Способ ультразвуковой сварки

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 691 (1) 151) В 23 К 20/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЪТИ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 498129, кл, В 23 К 20/10, 1976.2. Авторское свидетельство СССР9 365224, кл. В 23 К 20/10, 1973.СВАРКИ, по которому ультразвуковыеколебания в зону сварки вводят с переменной амплитудой, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества сварки и производительности процесса, в момент снижения амплитуды колебаний до минимальной величины ее увеличивают в 2-3 раза по сравнению с первоначальноустановленной, стабилизируют в течение 0,1-0,2 с, где се - времясварки, затем скачкообразно уменьшают до первоначальной величины иповторно стабилизируют в течение0,1-0, 15св, после чего прекращаютподачу ультразвуковых колебаний вПоставленная цель достигается тем, что согласно способу ультразвуковой сварки, по которому ультразвуковые колебания в зону сварки вводят с переменной амплитудой, н момент снижения амплитуды колебаний до минимальной величины ее увеличивают в 2-3 раза по сравнению с первоначально установленной, стабилизируют 50 55 Изобретение относится к области микросварки и может быть использовано при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем с помощью ультразвуковой сварки (УЗС). 5Известно, что процесс образования соединения при сварке в твердом состоянии представляется трехстадийной реакцией, результат и скорость протекания которой определяются не 1 О только состоянием контактирующих поверхностей и свойствами свариваемых материалов, но и характером распределения и величиной действующих на контактные поверхности нормальных (б ) 15 и касательных () напряжений. Велилчины 3 и с зависят от предварительно установленных параметров процесса и могут быть изменены в процессе сварки путем изменения технологи ческих параметров. Это, в свою очередь, должно оказать влияние на кинетику образования сварного соединения и на его характер.Известен способ ультразвуковой 25 сварки, по которому в конце сварки прикладывают импульсное давление, превышающее предел текучести свариваемого материала 11 .Недостатком этого способа являет ся недостаточно высокая воспроизводимость механической прочности соединений.Наиболее близким к изобретению является способ ультразвуковой сварки, по которому ультразвуковые колебания (УЗК) в зону сварки вводят с переменной амплитудой 21.Недостатки известного способа заключаются в недостаточном качест ве сварных соединений и невысокой стабильности электрических свойств свариваемыхмикроконтактон. Это происходит н результате повышенной деформации микропроводников в про цессе сварки.Целью изобретения является повы-шение качества сварки и производительности процесса. в течение О, 1-0, 2 1 он, где 1 с - время сварки, затем скачкообразно уменьШают до первоначальной величины и повторно стабилизируют в течение 0,1-0,15 сн, после чего прекращают подачу ультразвуковых колебаний УЗК н зону сварки.В качестве минимальной амплитуды принимают 70-807 первоначально установленной величины. Значение времени сварки 1 сн выбирается опытным путем в зависимости от материала и диаметра свариваемого проводника и для целей проволочного монтажа микросхем колеблется в пределах 20- 500 мс.На чертеже показана циклограмма изменения амплитуды колебаний в способе ультразвуковой сварки.На чертеже обозначены- номинальная амплитуда УЗК,; - минимальная амплитуда УЗК;- увеличенная амплитуда УЗК; Всн - время сварочного цикла, 1 1 - время УЗК до момента уменьшения амплитуды; 1 - время увеличения амплитуды УЗК,- время ста билизации амплитуды УЗК; 14 - время повторной стабилизации первоначальной амплитуды УЗК.Минимальная величина начальной амплитуды УЗК определяется с помощью постоянного датчика, установленного под свариваемой деталью, фиксирующего начало передачи колебательного движения инструмента на свариваемую деталь по схнатынанию проводника с контактируемой поверхностью.Интервал амплитуды колебаний (в 2-3 раза) и нремя ее стабилизации выбран исходя из следующего.При увеличении амплитуды менее чем в 2 раза не происходит "расшатывания" уже предварительно образовавшегося соединения при воздействии предварительной амплитуды, что уменьшает прочность контакта.При увеличении амплитуды более чем н 3 раза происходит увеличение деформации проводника более чем на 502, что также приводит к нестабильным значениям прочности проводника.Время стабилизации 0,1-0,2 1 с установлено экспериментально,Увеличение нремени более чем 0,2 1 с не приводит к изменению проч. ности, не снижает производительность процесса.П р и м е р 1. Способ опробован на установке УЛпри сварке алю1094704 4зации (0,08-0,01 с) осуществляютрезкий спад мощности до исходнойвеличины и выключение УЗК через0,05-0,01 с.5 Эффект, по сравнению с известным:пособом, принятым за базовый вариант, достигается за счет повышения 25 механической прочности и воспроизводимости сварных соединений при увеличении производительности процесса. Составитель А. АноховРедактор Н, Джуган Техред Л,Микеше Корректор А.Ильин Заказ 3491/7 Тираж 1037ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3минневых проводников диаметров 27 мкм к алюминиевым контактным площадкам микросхем. Предварительно с помощью механизма давления привели в соприкосновение с постоянным усилием Р = 0,18 Н рабочий инструмент и свариваемые детали. При введении в зону сварки УЗК мощностью 0,05 Вт с помощью датчика смещений (из пьезоэлектрической керамики или полупровод 1 О никового тензодатчика, наклеенного на концентратор или вблизи места крепления рабочего инструмента к концентратору) определен момент снижения амплитуды колебаний инструмен та до минимума (вследствие начала образования соединения).В этот момент увеличивают амплитуду колебаний за счет увеличения мощности преобразователя до 0,12- 0,2 Вт эа время 0,05-0,01 с. При этом величина максимальной мощности преобразователя и скорость ее нарастания определяются физико-механическими свойствами и геометрическими размерами свариваемых деталей, После достижения максимальной мощ-ности и кратковременной ее стабили-,П р и м е р 2. Осуществляют сварку золотых проводников диаметром 40 мкм к алюминиевым контактным площадкам микросхем, Параметры свар - ки: контактное усилие инструмента и свариваемой проволоки 0,35 Н; пер. воначальная мощность УЗК 0,08 Вт; увеличенная мощность УЗК 0,20 Вт, время увеличения амплитуды колебаний инструмента ( 6) 0,01 с; время стабилизации амплитуды колебаний инструмента ( 13) 0,01 с; время повторной стабилизации первоначальной амплитуды колебаний инструмента (1 ) 0,01 с.