SU923774A1 - УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МИКРОСВАРКИί - Google Patents

Description

Изобретение относится к оборудованию для ультразвуковой обработки материалов и, в частности, может использоваться для присоединения выводов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем при их сборке.

Известно устройство для присоединения проволочных выводов, содержащее корпус с размещенной в нем сварочной головкой, укрепленной на двух горизонтальных полуосях и имеющей механизмы вертикального перемещения, нагружения и качания сварочного инструмента, управляемые от кулачкового привода Ϊ.1).

Однако данная конструкция чрезвычайно сложна, при этом инерционность ее очень высокая.

Известно также устройство для присоединения проволочных выводов микросхем, включающее ультразвуковой преобразователь, механизм давления и рычажный держатель сварочной головки, шарнирно закрепленный в корпу2

се и взаимодействующий с шатуннокривошипным приводом £23В известном устройстве вес ультразвукового преобразователя уравновешивается противовесами, а статическое

⁵ давление создается дополнительными постоянными грузами, что приводит к увеличению массы движущихся частей и к увеличению сил инерции. Это ухудшает динамические качества механиз¹⁰ ,ма давления, что является недостатком известного устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство, содержащее привод возврат

¹⁵ но-поступательного перемещения инструмента, ультразвуковой генератор, блок управления, многофазный фазовращатель, ультразвуковую колебательную систему с преобразователем, состоящим из' активных и пассивной накладок, размещенных в корпусе ГзЗ·

Недостатком известного устройства

является низкая точность и скорость

з 923774

4

перемещения инструмента, что снижа ет производительность процесса сварки.

Цель изобретения - повышение производительности процесса за счет увеличения скорости и точности перемещения инструмента.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее привод возвратно-поступательного перемещения технологического инструмента, ультразвуковой генератор, блок управления, многофазный фазовращатель, ультразвуковую колебательную систему с преобразователем, состоящим из активной и пассивной накладок, размещенных в корпусе, введены расположенные между накладками ультразвукового преобразователя цилиндрический фланец и установленные соосно с ним охватывающие его тонкостенный цилиндр и дополнительный пьезокерамический преобразователь, при этом на внутренней поверхности пьезокерамического преобразователя установлен общий электрод, а на его наружной поверхности - управляющие электроды, распределенные в виде замкнутых колец и подключенные через блок управления в выход фазовращателя, верхняя часть фланца установлена в узле колебаний ультразвуковой колебательной системы, а фланец выполнен, по крайней мере, с тремя продольными прорезями на цилиндрической поверхности.

На фиг. .1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 ". вид фланца механизма давления и вертикального перемещения.

Устройство содержит преобразователь, состоящий из активных накладок 1, пассивную накладку 2, концентратор 3 с технологическим инструментом

4, механизм давления и вертикального перемещения, состоящий из фланца, выполненного в виде цилиндров, имеющего боковые вертикальные прорези

5, направляющие 6, верхнюю крышку 7 с отверстием 8 для крепежного болта на нижнюю крышку 9 с отверстием 10 для концентратора 3, при этом верхний и нижний стыки фланца-цилиндра с крышками по окружности закруглены, корпуса 11 из непроводящего электрический ток материала, между внутренним тонкостенным цилиндром 12 и внешней частью корпуса жестко закреплен пьезокерамический преобразователь 13 с одним общим электродом 14 на всей

внутренней поверхности и разделенны-ι ми управляющими электродами 15 на внешней поверхности, прижатый сверху демпфером 16, причем тонкбстенный

5 цилиндр 12 с натягом охватывает направляющие 6 фланца ультразвуковой колебательной системой, а нижняя крыш ка 9 фланца опирается на пружину 17, нижний конец которой укреплен в ци0 линдре 12, задающий генератор 18, делитель 19 частоты, усилитель 20 мощности, многофазный функциональный фазовращатель 21 и блок 22 управления, соединенный с делителем 19 час5 тоты, фазовращателем 21.датчиками обратной связи и усилителями 20 и 23 мощности.

Устройство работает следующим образом.

О В исходном положении ультразвуковая колебательная система, именуемая сварочной головкой, находится в поднятом положении относительно свариваемых элементов. По команде блока 22

5 управления от задающего генератора 18 через делитель 19 частоты, усилитель 20 мощности, функциональный фазовращатель 21 и блок 22 управления последовательно подается многофазное

э электрическое напряжение ультразвуковой частоты на электроды 15 пьезокерамического преобразователя 13· Напряжение, подаваемое на каждый последующий электрод, сдвинуто относи. тельно напряжения предыдущего электрода по фазе на угол Зб0°( где η количество электродов, нанесенных на внешней стороне пьезокерамического цилиндра 13). Многофазное электричес_} кое напряжение возбуждает в пьезокерамическом преобразователе 13 и соответственно в упругом тонкостенном цилиндре 12 бегущую механическую волну, которая, сопрягаясь с на. правляющими 6 фланца, передвигает его вниз. Величина давления и закон изменения скорости перемещения сварочной головки осуществляется по программе, заложенной в блоке 22 управления, с помощью изменения амплитуды и частоты возбуждающего преобразователь 13 напряжения.

В момент сопротивления свариваемых элементов под воздействием давления технологического инструмента 4 по команде блока 22 управления от генератора 18 через усилитель 23 мощности на накладки 1 подается возбуждающее электрическое напряжение ульт~

5

развуковой частоты для проведения процесса микросварки. По окончании процесса микросварки по команде от блока 22 управления с накладкой 1 снимается возбуждающее напряжение, а на управляющие электроды 15 подается многофазное напряжение обратной последовательности, в результате чего создается бегущая механическая волна снизу вверх, которая поднимает сварочную головку в исходное положение. При такой конструкции механизма напряжения с возвратно-поступательным движением можно изменять с большой точностью скорость перемещения и давления сварочной головки в процессе микросварки в достаточно широких пределах, регулируя при этом величину возбуждающего напряжения, и его частоту.

Утолщенная внешняя часть корпуса 11 способствует тому, что волна деформации пьезоэлектрического преобразователя 13 в большой степени увеличивает амплитуду колебаний упругого тонкостенного цилиндра 12 и тем самым повышает развиваемое им усилие. Цилиндрическая форма фланца с продольными направляющими 6 обеспечивает его упругость в радиальном направлении, хороший контакт с цилиндром 12 и продольное взаимодействие механических волн. Демпферы 16 служат для снижения отражения механических колебаний в цилиндре 12. Выполнение пьезокерамического преобразователя 13 с разделенными управляющими внешними электродами позволяет существенно повысить плавность хода за счет взаимного захвата энергии.

Экспериментально опробовано ультразвуковое устройство. Сварная головка перемещается возвратно-поступательно на максимальное расстояние 12 мм при высоте преобразователя 13, равной 20 мм.

При подаче элекрического напряжения на пьезопреобразователь 13 от 0 до 15 В в исходном расстоянии 2 мм между торцом технологического инструмента 4 и свариваемой нижней деталью развивается статическое усилие до

7,8 Н.

С помощью макета проводится микросварка контактных пар АГ - А£ и АВ АВ. Установлено, что на качество соединений существенное влияние оказывает скорость деформации при общей величине деформации, не превышающей

923774 6

50%. Исследования показывают, что при выбранных времени сварки и потребляемой мощности существует оптимальное значение скорости деформации для 5 каждой конкретной пары. Например, максимальная механическая прочность £0,17Н и минимальное переходное удельное электросопротивление соединения для пары АВ - АВ (проволока АВ35мкм 10 сваривается с пленкой АВ толщиной

мчм на кремнии) достигается при скорости пластической деформации £-1,85 с"'¹. Для аналогичных размеров проволоки АВ, свариваемой с золочен15 ным коваром, оптимальная скорость деформации равна В г 2,52 с'^-1 . В обоих случаях время микросварки равно ίρβοΌ,2 с. Как правило, увеличение времени микросварки при неизменных ста20 тическом давлении и потребляемой мощности уменьшает скорость деформации, что вызывает снижение качества микросварки. При уменьшении времени сварки, повышении мощности, потребляемой 25 сварочной головкой, оптимальная скорость деформации существенно повышается. Например, £¢¢, ^0,036 с для контактной пары АЕ - А£ Б -14 с"⁴. Увеличение скорости деформации позволяет 30 значительно интенсифицировать процесс образования соединений и повысить производительность труда.

В некоторых случаях интенсивная деформация проволоки и значительное сокращение времени процесса при оптимальной величине площади контакта уменьшает глубину взаимного проникновения соединяемых материалов за счет уменьшения массопереноса, что является весьма существенным при микросварке многослойных структур.

Таким образом, разработка ультразвукового устройства, позволяющего изменять в широких пределах статичест кое давление в течение достаточно малого времени ΐρ&αΟ,ΟΙ с и увеличивать таким образом скорость пластической деформации свариваемых элементов при одновременном увеличении потребляемой мощности ведет к существенному повышению производительности процесса (~ 3 - 4 раза), а также к повышению механической прочности соединений.

(на 15 - 30%).

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Ультразвуковое устройство для

   микросварки, содержащее привод возв923774

   7

   ратно-поступательного перемещения инструмента, ультразвуковой генератор, блок управления, многофазный фазовращатель, ультразвуковую колебательную систему с преобразователем, состоящим из активной и пассивной накладок, размещенных в корпусе, отличающееся тем,что,с целью (повышения производительности процесса за счет увеличения скорости и точ-Ю ности перемещения инструмента, в него введены расположенные между накладками ультразвукового преобразователя цилиндрический фланец и установленные соосно с ним охватывающие его тон-5 коетенный цилиндр и дополнительный пьезокерамический преобразователь, при этом на внутренней поверхности пьезокерамического преобразователя установлен общий электрод, а на его 20 наружной поверхности - управляющие

   8

   электроды, выполненные в виде замкнутых колец и подключенные через блок управления к выходу фазовращателя, верхняя часть фланца установ5 лена в узле колебаний ультразвуковой колебательной системы, а фланец выполнен по крайней мере с тремя продольными прорезями на цилиндрической поверхности.