Устройство для ультразвуковой сварки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ии 948581(23) Приоритет Государственный комитет СССР по дедам изобретений н открытий1531 УДКб 21. 791, 16 037(088 8) Опубликовано 0708 Я, Бюллетень М 29Дата опубликования описания 07,08,82 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРЗВУ,ЭВ РКИ ти ьтразвубраэодом, 10ебанийротнос- продольрки.решеой- содер 0 Изобретение относится к облас обработки материалов давлением с ультразвуком и может найти: применение в электронной промышленности, например, на операциях сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем.Известно устройстоя для ул ковой сварки, содержащее прео ватель, соединенный с волново и инструмент для изгибных кол со вставкой более. высокой доб ти, установленный в пучности ной волны волновода 1 Ц .Недостатком известного устройства является то, что в процессе работы от сварки к сварке происходит рассогласование резонансного режима, обус,ловленное тем, что вставка и стержень инструмента обладают различными коэффициентами линейного расширения под воздействием теплового потока, образующегося при ультразвуковых колебаниях инструмента.Известно устройство для ультразвуковой сварки, содержащее преобразователь, соединенный с волноводом, выполненным в виде вилки с зубцами, имеющимиразные коэффициенты трансформации, и инструмент для иэгибных колебаний 2) . Недостатком такого устройства является сложность его наладки в работе, что вызывает нестабильность процесса сварки и низкую воспроиэводимость качества соединений.Известно также устройство для ультразвуковой сварки, в котором инструмент выполнен в виде усеченного в фокусах эллипсоида вращения с суммой длин фокальных радиусов, кратной длине полуволны ультразвуковых колебаний, распространяемых в нем (33.Недостатком этого устройства ялвяется низкое согласование ультразвуковой колебательной системы с нагрузкой, что снижает качество сваНаиболее близким техническим нием,к изобретению является устр ство для ультразвуковой сварки, жащее преобразователь, соединенный с волноводом, и инструмент, установленный в волноводе перпендикулярно его оси Г 43.Недостатком известного устройства является низкое значение сфокусированной энергии колебаний в зоне сварки, что снижает качество сварки.Делью изобретения является повьапение качества сварных соединений и стабильность режима работы эа счетФокусированного ввода колебаний в инструмент.Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем преобразователь, соединенный с волноводом, и инструмент, установленный в волноводе пер пендикулярно его оси, волновод выполнен в виде эллипсоида вращения,усеченного в одном из Фокусов и соединенного с преобразователем в плоскости сечения, при этом инструмент ус тановлен в Фокальной плоскости эл-липсоида, а сумма длин Фокальных радиусов эллипсоида кратна полуволне распространяющихся в нем колебаний.На чертеже изображено предлагаемое 15 .устройство.Устройство содержит преобразователь 1 с волноводом 2 и установленный в неминструмент 3. Волновод 2 выполнен в виде эллипсоида вращения, усеченного в одном из Фокусов Г., и соединенного с плоскостью сечения (Фокус Г ) с преобразователем, а инструмент 3 установлен в фокальной плоскости (Фокус Г ) перпендикулярно оси волновода, при этом сумма длин фокальных радиусов г и гволновода кратна полуволне распространяющихся в нем колебаний. На чертеже также приведены эпюры колебаний инструмента с собственной амплиту,дой А и суммарной амплитудой А от внешней возмущающей силы, вызывающие локальное смещение Фокуса Г вдоль оси волновода.Устройство работает следующим 35 образом.Ультразвуковые колебания от преобразователя 1 через волновод 2 вводятся в инструмен 3, Ось инструмента, размещенная в Фокусе 40 Г волновода, за счет интенсификации колебаний перемещается в направлении оси волновода на расстояние, большее чем ось инструмента на границе с поверхностью волновода. Это вызывает дополнительный изгиб оси инструмента от воздействия внешней возмущающей силы. Кроме изгиба оси инструмента от этой силы, в нем происходят и собственные изгибные колебания, которые в сумме увеличивают общую амплитуду колебаний инструмента на торцах.В данном устройстве дополнительное увеличение изгиба оси инструмента происходит. за счет увеличения амг 3 цитуды колебаний в Фокальной точке Г . Этот эффект происходит вследствие фокусирования энергии колебаний в Фокальной точке волновода, выполненного в виде эллипсоида вра щения.Такой локальный характер ввода амплитуды колебаний в инструмент приводит к тому, что ось инструмента в фокальной точкеперемещается за 65 каждый полупериод на величину амплитуды большую, чем ось инструмента на границе крепления по поверхности волновода. Изгиб оси инструмента происходит в Фокальной точке на величину, равнфую разности амплитуд колебаний в точке Г и на поверхности волновода в этом сечении. Следует отметить, что использование эллиптического волновода позволяет повысить точность согласования и снизить трудоемкость при его креплении, например, пайкой инструмента в волноводе по сравнению с другими, обеспечивающими увеличение амплитуды колебаний. Использование эллиптической геометрии волновода позволяет получить новый эффект колебаний в Фокальном сечении крепления инструмента и этим вызвать его дополнитель-ный изгиб.Геометрия непосредственно самойфигуры эллипса обеспечивает постоянство сумм длин фокальных радиусов.Это позволяет. передавать колебанияот преобразователя (в Фокальнойплоскости точки Г в фокус Г).При этом вся энергия колебаний отпреобразователя вводится в фокус Гволновода и передается в инструмент, Кратность суммы длин фокальных радиусов длине полуволны колебаний, распространяющихся в волноводе, обеспечивает постоянство резонансного режима всех длин волн сходящихся в фокус Г 2 . Такой прием позволяет создать стабильность режима работы инструмента. Кроме того, эллиптическая геометрия волновода создает (по сравнению,д волноводами известной геометрии) при нагрузках повышенную жесткость. Увеличение жесткости волновода под нагрузкой снижает его деформацию и тем самым стабилизирует его механику в , волноводные свойства.,Дополнительный изгиб оси инструмента, установленного в фокальной плоскости эллиптического волновода, достигается эа счет разности амплитуд колебаний в фокусе Г и на боковой поверхности волновода. В инструменте возникают собственные ультразвуковые колебания, частота и вид (продольные, изгибные) которых определяется размерами инструмента. При этом ось инструмента еще дополнительно изгибается вследствие разности амплитуд по сечению волновода. Поэтому под внешей возмущающей силой подразумевается механическое воздействие на ось инструмента под усилием смещения с величиной, равной разности амплитуд по сечению волновода,физическая сущность дополнительного увеличения амплитуды в фокальной точке Г волновода заключается948581 формула изобретения 25 Составитель В. КатинРедактор Н. Багирова Техред Ж. Кастелевич Корректор Н.Король Заказ 6073/12 Тираж 1153 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Вфилиал Щ 1 П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 в том, что эта точка является фокусом, в котором сходятся пучности колебаний всех кратных сумме длин фокальных радиусов полуволн ультразвуковых колебаний, В этой точке наблюдается наибольшая интенсивность 5 колебаний и величина амплитуды по сравнению с другими зонами в фокальном сечении.Установлено. что при мощности 3 Вт амплитуда колебаний волновода в фо кальной точке равнялась 1,8 мкм, а в крайних точках сечения, т.е. на поверхности .волновода, она составила 0,6-0,8 мкм.Таким образом, данное устройство обеспечивает в каждом эксперименте более высокую прочность соединений, а рассеивание д прочности в два раза меньше, т,е. повышается стабильность соединений.20 Устройство для ультразвуковойсварки, содержащее преобразователь,соединенный с волноводом, и инструмент, установленный в волноводе пер=пендикулярно его оси, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения .качества сварных соединений истабильности режима работы за счетфокусированного ввода колебаний винструмент, волновод выполнен ввиде эллипсоида вращения, усеченного в одном из фокусов и соединенногос преобразователем в плоскости сечения, при этом инструмент установленв фокальной плоскости эллипсоида,а сумма длин фокальных радиусовэллипсоида кратна полуволне распространяющихся в нем колебаний. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 539712, кл. В 23 К 20/10, 1975,2. Авторское свидетельство СССРР 564126, кл. В 23 К 20/10, 1975.3. Авторское свидетельство СССРМ 575189, кл. В 23 К 20/10, 1976.4. Рыдзевский А,П., Беляков А.И.,.Онегин Е.Е. Ультразвуковая сваркав микроэлектронике. Обзоры по электронной технике. М., Электроника, 1972,вып. 7/234,.с. 5, 10 (прототип).