Способ регулирования процесса ультразвуковой сварки

ОПИСАВШЕЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Совоз Советскик Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 0211.77 51) М. Кл. В 23 К 1 Гаерднретввнный наметаСаввтн в(нннетрав СССРпа нвнвн( нзаарвтвннйн атнрытнй 3) У.К(5 ОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕСС УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИвой сварт в оптидавления. Однакопроцессе сваркиения в сторонуежно приводит ки свариваемыхтвие этого, к снинений.Е 5, ВВОДИМОЙ Вяется выражением Часть ультразвук му способу происход пределах сварочного изменение давления от минимального эна максимального неиэб увеличению деформац деталей и, как след жению прочности соеВеличина энергии зону сварки, опреде ки по этомальных з и н ЗЭ 11 Е 5 арки;ультраэву в д- част ковых колебани амплитуда п узка ная на лектро ратора а и т.е,сопротиное тем ление мат пературв; К ающая действне Так как фрик- константа,других фактоционное сопро й степени эа ностей соеди учит влениесит отемых Изобретение относится к ультравуковой микросварке и может быть спольэовано при сборке полупроводиковых 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 111.Состояние поверхности оказывает значительное Влияние.на качество полу-)5 проводниковых соединений. Для получейия сварных соединений из деталей, на поверхности которых имеются Окисные, жировые или другие пленки, в зону сварки необходимо вводить больше енергии, 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 ния наконечника;.Ь - приложен равная сумме силы сжатия э веса наконечника и концент усилию нагруженият 3, - фрикционно ериала, пропорционадеталей, то при сварке по известномуспособу энергия, вводимая в зону сварки, меняется, что вызывает низкую воспроизводимость прочности соединений,Целью изобретения является увеличение воспроизводимости прочностисварных соединений,Поставленная цель достигается тем,что после создания усилия нагруженияв зону сварки подают ультразвуковойтест-импульс, сравнивают величинуамплитуды колебаний инструмента поддействием этого тест-импульса, с эталонной, введенной в сварочную системуперед 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,2структурная схема реализации способа,Суть способа заключается в следующем. Перед сваркой опускают инструментна свариваемые детали с "чисткойф поверхностьюсоздают оптимальное усилие 25нагружения и подают в зону сваркиультразвуковой тест-импульс. Амплитуду колебаний инструмента под действием этого тест-импульса, котораявыбрана на уровне, еще не достаточном 30для сварки, запоминают, так как онав дальнейшем будет служить эталономдля корректировки усилия нагружения,Эта операция представляет собой фактически не что иное, как определение 55силы трения Гр = Р Ь между двумясвариваемыми деталями с "чистыми" поверхностями, сжатыми между собой оптимальным усилием нагружения. Приизменении состояния поверхностей соединяемых деталей или при ошибке механизма нагружения сила трения отличается от оптимальной, что отрицательно влияет на прочность соединения. Воизбежание этого она автоматическирегулируется путем изменения усилиянагружения. После получения оптимальной силы трения 7включается основной сварочный импульс. Осциллограммыамплитуды колебаний инструмента приведены на фиг.1, где в - время50действия тест-импульса; Д - амплисвотуда основного сварочного импульсапри сварке в оптимальных условиях;А- амплитуда тест-импульса приойтймальной силе трения55 Если отклонений от оптимальных усло вий сваРки 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 амплитудыосновного сварочного импульса Ь Аможно автоматически прекращать подачуэнергии в зону сварки. В этом случае,если после опускания инструмента насоединяемые детали, например в результате погрешности механизма нагружения,усилие нагружения велико, то амплитудаколебаний инструмента во время действия тест-импульса бувет меньше оптимальной, что послужит сигналом дляуменьшения усилия нагружения до техпор, пока амплитуда колебаний инструмента не станет равной величине А(см. фиг.16). После этого включаетсяосновной сварочный импульс, и сваркапроходит в оптимальных условиях. Есливо время действия тест-импульса амплитуда колебаний инстрУмента будет больше оптимальной (см. фиг.1 в), например,из-за наличия жировой пленки на поверхности деталей, то усилие нагружения необходимс увеличить до получения величины, равной Ат- и.о.После этого сварка пройдет также воптимальных условиях, что и увеличит воспроизводимость прочности сварных соединений,Для автоматической регулировкиусилия 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 узладля микросварки.Схема, изображенная на фиг.2, иллюстрирует реализацию предложенногоспособа.Оператор экспериментально определяет оптимальные параметры процесса, устанавливает оптимальноеусилие нагружения посредством меха-низма нагружения 1. Инструмент опускается на соединяемые детали и в зону сварки подается тест-импульс самплитудой, в 5-10 раз меньшей, чеммаксимальная амплитуда колебаний инструмента при сваркеЗапускаетсяультразвуковойгенератор 2, которыйвозбуждает акустическую систему 3для микросварки. Механические колебания инструмента 4 воспринимаютсядатчиком 5,преобразовываются в электрические и поступают на осциллографб и схему контроля 7. Полученная величина А и вводится операторомв схему контроля как эталон.При сварке этих деталей с другимисвойствами поверхностей сигнал с датчика поступает, на схему контроля 7 исравнивается там с эталоном. Оператор использует результат сравнениядля корректировки усилия нагруженияи после этого включает основной сва575190 рочный импульс для произведениясварки. Формула изобретения Асано Фиг. 1 Составитель В.КатинРедактор Н,Вирко Техред С, Беца Корректор М.Лемчи каз 3962/9ЦНИИПИ Го Тираж 1207 дарственного комитета Сове по делам изобретений и от Москва, Ж, Раушская набПодписМинистров СССтийд.4/5 3035,лиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Применение изобретения позволяет увеличить воспроизводимость прочности сварных соединений, повысить выход годных соединений на 2-3 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,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения воспроизводимостипрочности сварных соединений, послесоздания усилия нагружения в зонусварки подают ультразвуковой тестимпульс, сравнивают величину амплитуды колебаний инструмента под действием этого тест-импульса с эталонной, введенной перед сваркой, и посигналу рассогласования производяткорректировку усилия нагружения.Источники информации, принятыево внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельствоР 365224,Мкл.В 23 К 19/00,1971.2. Патент США Р 3610506,кл. 22 В - 1, 1971.