SU841861A1 - Способ управлени процессом тепловойОбРАбОТКи - Google Patents

Description

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и может быть использовано при электроконтактной пайке полупроводниковых диодов.

Известны способы пайки и контакт- ⁵ ной сварки, при которых момент образования жидкой фазы определяют путем регистрации механических перемещений электродов или щупов во время плавления припоя £1}.

Известен также метод регистрации, основанный на изменении сопротивления металлов при фазовых переходах f2j.

Известен метод, основанный на ре- _J5 гистрации скачка напряжения на сварочных контактах [3].

Однако известные способы характеризуются сложностью механического эд оборудования, инерционностью его срабатывания или сложностью электронных схем и относительной ненадежностью регистрации плавления, связанной с малыми уровнями (порядка десятков микроом регистрируемого сигнала).

Известен также способ управления процессом тепловой обработки, преимущественно микросварки, при котором осуществляют измерение одного из параметров режима с последующим регулированием мощности, выделяемой в зоне соединения, заключающийся в том, что измеряют контактную разность потенциалов между соединяемыми элементами) вычисляют ее производную и по величи-. не полученных данных производят регулирование мощности и дополнительной длительности процесса сварки £4}.

Недостатки этого способа заключаются в низком уровне регистрируемого сигнала (микроомы) и в .сложности электронного оборудования. Низкий уровень сигнала обуславливает высокую помехочувствительно ст ь, что снижает надежность управления процессом микросваркй в помещениях с высоким уровнем помех.

84!

Цель изобретения -- повышение надежности регулирования и одновременно помехоустойчивости процесса пайки.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве измеряемого параметра используют падение напряжения в прямом направлении на полупроводниковом кристалле, а в качестве регулирующего параметра - изменение знака производной по времени указанного паде- ю ния напряжения.

Прохождение электрического тока через полупроводниковый кристалл вызывает нагрев последнего. Каждой температуре соответствует определённое для 15 данного полупровбдникового кристалла падение напряжения в прямом направлении. Во время плавления припоя резко увеличивается- площадь контакта кристалла с выводом, что'вызывает интенсивный 20 отбор тепла от кристалла в выводы. Температура кристалла (наиболее 'нагретой детали сборки) кратковременно снижается , что приводит к изменению знака производной по вре- 25 мени прямого падения напряжения. Момент· изменения знака производной может быть выделен- из общего сигнала и использован для регулирования тока нагрева (напряжения 30 источника тока нагрева).

Уровни сигнала при измерений прямого падения напряжения на полупроводниковом кристалле составляют десятки_'и сотни милливольт (на три- 35 четыре порядка больше, чем в аналогах) . Такой сигнал легче выделить, а это повышает помехоустойчивость ’ схемы и надежность регулирования . процесса, упрощается регистрирующее 40 оборудование.

На фиг. 1 представлена блок-схема, реализующая предлагаемый способ управления процессом электроконтактной пайки полупроводниковых диодов; . . 45 на фиг,. 2,- эпюры напряжений в контрольных точках.

Нагреваемая сборка (полупроводниковый кристалл с припаиваемыми металлическими выводами) подключается к 50 выходу схемы й нагружается выпрямленным электрическим током через· трансформатор 1 и выпрямители 2 и 3 на время, задаваемое мультивибратором 4, который включается кнопкой 55 ’’Пуск” 5. В точку 6 выхода от отдельного источника тока через сопротивление 7 подключенопостоянное на- , >1 ⁴ пряжение, обеспечивающее протекание измерительного тока через полупроводниковый кристалл (в приведенной схеме '11=12,6 В, 3*^=1 мА). Диаграмма напряжений в точке 6 приведена на фиг. 2. Усиленный и ограниченный по уровню сигнал (точка 8) поступает на вход электронного ключа 9, с выхода которого снимается сигнал, пропорциональный величине измеряемого падения напряжения на полупроводниковом кристалле, и синхронизированный с частотой питающей сети (точка 10), Этот сигнал заряжает конденсатор 11 (точка 12)^ дифференцируется цепочкой 13 и 14. Продифференцированный сигнал (точка 15) подается на триггер 16, устанавливаемый в одно из состояний положительными импульсами и перебрасываемый в другое состояние отрицательными (входы 17 и 18). Переброс триггера 16 отключает мультивибратор 4. Точка 19 показывает изменение напряжения на выходе триггера 16, точки 20 и 21 - изменение напряжения на входе мультивибратора 4, точка 22 - изменение напряжения на выходе мультивибратора 4, Пример, Сдособ испытан при первой напайке диодов типов КД-105, КД-209. Одновременно с током нагрева (8А) в прямом направлении пропускают измерительный ток (1 мА), Падение напряжения в прямом направлении при комнатной температуре кристалла составляет 0,4-0,43 В. При температуре плавления припоя (183°С)прямое падение' напряжения составляет около 0,1 В, Охлаждение структуры в момент, плавления вызывает рост прямого падения напряжения до 0,18-0,2 В. Момент изменения знака производной по времени . падения напряжения фиксируется при помощи дифференциальной цепочки, сигнал которой используется для от-¹· |Ключения тока нагрева с задержкой 0,1с.

я

Claims (2)

1. Изобретение относитс  к технологии производства полупроводниковьт приборов и может быть использовано при электроконтактной пайке полупроводниковых диодов. Известны способы пайки и контактной сварки, при которых момент образовани  жидкой фазы определ ют путем регистрации механических перемещ ний электродов или щупов во врем  плавлени  припо  }. Известен также метод регистрации, основанный на изг енении сопротивлени  металлов при фазовых переходах f2 Известен метод, основанный на регистрации скачка напр жени  на сваро . ных контактах з. Однако известные способы характеризуютс  сложностью механического оборудовани , инерционностью его сра батывани  или сложностью электронных схем и относительной ненадежностью регистрации плавлени , св занной с малыми уровн ми (пор дка дес тков ми- кроом регистрируемого сигнала). Известен также способ управлени  процессом тепловой обработки, преимущественно микросварки, при котором осуществл ют измерение одного из параметроврежима с последующим регулированием мощности, вьщел емой в зоне соединени , заключающийс  в том, что измер ют контактную разность потенциалов между соедин емыми элементами вычисл ют ее производную и по величи-. не полученных данных прЮизвод т регулирование мощности и дополнительной длительности процесса сварки . Недостатки этого способа заключаютс  в низком уровне регистрируемого сигнала (микроомы) и в .сложности электронного оборудовани . Низкий уровень си нала обуславливает высокую помехочувствнтельность , что снижает надежность управлени  процессом микросваркй в помещени х с высоким уровнем помех. Цель изобретени  - повьшение надежности регулировани  и одновременно помехоустойчивости процесса пайки, Поставленна  цель достигаетс  тем, что в качестве измер емого параметра используют падение напр жени  в прймом направлении на полупроводниковом кристалле, а в качестве регулирующего параметра - изменение знака производной по времени указанного падени  напр жени . Прохождение электрического тока через полупроводниковый кристалл вызывает нагрев последнего. Каждой температуре соответствует определённое дл  данного полупровбдникового кристалла падение напр жени  в пр мом направлении Во врем  плавлени  припо  резко увеличивает.с  площадь контакта кристалла с выводом, что вызЬтает интенсив отбор тепла от крис алла в выводы. Температура кристалла (наиболее нагретой детали сборки) кратковре- менно .снижаетс , что приводит к изменению знака производной по времени пр мого падени  напр жени , Момент изменени  знака производной может быть вьщелен- из обще-. го сигнала и использован дл  регулировани  тока нагрева (напр жени  источника тока нагрева), Уровни сигнала при измерений пр мого падени  напр жени  на полупроводщковом кристалле составл ют дес тки и сотни милливольт (на тричетыре пор дка больше, чем в аналогах ) . Такой сигнал легче вьзделить, а это повышает помехоустойчивость схемы и надежность регулировани  . процесса, упрощаетс  регистрирующее оборудойа гие . На фиг. Г представлена блок-схема , реализующа  предлагаемый способ управлени  процессом электроконтакт ной пайки полупроводниковых диодов; на фиг,, 2,- эторы напр жений в контрольных точках. Нагреваема  сборка (полупроводни ковый кристалл с припаиваемыми мета лическими выводами) подкхЕочаетс  к выходу схемы и нагружаетс  выпр мленньм электрическим током черезтрансформатор 1 и вьтр мители 2 и 3 на врем , задаваемое мультивибратором 4, который включаетс  кнопкой Пуск 5, В точку 6 выхода от отдельного источника тока через сопро тивление 7 подключенопосто нное на пр жение, обеспечивающее протекание измерительного тока через полупроводниковый кристалл (в приведенной схеме ,6 В, 3,.1 мА). Диаграмма напр жений в точке 6 приведена на фиг.
2. 2. Усиленный и ограниченный по уровшо сигнал (точка 8) поступа ет на вход электронного ключа 9, с выхода которого снимаетс  сигнал. пропорциональный величине измер емого падени  напр жени  на полупроводниковом кристалле, и синхронизированный с частотой питающей сети (точка 0), Этот сигнал зар жает конденсатор П (точка 12) дифференци- руетс  цепочкой 13 и 14. Продифференцированный сигнал (точка 15) подаетс  на триггер 16, устанавливаемый в одно из состо ний положительными импульсами и перебрасьшаемый в другое состо ние отрицательными (входы 17 и 18). Переброс триггера 16 отключает мультивибратор 4. Точка 19 показьшает изменение напр жени  на выходе триггера 16, точки 20 и 21 - изменение напр жени  на входе мультивибратора 4, точка 22 - изменение напр жени  на выходе мультивибратора 4, Пример, Способ испытан при первой напайке диодов типов КД-105, КД-209, Одновременно с током нагрева (8А) в пр моц направлении пропускают измерительный ток (l мА). Падение напр жени  в пр мом направлении при комнатной температуре кристалла составл ет 0,4-0,43 В, При температуре плавлени  припо  С183 с)пр мое падение напр жени  составл ет около 0,1 В, Охлаждение структуры в момент, плавле1-ю  вызывает рост пр мого падени  напр жени  до 0,18-0,2 В. Момент изменени  знака производной по времени . падени  напр жени  фиксируетс  при помощи дифференциальной цепочки, сигнал которой используетс  дл  от-Ключени  тока нагрева с задержкой 0,1с. Формула изобретени  Способ управлени  процессом тепловой обработки,преимущественно электроконтактной пайки полупроводниковых дАодов , при котором измер ют один из параметров режима, вычисл ют его производную и по полученным данным регулируют мощность, выдел емую в зоне соединени , отличающийс