Способ регулирования процесса ультразвуковой сварки

Способ регулирования процесса ультразвуковой сварки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

QHNCAHNE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 575190 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 140676 (21) 2373074/25-27

2 (51) М. Кл.

В 23 К 19/04 с присое)тинением заявки № (23) Приоритет

Гаерднретввнный на)ннтвт

Саввтн Инннетрав СССР на аннан(нзаарвтвннй н атнрытнй (53) УДК621 . 791. 16 (088. 8) (43) Опубликовано 051077 Бюллетень № 37 (45) Дата опубликования описания 0211.77 (72) Авторы изобретения

А.А. Козич, A.Ï. Рыдэевский и О.К. Твердов (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

Изобретение относится к ультразвуковой микросварке и может быть использовано при сборке полупроводниковых приборов и микросхем.

Известен способ регулирования процесса ультразвуковой сварки, согласно которому в начальный период сварки амплитуду колебаний инструмента плавно увеличивают, затем обеспечивают ее стабилизацию в течение 0,04-1 сек, )0 после чего скачкообразно уменьшают на 1/3 от максимального значения и далее плавно до нуля (11.

Состояние поверхности оказывает значительное влияние.на качество полу-)6 проводниковых соединений. Для получейия сварных соединений из деталей, на поверхности которых имеются окисные, жировые или другие пленки, в зону сварки необходимо вводить больше енер-20 гии, чем при сварке "чистых " материалов (материалов с подготовленной поверхностью). Поэтому известный способ сварки не обеспечивает воспроизводимость прочности сварных соединений.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ регулирования процесса ультразвуковой сварки путем изменения усилия нагружения инструмента (21. . 30

Часть ультразвуковой сварки по этому способу происходит в оптимальных пределах сварочного давления. Однако изменение давления в процессе сварки от минимального значения в сторону максимального неизбежно приводит к увеличению деформации свариваемых деталей и, как следствие этого, к снижению прочности соединений.

Величина энергии E э, вводимой в зону сварки, определяется выражением

=КЗ Df 4, где — время сварки; — частота ультраэвуKQBblx колебаний;

2 — амплитуда перемещения наконечника;

1 — приложенная нагрузка, равная сумме силы сжатия электрода и веса наконечника и концентратора, т.е. усилию нагруженият

Д вЂ” фрикционное сопротивление материала, пропорциональное температуре:

К --константа, учитывающая действие других факторов.

Так как фрикционное сопротивление

% в значительной степени зависит от состояния поверхностей соединяемых

575190 деталей, то при сварке по известному способу энергия, вводимая в зону сварки, меняется, что вызывает низкую воспроизводимость прочности соединений.

Целью изобретения является увеличение воспроизводимости прочности сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что после создания усилия нагружения в зону сварки подают ультразвуковой тест-импульс, сравнивают величину амплитуды колебаний инструмента под действием этого тест-импульса, лонной, введенной в сварочную систему перед сваркой, и по сигналу рассогласования производят корректировку усилия нагружения.

На фиг.1 приведена зависимость амплитуды колебаний инструмента под действием тест-импульса, и основного сварочного импульса от времени; на фиг.2 структурная схема реализации способа.

Суть способа заключается в следующем. Перед сваркой опускают инструмент на свариваемые детали с "чисткой " поверхностью,,создают оптимальное усилие нагружения и подают в зону сварки ультразвуковой тест-импульс. Амплитуду колебаний инструмента под действием этого тест-импульса, которая выбрана на уровне, еще не достаточном 30 для сварки, запоминают, так как она в дальнейшем будет служить эталоном для корректировки усилия нагружения.

Эта операция представляет собой фактически не что иное, как определение 55 силы трения Г = Я Ь между двумя свариваемыми деталями с "чистыми" поверхностями, сжатыми между собой оптимальным усилием нагружения. При изменении состояния поверхностей соединяемых деталей или при ошибке механизма нагружения сила трения отличается от оптимальной, что отрицательно влияет на прочность соединения. Во избежание этого она автоматически регулируется путем изменения усилия нагружения. После получения оптимальной силы трения 7 включается основной сварочный импульс. Осциллограммы амплитуды колебаний инструмента приведены на фиг.1, где t — время

50 действия тест-импульса; Д вЂ” амплисв.о туда основного сварочного импульса при сварке в оптимальных условиях;

А „ — амплитуда тест-импульса при ойтймальной силе трения

Если отклонений от оптимальных усло. вий с арки нет, т.е. механизм нагружения не дает погрешностей, и состояние поверхностей соединяемых деталей хорошее, т.е. микрорельеф в пределах нормы и мировые пленки отсутствуют, то корректировки усилия нагружения не требуется, и сварка идет в оптимальных условиях (см. фиг.)). 65

По оптимальному перепаду амплитуды основного сварочного импульса Ь A можно автоматически прекращать подачу энергии в зону сварки. В этом случае, если после опускания инструмента на соединяемые детали, например в результате погрешности механизма нагружения, усилие нагружения велико, то амплитуда колебаний инструмента во время действия тест-импульса бувет меньше оптимальной, что послужит сигналом для уменьшения усилия нагружения до тех пор, пока амплитуда колебаний инструмента не станет равной величине А (см. фиг.16). После этого включается основной сварочный импульс, и сварка проходит в оптимальных условиях. Если во время действия тест-импульса амплитуда колебаний инструмента будет больше оптимальной (см. фиг.1в), например, из-за наличия жировой пленки на поверхности деталей, то усилие нагружения необходимс увеличить до получения величины, равной A т- и.о.

После этого сварка пройдет также в оптимальных условиях, что и увеличит воспроизводимость прочности сварных соединений, Для автоматической регулировки усилия нагружения может служить управляемый механизм нагружения, например электромагнитный, а для увеличения точности и стабильности регулировки желательно применять ультразвуковые генераторы с автоматической настройкой на частоту механического резонанса акустического узла для микросварки.

Схема, изображенная на фиг.2, иллюстрирует реализацию предложенного способа.

Оператор экспериментально определяет оптимальные параметры процесса, устанавливает оптимальное усилие нагружения посредством меха-низма нагружения 1. Инструмент опускается на соединяемые детали и в зону сварки подается тест-импульс с амплитудой, в 5-10 раз меньшей, чем максимальная амплитуда колебаний инструмента при сварке. Запускается ультразвуковой генератор 2, который возбуждает акустическую систему 3 для микросварки. Механические колебания инструмента 4 воспринимаются датчиком 5,преобразовываются в электрические и поступают на осциллограф б и схему контроля 7. Полученная величина А ц „ вводится оператором в схему контроля как эталон.

При сварке этих деталей с другими свойствами поверхностей сигнал с датчика поступает, на схему контроля 7 и сравнивается там с эталоном. Оператор использует результат сравнения для корректировки усилия нагружения и после этого включает основной сва575190 рочный импульс для произведения сварки.

Формула изобретения

"сто

Фиг. 1

Составитель В.Катин

Техред C. Веца Корректор М.немчик

Редактор Н.Вирко

Заказ 3962/9 Тираж 1207 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Применение изобретения позволяет увеличить воспроизводимость прочности сварных соединений, повысить выход годных соединений на 2-3Ъ благодаря регулированию энергии, выделяющейся в зоне сварки в зависимости от состояния поверхностей соеди,няемых деталей за счет корректировки усилия нагружения.

Способ регулирования процесса ультразвуковой сварки путем изменения усилия нагружения инструмента, отличающийся тем, что, с целью увеличения воспроизводимости прочности сварных соединений, после создания усилия нагружения в зону сварки подают ультразвуковой тестимпульс, сравнивают величину амплитуды колебаний инструмента под действием этого тест-импульса с эталонной, введенной перед сваркой, и по сигналу рассогласования производят корректировку усилия нагружения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство

9365224,М.,êë. 23 К 19/00,1971.

2. Патент США Р 3610506, кл. 22  — 1, 1971.