierenden elektrischen Größe über die Zeit definieren. ;Instead of the time interval mentioned above, a differential quotient of the change of the electric variable characterizing the welding process over time can also be defined. ;
Ausführungsbeispiel ΓEmbodiment Γ
Die Erfindung soll anhand eines Beispiels näher erläutert werden. ' .The invention will be explained in more detail by way of example. '.
In Figur 1 ist ein Beispiel für eine Anwendung des Verfahrens dargestellt.FIG. 1 shows an example of an application of the method.
Die Anordnung dient zur Verbindung eines Metalldrahtes 3 mit der Kontaktfläche 4 eines Halbleiterchips 5, der durch eine Halterung 6 positioniert wird, mit Hilfe des Ultraschailschweißverfahrens. Ein dazu eingesetztes Ültraschallschweißgerät beinhaltet einen Ultraschallspannungswandlef 8, der die elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Die mechanische Energie in Form mechanischer Vibration wird über einen Schweißrüssel 2 mit einer Sonotrode 1 auf die Werkstücke 3,4 übertragen. Die mechanische Vibration wird durch einen Vibrationsaufnehmer 7 gemessen und in eine proportionale elektrische Wechselspannung umgewandelt. Diese wird in einem Vorverstärker 16 phasenrichtig verstärkt und über einen Leistungsverstärker 15 dem Ultraschallspannungswandler 8 als Erregerspannung zugeführt. Das den Schweißprozeß charakterisierende elektrische Signal ist im vorgestellten Ausführungsbeispiel das Ausgangssignal · des Vibrationsaufnehmers 7. .The arrangement serves to connect a metal wire 3 to the contact surface 4 of a semiconductor chip 5, which is positioned by a holder 6, by means of the ultrasonic welding process. A Ültraschallschweißgerät used for this purpose includes a Ultraschallspannungswandlef 8, which converts the electrical energy into mechanical energy. The mechanical energy in the form of mechanical vibration is transmitted via a welding spout 2 with a sonotrode 1 to the workpieces 3,4. The mechanical vibration is measured by a vibration sensor 7 and converted into a proportional electrical AC voltage. This is amplified in a preamplifier 16 in the correct phase and fed via a power amplifier 15 to the ultrasonic voltage converter 8 as excitation voltage. The electrical signal characterizing the welding process is the output signal of the vibration pickup 7 in the exemplary embodiment presented.
Figur 2 zeigt den typischen Verlauf des Ausgangssignals eines hinter dem Vibrationsaufnehmer 7 geschalteten Hüllkurvendemödulators 9, das ein Maß für den Vibrationsamplitudenverlauf des Schweißrüssels 2 darstellt. t0 kennzeichnet den Zeitpunkt, zu dem die Erregerspannung an den Ultraschallspannungswandler 8 geschaltet wird. Bis zum Zeitpunkt t, findet' jetzt ein Einschwingvorgang statt. Die Länge des Zeitintervalls (tm - to) ist abhängig vom eingestellten Arbeitspunkt von statischem Andrück und Erregerspannungspegel sowie den Werkstückeigenschaften. Während dieser Zeit wird die Ultraschallenergie über den Schweißrüssel 2 und die Sonotrode 1 auf den Draht 3 übertragen und bewirkt, daß der Draht 3 auf der Kontaktfläche 4 hin und her bewegt wird. Durch die dabei auftretende Reibungswärme wird der Draht 3 sowie die Kontaktfiäche 4 an der Oberfläche aufgeschmolzen, und es findet eine Verschweißung statt. Mit Beginn der Verschweißung wird die Bewegung der Sonotrode 1 bzw. auch des Schweißrüssels 2 gehemmt. Damit sinkt auch die Amplitude des Ausgangssignals des Hüilkurvendemodulators 9 und erreicht zum Zeitpunkt tm ihr Minimum Am. tm kennzeichnet den Augenblick, wo die Verschweißung erfolgt ist und ihre theoretisch größte Haltbarkeit besitzt. Eine weitere Schweißenergiezuführung führt zu einer Verringerung der Haltbarkeit bzw. zur Zerstörung der Schweißstelle. te kennzeichnet den Abbruch des Schweißvorganges, die Zeitdifferenz te - tm die technologisch bzw. technisch bedingte Abschaltverzögerung. Bedingt durch technologische Faktoren schwankt die Zeitspanne tm — tq sehr stark, ebenfalls die Amplitudendifferenz As - Am. Ferner ist der in Fig. 2 idealisiert dargestellte Amplitudenverlauf durch Störsignale elektrischer oder auch mechanischer Ursache überlagert, so daß die Triggerurig des Leistungsschalters 14 durch eine Einrichtung zur Erkennung einer erfolgten Verschweißung mit einer bestimmten Hysterese erfolgt, die durch geeignete Bezugsgrößenwerte, im vorgestellten Beispiel die Abschaltschwelle Δ A = A8'- Am, bestimmt wird. Durch eine digitale Regeleinrichtung 12 erfolgt während jedes Schweißprozesses die Abarbeitung eines Steuerprogramms für die Ansteuerung der getakteten Ampiitudenabtasteinrichtung 10 und die Aufzeichnung des Ausgangssignals des Hüilkurvendemodulators 9 sowie die Triggerung eines Leistungsschalters 14 nach einer konstanten Schweißzeit im ersten Verfahrensschritt oder nach einem Verfahren zur Feststellung einer erfolgten Verschweißung im zweiten Verfahrensschritt. Nach jeder Schweißung erfolgt eine Einstellung der Amplitude der Erregerspannung über ein digitales Stellglied 13 entsprechend einer durchgeführten Bewertung des aufgezeichneten Amplitudenveriaufes des Hüilkurvendemodulators 9 bei gleichzeitiger Ausgabe von Kontrollsignalen über eine Bedieneinrichtung 11. ,FIG. 2 shows the typical profile of the output signal of an envelope demodulator 9 connected behind the vibration pickup 7, which represents a measure of the vibration amplitude course of the welding nozzle 2. t 0 denotes the time at which the excitation voltage is switched to the ultrasonic voltage converter 8. Until time t, a transient is now taking place. The length of the time interval (t m - t o ) depends on the set operating point of static contact pressure and exciter voltage level as well as the workpiece properties. During this time, the ultrasonic energy is transmitted to the wire 3 via the welding spout 2 and the sonotrode 1 and causes the wire 3 on the contact surface 4 to be reciprocated. As a result of the frictional heat occurring, the wire 3 and the contact surface 4 are melted on the surface, and a welding takes place. With the beginning of the welding, the movement of the sonotrode 1 and also of the welding nozzle 2 is inhibited. This also reduces the amplitude of the output signal of the Hüilkurvendemodulators 9 and reaches at the time t m its minimum A m . t m denotes the moment when the weld has been made and has its theoretical maximum durability. Another welding energy supply leads to a reduction in the durability or to destroy the weld. t e marks the termination of the welding process, the time difference t e - t m the technologically or technically caused switch-off delay. Due to technological factors, the time span t m -t q varies greatly, likewise the amplitude difference A s -A m . Furthermore, the amplitude course shown in idealized form in FIG. 2 is superimposed by interference signals of electrical or mechanical cause, so that the trigger circuit of the circuit breaker 14 is implemented by a device for detecting a successful welding with a certain hysteresis, which by suitable reference values, in the example presented, the switch-off threshold Δ A = A 8 '- A m . Through a digital control device 12 takes place during each welding process, the execution of a control program for controlling the clocked Ampiitudenabtasteinrichtung 10 and recording the output of the Hüilkurvendemodulators 9 and the triggering of a circuit breaker 14 after a constant welding time in the first process step or a method for determining a successful welding in the second process step. After each welding adjustment of the amplitude of the excitation voltage via a digital actuator 13 is carried out according to a performed evaluation of the recorded Amplitudenveriaufes the Hüilkurvendemodulators 9 with simultaneous output of control signals via an operating device 11,
Eine Erhöhung der Erregerspannungsamplitude wird dann eingestellt, ' . An increase in the exciter voltage amplitude is then set, '.
wenn kein Minimum Am der Hüllkurve der Vibrationsamplitude innerhalb des Schweißprozesses aufgetreten ist, wenn bei gegebener Abschaltschwelle Δ A = Ae - Am die Abschaltverzögerung te - tm größer als ein Drittel der Zeitdifferenz tm - t. ist, . if no minimum A m of the envelope of amplitude of vibration, occurred in the welding process when a given cut-off threshold Δ A = A e - A m the delay time t s - t m is greater than one third of the time difference t m - t. is,.
-3- 254 314-3- 254 314
Eine Erniedrigung der Erregerpannungsamplitude wird dann eingestellt, wenn das Minimum Am der Hüllkurve der Vibrationsamplitude zum Zeitpunkt toauftritt oder die Zeit tm kleiner als eine Zeitgrenze tu ist.A decrease of the excitation voltage amplitude is set when the minimum A m of the envelope of the vibration amplitude occurs at the time t o or the time t m is smaller than a time limit t u .
Das Zeitintervall tg - tu kennzeichnet den Zeitbereich, in dem ein Verfahren zur Erkennung einer erfolgten Verschweißung unter Berücksichtigung des mechanischen Aufbaus der Schweißvorrichtung, der Leistungsfähigkeit der digitalen .The time interval t g -t u denotes the time range in which a method for the detection of a successful welding taking into account the mechanical structure of the welding device, the performance of the digital.
Regeleinrichtung sowie der auftretenden Störungen des Signalverlaufes des Hüllkurvendemodulators 9 noch ausreichend genau angewandt werden kann. Die Grenzen dieses Intervalls sind gerätespezifisch und können empirisch ermittelt werden.Control device and the occurring disturbances of the waveform of the Envelopve demodulator 9 can still be applied with sufficient accuracy. The limits of this interval are device-specific and can be determined empirically.
Statt der Bewertung der Lage von tm in bezug auf das Zeitintervall tg - tu zur Regelung der Erregerspannungsamplitude kann auch der Kurvengradient des in Fig. 2 dargestellten Signalverlaufs im Bereich tm - ts benutzt werden.Instead of evaluating the position of t m with respect to the time interval t g -t u for controlling the exciting voltage amplitude, the curve gradient of the signal waveform shown in FIG. 2 can also be used in the range t m -t s .
Innerhalb des ersten Verfahrensschrittes erfolgt durch die digitale Regeleinrichtung 12 nach jeder Schweißung die Ermittlung einer notwendigen Abschaltschweüe ΔΑ = A8 - Am so, daß eine Triggerüng des Leistungsschalters 14 im zweiten Verfahrensschritt nicht durch eine zufällige Störung auf der Hüllkurve des Ausgangssignals des Vibrationsaufnehmers hervorgerufen wird, sondern erst nach Auftreten des Minimums Am.Within the first method step, the determination of a necessary Abschaltschweüe ΔΑ = A 8 - A m by the digital control device 12 so that a triggering of the circuit breaker 14 in the second process step is not caused by a random disturbance on the envelope of the output of the vibration sensor but only after the occurrence of the minimum A m .
Eine notwendige Änderung des statischen Andruckes wird dann signalisiert, wenn die technisch bedingten Grenze'n für dieA necessary change of the static pressure is signaled when the technically conditioned limit for the
Einstellung der Erregerspannungsamplitude erreicht sind. >Setting the exciter voltage amplitude are reached. >
Das Erreichen eines optimalen Arbeitsbereiches innerhalb des ersten Verfahrensschrittes wird durch die digitale Regeleinrichtung 12 über die Bedieneinrichtung 11 signalisiert.The achievement of an optimal working range within the first method step is signaled by the digital control device 12 via the operating device 11.
Durch eine Arbeitskraft erfolgt jetzt die Wahl des zweiten Verfahrensschrittes über die Bedieneinrichtung 11. Die Abschaltschwelle ΔA = A8. - Am wird jetzt konstant gehalten, und die Triggerung des Leistungsschalters 14 erfolgt durch die digitale Regeleinrichtung 12 nach dem Erkennen des Minimums Am des Hüllkurvenverlaufes. Die Steuerung der Erregerspannungsamplitude wird nach dem Schweißprozeß entsprechend der oben genannten Kriterien und des aufgezeichneten Hüllkurvenveriaufes vorgenommen. Eine Manipulation des statischen Andruckes kann so vorgenommen werden, daß die Stellrate der Stelleinrichtung 13 ein Minimum wird.By a worker is now the choice of the second process step via the operating device 11. The switch-off threshold ΔA = A 8 . - A m is now kept constant, and the triggering of the circuit breaker 14 is performed by the digital controller 12 after detecting the minimum A m of the envelope curve. The excitation voltage amplitude control is performed after the welding process according to the above criteria and the recorded envelope curve. A manipulation of the static pressure can be made so that the actuating rate of the actuator 13 is a minimum.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD83254314A DD217088A1 (en) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | METHOD FOR ADJUSTING AN OPTIMAL WORKING AREA FOR ULTRASONIC BONDING |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD83254314A DD217088A1 (en) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | METHOD FOR ADJUSTING AN OPTIMAL WORKING AREA FOR ULTRASONIC BONDING |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DD217088A1 true DD217088A1 (en) | 1985-01-02 |
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ID=5550041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DD83254314A DD217088A1 (en) | 1983-08-29 | 1983-08-29 | METHOD FOR ADJUSTING AN OPTIMAL WORKING AREA FOR ULTRASONIC BONDING |
Country Status (1)
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|---|---|
| DD (1) | DD217088A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0949670A2 (en) * | 1998-04-09 | 1999-10-13 | TAIYO YUDEN Co., Ltd. | Flip-chip mounting method and mounting apparatus of electronic part |
| CN114290685A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 上海骄成超声波技术股份有限公司 | Ultrasonic generator and ultrasonic system |
-
1983
- 1983-08-29 DD DD83254314A patent/DD217088A1/en not_active IP Right Cessation
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| EP1469319A1 (en) * | 1998-04-09 | 2004-10-20 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Flip-chip mounting method and mounting apparatus of electronic part |
| EP1486790A1 (en) * | 1998-04-09 | 2004-12-15 | Taiyo Yuden Co., Ltd. | Mounting method and mounting apparatus of electronic part |
| CN114290685A (en) * | 2021-12-30 | 2022-04-08 | 上海骄成超声波技术股份有限公司 | Ultrasonic generator and ultrasonic system |
| CN114290685B (en) * | 2021-12-30 | 2024-02-06 | 上海骄成超声波技术股份有限公司 | Ultrasonic generator and ultrasonic system |
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