Устройство для ультразвуковой сварки

(53) . 23 К 20 10 . В ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ с НИЕ ИЗОБРЕТЕНМУ СВИД,ЕТЕЛЬСВ ОПИС У(21) 3390648/25-27 тельными излучающими накладками и ,(22) 29.01,82 концентратором, расположенными внут.(72) В.М.Колешко, О.В.Виноградов концентраторе, а также двумя пьезои В.Я.Сунка элементами и дополнительной торой(71) Институт электроники АН Бело- отражающей накладкой, соединенными русской ССР с дополнительным концентратором, вто(53) 621,791,16,037(088.8) рая отражающая накладка жестко свя(56) 1. Брдров Г.С., Гинсбург М.М , зана с первой отражающей накладкой Шерман. Д.Р. Оптимизация техноло- ,через четвертьволновую развязку, а гических режимов укладки проводни- .конечная часть основного концентраков в полимерный материал с приме- , ;тора жестко соединена с конечной нением методов технического экспе- частью дополнительного концентраторимента. - Вопросы радиоэлектро- ра, причем высота полой части основ"ники, 1975, В ЪО, с,34-38. ного концентратора выбирается по вы 2, Мессиер Д Берр Р. Сборка ражениюносителей кристаллов по усовершенстйп вованному методу Мц 611 м 1 ге.- "Элект-Ь = 4.вцспс(и,Фа в стенках конечной ч ти основногконцентратора, длина к орой равна4. Авторское свидетельство СССРР 320310, кл, В 06 В 1/08, 1970 . 7 кк(э(54(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКО- в иены сквозные па под угломВОЙ СВАРКИ при тонкопленочном монта 80 относительно го концентра,же; преимущественно, схемных плат, со тдержащее основной концентратор,.пье- г продольных козоэлеьЬнты, излучающую и отражающуюнакладки, четвертьволновую развязку крутильных к и электронный блок возбуждения иуправления, о т л и ч а ю щ е е с я и - 1,2,3,у тем, что, с целью повышения произ ва сквозных паводительности, оно снабжено дополнио ас от ыполОО ОО длина волны лебаний;длина волнылебаний;целые числа угол наклон зов пР 7 и р оф в )20 Изобретение относится к сварке,а именно к устройствам ультразвуковойсварки при тонкопленочном монтаже схемных плат радиоэлектроннойаппаратуры и ЭВМ, в которых в качестве межсоединений используетсяизолированный провод, укладываемыйв термопластическую пленку,и,можетнайти применение в радиоэлектронной промышленности.Известны способ и .устройство 10монтажа схемных плат, в которомпровод закрепляется к адгезионномуслою под воздействием ультразвуковых колебаний, вводимых нормальнок поверхности и основанию платы с , 15помощью ультразвукового инструмента 1 .Однако устройство создает толькопродольные колебания на конце рабочего инструмента и приспособленотолько для укладки провода, а сварку провода оно произвести не можетИзвестны также способ и устройство, в котором укладка проводников 5в полимерный материал выполняетсяс помощью ультразвукового инструмента в виде корпуса, при этом ультразвуковые колебания в зону соединения вводятся со стороны проводни"ка 23Недостатком устройства являетсяневозможность производить сварку,что существенно отражается на производительности процесса в целом.Известно устройство для ультра"звуковой сварки крутильными колебаниями, содержащее преобразователь,трансформатор упругих колебаний,с которыми соединен волновод-инструмент 3. 40Недостатком этого устройства яв"ляется невозможность получить на конце инструмента механические продоль"ные колебания, а следовательно, иневозможность с помощью этого метода качественно производить укладкупровода в термопластическую пленку схеМных плат,Наиболее близким к изобретениюявляется устройство для ультраэвуко"вой сварки, содержащее основной концентратор, пьезоэлементы,излучаю"щую и отражающую накладки, четвертьволновую развязку и электронный блоквозбуждения и управления 4 .Недостатком известного устройства является низкая производительность.Цель изобретения - повышение производительности.Поставленная цельдостигается тем,что устройство для ультразвуковой 60Сварки при,тонкопленочном монтажесхемных плат, содержащее основнойконцентратор, пьезоэлементы, излучающую и отражающую накладки, четвертьволновую развязку и электронный блок Я возбуждения и управления, снабженодополнительными излучающими накладками и концентратором, расположеннымивнутри полости, выполненной в основном концентраторе, а также двумя пьезоэлементами и дополнительной второй отражающей накладкой, соединенными с дополнительным концентратором,вторая отражающая накладка жесткосвязана с первой отражающей накладкой через четвертьволновую развязку,а конечная часть основного концентратора жестко соединена с конечной.частью дополнительных концентратора,причем высота полой части первогоконцентратора выбирается по выражениюЬ = -з 1 и сСип1 4а в стенках конечной части основногоконцентратора, длина которого равнаи =-" иВ р2 4выполнены сквозные пазы по углом0 М 180 относительнооси концентраторов,где ЛР - длина волны продольных колебаний;кр - длина волны крутильныхколебаний;и - целые числа 1, 2, 3,угол наклона свквозных пазов.На фиг,1 представлено устройство,разрез ; на фиг, 2 - вид А на фиг.1Устройство содержит пьезоэлементы 1, отражающую накладку 2, излучающую накладку 3, выполненнуюсовместно с основным концентратором4, имеющим косые пазы 5, вторую из"лучакщую накладку б с дополнительнымконцентратором 7, жестко соединеннымс первым основным концентратором 4,вторую пару пьезоэлементов 8, вторуюотражающую накладку 9, конструктивно выполненную совместно с четвертьвольовой развязкой 10, на дне кото.рой нанесены концентрические канавки11 и винт 12 для сжатия обеих парпьезоэлементов 1 и 8,На торце концентратора (фиг.2)расположена продольная широкая канавка 13 для укладки провода и поперечная канавка 14 для сварки провода,Устройство работает в двух режимах - в режиме сварки и режиме укладки провода.Р е ж и м с в а р к и. Головкас ультразвуковым устройством поворачивается так, что канавка 14 наконце концентратора 4 параллельна направлению свариваемого провода (неуказан). Затем головка опускается,входит в контакт с проводом. На соединяемый провод с пистоном монтажнОйплаты подается сварочное усилие определенной величины. На пьезоэлементы1 подается напряжение ультразвуковойчастоты. Пьезоэлементы 1 возбуждаются и создают продольные ультразвуко-вые механические волны, которые через излучающую накладку 3 передаютсяв концентратор 4, Из-за наличия сквозных пазов, расположенных под углом0(Ы 180 к плоскости сечения, перпендикулярной оси концентратора, ультразвуковые волны движутся по винтообразной кривой вокруг оси концентратора по направлявшим, образованнымпазами.Такое направление распространенияультразвуковых волн при переходе,например в узле колебания, в конечную четвертьволновую цельнометаллическую часть концентратора обеспечивает получение вращающегося момента относительно оси концентратора и,следовательно, крутильно-продольныхколебаний. Меняя угол о(., можно получить различные соотношения междуними, Усиленные крутильно-продольныеколебания поступают в зону. сварки(конечный торец концентратора),обеспечивая надежную сварку провода к пистону монтажной плиты. Длина пакета, равная суммарной толщине пьезоэлементов 1 и накладок 2 -и 3, определяется длиной продольярной полуволны 2 , а длина концентра- З 0тора 4 равна 0-"Р эю о+ Й1, Л4 Причем полая. часть концентратора равна -э 1 и с 6 и ( Л - длина продол4 пР 35 ной волны; с( - угол наклона косых па" зов по отношению к плоскости сечения, перпендикулярной оси концентра" тбра), Остальная часть концентраторакрравна - - и (4 4- четверть длины. 40 ф. волны крутильных колебаний, а и - 1,2,3,.)Режим укладки про в о д а . Уклдцка провода производится при помощи ультразвуковых волн продольных колебаний. При переходе от режима сварки к режиму укладки устройство поднимается и разворачивается .на 900, а затем с небольшим статическим усилием опускается на провод, так, что в продольную канавку 13 входит изолиро" ванный провод. При этом канавка должна быть направлена своей расширенной частью в сторону движения провода,При возбуждении пьезоэлементов 8, продольные волны через излучающую ,60 накладку б и концентратор 7 и конечную общую часть концентратора 4 передаются в. зону укладки. Концейт- ратор 7 жестко соединен с концентратором 4. Он является составным. д цвесть его длины выбираетср равной а вторая часть - 4 и, Эта конечЪоная часть первого концентратора 4.Она жестко присоединена к концентратору 7 и является. естественнымего продолжением, Общая длина концентратора продольных волн равнаЛ,р6 з = 2 и т еравняется половинедлины волны продольных колебаний,умноженных на и, где и - 1,2;3Таким образом, конечная частьпервого концентратора 4, равнаяЯк).4 и, спроектирована таким образом,что в ней в режиме сварки при помощи косых пазов формируются продольно-крутильные колебания, а в режимеукладки она дополняет концентратор 7:концентраторе 7, не изменяет формыволныДлина пакета выбирается равной половине длины волны продольныхколебаний. Пассивная накладка 9 конст"руктивно объединена совместно.с четвертьволновой развязкой 10. Причемразвязка 10 не только исключает вза"имное акустическое влияние обеих систем, но играет еще роль регулируемого элемента связи.Стягивание пьеэокерамики при помощи одного винта 12 и развязки 10позволяет существенно уменьшить га"баритные размеры головки и вес. Впрактике толщина пьезоэлементов,,прокладок, длина накладок и т.д,отличается от расчетной, поэтомутрудно вычислить длину четвертьволновой развязки, чтобы она обеспечила одинаковое давление на обе парыпьезоэлементов 1 и 8 или, при необходимости, создать различные давления на эти же пьезоэлементы, соответствующие расчетному,Эта проблема решена при помощи концентрических канавок 11 на.дне стаканообразной четвертьволновой развязки 10. Она обладает демпфирующими свойствами, т.е. при небольших перемещениях пассивной накладки вниз давление развязки 10 на вторую пассивную накладку 2 изменяется в небольших пределах, т.е. практически остается постоянной. Величина необходимого давления регулируется глубиной канавок 11. Работа обеих пар пьезокерамики 1 и 8 практически не влияет друг на друга. При расчете обеих систем на одну или кратные частоты работы, их можно использовать одновременно. При этом мощ1018827 ФЯР Я нт",сектная,иал ППП "Па жгород ул,ность на торце концентратора 4 существенно увеличится. Изготовлено и опробовано несколько вариантов предлагаемого устройства. резонансные частоты устройства для укладки и сварки равны соответственно 61,45 кГц и 62,02 кГц, Проведено исследование технического процесса укладки изолированного провода диаметром 0,18 мм в .адгезивный 10 слой ВК-290 толщиной 0;15-0,25 мм (ТУ 6-17"663-75). При этом прочность укладки провода при погружении его в адгезивный слой на глубину 0,07- 0,12 мм составила 0,4-0,5 Н. Нару шений изоляции провода не обнаружено. Прочность сварки иэолированного провода к монтажному пистону нарастягивание составила 7,42-8,58 Нили 78-85 когезионной прочности провода. Исследования проводят на схемных платах размером 150 Х 140 мм сосредней плотностью монтажа. Минимальный шав между соседними уложениямипроводами равен 1,25 мм. Электрическая мощность, потребляемая ультразвуковым устройством, составила 5,1 Втв режиме укладки и 58 Вт в режимесварки. Проводимые исследования наплатах со средним количеством пистонов, к которым приваривается проводот 20 до 159 шт, показывают,чтопроизводительность процесса изготов-.ления схемных плат повышается соответственно от 1,36 до 2,24 раза. НИИПИ Заказ 3602/1ираж 1106 Подписно