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Bekannt sind verschiedene Einrichtungen zum Auftragen von Metallüberzügen
durch elektrische Folienexplosion. Diese Einrichtungen enthalten ein Elektrodensystem,
das zur Stromzuführung zur explodierenden Folie dient, Vorrichtungen zur Zuführung
von Trägern, auf die der Überzug kommt, sowie eine Vorrichtung zur Zuführung des
explodierenden Materials. Diese Einrichtungen besitzen ferner Düsen, die den Strom
von Explosionsprodukten leiten. Zur Lokalisation des Überzugs werden in diesen Einrichtungen
meist Masken verwendet. Die Einsatzzahl dieser Masken ist meist gering und beträgt
20-50 Explosionen. An den Wänden der Leitdüsen setzen sich ab und sammeln sich an
Explosionsprodukte, weshalb sie nach allen 100 - 200 Explosionen abgenommen und
gereinigt werden müssen. Außerdem sind die Träger, die einen Überzug bekommen, in
den bekannten Einrichtungen in einem bestimmten Abstand vom Endquerschnitt der Düse
angeordnet, wodurch ein Teil des Stroms der Explosionsprodukte vom Träger reflektiert
wird, was den Ausnutzungsgrad des explodierenden Materials verringert. Dadurch nimmt
die Arbeitsleistung der Einrichtung ab, und bei notwendigem Überziehen mit Edelmetallen
lassen sie sich wegen des niedrigen Ausnutzungsgrades des explodierenden Materials
nicht
verwenden.
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Bekannt ist eine Einrichtung zum Auftragen von Überzügen durch elektrische
Folienexplosion, die vorwiegend zum Auftragen von Überzügen auf den Flansch und
die Stirnflächen der Anschlüsse der Gehäuse von Halbleitergeräten bestimmt ist.
Die Einrichtung enthält ein Gehäuse mit in ihm untergebrachten Vorrichtungen zur
Zuführung von Gehäusen von Halbleitergeräten, zur Zuführung des aufzutragenden Materials
zur Arbeitsposition sowie Arbeitselektroden. Die Lokalisation des Überzugs wird
in dieser Einrichtung durch Anwendung eines Maskierbandes gewährleistet, das mit
Hilfe einer besonderen Einheit zugeführt wird. Das Sammeln der vom Träger reflektierten
Explosionsprodukte geschieht mittels Schutzschirmen. Der Nachteil dieser Einrichtung
ist, daß der lokale Überzug nur auf vorspringende Teile (Anschlüsse) der Gehäuse
von Halbleitergeräten aufgetragen werden kann. Zum Auftragen des Überzugs.nur auf
den flachen Flansch des Gehäuses in Gestalt eines Flecks der erforderlichen Geometrie
unter Gewährleistung des Schutzes der Stirnenden von Anschlüssen ist die bekannte
Einrichtung ungeeignet. Außerdem erzwingt das Ansammeln des explodierenden Materials
an den Arbeitselektroden und den Leitdüsen ein periouisches Abbrechen des Prozesses
des Auftragens des Überzugs und die Auswechslung bzw. Reinigung von Elektroden und
Düsen, was die Arbeitsleistung der Einrichtung verringert. Der bestehende Spalt
zwischen den Leitdüsen und den Gehäusen der Halbleitergeräte, auf die der Überzug
aufgetragen wird, führt zur Reflektierung eines Teils der Explosionsprodukte und
hierdurch bewirkten Reduzierung des Ausnutzungsgrades des explodierenden Materials,
was bei Benutzung von Edelmetallen zur Folienexplosion vollkommen unzulässig ist.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der erwähnten
Nachteile der beschriebenen Anlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Auftragen
von Überzügen durch elektrische Folienexplosion mit einer solchen konstruktiven
Ausführung zu schaffen, die eine optimale Lokalisation des Überzugs, eine Erhöhung
der Arbeitsleistung und Verbesserung der Überzugsqualität gewährleistet.
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Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, daß in der Einrichtung
zum Auftragen von Überzügen durch elektrische Folienexplosion, die ein Gehäuse enthält,
an dem Vorrichtungen zur Zuführung von Erzeugnissen und explodierender Folie, ein
Elektrodensystem, das sich längs seiner Achse verschiebt und eine Einheit zur Elektrodenreinigung
besitzt, sowie Düsen angebracht sind, die den Strom von Explosionsprodukten auf
die Erzeugnisse leiten und sich in der Ebene periodisch verlagern, die zur Düsenachse
senkrecht ist, erfindungsgemäß die Leitdüsen längs ihrer Achse verschiebbar angeordnet
und mit einem elastischen Element versehen sind, wobei die Einrichtung eine Vorrichtung
zur Düsenreinigung besitzt, die mit einer Vorrichtung zur Verlagerung der Düsen
aus der Arbeitsposition in die Reinigungsposition verbunden ist, während das Elektrodensystem
in Form einer koaxialen Einheit mit einer sich längs ihrer Achse verschiebenden
zentralen Elektrode ausgeführt ist.
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Die Vorrichtung zur Reinigung des Elektrodensystems ist zweckmäßigerweise
als flaches Messer ausgebildet, das in der Ebene verschiebbar angeordnet
ist, die
mit der Arbeitsfläche des Elektrodensystems zusammenfällt, während an der zylindrischen
Düsenoberfläche Bohrungen zum Austritt der reflektierten Stoßwelle ausgeführt sind.
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Die Leitdüsen können in Fanggehäuse eingesetzt sein, die mit dem
zu behandelnden Erzeugnis in Kontakt treten und dessen Orientierung in bezug auf
die Düse in einer vorgegebenen Stellung gewährleisten.
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Eine solche konstruktive Ausführung der Einrichtung gewährleistet
das Auftragen eines lokalen Überzugs auf Erzeugnisse mit hoher Leistung und Überzugsqualität.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß während der
Arbeit der Einrichtung die Düse in der Arbeitsposition, indem sie sich unter Einwirkung
des nach vorn bewegten Elektrodensystems gleichfalls nach vorn verschiebt, mit ihrem
Endquerschnitt dicht an das zu behandelnde Erzeugnis angedrückt wird, wodurch der
innere Querschnitt den Überzug lokalisiert und ein hoher Transportfaktor des explodierenden
Materials gewährleistet wird. Der Transportfaktor ist dem Verhältnis der Masse des
abgeschiedenen Materials zur Masse des explodierenden Materials gleich.
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Zum Austritt der reflektierten Stoßwelle sind an der zylindrischen
Düsenoberfläche Bohrungen vorgesehen.
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Bei deren Fehlen und der Dichtheit der Stoßstellen »DüseElektrodensystem«
und »Düse-zu behandelndes Erzeugnis« verhindert die Stoßwelle, indem sie sich vom
zu behandelnden Erzeugnis reflektiert und mit dem Strom der Explosionsprodukte zusammenwirkt,
das Abscheiden derselben am Erzeugnis und entsprechendes Ausbilden des Überzugs.
Wenn an die Lokalisation des Überzugs nicht strenge Anforderungen gestellt werden
und keine Mangelware als Werkstoff für die Überzugsherstellung benutzt wird, kann
ein Spalt zwischen dem Endquerschnitt der Düse und dem zu behandelnden Erzeugnis
gelassen werden, wobei die Dichtigkeit der Stoßstelle »Düse- Elektrodensystem« beibehalten
wird. Hierbei werden die Bohrungen an der zylindrischen Düsenoberfläche nicht mehr
notwendig, die Stoßwelle tritt in den erwähnten Spalt aus.
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Bei jeder Explosion setzen sich an den Wänden des Düsenkanals die
Explosionsprodukte ab, die indem sie sich ansammeln, die Kanalgeometrie verändern,
was eine beträchtliche Verringerung des Transportfaktors des explodierenden Materials
zur Folge hat. Zur Vermeidung dieser Erscheinung wird der Kanal der sich in der
Reinigungsposition befindenden Düse von den an seinen Wänden abgesetzten Explosionsprodukten
durch die Vorrichtung zur Düsenreinigung periodisch gereilig,.
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Das Elektrodensystem in Form einer koaxialen Einheit gewährleistet
eine gleichmäßigere Dispergierung der explodierenden Folie und demnach auch einen
nach Stärke und Rauhigkeit gleichmäßigeren Überzug, während die Verschiebung der
zentralen Elektrode die Erosion während der Arbeit kompensiert, wobei eine gleichbleibende
Geometrie des Elektrodensystems und die Stabilisierung des Prozesses gewährleistet
werden.
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Die vorhandene Vorrichtung zur Reinigung des Elektrodensystems in
Gestalt eines flachen Messers, das über die Arbeitsfläche des Elektrodensystems
gleitet, gewährleistet die Entfernung der Explosionsprodukte von den Stirnflächen
der Elektroden, welche sich während der Arbeit an diesen ansammeln. Bei Fehlen einer
solchen Vorrichtung erfordert das Ansammeln der Explosionsprodukte an den Elektroden
eine ständige Explosionsenergieverstärkung, was zur verstärkten Erosion des gesamten
Elektrodensystems führt.
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Die Anordnung der Düsen in den Fanggehäusen gewährleistet die Orientierung
des zu behandelnden Erzeugnisses in bezug auf die Düse in einer vorgegebenen Stellung.
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Dank der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Konstruktion gestattet es
die Einrichtung, ohne Anwendung von Masken lokale Überzüge auf verschiedene Erzeugnisse
bei hoher Leistung und guter Überzugsqualität aufzutragen. Insbesondere gestattet
die Anwendung derselben zur lokalen Vergoldung von Gehäusen von Halbleitergeräten,
den Goldverbrauch um das 10- bis 30fache (je nach Gehäusetyp) zu reduzieren.
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Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung und Zeichnungen verständlich; in den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 Gesamtansicht der Einrichtung zum Auftragen von Überzügen, gemäß der Erfindung;
F i g. 2 Einheit zum unmittelbaren Auftragen des Überzugs; F i g 3 koaxiale Elektrodeneinheit.
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Die Einrichtung (F i g. 1) besteht aus einem Gehäuse 1, an dem funktionale
Hauptmechanismen montiert sind, und einem elektrischen Antrieb 2. Eine Vorrichtung
zur Zuführung von Erzeugnissen besteht aus einer vertikalen Führung 3 und einem
Karussel 4 mit Sitzen für die Erzeugnisse. Die vertikale Führung 3 dient zum Laden
der Erzeugnisse in die Sitze des Karussels 4. Das Karussel 4 ist mit dem elektrischen
Antrieb 2 der Einrichtung über Zahnradpaare und Malteserkreuzgetriebe kinematisch
verbunden. Eine Vorrichtung zur Zuführung der explodierenden Folie schließt eine
Spule 5 mit einer auf diese aufgewickelten Folie 6, eine Führung 7 und eine mit
ihrer zylindrischen Oberfläche an sie angedrückte elastische Rolle 8 ein, die sich
auf der gleichen Achse mit einem Zahnrad 9 befindet, welches von einer Zahnstange
10 betätigt wird. Ein Elektrodensystem 11 befindet sich in einem Stößel, der mit
dem elektrischen Antrieb 2 kinematisch verbunden ist. Eine Einheit zur Reinigung
der Elektroden besteht aus einem Messer 12, das in einer Gabel 13 befestigt ist,
und einem Gestänge. Leitdüsen 14 sind an einem Karussel 15 angebracht, das sie aus
der Arbeitsposition in die Reinigungsposition verlagert, und sind mit einem elastischen
Element 14a versehen. Das Karussel 15 ist ebenfalls mit dem Antrieb über Zahnradpaare
und ein Malteserkreuzgetriebe verbunden. Die Vorrichtung zur Reinigung der Leitdüsen
14 besteht aus einem Elektromotor 16, auf dessen Achse ein Werkzeug 17 befestigt
ist, und der auf einer Stange 18 beweglich angebracht ist. Das Werkzeug 17 ist-
in Form eines Schneidbohrers ausgeführt. Der Elektromotor 16 kann sowohl von einem
Gesamt- als auch einem Einzelantrieb verschoben werden.
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In F i g. 2 ist ein Erzeugnis 19 im Sitz des Karussels 4 und die
Leitdüse 14 mit Bohrungen 20 zum Austritt der Stoßwelle dargestellt Ein Fanggehäuse
21 stellt ein Teil dar, in dem die Leitdüse 14 angeordnet ist, das mit dem zu behandelnden
Erzeugnis kontaktiert und es in bezug auf die Leitdüse orientiert.
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In F i g. 3 ist ein koaxiales Elektrodensystem dargestellt, das aus
einer bewegten zentralen Elektrode 22, einer äußeren Ringelektrode 23, einem die
Elektroden isolierenden Isolator 24, einer Gewindebuchse 25 und einer Mutter 26
besteht.
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Die Einrichtung arbeitet folgenderweise: Die explodierende Folie
6 wird von der Spule 5 abgewickelt, ihr freies Ende wird in die Führung 7 eingelegt,
die Folie wird von der Rolle 8 erfaßt und durch Drehung des Zahnrades 9 auf die
Arbeitsfläche des Elektrodensystems 11 geleitet, derart, daß ihr Ende die äußere
Ringelektrode 23 berührt. Die Erzeugnisse werden in die vertikale Führung 3 aus
einer Kassette bzw. einem Vibrobunker geladen. Bei Drehung des Karussels 4 um 90"
wird das Erzeugnis aus der Ladeposition in die Arbeitsposition gebracht. Der Stößel
des Elektrodensystems 11 führt einen Hub nach vorn, dann rückwärts aus, beim Rückwärtsgang
tritt die Zahnstange 10 mit dem Zahnrad 9 in Eingriff, das um einen bestimmten Winkel
gedreht wird, die explodierende Folie 6 wird um einen Schritt vorgeschoben und überdeckt
die Elektroden. Danach dreht sich das KarussellS um 90", und eine der Leitdüsen
14 stellt sich in der Arbeitsposition gegenüber dem das zu behandelnde Erzeugnis
aufnehmenden Sitz des Karussels 4 ein.
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Der Stößel des Elektrodensystems führt erneut einen Vorwärtsgang aus,
wobei das Elektrodensystem an die Stirnfläche der Leitdüse angedrückt wird, die
die explodierende Folie an die Elektroden anpreßt und sich nach vorn bewegt, indem
sie das elastische Element 14a zusammendrückt und sich mit ihrem Endquerschnitt
gegen das zu behandelnde Erzeugnis abstützt. Hierbei tritt das Fanggehäuse 21 mit
dem Erzeugnis in Kontakt und orientiert es in bezug auf die Leitdüse 14 (die in
F i g. 2 dargestellte Lage). Im Augenblick des maximalen Andrückens wird der Hochspannungskondensatorblock
über die Elektroden entladen, es findet die explosive Zerstörung der Folie statt,
der Strom von Explosionsprodukten wird durch die Düse auf das Erzeugnis geleitet
und setzt sich auf einem Teil desselben ab, der vom Innendurchmesser der Düse begrenzt
ist. Gleichzeitig tritt in die zweite Düse, die sich in der Reinigungsposition befindet,
das Werkzeug 17 ein, welches auf eine beliebige bekannte Weise ausgeführt sein kann,
wird vom Elektromotor 16 in Drehung versetzt und reinigt den Düsenkanal.
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Hiernach dreht sich das Karussel 4 erneut um 90" um, das Erzeugnis
mit dem aufgetragenen Überzug wird aus dem Sitz ausgeladen; das Karussel 15 dreht
sich ebenfalls um 90" um. Gleichzeitig führt der Stößel des Elektrodensystems eine
Rückbewegung aus; das Messer 125$: bewegt sich von oben nach unten über die Arbeitsfläche
des Elektrodensystems, wobei es sie von den Resten des explodierenden Materials
reinigt.
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Während der Arbeit der Einrichtung findet die Erosion der zentralen
Elektrode statt, deren Kompensation durch periodisches Drehen der Mutter 26 erfolgt.
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Hierbei bewegt sich die Buchse 25, in die die zentrale Elektrode 22
eingepreßt ist, nach vorn. Im weiteren wiederholt sich der Zyklus.
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Die vorliegende Einrichtung besitzt eine gegenüber den bekannten
Einrichtungen viermal so hohe Arbeitsleistung dank vorgesehenen Operationen der
Reinigung von Düsen und Elektrodensystem innerhalb eines Arbeitszyklus sowie dank
der Lokalisierung des Überzugs nicht mittels einer Maske, sondern mit Hilfe einer
sich andrückenden Düse sowie dank der ermöglichten Kompensation der Erosion der
zentralen Elektrode durch Vorbewegen derselben. Die vorhandenen sich andrückenden
Düsen erhöhen den Ausnutzungsgrad des explodierenden Materials um mehr als das 10fache.
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Die Einrichtung kann in Form eines Automaten für lokale Vergoldung
realisiert werden und gestattet es, den Goldverbrauch bei der Herstellung von Gehäusen
integrierter Mikroschaltungen im Mittel um das 20fache zu verringern.