Устройство для образования шарика при микросварке

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ШАРИКА ПРИ МИКРОСВАРКЕ по авт. св. N 1289004, отличающееся тем, что, с целью повышения качества сварного соединения за счет обеспечения определения размеров шарика, в него дополнительно введены задатчик опорного напряжения, делитель напряжения, состоящий из двух резисторов, и последовательно соединенные элементы задержки, второй формирователь, блок выборки-хранения, вычитатель и компаратор, при этом второй его вход соединен с выходом задатчика опорного напряжения, а второй вход вычислителя вычитателя соединен с входом блока выборки-хранения и точкой соединения резисторов делителя напряжения, второй вывод первого резистора делителя напряжения подключен к катодам диодов, второй вывод второго резистора делителя напряжения соединен с корпусом устройства, вход элемента задержки соединен с выходом реле времени.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в установках для микросварки при монтаже полупроводниковых приборов термокомпрессионной, ультразвуковой и контактной сваркой.
Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет обеспечения определения размеров шарика.
На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 - диаграммы напряжений и токов при работе устройства, где U_p - напряжение разрядного промежутка, U_xx - напряжение разрядного промежутка при отсутствии разряда (холостой ход), U - приращение напряжения при разряде, I_p - ток разряда, S_p - пробойный зазор, S - приращение зазора при оплавлении проволоки, U_pкз - напряжение на электроде при контакте конца проволоки с электродом.
Устройство для образования шарика содержит два источника постоянного напряжения 1 и 2, два конденсатора 3 и 4, генератор тока 5, резистор 6, элемент задержки 7, транзисторный ключ 8, автотрансформатор 9, два формирователя 10 и 11, два диода 12 и 13, реле времени 14, делитель напряжения, состоящий из двух резисторов 15 и 16, электрод 17, посредством которого подается разряд на проволоку 18, блок выборки-хранения 19, вычитатель 20, задатчик опорного напряжения 21 и компаратор 22, выход которого является выходом устройства. Первый вход компаратора 22 соединен с выходом вычитателя 20, а второй вход компаратора 22 - с одним выходом задатчика опорного напряжения 21, другой выход которого связан с корпусом, а на вход его подано опорное напряжение U_оп. Первый вход вычитателя 20 связан с выходом блока выборки-хранения 19; входом соединенного с вторым входом вычитателя 20 и точкой соединения двух резисторов 15 и 16 делителя напряжения, одним выводом соединенного с электродом 17, а другим - с корпусом. Управляющий вход блока выборки-хранения 19 соединен с выходом второго формирователя 11, вход которого через элемент задержки 7 связан с выходом реле времени 14, входом связанного с внешним запуском и входом первого формирователя 10, выход которого соединен с управляющим входом транзисторного ключа 8. Выход транзисторного ключа 8 связан с корпусом, а вход - с одним выводом резистора 6 и одной из обкладок второго конденсатора 4. Второй вывод резистора 6 соединен с выходом второго источника постоянного напряжения 2, а вторая обкладка второго конденсатора 4 подсоединена к началу первичной обмотки автотрансформатора 9, конец которой связан с корпусом и началом вторичной обмотки, концом соединенной с анодом второго диода 13, катод которого связан с катодом первого диода 12 и электродом 17. Выход первого источника 1 постоянного напряжения соединен с первым входом генератора тока 5 и одной из обкладок первого конденсатора 3, другая обкладка которого соединена с корпусом. Выход генератора тока 5 связан с анодом первого диода 12, а его второй вход - с выходом реле времени 14.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии первый конденсатор 3 (см. фиг.1) заряжен от источника напряжения 1, а второй конденсатор 4 через резистор 6 - от второго источника постоянного напряжения 2. Блок выборки-хранения 19 находится в режиме выборки, т.е. сигнал с его входа поступает на первый вход вычитателя 20. Таким образом, до перехода блока выборки-хранения 19 в режим хранения на выходе вычитателя 20 будет нулевой сигнал, поскольку вычитатель 20 производит операцию вычитания входных сигналов. По сигналу внешнего запуска, поступающего на вход первого формирователя 10, последний вырабатывает короткий импульс, поступающий на управляющий вход транзисторного ключа 8, который открывается и второй конденсатор 4 разряжается на первичную обмотку автотрансформатора 9. В результате в первичной обмотке автотрансформатора 9 возникает ток на время, определяемое импульсом формирователя 10. Ток первичной обмотки автотрансформатора 9 индуцирует во вторичной обмотке высоковольтный импульс U_p (см. фиг.2), который через второй диод 13 (см. фиг.1) поступает на электрод 17 и вызывает искровой разряд между электродом 17 и концом проволоки 18, в результате чего проводимость разрядного промежутка резко увеличивается.
В это же время по команде внешнего запуска реле времени 14 вырабатывает импульс, поступающий на второй вход (ключевой) генератора тока 5, который включается и энергия заряженного первого конденсатора 3 в виде стабильного тока (см. фиг.2) через диод 12 и электрод 17 поступает в течение времени, определяемого выходным импульсом реле времени 14 (см. фиг.1) в разрядный промежуток.
При возникновении разряда оплавляется конец проволоки 18 и под действием сил поверхностного натяжения образуется шарик. На фиг.2 видно, что к концу формирования шарика начальный зазор S_o между электродом и концом проволоки увеличивается на величину S. Поскольку устройство стабилизирует разрядный ток I_p, то напряжение будет увеличиваться, поскольку увеличение зазора влечет за собой увеличение сопротивления разрядного промежутка. Принимая во внимание то, что цилиндрический конец проволоки превращается в шар, нетрудно найти связь между приращением зазора S, радиусом образуемого шарика R_ш и радиусом поперечного сечения проволоки R_пр. Действительно, объем цилиндрического конца проволоки
V_пр= R_пр² I_пр, где I_пр - длина "хвоста".
Объем шарика
V_ш= R³_ш;
V_пр=V_ш R²_пр I_пр = R³_ш. Отсюда находят
I_пр= S=I_пр-2R_ш S -2R_ш (1)
Для широко используемой золотой проволоки диаметром 30 мкм при диаметре образуемого шарика 60 мкм (2d диаметра проволоки) нетрудно подсчитать по формуле, что S 0,2 мм. Таким образом, по увеличению разрядного промежутка S можно судить о размере образуемого шарика. В свою очередь, пропорционально S в процессе разряда увеличивается напряжение U_p (отрезок времени t₁-t₃). В момент времени t₁ (см. фиг.2) выходной импульс реле времени 14 (см. фиг.1) поступает также на вход элемента задержки 7 и через время (см. фиг. 2), определяемое элементом задержки 7 (см. фиг.1), на его выходе появляется импульс, поступающий на вход формирователя 11, который вырабатывает импульс длительностью меньше длительности импульса реле времени 14 на величину (время t₂-t₃) (cм. фиг.2). Выходной импульс формирователя 11 (см. фиг.1) поступает на управляющий вход устройства выборки-хранения 19 и переводит его в режим хранения. Время задержки необходимо для исключения ошибки измерения при воздействии пробойного высоковольтного импульса в течение времени 0-t₁ (см. фиг.2). Таким образом, на первом входе вычитателя 20 (см. фиг.1) присутствует заполненное в момент времени t₂ устройством выборки-хранения 19 напряжение разрядного промежутка U_p (см. фиг.2), деленное на коэффициент делителя напряжения, образованного резисторами 15 и 16 (см. фиг. 1). На втором входе вычитателя 20 будет возрастающий сигнал с выхода этого же делителя напряжения в процессе разряда. Вычитатель 20, осуществляя операцию вычитания своих входных сигналов, будет иметь на выходе возрастающий сигнал аналогично изменению U_p (см. фиг.2). Выходной сигнал вычитателя 20 (см. фиг.1) поступает на первый вход компаратора 22 и при достижении его равенства с опорным напряжением на втором входе компаратора 22 последний срабатывает, и его выходной сигнал, являющийся признаком образования шарика, поступает в блок управления (на фиг. не показан) сварочной установки. Очевидно, что, изменяя задатчиком 21 опорное напряжение на втором входе компаратора 22, можно контролировать диаметр образуемого шарика, например минимально допустимый, так как изменение напряжения U (см. фиг.2) пропорционально приращению зазора S.
Рассмотрим теперь случай оплавления окисленного конца проволоки ("хвоста") или с органическими соединениями на поверхности проволоки. При этом органические пленки препятствуют силам поверхностного натяжения скатыванию расплава в шар, что приводит к образованию шара малого диаметра и неправильной формы. При этом выходной сигнал вычитателя 20 не достигает уровня опорного напряжения на втором входе компаратора 22, так как мало приращение S и соответственно U и компаратор 22 не срабатывает, что является признаком для блока управления для блокировки сварочного устройства. В случае, если перед запуском устройства конец проволоки контактирует с электродом 17, то после запуска устройства разряда не происходит и характер напряжения на электроде 17 носит вид U_pкз (cм. фиг.2). Соответственно на выходе вычитателя 20 будет отсутствовать возрастающий сигнал, и компаратор 22 не сработает, что является признаком для блока управления сварочной установки об отсутствии образования шарика. Блок управления блокирует работу сварочной установки, чем исключаются засорение сварочного инструмента и повреждение контактной площадки ИС.
Устройство позволяет контролировать диаметр образуемых шариков по сравнению с известным, что повышает выход годных изделий.
Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в установках для микросварки при монтаже полупроводниковых приборов термокомпрессионной, ультразвуковой и контактной сварки. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения за счет обеспечения определения размеров шарика. Устройство содержит два источника питания, генератор тока, реле времени, формирователь, блок выборки - хранения, вычитатель, компаратор и задатчик опорного напряжения. При пуске устройства конец проволоки оплавляется стабилизированным током с помощью генератора тока. В процессе разряда между электродом и концом проволоки увеличивается зазор, соответственно увеличивается разрядное напряжение для стабилизации разрядного тока. Формирователь подает сигнал на управляющий вход блока выборки - хранения. В результате на входах вычитателя появляется разностный сигнал. Вычитатель, осуществляя операцию вычитания, будет иметь на выходе изменяющийся сигнал, который сравнивается в компараторе с опорным напряжением. Срабатывание компаратора является признаком образования шарика заданного диаметра. В противном случае блок управления сварочной установки блокирует работу. 2 ил.