Способ контроля процесса ультразвуковой сварки

Сокзз СоветскихСоциалистицескихРеспублик ОП ИГРАНИ ЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 662301 к", 11 " г.02,77 (21) 2449446/25-27 2) Заявлен 1) М,К. 3 К 9/04 присоединием заявки-Государственный комитет СССР оо делам изобретений и открытий(23) Приорите Опублико но 15.05.79. Бюллетень53) УДК 6 .16(088. ата опубликования описания 25.05.7 72) Авторы изобретени М. Колешко и А. В. Гу нститут электроники АН Белорусской СС 71) Заяви(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕСС УЛЬТРАЗВУКОВОЛ СВАРКИмым элементом. Прекращенросварки происходит приротивления, указывающемсоединения. Однако величиго сопротивления междусистемой и присоединяеч5нбольцеи степени характеэлектрического контактатом и проволцнком, чем кацсгося мцкросвдрцого сослтакой способ управления иО сварки це приводит к зцдчвению качества микросвдрДля автоматизации пронецелесообразнее использовдраметра, наиболее полно хкачество образующего конт5 Целью изобретения является повышение рочцости и стабильности качества микроварцого соединения. Цель достигается тем, среднюю мощность шума п вания соелиняемых элемец цом частотном диапазоне процесс при достижении ук чиалього значения что измеряют ятец коцтдктиротов в оптимальи прекращают азаццой величи 1Изобретение относится к области автоматизации ехнологических процессов сборки микроэлектронной аппаратуры и может быть использовано при разработке устройств для автоматической микросварки при сборке полупроводниковых приборов, интегральных схем и электронных наручных часов.Известен спосоо контроля процесса ультразвуковой микросварки, основанный на том, что фиксируют скачок амплитуды напряжения на преобразователе при образовании соединения или изменение сопротивления между сварочной головкой и присоединяемым элементом 1. Данный способ в недостаточной степени учитывает процессы, происходящие в зоне соединения.Наиболее близким к изобретению является способ контроля процесса ультразвуковой сварки, при котором пропускают постоянный ток через соединяемые элементы и измеряют один из параметров зоны коцтактировация, сравнивают его с заданным значением и управляют процессом сварки 12. По известному способу управление процессом микросварки осуществляют по величине электрического сопротивления между ультразвуковой системой и присоединяеие процесса мик повышении сопна образовдцис д электрическоультразвуковой м элементом в ризует качество ежлу инструменчсство образуоцсция. 1 оэтому роессом микротел,ою повыцых соединений.мкросвдрки ть измерение цдарактерзукщего акта.662301 5 10 15 О Формула изобретения 3В соответствии с теорией Хеттиша величина шумового напряжения Ф, создаваемого проходящим через контакт током,равнаЪф= ргпгде г (1+ р) - соп роти влен ие,А - пятна контакта,г - постоянная величина,р - относительное изменение сопротивления,1 - ток через контакт,и - число- пятен в контакте.Из приведенного выражения следует,что величина электрического шума в контакте в значительной степени зависит отчисла д - пятен в нем и от изменения сопротивлениясС - пятен. В процессе микросварки,например ультразвуковой, происходит изменение числа с 1, пятен. В начальный момент,когда еше не произошло прочного сцепления присоединяемого вывода и подложки,происходит как увеличение и, так и разрушение образовавшихся контактных мостиков, что сопровождается сильными шумами.Затем в процессе формирования сварной гочки и изменяется сравнительно медленю,шумы при этом обусловлены изменением сопротивления с( пятен за счет увеличения РХ размеров. При максимальном числе с в пятен и минимальном их сопротивлении шумы минимальны. При продолжении подачи ультразвуковой энергии в зону соединения начинается разрушение образовавшегося контакта, что также сопровождается нарас 30 тающими иумами. Процесс микросварки целесообразно прекращать в момент наивысшего качества соединения, т. е. когда шумовое напряжение достигло определенной минимальной величины.Л;я автоматизированного управления 55 процессом необходимо использовать величину средней моцности шума, приходящейся на определенную полосу цастот. Оптимальная полоса частот выбирается с точки зрения максимального измеенияВ процессе микросварки приходящейся на данную полосу средней мощности шума.На чертеже изображена блок - схема устройства, реализующего способ.Устройство содержит задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, коммутирую- д щее устройство 3, электроакустический преобразователь 4, концентратор 5, сварочный инструмент 6, губки 7 отрывного устройства, присоединяемый вывод 8, контактная площадка 9, источник0 постоянного тока, полосовой фильтр 11, квадратичный детек тор 12, интегратор 13, делитель 14, схему 15 сравнения блок 16 номинальных значений средней мощности шума. Величина сопротивления К выбирается из условия К:31 х, где Кк - контактное сопротивление зоны микросварки.Предлагаемое устройство для реализации способа автоматизации процесса микро- сварки работает следующим образом. аЭлектрические колебания задающего генератора 1, усиленные с помощью усилителя 2 мощности, через коммутирующее устройство 3 поступают на электроакустический преобразователь 4, механические колебания которого с помощью концентратора 5 и сварочного инструмента 6 подают в зону соединения, например вывода 8 с контактной площадкой 9. К соединяемым элементам 8 и 9 подсоединен выход источника 10 постоянного тока для пропускания тока через образующийся в процессе микросварки контакт и вход полосового фильтра 11, пропускающего электрические колебания оптимальной полосы частот от 1 1. Выход полосового фильтра 11 сорединен через квадратичный детектор 12, итегратор 13 и делитель 14 с одним из входов схемы 15 сравнения. С выхода квадратичного детектора 12 снимается напряжение, пропорциональное квадрату выходного напряжения полосового фильтра 1. Интегрирование сигнала с квадратичного детектора за время от 0 до Т (Т(С сс - длительность цикла микросварки) дает энергию процесса в полосе частот 1 1, а последующее деление на время Т с помощью делителя 14 - среднюю мощность в той же полосе частот. На другой вход схемы 15 сравнения подается сигнал, пропорциональный номинальному знаценио средней мощности шума, определяемому экспериментальным путем при образовании высококачественных соединений. При откло средней мощности от номинальных знацений происходит автоматицеское управление параметрами процесса микро- сварки, а также прекращение процесса при достижении максРмально Возможной В данных условиях прочности соединения, для чего выходы схемы 15 сравнения подключают к управляющему элементу усилителя 2 мощности и коммутируюпечу устройству 3. Использование данного способа автоматизации процесса микросварки при соединении золотой проволоки диаметром 30 мкм в ультразвуковом поле с золотым покрытием толщиной=5 мкм на подложке из новара приводит к увеличению прочности микросварных соединений в 1,8 - 2,0 раза. Воспройзводимость качества возрастает в среднем на 25%. Выход годных интегральных схем за счет этого увеличивается на 10 - 15%. Способ контроля процесса ультразвуковой сварки, при котором пропускают постоянный ток через соединяемые элементы и измеряют один из параметров зоны контактирования последних, сравнивают его с заданным значением и управляют процессом сварки, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности и стабильности качест662301 ва микросварного соединения, измеряют среднюю мощность шума пятен контактирования соединяемых элементов в оптимальном частотном диапазоне и прекращают процесс при достижении указанной величины минимального значения. бИсточники информации. принятые во внимание при экспертизе1, Заявка Великобритании Мо 1398956, кл. В 3 К, 1971.2. Патент США Мо 3763545,кл. В 23 К 21/00, 1973.Составитель В. Катин Редактор О, Торгашева Техред О. Луговая Корректор И,Муска Заказ 2603/15 Тираж 1221 Подписное ЦНИ И ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4