SU933333A2

SU933333A2 - Способ термокомпрессионной сварки

Info

Publication number: SU933333A2
Application number: SU803005139A
Authority: SU
Inventors: Виктор Евдокимович Атауш; Раймонд Брунович Рудзит; Эдуард Георгиевич Москвин; Людмила Алексеевна Барабанщикова; Сергей Витальевич Карпенко
Original assignee: Рижский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
Priority date: 1980-11-20
Filing date: 1980-11-20
Publication date: 1982-06-07

Description

Изобретение относится к области автоматического регулирования ч контроля за качеством соединения металлических проводников с полупроводниковыми кристаллами, выполненных термокомпреосионной сваркой.

В основном авт. св. № 719830 описан способ термокомпрессионной сварки, по которому при достижении максимальной скорости осадки металлического про* водника к рабочему инструменту прикладывают добавочное усилие сжатия Г1].

Однако при этом способе нельзя осуществить автоматическое регулирование процессом, а также контроль качества сварных соединений по величине осадки металлического проводника.

Целью изобретения является возможность осуществления автоматического контроля качества сварных соединений и повышение его надежности.

Поставленная цель достигается тем, что по предложенному способу измеряют величину осадки металлического про— водника и время от начала нагрева свариваемых деталей до каждого снижения скорости осадки до нуля, сравнивают их с заданными значениями и по сигналу рассогласования управляют процессом сварки. При заниженном сигнале величины осадки по сравнению с заданным сигналом в период первого снижения скорости осадки до нуля производят Дополнительный импульсный нагрев свариваемых деталей.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, с помощью которого реализуется предлагаемый способ; на фиг. 2 характерная осциллограмма осадки, совмещенная во времени с температурой инструмента и циклограммой усилия сжатия.

Устройство состоит из датчика перемещения 1, механически связанного с инструментом 2, схемы измерения 3 величины осадки металлического проводника, изменения ее во времени (скорости осадки) и времени от начала нагрева свариваемых деталей в периоды каждого снижения скоро’сти осадки до нуля, схемы запоминания 4 величины осадки и времени от начала нагрева свариваемых деталей, классификатора 5 уровней осадок и времени с логикой по выходу, схемы управления процессом и синхронизации 7,

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. to

Свариваемые детали^ например криоталл кремния, припаянный на вольфрамовый кристаллодержатель и алюминиевый 'проводник) устанавливаются на наклонный стол и сжимаются V -образным ин- _fSструментом начальным усилием сжатия. V —образный инструмент нагревается импульсом тока и за счет теплопередачи происходит разогрев зоны контакта алюминий-кремний. Одновременно с подачей ₂₀импульса тока на инструмент включается схема управления и синхронизации 6 устройства, обеспечивающая заданный цикл измерения. При этом осуществляется запуск схемы измерения 3, которая начинает измерение времени от начала нагреВа свариваемых деталей.

В процессе нагрева алюминиевый проводник постепенно деформируется. При этом с помощью датчика перемещения 1, механически связанного с инструментом 2, на схему измерения 3 подается сигнал, · пропорциональный величине осадки проводника.

Осадка проводника происходит вначале замедленно (участок I ,фиг. 2) из-за ³⁵постепенного нагрева, потом в процессе дальнейшего нагрева скорость осадки увеличивается (участок |1 , фиг. 2). В этот период схема измерения начинает измерять измерение осадки во времени ⁴⁰(скорость осадки). Далее скорость осадки замедляется до нуля (участок Ш , фиг. 2) из-за уменьшения удельного давления в связи с увеличении площади контакта свариваемых деталей. В этот ⁴⁵момент схема измерения 3 измеряет величину осадки проводника и время от начала нагрева свариваемых деталей, а сигналы передаются на схему запоминания 4. Со схемы запоминания 4 сигна- ⁵⁰лы поступают на классификатор 5.

При дальнейшем нагреве скорость осадки резко увеличивается и начинается пластическое течение алюминиевого проводника (участок § , фиг. 2). В этот момент на свариваемые детали прикладывают добавочное усилие сжатия. При этом происходит осадка с еще большей скоростью (участок V , фиг. 2), и величина осадки достигает практически максимального значения. В процессе дальнейшего нагрева величина осадки возрастает незначительно (участок VI , фиг. 2). Далее’ нагрев прекращается. При этом осадка резко снижается (участок W , фиг. 2), и на участке осадки от 6 к 7 происходит второе снижение скорости осадки До нуля. В этот момент схема измерения 3 измеряет величину осадки и время и передает сигналы на классификатор 5, где они сравниваются с заданными величинами. Результаты сравнения подаются на схему индикации 7, которая в случае совпадения всех значений S^, >

Sjy и или отклонения одного .из них или нескольких от заданных значений подает соответствующий сигнал оператору норма или брак.

Заданные величины осадок и и времени t₁ и определяется на основе экспериментальных данных путем предварительных сварок на оптимальном режиме определенных деталей с последующим испытанием сварных соединений на прочность. Затем оптимальные значения S , и вводят в виде заданных сигналов в классификатор 5.

Если величина осадки S₁ при оптимальном t _л в период первого снижения скорости осадки до нуля имеет заниженное значение по сравнению с заданным сигналом из классификатора 5 поступает сигнал в схему управления процессом 6, которая включает дополнительный импульсный нагрев свариваемых деталей (на фиг. 2 показано пунктиром), позволяющий достигнуть оптимального (заданного) значения осадки S_v Далее сравнение сигналов осуществляется, как описано вьпцё.

Преимущества предложенного способа по сравнению с известным заключаются в возможности осуществления автоматического контроля за качеством сварных соединений и автоматического регулирования процесса, а также в повышении надежности контроля.

Так, например, использование способа термокомпрессионной сварки алюминиевого (марки АВООО) управляющего вывода толщиной 0,3 мм и шириной 0,6 мм к кремниевому кристаллу толщиной 0,27 мм в заготовке тиристора типа ТЛ-160 при заданных значениях , Ц и Sq, tq., соответственно рав~ ных 2^=0,11—0,14 мм, t-) =0,8-1,0 с, =0,20-0,2 2 мм и 1^=2-2,2 с, свидетельствовало о требуемой прочности сварных соединений на отрыв с изгибом на 9О°Р_отр =500-650 гс при удовлетворительных параметрах управления тиристором.' При отклонении одной или нескольких из сравниваемых величин , Ц , и Цот заданных значений было выявлено снижение прочности сварных соединений ниже 230 гс с одновременным ухудшением параметров управления тиристором или пробоем р-п-перехода.

Claims

I

Изобретение относитс к области ав тематического регулировани ч контрол за качеством соединени металлических проводников с полупроводниковыми кристаллами, выполненных термокомпреосионной сваркой.

В основном авт. св. № 719830 описан способ термокомпрессионной сварки, по которому при достижении максимальной скорости осадки металлического про водника к рабочему инструменту при- . .кладывают добавочное усилие ежа тин 1.

Однако при этом способе нельз осуществить автоматическое регулирование процессом, а также контроль качества сварных соединений по величине осадкн металлического проводника.

Целью изобретени вл етс возможность осуществлени автоматического контрол качества сварных соединений и повышение его надежности.

Поставленна цель достигаетс тем, что по предложенному способу измер ют величину осадки металлического про-

водника и врем от начала нагрева сва-риваемых деталей До каждого снижени скорости осадки до нул , сравнивают их с заданными значени51ми и по свгналу рассогласовани управл ют процессом сварки. При заниженном сигнале величины ocazucti по сравнению с заданным сигналом в период первого снижени скорооти осадки до нул тфойзвод т Допопивтельный импульсный нагрев сварЕваемыХ

to деталей.

На фиг. 1 приведена структурна сэсек ма устройства, с помощью которого реа- лизуетс предлагаемый способ; на фиг. 2 характерна осциллограмма осадки, сов15 мещенна во времени с температурой инструмента и циклограммой усили .

Устройство состоит из датчика пере мещени 1, механически св занного с

20 инструментом 2, схемы измерени 3 величины осадки металлического провоДгника , изменени ее во времени (скорое ти осадки) и времени от начала нагрева свариваемых деталей в периоды каждого шижени скорости осадки до нул , схемы запоминани 4 величины осадки и времени от начала нагрева свариваемых деталей, классификатора 5 уровней осадок и времени с логикой по выходу, схе мы управлени процессом и синхронизации 7. Предлагаемый способ осуществл етс следующим образом. Свариваемые детали/ например криоталл кремни , припа нный на вольфрамовый кристаллодержатель и алюминиевы проводник) устанавливаютс на наклонный стол и сжимаютс V -образным инструментом начальным усилием сжати . V -образный инструмент нагреваетс импульсом тока и за счет теплопередачи происходит разогрев зоны контакта алюминий-кремний . Одновременно с подачей импульса тока на инструмент включаетс схема управлени и синхрон1юации 6 устройства , обеспечивающа заданный цикл измерени . При этом осуществл етс запуск схемы измерени 3, котора начина ет измерение времени от начала нагрева свариваемых деталей. В процессе нагрева алюминиевый проводник постепенно деформируетс . При этом с помощью датчика перемещени 1, механически св занного с инструментом 2, на схему измерени 3 подаетс сигна пропорциональный величине осадки проводника . Осадка проводника происходит вначале замедленно (участок I ,фиг. 2) из-за постепенного нагрева, потом в процессе дальнейшего нагрева скорость осадки увеличиваетс (участок 1 , фиг. 2). В этот период схема измерени начинает измер ть измерение осадки во времени (скорость осадки). Далее скорость осаДгки замедл етс до нул (участок iTj , фиг, 2) из-за уменьщени удельного давлени в св зи с увеличеним площади контакта свариваемых деталей. В этот момент схема измерени 3 измер ет величину осадки S проводника и врем t от начала нагрева свариваемых деталей, а сигналы передаютс на схему запоминани 4. Со схемы запоминани 4 сигналы поступают на классификатор 5. При дальнейщем нагреве скорость осадки резко увеличиваетс и начинаетс пластическое течение алюминиевого проводника (участок W , фиг. 2). В этот момент на свариваемые детали прикладывают добавочное усилие сжати . При этом происходит осадка с еще большей скорое- чью (участок V , фиг. 2), и величина осадки достигает практически максимального значени . В дальнейшего нагрева величина осадки возрастает незначительно (участок yi , фиг. 2). Далее нагрев прекращаетс . При этом осадка резко снижаетс (участок W , фвт. 2), и на участке осадки от 6 к 7 происходит второе снижение скорости осадки До нул . В этот момент схема измерени 3 измер ет величину осадки SQ и врем t и передает сигналы на классификатор 5, где они сравниваютс с заданными величинами . Результаты сравнени подаютс на схему индикации 7, котора в сЛучае совпадени всех значений 5, t , Sn и in или отклонени одного .из них или нескольких от задарных значений подает соответствующий сигнал onepaippy норма или брак. Заданные величины осадок S., и 5 и времени t и tn определ етс на основе экспериментальных данных путем предварительных сварок на оптимальном режиме определенных деталей с последующим испытанием сварных соединений на прочность. Затем оптимальные значени S,, t, SQ н t ввод т в виде заданных сигналов в классификатор 5. Если величина осадки 5 при оптимальном t,, в перЕод первого снижени скорости осадки до нул имеет заниженное значение по сравнению с заданным сигналом из классификатора 5 поступает сигнал в схему управлени процессом 6, котора включает дополнительный импульсный нагрев свариваемых деталей (на фиг. 2 показано пунктиром), позвол ющий достигнуть оптимального (заданного) значени осадки S. Далее сравнение сигналов осуществл етс , как описано . Преимущества предложенного способа по сравнению с известным заключаютс в возможности осуществлени автоматического контрол за качеством сварных соединений и автоматического регулировани процесса, а также в повышении надежности контрол . Так, например, использование способа термокомпрессионной сварки алюминиевого (марки АВООО) управл ющего вывода толщиной 0,3 мм и щириной 0,6 мм к кремниевому кристаллу толщиной 0,27 мм в заготбвке тиристора типа ТЛ-16О при заданных значени х S , t. и S-n, if, соответственно равных ,11-O,14 мм, ti 0,8-1,0 с. 5(,20-0,22 мм и ,2 с, свидетельствовало о требуемой прочности сварных соединений на отрыв с изгибом на 90°PQ p 5ОО-65О гс при удовлетворительных параметрах управлени тиристором . При отклонении одной или нескольких из сравниваемых величин S i , Sn и t(j от заданных значений было вы влено снижение прочности сварных соединений ниже 23О гс с одновременным ухудшением параметров управлени тиристором или пробоем р-п-перехода. Фор м у ла изобретени 1. Способ термокомпрессионной сварки по авт. св. № 71983О, от л и ч а ю щ и и с тем, что, с целью обеспечени автоматического контрол качеств сварных соединений и повышени его Haдежности , измер ют величину осадки металлического проводника и врем от начала нагрева свариваемых деталей до каждого снижени скорости осадки до нул , сравнивают их с заданными значени ми , и по сигналу рассогласовани управл ют процессом сварки.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю - и и и с тем, что, с целью обеспечении автоматического регулировани процесса, при заниженном сигнале величины осаДгки по сравнению с заданным сигналом в период первого снижени скорости осадки До нул производ т дополнительный импульсный нагрев свариваемых деталей. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР NO 71983О, кл, В 23 К 19/00, 1980 (прототип).

Фог. ffVff/fAHoe yct/ft/e ffJffff/77yjf V/ }

Z5fca/ Ш /