SU740444A1 - Способ автоматического управлени процессом микросварки и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Description

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано при разработке автоматических устройств для микросварки и пайки элементов микроэлектронных приборов.

Известен способ управления процессом микросварки, в соответствии с которым параметры процесса ультразвуковой микросварки изменяют по величине контактного сопротивления между присоединяемым выводом и сварочным инструментом [1].

Устройство для реализации данного способа содержит акустическую систему, ультразвуковой генератор, источник питания, блок измерения сопротивления и блок управления [2]. Данное устройство не обеспечивает точного управления процессом ультразвуковой микросварки и пайки.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является способ управления процессом ультразвуковой микросварки, по которому на соединяемые элементы подают электрическое напряжение и измеряют параметры тока через контакт [3]

Однако в процессе управления не учитывается изменение нелинейности контактного сопротивления, которая оказывает существенное влияние на характеристики микроэлектронных приборов, в частности на помехоустойчивость интегральных микросхем.

Цель изобретения — повышение точности управления процессом, качества и воспроизводимости и качества соединений.

Поставленная цель достигается тем, что 10 к соединяемым элементам прикладывают импульсы напряжения разной амплитуды и измеряют отношение амплитуд импульсов тока через контакт, управляя процессом по величине данного отношения и прекращая процесс при равенстве его отношению ампли¹⁵ туд импульсов приложенного напряжения. Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, коммутирующее устройство, акус20 тическую систему, генератор импульсов с измерительной цепью, а также цепь обратной связи, содержащую блок селекции импульсов по амплитуде, схему сравнения, импульсный усилитель и регулирующее устройство.

В этом устройстве выход измерительной цепи подключен к блоку селекции импульсов по амплитуде, один выход которого подключен непосредственно ко входу схемы сравнения, а другой подключен ко входу схемы сравнения через импульсный усилитель, а выход схемы сравнения соединен с регулирующим устройством и коммутирующим устройством.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 (а, б, в)—графики напряжений и временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

При подаче напряжения на соединяемые элементы линии тока, проходящего через контакт, искривляются вследствие небольшой площади контакта. С увеличением напряжения, а следовательно, и плотности тока линии тока еще больше искривляются, что приводит к увеличению сопротивления контакта (см. фиг. 2а). При подаче на контакт импульсов напряжения с соотношением амплитуд U г/U 1 = К (см. фиг. 26) вследствие нелинейностисопротивления контакта данное соотношение не выполняется для амплитуд импульсов тока i < <К (см. фиг. 2в).

В процессе микросварки увеличивается площадь контакта, уменьшается искривление линий тока через контакт, за счет чего уменьшается нелинейность сопротивления последнего. При этом амплитуда большего импульса тока увеличивается, отношение амплитуд .i г/i7*К. Поэтому параметрами процесса микросварки управляют по величине, отношения амплитуд импульсов тока через контакт и прекращают процесс при равенстве данного отношения величине К, т.е.:

i г/i < = U г/U 1 = К

Устройство, реализующее способ, содержит задающий генератор 1, усилитель мощности 2, коммутирующее устройство 3, акустическую систему 4, соединяемые элементы 5, генератор импульсов 6, блок 7 селекции импульсов по амплитуде, схему сравнения 8, импульсный усилитель 9, регулирующее устройство 10, измерительную цепь 11.

Работает данное устройство для автоматического управления процессом микросварки следующим образом.

Электрические колебания задающего генератора 1, усиленные с помощью усилителя мощности 2, через коммутирующее устройство 3 подают на вход акустической системы 4, с помощью которой ультразвуковые колебания вводят в зону соединения. На соединяемые элементы 5 подают импульсы напряжения разной амплитуды с выхода генератора импульсов 6. Сигнал, пропорциональный току, через контакт поступает на вход блока 7 селекции импульсов по амплитуде.

С выхода последнего импульсы большей амплитуды непосредственно, а импульсы меньшей амплитуды — через усилитель 9 с коэффициентом усиления, равным К, подают на входы схемы сравнения 8. По результатам сравнения амплитуд управляют параметрами процесса микросварки, например мощностью ультразвуковых колебаний, с помощью регулирующего устройства 10. Процесс микросварки прекращают при равенстве амплитуд импульсов, поступающих на вход схемы сравнения, т.е. при равенстве К отношению амплитуд импульсов тока через контакт, для чего выход схемы сравнения 8 подключают к коммутирующему устройству 3.

Например, использование разработанных способа и устройства для автоматического управления процессом микросварки при соединении золотой проволоки диаметром 30 мкм с алюминиевым покрытием толщиной 0,8— 1,2 мкм на подложке из кремния позволяет увеличить усилие на отрыв в 1,5—2 раза. Помехоустойчивость интегральных схем, собранных по предлагаемому способу, возрастает в среднем на 20—30%.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к области автоматизации технологических процессов сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и может быть использовано при разработке автоматических устройств дл  микросварки и пайки элементов микроэлектронных приборов. Известен способ управлени  процессом микросварки, в соответствии с которым параметры процесса ультразвуковой микросварки измен ют по величине контактного сопротивлени  между присоедин емым выводом и сварочным инструментом 1. Устройство дл  реализации данного способа содержит акустическую систему, ультразвуковой генератор, источник питани , блок измерени  сопротивлени  и блок управлени  2. Данное устройство не обеспечивает точного управлени  процессом ультразвуковой микросварки и пайки. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению  вл етс  способ управлени  процессом ультразвуковой микросварки, по которому на соедин емые элементы подают электрическое напр жение и измер ют параметры тока через контакт Однако в процессе управлени  не учитываетс  изменение нелинейности контактного сопротивлени , котора  оказывает существенное вли ние на характеристики микроэлектронных приборов, в частности на помехоустойчивость интегральных микросхем. Цель изобретени  - повыщение точности управлени  процессом, качества и воспроизводимости и качества соединений. Поставленна  цель достигаетс  тем, что к соедин емым элементам прикладывают импульсы напр жени  разной амплитуды и измер ют отнощение амплитуд импульсов тока через контакт, управл   процессом по величине данного отношени  и прекраща  процесс при равенстве его отношению амплитуд импульсов приложенного напр жени . Такой способ может быть осуществлен устройством , содержащим последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, коммутирующее устройство, акустическую систему, генератор импульсов с измерительной цепью, а также цепь обратной св зи, содержащую блок селекции импульсов по амплитуде, схему сравнени , импульсный усилитель и регулирующее устройство. В этом устройстве выход измерительной цепи подключен к блоку селекции импульсов по амплитуде, один выход которого подключен непосредственно ко входу схемы сравнени , а другой подключен ко входу схемы сравнени  через импульсный усилитель, а выход схемы сравнени  соединен с регулирующим устройством и коммутирующим устройством . На фиг. 1 изображена структурна  схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 (а, б, в)-графики напр жений и временные диаграммы, по сн ющие работу устройства . При подаче напр жени  на соедин емые элементы линии тока, проход щего через контакт, искривл ютс  вследствие небольшой площади контакта. С увеличением напр жени , а следовательно, и плотности тока линии тока еще больще искривл ютс , что приводит к увеличению сопротивлени  контакта (см. фиг. 2а). При подаче на контакт импульсов напр жени  с соотнощением амплитуд и г/и , К (см. фиг. 26) вследствие нелинейности-сопротивлени  контакта данное соотнощение не выполн етс  дл  амплитуд импульсов тока i z/i i К (см. фиг. 2в). В процессе микросварки увеличиваетс  площадь контакта, уменьщаетс  искривление линий тока через контакт, за счет чего уменьшаетс  нелинейность сопротивлени  последнего. При этом амплитуда большего импульса тока увеличиваетс , отношение амплитуд .ia/iT K. Поэтому параметрами процесса микросварки управл ют по величине ) отношени  амплитуд импульсов тока через контакт и прекращают процесс при равенстве данного отношени  величине К, т.е.: i z/i 1 и г/и , К Устройство, реализующее способ, содержит задающий генератор 1, усилитель мощности 2, коммутирующее устройство 3, акустическую систему 4, соедин емые элементы 5, генератор импульсов 6, блок селекции импульсов по амплитуде, схему сравнени  8, импульсный усилитель 9, регулирующее устройство 10, измерительную цепь 11. Работает данное устройство дл  автоматического управлени  процессом микросварки следующим образом. Электрические колебани  задающего генератора 1, усиленные с помощью усилител  мощности 2, через коммутирующее устройство 3 подают на вход акустической системы 4, с помощью которой ультразвуковые колебани  ввод т в зону соединени . На соедин емые элементы 5 подают импульсы напр жени  разной амплитуды с выхода генератора импульсов 6. Сигнал, пропорциональный току, через контакт поступает на вход блока 7 селекции импульсов по амплитуде. С выхода последнего импульсы большей амплитуды непосредственно, а импульсы меньщей амплитуды - через усилитель 9 с коэффициентом усилени , равным К, подают на входы схемы сравнени  8. По результатам сравнени  амплитуд управл ют параметрами процесса микросварки, например мощностью ультразвуковых колебаний, с помощью регулирующего устройства 10. Процесс микросварки прекращают при равенстве амплитуд импульсов, поступающих на вход схемы сравнени , т.е. при равенстве К отношению амплитуд импульсов тока через контакт , дл  чего выход схемы сравнени  8 подключают к коммутирующему устройству 3. Например, использование разработанных способа и устройства дл  автоматического управлени  процессом микросварки при соединении золотой проволоки диаметром 30 мкм с алюминиевым покрытием толщиной 0,8- 1,2 мкм на подложке из кремни  позвол ет увеличить усилие на отрыв в 1,5-2 раза. Помехоустойчивость интегральных схем, собранных по предлагаемому способу, возрастает в среднем на 20-30°/о. Формула изобретени  1.Способ автоматического управлени  процессом микросварки, преимущественно ультразвуковой, при котором на соедин емые элементы подают электрическое напр жение и измер ют параметры тока через контакт, отличающийс  тем, что, с повышени  точности управлени  процессом, качества и воспроизводимости качества соединений , к соедин емым элементам прикладывают импульсы напр жени  разной амплитуды и измер ют отнощение амплитуд импульсов тока через контакт, управл   процессом по величине данного отнощени  и прекраща  процесс при равенстве его отнощению амплитуд импульсов приложенного напр жени . 2.Устройство дл  осуществлени  способа автоматического управлени  процессом микросварки, состо щее из последовательно соединенных задающего генератора, усилител  мощности, коммутирующего устройства , акустической системы, генератора импульсов с измерительной цепью, а также цепи обратной св зи, содержащей блок селекции импульсов по амплитуде, схему сравнени , импульсный усилитель и регулирующее устройство, отличающеес  тем, что, с целью повыщени  томности управлени  процессом, качества и воспроизводимости качества соединений , выход измерительной цепи подключен к блоку селекции импульсов по амплитуде , один выход которого подключен непосредственно ко входу схемы сравнени , а другой подключен ко входу схемы сравнени  через импульсный усилитель, а выход схемы

   сравнени  соединен с регулирующим устройством и коммутирующим устройством.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3763545, кл. 29 470.1, 1974.
2. 2.Патент США № 3734382, кл. 228-1, 1973.
3. 3.Колешко В. М. Ультразвукова  микросварка . Минск «Наука и техника, № б, 1977, с. 302-304 (прототип).

   г

   II