Устройство для ультразвуковой микросварки

О П И С А Н И Е 11694326ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ Союз Советских Социалистических республик(21) 2459524/25-2 Заявлено 04,03.7 1)М К, .В 23 К 19(0 инением заяв сударствеяиьа комите 23) Приорите 53) УДК 621,791.16(088.8) убликовано 3 10.79. Бюллетень Ъ 40 по делам изобретений и открытийния описания 06.12.79 45) Дата опублико 72) Авторы изобретен М. Колешк и В. Я. Сунка АН Белорусской ССР(71 Заявитель нститут электроник ТРОЙ СТВО ВОЙ МИКРОСВА(54) УЬТРАЗВУК етение относитсяи может найти шцизионных устан Изоб технике ние в п сварюи. ультразвуковои рокое применеках для микроо для но-чаИзвестно устроиство для ультразвуковой микросварки, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, составной концентратор и сварочный инструмент 11.В известном устройстве вследствие высокой механической. добротности амплитудно-частотная характеристика механиче ских колебаний имеет чрезвычайно высокую крутизну, что приводит к взаимной частотной расстройке элементов юолебательной ультразвуковой системы, а в конечном 15 итоге - к нестабильности выходных механических параметров - смещения давления при изменении режимов электрического возбуждения, величины и характера акустической нагрузюи. 20Целью изобретения является расширение полосы пропускания механической колебательной системы и повышение стабильности выходных механических параметров,Эта цель достигается тем, что концен 2 ,тратор и сварочный инструмент выполнены из п(л) 2) механичесюих последовательно соединенных при помощи связей колебательных звеньев, содержащих т(т)1) соосно .расположенных волноводов с равными вол- З 0 новыми сопротивлениями, связанных перемычками, при этом каждое последующее звено выполнено с площадью поперечного сечения волноводов, уменьшающейся в направлении зоны сварки при постоянном отношении площадей сечения волноводов и перемычек в каждом колебательном звене. Кроме того, связи между звеньями выполнены в виде стержней переменного сечения, уменьшающегося в направлении зоны сварки, а длина волноводов и перемычек каждого последующего звена концентратора и сварочного инструмента, а также длина связей между ними меньше соответствующих длин каждого предыдущего звена и их связей в направлении зоны сварки на по. стоянную величину в диапазоне У в 1, где 7. - отношение волновых сопротивлений волновода и перемычки,На фиг: 1 изображено устройств микросварки; на фиг. 2 - амплитуд стотные характеристики.Устройство содержит широкополосный задающий генератор 1, широкополосный усилитель мощности 2, линейку фазовращателсй 3, концентратор, состоящий, например, из трех колебательных звеньев, где каждое содержит волноводы 4 с закрепленными на боковой поверхности пьезоэлемантамн 5 и перемычки 6, связей 7, 69432660 65 сварочного инструмента 8, состоящего пз нескольких колебательных звеньев, каждое из которых также содержит волноводы 9 и перемычки 10, связей 11 между колебательными звеньями.Устройство работает слеующим обраЗом.Выходное напряжение задающего генератора 1 через усилитель мощности 2 подается ца линейку фазовращателей 8, с выхода которой многофазцым напряжением возбуждаются пьсзокерамичсскис преобразователи и последние передают мехавические колебания концентратору со сварочным шструментом 8 для введения:их в зону сварки. 1(онцентратор ц сварочный;нструмснт 8 представляют собой неоднородцуо линию, составленную цз отрезков с различными волновыми сопротивлениями. Сопротивления волноводов 4 равны межлу собой, а волновые сопротивления перемычек б меньше.Ширина полосы пропускания определяется величиной а, равной отношению волновых сопротивлений волноводов 4 и перемычки б, и длиной волноводов 4 и перемычки б. Целесообразно длину волново;ов 4 выбирать кратной Л/2, а длину перемычек кратной Л/4. Значение этих параметров обусловлено Оптимальным выоором полссы пропускапия в частотном диапазоне и амплитудой механических колебаний. Практически при ультразвуковой микросварке изменение резонансной частоты при наиболес неблагоприятном режиме работы составляет величцну порядка 0,5 - 2,50 о, поэтому пприна полосы частот тОлжна быть не мецсс 4 -5% от основной резонансной частоты.Для широко распространенных микро- сварочных установок с использованием конических или эьспонснциалыых концентраторов ширина полосы частот на уровне амплитуды 0,7 лежит в пределах 1,0 0,7/о, при этом максимум амплитуды наблюдается только на одной резонансной частоте, Применсние колебательного звена волноводов 4 длиной Л/2 и перемычек б длиной; ,/4 расширяет полосу пропускания при а=О до 6 - 8%, прои этом максимальная амплитуда механических колебаний остается постоянной в полосе частот 4 - боо. Если Л уменьшается с 10 до 5, то полоса пропускания увеличивается до 9 - 12 Оо, а при Л=ЗО полоса частот сужается до 2 - 40/о,Сварочный инструмент 8 выполнен из отдельных колебательных звеньев, прц этом для повышения амплитуды и улучшения равномерности выходных механических параметров в полосе пропускания волноводы 9 выбраны длиной Л/4, а перемычки .О - длиной Л/8, что при а=З позволяет получить полосу пропускания 10 - 15% . Такая конструкция инструмента 8 позволяет сделать нагрузку на концентратор в его О 20 25 30 3 40 45 50 55 полосе пропускания близкой к активной, а значитисключить ухудшение неравномерности амплитудно-частотной характеристики всего ультразвукового устройства и значительно повысить стабильность вводиьмых в зону сварки мсханических колебаний. Для большего расширения полосы пропускацця длина волноводов 9 и перемычек 10 в каждсм последующем колеоательцом звене, а также длина связей 11 между ними уменьшается в направлении зоны сварки на постоянную величину геометрических размеров в диапазоне Л/4 - Л/40.Для повышения равномерности амплитудно-частотной характеристики и увеличения крутизны ее скатов число колебательных звеньев выбирается в пределах 2 - 5.Для увеличения амплитуды механических колебаний каждое последуОщее колебательное звецо концентратора и инструмента 8 выполнено с площадью поперечного сечения волноводов уменьшающимся в направлении зоны сварки, при этом отношение поперечного сечения волновода к поперечному сечению перемычки в каждом колебательном звене должно оставаться неизменным.Для улучшения равномерности амплитудно-частотной характеристики входные и выходные характеристические сопротивления отдельных звеньев согласованы с помощью связей 7 и 11, выполненных в виде стержней переменного сечения.:1 ипсйка фазовращателя позволяет возбуждать мцогофазным выходным напряжением сихронные механические колебания в концентраторе и инструменте. Для каждого последующего волновода, начиная со второго, фазовый сдвиг напряжения имеет постоянное значение и определяется длиной перемычек и связей, а также скоростью распределения звука в металле концентратора.Использование пьезоактивного стержня ца сварочном инструменте позволяет вводить в зону сварки нормальные механические колебания, дополнительно активирующпе процесс микросварки.На фиг. 2 представлены амплитудно- частотная характеристика 1 известного ступенчатого концентратора и амплитудно- частотная характеристика 11 описываемого устройства дляльт 1)азвуковоЙ микро- сварки. Применение описываемого устройства для ультразвуковой микросварки позволяет избежать частотной расстройки колебательной системы под воздействием изменения величины и характера акустической нагрузки, что создает возможность значительного повышения качества сварных соедине ний и улучшения электрических и механических параметров полупроводниковых приборов и интегральных схем.694326 092 ОЫ Уб гОДиг. 2 Формула изобретения 1. Устройство для ультразвуковой микросварки, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, составной концентратор и сварочный инструмент, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения полосы пропускания и стабилизации выходных механических параметров, концентратор и сварочный инструмент выполнены из и г) 2) механических последовательно соединенных при помощи связей колебательных звеньев, содержащих т(т)1) соосно расположенных волноводов с равными волновыми сопротивлениями, связанных перемычками, при этом каждое последующее звено выполнвно с площадью поперечного сечения волноводов, уменьшающейся в направлении зоны сварки при постоянном отношении площадей поперечного сечения волноводов и перемычек в каждом колебательном звене. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ ее с я тем, что связи между колебательными звеньями выполнены в виде стержней переменного сечения, уменьшающегося в направлении зоны сварки. 3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а юш е е с я тем, что длина волноводов и перемычек каждого последующего звена концен 1 О тратора и сварочного инструмента, а такжедлина связей между ними меньше соответствующих длин каждого предыдущего звена и их связей в направлении зоны сварки на постоянную величину в диапазоне 15;,/4 - ./40, где л. - отношение волновых сопротивлений волновода и перемычки. Источник информации. принятый вонимание при экспертизе:201. Холопов Ю. В. Ультразвуковая сварка и 1972 с 78 - 82