Способ ультразвуковой сварки

СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ГОСУДАР СТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ(71) Конструкторское бюро точного электронного машиностроения(56) Холопов Ю.В. Оборудование для ультразвуковой сварки. Л., Энергоиздат, Ленингр. отд, 1985, с, 109-113.Авторское свидетельство СССР М 575190,кл, В 23 К 20/10, 1976.Авторское свидетельство СССР М 1655724. Изобретение относится к области ультразвуковой сварки элементов интегральных схем.Известны способы ультразвуковой сварки, в которых регулирование процесса производит по амплитуде колебаний сварочного инструмента, по сварочному усилию и по деформации свариваемых материалов, однако указанные способы не обеспечивают воспроизводимости прочности сварных соединений из-за разброса условий образования сварного соединения от сварки к сварке,Известен также способ ультразвуковой сварки, при котором после создания усилия нагружения в зону сварки подают ультразвуковой тест-импульс, сравнивают величину амплитуды колебаний инструмента под действием этого тест-импульса с эталонной, введенной перед сваркой, и по сигналу рассогласования производят корректировку усилия нагружения.(54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ (57) Способ ультразвуковой сварки. Использованиее; ми к роэлектроника, ул ьтразвуковая сварка элементов интегральных схем. Сущность изобретения: ввод усилия нагружения начинают при максимальном активном . сопротивлении вибратора одновременно с приложением ультразвуковых колебаний и прекращают в момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонного значения, после чего усилие нагружения снимают,Недостатком указанного способа является низкая производительность из-за необходимости введения тест-импульса перед началом процесса сварки, что в итоге увеличивает время на образование сварного соединения.Ближайшим прототипом является способ ультразвуковой сварки, при котором ультразвуковые колебания вводят в зону сварки одновременно с приложением возрастающего от нуля усилия нагружения, а в момент спада амплитуды колебаний до заданного значения измеряют усилие нагружения, сравнивают его с заранее установленным и в случае несоответствия производят корректировку "скорости спада усилия нагруженйя при"его уменьшеййидо нуля.Недостатком указанного способа является низкое качество сварных соединений, обусловленное тем, что ввод усилия нагружения в зону сварки примаксимальной амп. литуде колебаний (активное сопротивленис10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вибратора минимально) приводит к возникновению значительных нормальных и тангенциальных напряжений в зоне соединения на начальной стадии деформирования привариваемого проводника, когда деформация проводника еще мала, а значит удельная нагрузка велика, что, в свою очередь, вызывает разрушение металлизации контактных площадок и появление сколов и трещин в полупроводниковом кристалле.Цель изобретения - повышение качества сварных соединений,Поставленная цель достигается тем, что в зону сварки одновременно с приложением сварочной нагрузки вводят ультразвуковые колебания, при этом нагрузку увеличивают от нуля до заданного значения и контролируют величину активного сопротивления вибратора, приложение сварочной нагрузки начинают при достижении максимальной величины активного сопротивления вибратора, а в моментдостижения активным сопротивлением эталонной величины увеличение нагрузки прекращают и уменьшают ее до нуля.Суть способа заключается в следующем, Перед началом процесса сварки ультразвуковой генератор настраивается на частоту, при которой активное сопротивление вибратора максимально. После чего сварочный инструмент, в капиллярном отверстии которого расположен привариваемый проводник, начинают перемещать в позицию сварки, при этом ультразвуковой генератор включен постоянно. В момент касания привариваемым проводником контактной площадки полупроводникового кристалла нагрузка на свариваемые материалы начинает расти по мере опускания сварочного инструмента, а активное сопротивление вибратора падает вследствие снижения эквивалентной нагрузки на вибратор, что вызывает рост амплитуды колебаний сварочного инструмента. В момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонного значения рост сварочной нагрузки прекращают и сварочную нагрузку уменьшают до нуля путем подьема сварочного инструмента. Скорость ввода сварочной нагрузки и эталонное значение активного сопротивления вибратора подбираются в процессе наладки сварочной установки по критерию наибольшей прочности сварного соединения,Приложение сварочной нагрузки к свариваемым материалам при максимальном активном сопротивлении вибратора, т. е. при минимальной амплитуде колебаний сварочного инструмента с дальнейшим ее ростом по мере деформирования привариваемого проводника и увеличением сварочной нагрузки, приводит к снижению вероятности появления значений величин нормальных и касательных напряжений в зоне образования сварного соединения, приводящих к сколам и трещинам полупро. водникового кристалла. Следует отметить,что одновременный рост сварочной нагрузки, амплитуды колебаний сварочного инструмента и деформации присоединяемого проводника приводят к стабилизации протекания сварочного процесса (диффузия, образование вакансий и т, д.), так как перераспределение энергетического спектра в процессе сварки в сторону увеличения колебательных напряжений позволяет исключить возможность появления турбулентных структур, приводящих к понижению прочности сварных соединений. Пример осуществления способа.В процессе сварки присоединялся алюминиевый проводник, легированный кремнием диаметром 35 мкм к алюминиевой контактной площадке толщиной 1 мкм, напыленной на кремниевом кристалле. Сварка производилась ультразвуковым генератором, который в процессе работы постоянно включен, Перед процессом сварки генератор настраивается на режим, при котором активное сопротивление вибратора максимально и составило 1 кОм. Оптимальная скорость нарастая нагрузки составила величину 7400 г/с. Минимальное активное сопротивление вибратора составило величину 50 Ом. Нагрузка на свариваемые материалы при этом составила величину 30 - 35 г,При испытании на отрыв прочность соединений имело величину не менее 16 г. Таким образом, использование изобретения позволяет повысить качество сварных соединений путем увеличения прочности, что, в свою очередь, повлекло за собой повышение выхода годных на 7-9;,Формула изобретения Способ ультразвуковой сварки, при котором ультразвуковые колебания вводят в зону сварки одновременно с приложением сварочной нагрузки, которую увеличивают от нуля до заданного значения и одновременно контролируют величину активного сопротивления вибратора, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, приложение сварочной нагрузки начинают при достижении максимальной величины активного сопроЗаказ 3339 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 тивления вибратора, а в момент достижения активным сопротивлением вибратора эталонной величины увеличение нагрузки прекращают и уменьшают ее до нуля.