SU996140A1

SU996140A1 - Способ управлени процессом ультразвуковой сварки

Info

Publication number: SU996140A1
Application number: SU813266909A
Authority: SU
Inventors: Александр Александрович Козич
Original assignee: Предприятие П/Я Р-6495
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1983-02-15

Description

1.

Изобретение относитс к ультразвуковой сварке и может быть применено при изготовлении полупроводниковых приборов и микросхем.

Известен способ управлени процессом ультразвуковой сварки, при котором производ т автоматическое выключение ультра:звука щосле получени соединени . Критерием образовани соединени вл етс повышение электрического сопротивлени между инструментом и проволокой в момент Образовани соединени проволоки с контактной площадкой и возникновени относительного движени между инструментом/и проволокой 1.

Недостатков указанного способа вл етс низка точность определени момента выключени ультразвука, вызванные этим низкие прочность и воспроизводимость прочности соединений. Эти недостатки обусловлены тем, что в этом способе фактически сравниваетс прочность образовавшегос соединени и сила сцеплени между инструментом -и проволокой, последн , измен сь от сварки к сварке и вызывает ошибки в определении момента выключени ультразвука .Известен способ управлени процессом ультразвуковой сварки, по которому процесс сварки прекраш.аетс по достижению производной от амплитуды колебаний инструмента ( 1 ) по времени (t) нулевого

значени , - .

Известен также способ управлени процессом ультразвуковой сварки, при котором выключение ультразвука может происходить либо в момент времени, когда dydt

10 О, либо в мамент времени, когда К, где f ,.- максимальна амплитуда колебаний в процессе сварки, - - эталонна величина 3.

Указанные способы обеспечивают более высокую точность, чем способ по 1, по скольку уменьшение амплитуды колебанийпроисходит под действием тормоз щей силы, развиваемой образующимс соединением. Однако, при сварке по неподготовленным, загр зненным поверхност м амплитуда ме20 й етс хаотически и уже в самом начале процесса df/dt обращаетс в нуль. Хаотическое изменение амплитуды колебаний в процессе сварки происходит также из-за паразитных сибраций установки и как следствие проскальзывани инструмента по проволоке , которое максимально в начале процесса . Полностью подавить это проскальзывание не удаетс даже при сварке инструментами с канавкой. По этой причине, управление процессом по df/dt обладает низкой точностью и помехозащищенностью, что ведет к снижению средней прочности, отказам по сварке.

Наиболее близким к описываемому вл етс способ управлени процессом ультразву ковой сварки, при котором определ ют величину сигнала пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу и определ ют величину сигнала , пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во врем сварки. В этом способе сравнивают полученные сигналы с эталонными и отключают процесс сварки при их, равенстве 4.

Недостатком известного способа вл етс низка точность управлени процессом, что непосредственно св зано с прочностью соединений . Ввиду слабой помехоустойчивости известного способа управлени процессом сварки Нарушаетс стабильность процесса и воспроизводимость прочности соединений.

Цель изобретени - увеличение прочности соединений и повышение стабильности процесса за счет увеличени помехозащищенности .

Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу управлени процессом ультразвуковой сварки, при котором определ ют величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента На холостом ходу и определ ют величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во врем сварки, в качестве регулирующего параметра используют величину энергии , определ емую по выражению

W / V( Vx - V) dt, о

где Vx - величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу; V - величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента в процессе сварки: t - врем сварки.

На фиг. 1 приведена эквивалентна схемп ультразвукового преобразовател с рабочим инструментом после выделени активной составл ющей импеданса преобразовател ; на фиг. 2 - характер изменени сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во врем сварки; на фиг. 3 - характер изменени сигнала , пропорционального величине энергии, расходуемой в зоне сварки.

Перед сваркой расчетным методом или методом технологической пробы получают эталонную величину W (см. фиг. 3). Эта величина пропорциональна величине энергии , которую необходимо затратить на образование соединени требуемой прочности . Затем указанную величину ввод т в сварочную систему в качестве эталона. Выдел ют активную составл ющую импеданса ультразвукового преобразовател . Это выделение можно осуществить, применив блок стабилизации сигнала обратной св зи, причем, если в качестве датчика обратной св зи использовать датчик колебательной скорости преобразовател , то блок стабилизации фазы выделит активную составл ющую импеданса на механической стороне преобразовател .

RM где F-5 - амплитуда возбуждающей силы, V- амплитуда колебательной скорости. Если в качестве датчика обратной св зи используетс датчик тока во входной цепи преобразовател , то система стабилизации фазы выделит активную составл ющую импеданса преобразовател на электрической стороне (активную составл ющую входного импеданса ) .

U Т

R

Claims

где и - амплитуда возбуждающего напр жени ; I - ток во входной цепи преобразовател . При возбуждении преобразовател от генератора напр жени величина R оказываетс обратно пропорциональной а.мплитуде тока. Необходим.; обратить внимание на быстродействие блока стабилизации фазы, которое должно быть достаточно высоким с тем, чтобы обеспечить выделение активной составл ющей импеданса при малых длительност х процесса сварки (10- 40 мс). После выделени активной составл ющей импеданса преобразовател , получают первый сигнал обратной св зи, пропорциональный амплитуде колебательной скорости инструмента в холостом ходу и запоминают его величину Vx (фиг. 2). Этот сигнал можно сн ть с датчика тока во входной цепи преобразовател , или с датчика колебательной скорости инструмента или преобразовател , возбудив последний в промежутках между сварками, например в момент подачи проволоки, когда инструмент не находитс на рабочей позиции. Проще это сделать, применив способ сварки с «дежурным сигналом. В дальнейщем в процессе сварки получают второй сигнал обратной св зи, пропорциональный амплитуде колебатальной скорости инструмента при сваркеУ. Этот сигнал, также как и первый, снимают либо с датчика тока во входной цепи, либо с датчика колебательной скорости. Датчиком колебательной скорости может служить индуктивный датчик. После получени второго сигнала обратной св зи формируют сигнал, пропорциональный величине энергии, расходуемой в зоне сварки (фиг. 3). В этом случае система генератор-преобразователь имеет максимальный КПД. После формировани сигнала W, пропорционального величине энергии, расходуемой в зоне сварки, сравнивают его величину с эталонной Wg,. и в момент их равенства процесс сварки прекращают (фиг. 3). В сварочную cHCTer.iy, состо щую из ультразвуковой колебательной системы на основе пьезокерамического преобразоразовател , имеющей частоту резонанса 66,53 кГц и инструмент с продольной канавкой на рабочем торце, а также из ультразвукового генератора напр жени , вводили эталок-ную величину, значение которой Wjr 4400 мВ определили методом технологической пробь1 . Присоедин ли перемычки из А1 проволоки с присадкой 1% Si к поверхности Si пластины, металлизированной А (1,2 мкм). Активную составл ющую импеданса ультразвукового преобразовател выдел ли при помощи блока стабилизации фазы сигнала обратной св зи. Запоминали величину сигнала , пропорционального амплитуде, колебательной скорости инструмента в холостом ходу (Vx 150 мВ). В процессе сварки получали сигнал, пропорциональный амплитуде колебательной скорости инстру.мента при сварке и формировали сигнал V, пропорциональный энергии, расходуемой в зоне сварки. В момент равенства этого сигнала эталонной величине 4т. процесс сварки прекращали . Средн длительность процесса сварки составила 40 мс, а средн прочность соединений на отрыв - 0,12 Н. Предлагаемый способ позвол ет увеличить помехозащищенность управлени , поскольку сигнал, пропорциональный величине энергии, расходуемой в зоне сварки, вл етс монотонной функцией времени (фиг. 3), в отличие от сигнала пропорционального амплитуде колебательной скорости V (фиг. 2). Испытани показали, что применение предлагаемого способа позволит примерно на 3% увеличить среднюю прочность соединений на отрыв под углом 45° и на 20% уменьщить коэффициент вариации прочности по сравнению со способом-прототипом, что свидетельствует об увеличении стабильности процесса сварки. Формула изобретени Способ управлени процессом ультразвуковой сварки, при котором определ ют величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмен-та на холостом ходу, и величину сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента во врем сварки, отличающийс тем, что, с целью увеличени прочности соединений и повыщени стабильности процесса за счет увеличени помехозащищенности , в качестве регулирующего параметра используют величину энергии, определ емую по выражению W / V (Vx - V) dt, где W - энерги , расходуема в зоне сварки; УХ величина сигнала, пропорционального амплитуде колебательной скорости инструмента на холостом ходу; - величина сигнала, пропорциональ Ного амплитуде колебательной скорости инструмента в процессе сварки; t - врем сварки. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3763545, кл. В 23 К 21/00, 1974.
2.Грачев А. А., Кожевников А. П. Лебиц В. А. и Россошинский А. А. Ультразвукова микросварка. М., «Энерги , 1977, с. 68.
3.Авторское свидетельство СССР № 550255, кл. В 23 К 20/10, 1977.
4.Авторское свидетельство СССР № 719835, кл. В 23 К 20/10, 1978 (прототип ).

иг.1

W I

()dt

9T

tucm