Устройство для автоматического регулирования процесса ультразвуковой микросварки и пайки

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 070277 (21) 244944125-27 В 23 К 19/04 с присоединением заявки Ио Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытий(72) Авторы изобретения В.М, Колешко и А.В, ГулайФ Институт электроники АН Белорусской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКИ И ПАЙКИ Изобретение от но сит ся к автоматизации управления технологическими процессами и может найти применение при разработке автоматическихустройств для управления процессамиультразвуковой микросварки и пайкиэлементов полупроводниковых приборов и интегральных схем.Известно устройство для управления процессом ультразвуковой микросварки, состоящее из генератора,преобразователя, блока измерения сопротивления и переключателя (1 .Недостаток данного устройствазаключается в том, что работа егооснована на измерении сопротивления между сварочной головкой иприсоединяемым элементом, котороев недостаточной степени отражаетпроцессы, происходящие в зоне соединения. При использовании этогоустройства не происходит значительного повышения надежности и качества микросварных соединений,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля автоматического регулированияпроцесса ультразвуковой микросварки и пайки, состоящее из задающегогенератора, усилителя мощности,коммутирующего устройства, генератора импульсов, злектромагнитноакустического преобразователя, цепиобратной связи, включающей в себяприемное устройство, высокочастотный усилитель, детектор и усилительнизкой частоты, соединенные последовательно, и схему сравнения (21.Известное устройство предназначено для реализации способа автоматического регулирования процессаультразвуковой сварки, в соответствии с которым в зону соединениявводят дополнительные колебания сдлиной волны, равной или меньшейразмеров ожидаемого дефекта соеди 20 нения, и улавливают отраженные отэтих дефектов колебания,Существенный недостаток извест-,ного устройства для автоматическо го регулирования процесса ультразвуковой микросварки и пайки заключает-,ся в невозможности его использования в том случае, когда в зоне соединения имеется ограниченное коли- ЗО чество деФектов.При значительном числе дефектовсоединения акустические импульсымногократно отражаются от каждогоиз них, а также складываются приодновременном воздействии на приемный электроакустический преобразователь. В данном случае получениеинформации о деФектности соединенияс целью регулирования процесса микросварки и пайки представляет большиезатруднения.Цель изобретения - расширениеобласти использования устройства, атакже повышение прочности и стабильности качества микросварных и паяныхсоединений.Это достигается тем, что в цепьобратной связи дополнительно включенмногоканальный анализатор спектрамощности, вход которого соединен через цепь обратной связи со входомэлектромагнитно-акустического преобразователя, а ныход подключен кодному из входов схемы сравнения,Блок-схема предлагаемого устройства для автоматического регулирования процесса ультразвуковой микросварки и пайки представлена на чертеже,Устройство содержит задающий генератор 1, усилитель мощности 2,генератор высокочастотных импульсов3, коммутирующее устройство 4, катушку возбуждения 5, приемную катушкуб, сердечник 7, полюсы магнита 8,соединяемые элементы 9, высокочастотный усилитель 1 О, детектор 11, низ кочастотный усилитель 12, многоканальный анализатор спектра мощности 13,схему сравнения 14, блок номинальныхзначений 15,Работает данное устройство следующим образом.Напряжение задающего генератора1 через усилитель мощности 2 и коммутирующее устройство 4 подают наэлектромагнитно-акустический преобразователь 5, 7. При этом в сердечнике 7, служащем для концентрации переменного магнитного поля вблизисоединяемых элементов 9, а также всоединяемых элементах наводится вихревой ток, н результате взаимодействия которого с магнитным полеммагнита 8 в элементах 9 возникаютакустические колебания, Одновременно с подачей основных колебаний длямикроснарки или пайки на преобразователь подают зондирующие импульсыс выхода генератора высокочастотныхимпульсов 3, Отраженные от дефектонэхо-импульсы возвращаются к поверхности. детали, вызывая периодическиеперемещения металла в магнитном поле,вследствие чего ноэникает вихревойток, наводящий ЭДС в приемной катушке. Наведенная ЭДС попадает навход высокочастотного усилителя 10,затем детектируется с помощью детектора 11, Огибающая высокочастотного сигнала усиливается низкочастотным усилителем 12 и поступает на вход многоканального анализатора спектра мощности 13. Анализатор спектра мощности 13 имеет не менее трех каналов, каждый иэ которых представляет собой последовательное соединение узкополосного фильтра, квадратичного детектора, интегратора и усредняющего устройства. Электрический сигнал с выхода узкополосного Фильтра с полосой пропускания ь Т = Г - Й где Й, Е - соответственно верхняя и нижняя частоты полосы пропускания, Фильтра,.поступает на квадратичный детектор, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное квадрату выходного напряжения полосового фильтра. Интегрирование сигнала с квадратичного детектора за время от 0 до интервала времени между соседними нысокочастотными зондирующими импульсами и, дает энергию процесса в полосе частот ь Г, а последующее деление на время Т. среднюю мощность в той же полосе частот.Выход многоканального анализатора спектра мощности подключен к одному из входов схемы сравнения, ко второму входу которой подсоединен блок номинального спектра. Номи - нальный спектр определяется экспериментальным путем при образовании высокочастотных соединений, При отклонении измеряемого спектра мощности от номинального происходит автоматическое изменение мощности ультразвукового генератора, а также отключение его при достижении максимально возможной в данных условиях прочности соединения.При использовании контактного способа микросварки и пайки в качестве устройства, принимающего отраженные от дефектов соединенияэхо-импульсы, т.е. вместо электро- магнитно-акустического преобразонателя может быть применен бесконтактный пьезокерамический датчик на основе стереофонического элемента,Таким образом, включение н цепь обратной связи многоканального спекТра мощности позволяет использовать данное устройство для регулиронания процесса ультразвуковоймикросварки и пайки в тех случаях, 55 когда н зоне соединения имеется любое число дефектов.Например, для автоматического регулирования процесса ультразвуковойпайки кристаллов интегральных схем що к.корпусу прибора частоту зондирующих импульсов выбирают в диапазоне200-700 МГц, что соответствуетдлине волны в кремнии 14-50 мкм.При этом оптимальный диапазон, в котором анализируется спектр мощнос7339.2 3 ти, 10-20 МГц. Использование данногоустройства для автоматического регулирования процесса ультразвуковойпайки. кристаллов интегральных схемк корпусу прибора позволяет повыситьпрочность паяного соединения в 1,5раза. Воспроизводмость качествапайки при этом возрастает в 2,0-2,5раза, что приводит к увеличению процента выхода годных интегральныхсхем более чем в 1,3 раза. Устройство для автоматического регулирования процесса ультразвуко вой микросварки и пайки, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, коммутирующее устройство, генератор импульсов, электромагнитноакустический преобразователь, цепь 20 обратной связи, включающую в себя приоставитель В. Катинехред О,Андрейко Корре М, Шарош едактор Г, Нечаев Подписноеомитета СССРи открытийая наб., д. 4/5 1160рственногоиэобретениЖ, Рауш з 1964/2 Тир ЦНИИПИ Госу по дел ЗО 35, Москвород, ул. Проектная Филиал ППППатен Формула изобретения емное устройство, высокочастотныйусилитель, детектор и усилитель низкой частоты, соединенные последовательно, и схему сравнения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюрасширения области применения устройства и повышения прочности и стабильности качества микросварных ипаяных соединений, в цепь обратнойсвязи дополнительно включен многоканальный анализатор спектра мощности, вход которого соединен черезцепь обратной связи со входомэлектромагнитно-акустического преобразователя, а выход подключен кодному из входов схемы сравнения, . фИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США, 9 3734382,кл. 228-1, 1969.2. Авторское свидетельство СССР9 415116, кл. В 23 К 19/00, 1972