SU677852A1 - Устройство дл контрол качества соединений при ультразвуковой микросварке - Google Patents

Description

:тройство дл  КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ

(54) 5

ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКЕ

Устройство относитс  к области микроэлектроники и может быть использовано при сборке Полупроводниковых приборов .

Известно ycTpoSfCfBo дл  контрол  качества сварных соединений по изменению скорости амплитуды колебаний преобразовател  Г

Недостатком этого устройства  вл етс  то, что колебательна  система должна обладать высокой чувствительностью к изменению механической, нагрузки на инструмент при сварке, котора  не всегда  вл етс  достаточной дл  нормальной работы устройства дозировки энергин . Кроме того, метод опенки качества соединений по О  вл етс  косвенным, поскольку о качестве соединений суд т По изменению одного из энергетических параметре процессаамплитуды колебаний шструмента.

Известно устройство дл  контрол  качества соединений при улм-развуковой )«1нкросварке преимущественно проволочных выводов с пленками на полупроводникойых материалах, содержащее датчик ймплнтуды колебаний сварного наконечника , датчик температуры зоны сварки, датчик деформации присоединенного про водника, ультразвуковой генератор Hi последовательно соединенные дифференциатор , компаратор, ре е времени, выход которого подключен к входу упыгразЬукового генератора 2.

Недостатком известного устройства  вл етс  то, что качество соединений по уровню сигнала амплитуды можно контролировать только дл  конкретньрс значений п1зраметров процесса - мощности в усили  нагружени  инструмента. В случае взмененн техвопогЁчв:кшс режимо или свойств бварвваемых материалов необходимо корректировать уройень срабатывани  порогового устройства дл  отключени  ультразвукового генератора. Так, с увеличением мощности амплитуда колебаний увеличиваетс , но поскольку отдотючение произойдет по за1инее выс«тДбленному уровню сигнала, то сварка завершштс  несколько позже, и деформаци  присоедин емого ттроводника будет повышенной...

Цельюизобретени   вл етс  повышение качества сварных соединений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство контрол  качества соединений введен блок вычислени  удельной прочнсютй сварных соединений на .срез, к входам которого подключены датчики температуры, деформации и амплитуды колебаний, а выход блока подключен к Входу дифференциатора.

На фиг. 1 приведена схема устрой ,ства соединений при улыгразвутсовой микросварке; на фиг, 2 - схема блока вычйспейй  удельной прочности сварного Соединени  на срез; на фиг. 3 - график изменени  удельной прочности сварного соединени  на срез в зависимости от длительности сварки; на фиг. 4 - график зависимости между плошадыо контакта и величиной осадки проводника в процентах .

Устройство контрол  качества соединений при ультразвуковой йикросварке бклйэчает датчик регистрации температуры зоны сварки, представл ющий собой естественную термопару, образующуюс  при сварке разнородных материалов проволочки 1 с металлизацией 2, напь1лен- ной на полупроводниковый кристалл 3,.. пьезокерамический датчик 4 амплитуды колебаний, закрепленный на преобразователе 5, и датчик деформации присоедин емого проводника, состо щий из посто нного магнита 6 и элемента Холла зафиксированного на рычаге 8 механизм нагружени , блок 9 вычислени  удельной прочности сварных соединений на срез, дифференциатор 10, комттаратор 11, реле времени 12, ультразвуковой генератор 13. Блок вычислени  удельной прочности сварных соединений на срез 9 включает в себ  предварительные усилители 14-16, схему 17 извлечени  квадратного йорн , множительное звено 18, кшожительное звено 19 в сочетании с усилителем 20.

Устройство контрол  качества соединевий работает следующим образом.

Сигналы с датчиков амплитуды, дефог маций и температуры поступают на три входа блока 9 вычислени  удельной прочности сварного соединени  на срез; .где сигналы предварител| но усиливаютс. 

усилител ми 14, 15, 16, после чего сигнал с датчика деформации поступает на схему 17 извлечени  к&адратного корн  и затем Подаетс  на один из вхрдрв

множительного звена 18, где происходит умножение сигнала с датчика амплитуды , который подаетс  на второй Вход множительного звена 18, на корень квадратный от сигнала с датчика деформации .

Множительное звено 19 ,в сочетании с усилителем 2О осуществл ет деление сигнала с датчика температуры на сигнал , сформированный на выходе множительного звена 18. Выходное напр жение блока вычислени  пропорционально удельной прочности сварного соединени  на срез. Учитыва , что удельна 

прочность сЁарных соединений на срез описывает величину, характеризующую адгезию привариваемого проводника с металлизацией по.пупроводникового кристалла , то при достижении удельной

прочности максимального значени  в момент времени i: обеспечиваетс  качественное сварное соепинение, поэтому подачу ультразвуковой энергии в зону сварки необходимо прекратить. РТКЛЮ-;

чение улы-развукового генератора по максимальному значению удельной прочности сварного соединени  на срез происходит следующим образом. Сигнал с выхода блока вычислени  дифференцируетс 

дифференциатором 10, после чего поступает на компаратор 11. При достижении производной от удельной прочности сварных соединений на срез нулевого значени , компаратор 11 вырабатывает

сигнал на реле времени 12, которое отключает ультразвуковой генератор 13. . Теоретически суть изобретени  по сн етс  следующим офазом.

Температура зоны соединени  при

ультразвуковой микросварке описываетс  выражение ;

(1) где i - врем ;

К - посто нный коэффициент, показывающий долю теплового Потока, идзтцего на нагрев Полупроводникового кристалла;

( CiV удельный тепловой пспок; 5 (О площадь контакта;

Claims (2)

1. Л - коэффициент теплопроводности . Удельный тепповой поток при yntvrpaзвуковой сварке имеет вид 4r(i)U)uu. .Я - jSCi-) (2) где TCi) - прочность сварного соединени  на срез; (i)- амплитуда колебаний свароч ного наконечника; -частота улы-развуковых колебаний; -механический эквивалент теплоты. Подставим (2) в (1), решим относительно TC-i) и разделим обе части на S(t), тогда выражение дл  удельной прочности сварного соединени  на срез будет иметь вид ,TaV . 32Ku(i)iSOt) 3t-/ X J Учитыва , ЧТО величина cCOllS 3 2 К Uj а плошадь контакта св зана линейной зависимостью с сигналом с датчика Холла (см. фиг. 3), выражение (3) перепишем p(t)-const (tWsa (4) Таким образо; I, формула (4) аналити ческн отражает принцип рэ.боты блока вычислени  удельной прочности сварных соединений на срез и подтверждает правомерность предлож.енного устройства дл контрол  качества сварных соединений при ультразвуковой микросварке. С помощью данного устройства можно контролировать качество сварных соединений при монтаже проводников малого диаметра (20-60 мкм) к подложкам, хорошо провод щим тепло. Такими, на7 пример,  вл ютс  полупроводниковые кристаллы микросхем. Применение данного устройства позвол ет повысить воспроизводимость качества сварных соединений на 16%, а также значительно у леньшить врем  поиска оптимального режима сварки. Формула изобретени  Устройство дл  контрол  качества соединений при ультразвуковой микросварке Преимущественно проволочных выводов с пленками на полупроводниковых материалах, содержащее датчик амплитуды колебаний сварочного наконечника , датчик температуры зоаы сЬарки , датчик деформации присоедин емого проводника, ультразвуковой генератор и последовательно соединенные дифференциатор , компаратор, репе времени, выход которого подключен к входу ультразвукового .генератора, отличающеес   тем, что, с целью повышени  качества сварных соединений, в устройство введен блок вычислени  удельной прочности сварных- соединений на срез, к входам которого подключены датчики температуры, деформации и амплитуды колебаний, а выход - к входу дифференциатора . Источники информации, npfefiutiue во внимание при экспертизе I, Красулин Ю. Л, Назаров Г. В. Мнкросварка давлением, М., Металлурги , 1976, с. 128.
2. 2. Грачев А. А. и др. Ультразвукова  микросварха, М., Энерги , 1977, . 96-1ОЗ. ч.

   0,.Og to ff,f20,J6

   ,c

   Фиг.З