Способ управления процессом микросварки и устройство для его осуществления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(43) Опубликова Совета Министров ССло делам изооретении открытий УДК 621.791,16.(45) Дата опубликования описания 06.02.78(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ МИКРОСВАРКИ СТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов оборки микроэлектронной аппаратуры и может быть использовано при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем.Известен способ управления процессом микросварки, при котором осуществляют измерение одного из параметров режима с последующим регулированием мощности, выделяемой в зоне соединения Ц. Этот способ осуществляют устройством, содержащим задающий генератор, усилитель мощности, коммутирующий блок и блок управления мощностью усилителя.Известные способ и устройство не обеспечивают достаточной точности :контроля при микросварке, за счет чего снижается качество и воопроизводимость,качества микрооварных соединений. Данный способ и устройство не позволяют автоматически выбирать экспериментально обоснованные и необходимые режимы сварки для каждой контактной пары. Необходимость выбора режима сварки, особенно при сборке больших, интегральных и гибридных схем, состоит в том, что каждая контактная площадка обычно характеризуется различным состоянием поверхности и структуры.Цель изобретения - повышение качества микроаварных,соединений. Поставленная цель достигается тем, что измеряют контактную разность, потенциалов между соединяемыми элементами, вычисляют ее производную и по величине аолученных 5 данных производят регулирование мощностии дополнительно длительности процесса сварками.Устройство, позволяющее осуществитьпредлагаемый способ, содержит блок измере ния разности потенциалов и вычислительноеустройство, при этом выход блока измерения соединен со входом вычислительного устройства, а выход,последнега подключен ко входу блока управления мощностью усилителя, 15 На чертеже показана схема предлагаемого устройства.Оно содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, коммутирующий блок 3, элекгроакустический преобразователь 4, кон центратор б, сварочный инструмент б, блок 7измерения, фильтр 8, усилитель 9 постоянного тока, вычислительное устройсгво 10, блок 11 управления мощностью усилителя.Как известно, кажущаяся площадь контактирования 5, соединяемых элементов состоит из суммы площадей 5, точек схватывания и суммы площадей 5, пятен, где соединение элементов не,произошло (пятеи разрыва) 5, = У 5, + У, Я-,. где1 - соответУ =л - в,45 50 55 со 65 ственно число а пятен и пятен разрыва. В данном случае контактная разность потенциалов между соединяемыми элементами, например присоединяемыми, проводником А и подложкой Б, представляется выражением где л=рл,. +," 1"рл - работа выходапроводника, /;, /, - доля 5 занятая соответственно -той точкой схватывания и 1-тымпятном разрыва, зл,л, - истинная работавыхода соответственно -того а-пятна и 1-тогопятна разрыва проводника, вБ =рь, +lистииная работа выхода 1-того а-пятна и 1-того пятна разрыва подложки.В процессе микроовархи происходит изменение площади контактирования 5, соединяемых элементов, при этом, естественно изменяется контактная разность, потенциаловмежду данными элементами,Работает устройство для управления процессом михросварки интегральных схем следующим образом.Электрические колебания задающего генератора 1, усиленные с помощью усилителя2 мощности, через коммутирующий блок 3подаются на электроакустический преобразователь 4, механические колебания которого спомощью концентратора б и сварочного инструмента 6,подаются в зону соединения, например, вывода 12 с контактной площадкой13. Для измерения контактной разности потенциалов между соединяемыми элементами12, 13 последние подключены ко входу блокаизмерения 7, состоящего из последовательносоединенных фильтра 8 и усилителя 9 постоянного тока. Фильтр 8 не пропускает кусилителю 9 постоянного тока переменную составляющую контактной разности потенциалов, изменяющуюся с частотой, равной рабочей частоте ультразвуковых колебаний.Перемененная составляющая контактнойразности потенциалов имеет значительнуювеличину в начальный момент микрооваркидо начала формирования сварной точки, когда происходит, процесс схватывания соединяемых поверхностей по контактным пятнам, иразрушение образовавшихся мостиков соединения. В дальнейшем в процессе формирования сварной точки переменная составляющаяконтактной разности потенциалов будет неоольшой по сравнению с постоянной составляющей, которая растет пропорциональноувеличению фактической, площади контакта.Выход фильтра 8 подключен ко входу усилителя 9, сигнал на выходе которого пропорционалвн контактной разности потенциаловмежду элементами 12, 13. Выходной сигнал Уусилителя 9 и его производная по времени.1 и/Ю анализируются с помощью вычислительного устройства 10, с помощью которого 5 10 15 20 25 30 35 4 О происходит управление процессом микро- сварки. Для этого ,выход вычислительного устройства подключен к блоку 11 управления мощностью усилителя мощности 2 и к коммутирующему устройству 3. По величине У, зависящей от площади контакта между соединяемыми элементами 12, 13 и производной ди/Й, зависящей от скорости роста, площади контакта, производится управление параметрами возбуждающих электрических колебаний, например их мощностью. Отключение электрических колебаний производится также с помощью. вычислительного устройства 1 О по достижении величинами У и ди/й определенных значгний, соответствующих высохокачественному соединению. Алгоритм управления процессом микрооварии разработан на основе предварительно проведенных исследований зависимости величины контактной разности потенциалов от качества микроаварного соединения, т. е. вычислительное устройство выбирает режим микросварки,и изменяет его при изменяющихся условиях в соответствии с заложенной в.программе зависимостью контактной разности потенциалов Р от площади контакта 5 прочности контакта /Ч , переходного сопротивления Яи других параметров микрооварного соединения У = Ф(5 Р пасв )Например, использование способа и устройства управления процессом микросварки при соединении алюминиевой проволоки диаметром 40 лкм с золотым покрытием толщиной - 5 лкл на подложке из кварца приводит к увеличению качества микросварных саедипений в 2 - 2,4 раза, воспроизводимость качества возрастет в среднем на 20%. Процент выхода годичных интегральных схем за счет этого увеличивается на 10 - 12/о,Ф ор мул а,из о бр етени я 1. Способ управления процессом микросварки, при котором осуществляют измерение одного из,параметров режима с последующим регулированием иощности, выделяемой в зоне соединения, о тли ч а ю щи й ся тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, измеряют контактную разность потенциалов между соединяемыми элементами, вычисляют ее производну 1 о и по величине полученных данных, производят регулирование мощности и дополнительно длительности процесса сварки,2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, коммутирующий блок,и блок управления, мощностью усилителя, о т л ич аю щ е е с я тем, что устройство содержит блок измерения разности потенциалов и вычислительное устройство, при этом выход блока измерепия соединен со входом вычислительнаго устройства, а выход последнего подключен,ко входу блока управления,мощностью усилителя.592544 Составитель В. Катин Корректор И. Симкииа Техред И. Рыбкина Редактор Г, Мозжечкова Заказ 1017/2059 Изд.206 Тираж 1207 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Подписное Тин. Харьк, фил. пред, Патент Источник информации, принятый во внимание при экспертизе: 1. Авторское свидетелвство265320,кл. В 23 К 11/24, 1969.