Установка для микросварки

щ ф ЗН .бОП ИСА ИЗОВРЕТ К АВТОРСКОМУ СВИ Соеэ СоветекихонмалмстичюскиРеспублик 10641 61) Дополнительное к авт. св (Щ Заявлено 10,0676(И)237 М. Кл, В 23 К 0 ярисо ннем.заявки суаврстваннмЯ квинтет Саввтв Мнннстрав ССС на делам нзабрвтнннЯ н аткрмтнй(Т 2) Авторы изобретен А кпяров, А. И. Мазур н А. Заявнтел 54) УСТАНОВ М ВАРКИ Изобретение относится к оборудованию для микросварки, используемому, в частности, в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем.Известна установка для микросварки, содержащая корпус, ультразвуковой генератор, преобразователь, сварочный инструмент и рабочий стол с механизмом качания .Недостатками известной установки является то, что она не обеспечивает возможности приварки большого количества выводов, расположенных по одной прямой.Целью изобретения является повыщение производительности и надежности за счет обеспечения последовательной приварки нескольких выводов, расположенных по одной прямой, одним сварочным инструментом. 3Это достигается тем, что предлагаемая уста-новка снабжена пьезоэлементом для упругого деформирования сварочного инструмента, который выполнен в виде упругогО стержня, одним концом закрепленного на преобразователе, а другим - связанного с пьезоэлементом, при этом плоскость минимальной жесткости сварочного инструмента перпендикулярна поверхности рабочего стола, плоскость максимальной аесткосги параллельна ей, преобразова. тель установлен с возможностью ввода ульт. щ развуковых колебаний в плоскость максималь.ной жесткости сварочного инструмента, а пье. зоэлемент смонтирован в корпусе с возможностью установочного возвратно. поступательно го перемещения вдоль продольной оси сварочного инструмента, которая,в свою очередь, наклонена к поверхности рабочего стола.На фиг.изображена предлагаемая установка, общий вид; на фиг. 2 - вид по стрелке А на фиг. 1; на фиг, 3 - сварочный инструмент, сечение по Б - Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вариант исполнения сварочного инструмента; на фиг. 5 - схема деформации упругого стер. жня при наличии линейного ограничения и схема разложения реакции ограничивающей поверхности на составляющие.. Установка содержит корпус 1, рабочий стол 2, на котором расположена контактная площадка 3 с выводами 4, расположенными по однои прямой;.сварочный инструмент 5, выпол. ненный в виде упругого стержня и жестко закрепленный одним концом в преобразователе б, подключенном к ультразвуковому генератору 7, а другим концом в шайбу пьезоэлемента 8, состоящего из соединенных между собой (например, при помощи диффузионной сварки) дисков из пьезоматериала (например пьезоке. рампкн ЦТС), Пьезоэлемент расположен назкаретке 9, закрепленной на пружинных направляющих. Каретка 9 имеет возможность возвратно-поступательного перемещения при воздействии иа нее винтового упора 10,Механизм качания рабочего сииа содержит упругие мембранц 11 с наклеенными наннх пьезокерамическими кольцами 12 с ванесеннцми на них с обеих сторон контактнымикое напряжение, Мембраны 11 закрепленц, например, при помощи фланцев 13 к корпусу 1Центры противоположно рас(еоложеннцх мемОрдее соединены упругими элементами 14, Выполненнцми в виде плоских пружии. Средниеточки пружин соединены жестко с рабочим сто.лам при по 14 оши элементов 15.Контактные площадки ньезокерамичесиеехколец 12 соединены с источником 16 витания.Для контроля. Величеенц сварочного усилия изупругих элементах 14 закреплены датчики 17,прокалиброванные по зависимости усилие-де.формация и соединенные электрически с блоком 18 сравнения.Для контрОля деформации сварочного ееиструмента служит датчик 19, ееаиреемер теизо- .датчик соединенный электрически таике с блоком 18 сравнения. Сварочный ееиструмент Бимеет со стороны, оееращенной к контактнойплощадке, жестко екреплееений с ним элемент 20, непосредственно сваривающий конгактные площадки изделия с выводами.На рабочий стол 2 укладывается и крепитсяплощадка 3 с выводами 4, При этом выводы насвободных концах придавлнваются прижимомна чертежах не показан).Нв пьезокерамические кольца 12 упругихмембран 11 подается электрическое напряжеиие, что приводит к радиальной деформацииупругих мембран, вследствие чего мембраныыпучиваеотся в направлении друг,к другу, преобразуя малые радиальные деформации колец12 в увеличенные перемещения центровн, в свою очредь, деформируют упругие элеынты 14. Последние, деформируясь по формеполуволнц инусоиды, преобразуют перемещеееие центров мембран в увеличенные перемещения средних точек, и таким образом, рабочегостола 2. Рабочий стол 2 поднимается на определеннуео величину (в зависимости от величины напряжения, подаваемого на контакты пьезокерамических колец 12) до соприкосновенияВ точке а со сварочным инструментом 5, предварительноо сдеформированным посредством винта 10 по форме полуводны синусоиды (т. е,до потери прямОлинейной формы устойчивости),При этом продольная Ось йнструмеята 5 образует некоторый угол й, отличный от нуля, сплоскосгью рабочего стола 2 (Обцчеео 2+100).Далее на пьезоэлемент 8 подается импульс напряжения от. источника 16, вследствие чегона сварочный инструмент 5 воздействует дополнительное усилие, создаваемое пьезоэлементом8 отчего сварочный инструмент 5 дополнительно деформируется таким образом, что из 2-ой.формы 21 устойчивости (форма полуволны синусоиды) переходит в третью форму 22 устойчивости в виде двух полуволн, при этом точкаа контакта с ограничивающей плоскостью (т. е. с верхней .плоскостью контактной плоц 1 адки,закрепленной на рабочем столе) перемещаетсянепрерывно вдоль прямой по выводам до точкиб. Зкспериментальеео установлено, что перемещение и точки касания функционально связа.з но с перемещением, создаваемым пьезоэлемеи.том 8, при этом передаточное отношение составляет величину порядка 30+40, Следовательно,сварочный инструмент 5 выполняет функциюупругого множительного механизма, преобра.зуя малые перемещении заделки в увеличена нце перемещения (в 30+40 раз) точки касанияинструмента е контактной площадкой. Наличие угла к необходимо для возникновения горизоеетальиой составляющей реакции со стороны контактной площадки, чем и обеспечива ется пе 1 еемещекие волны в направлении перемещения правой по чертежу заделки. В случаеналичия угла ее. обратного знака процесс волнообразного распространения деформанчее будет осуществляться навстречу движению заделки сварочного инструмента.Ф Следовательноимеет место распростране.ние упругой волны, В процессе, волнообразнойдеформации сварочного инструмента 5 в плоскости максимальной жесткости последнего, параллельной контактной площадке, подводитсяпосредством преобразователя 6 ультразвук. Таким образом, сварочный инструмент 5 одновременно создает необходимое сварочное усилие,деформируясь В процессе воздействия на негопродольной нагрузки, создаваемой пьезоэле-.ментом 8, и передает ультразвуковые колебанииу контактной площадке, в результате чего образуется сварное соединене 1 е,При переходе точки касания рабочего инструмента в точку б (т, е. после прохожденияучастки расположения выводов) тензодатчик19, откалиброваннцй по функциональной заф висимости от степени деформации последнего, аследовательно, от величины пробега очки ка.сания, выдает команду, поступающую в блок18 сравнения, где последняя сравнивается с заданной величиной. С блока сравнения при этомпоступает сигнал на источник 16 питания, откуда подается. на пьезоэлементы 8 напряжениеобратного знака, отчего пьезоэлемент 8 уменьшается в геометрических размерах, и, следовательно, уменьшает величину продольной нагрузки до начальной; При этом, осуществляется об 4 э ратнцй волнообразный процесс деформации унрчгого стержня 5, а точка касания последнегос. контактной поверхностью возвращается в точку а. При. необходимости возможно осуществление повторного процесса сварки. Если такаянеобходимость отсутствует, то при обратномфф ходе волнообразной деформации УЗ генераторотключается. Наличие обратной связи, осуществляемойпосредством теизодатчика 19, необходимо и по 1тому что в случае перехода точки касания волнообразного упругого стержня с контактной плоскостью за положение б, сварочный инструмент теряет форму устойчивости и скачкообразно переходит в положение 23, т, е. вположе.ние полуводны синусоиды, как наиболее устой.69 чивое положение, ио с поперечными прогибами обратного знака, что нежелательно, так кактребует дополнительного времени иа подстройки нругой системы,арактерной особенностью работы сварочного инструмента 5 является увеличение сварочного давления по мере перемещения точ.ки касания из положения а в положение б,Поэтому это свопство позволяет реализоватьприварку более широких выводов к более широким конгактным площадкам в конце участкав, нежели в начале последнего, т. е, осущест-,овлять сварку постепенно увеличивающихся поширине элементов, В случае наличия одинако.вых по ширине свариваемых элементов, с цельюсохранения одинакового сварочного усилия прнпревышении последнего в конце участка в,тензодатчики 17 выдадут сигнал, который подается в блок 18 сравнения. Из блока сравне.ния поступает команда на источник 16 питания,который уменьшает величину напряжения, по.даваемого на кольца 12 упругих мембран 11,отчего их прогиб уменьшается, а, следователь.но, рабочий стол 2,.осуществляет перемещениевниз до тех пор, пока сварочное усилие недостигнет заданной величины. Процесс корректировки величины сварочного давления осуще.ствляется н а случае наличия величины сварочного усилия, меньше заданной. Тогда стол. 2поднимается, Так как в приводе рабочего стола 2 и в приводе сварочного инструмента Ьотсутствуют кинематические пары с внешнимтрением, то приводы обладают мался инерционностью, что позволяет е высокой скоростьюаотслеживать процесс сварки и корректиро- зовать его в случае надобности; что обеспечивает высокое качество соединений. Следователь- .но, процесс сварки большого количества вы.водов к контактным площадкам может битьосуществлен в очень короткое время, и, .такимобразом, с большой производительностью.При необходимости выполнения приваркикаждого вывода к контактной площадке в нескольких точках количество элементов 20 наупругом стержне 5 может быть увеличено. Например, возможно многорядное расположение 4 вэлементов 20. При реализации конструкции не обходнмо, чтобы напряжение в чатернилс как в элементе 20, так и в стержне 5 ц превыша. ло предела пропорциональности, что достига. ется подбором геометрических размеров и ма. териала, Таким образом исключаются пластические деформации в сварочном инструменте,Формула изобретения. Установка для микросварки, содержащая корпус, ультразвуковой генератор, преобразо. ватель, сварочный инструмент и рабочий стол с механизмом качания, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности н иа дежности за счет обеспечения последователь. ной приварки нескольких выводов, располо. женных по одной прямой, одним сварочным инструментом, установка снабжена пьезоэлементом для упругого деформирования сварочного инструмента, который выполнен в виде упругого стержня; одним концом закрепленного на преобразователе, а другим связанного с пьезоэлементом, при этом плоскость минималь. ной жесткости сварочного инструмента перпен. днкулярна поверхности рабочего стола, плоскость максимальной жесткости параллельна ей, преобразователь установлен с возможностью ввода ультразвуковых колебаний в плоскость максимальной жесткости сварочного инстру. мента, а пьезоэлемент смонтирован в корпусе с возможностью установочного возвратно-по ступательного перемещения вдоль продольной оси сварочного инструмента.2. Установка по и. 1, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения деформации упруго. го стержня только в направлении к поверхности рабочего стола, продольная ось упругого стержня наклонена к поверхности рабочего стола,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР И Ы 9302, кл. В 23 К 1904, 11.06,74.ета Совета Мннист й н открытий ушская наб. д. жгород, ул. ПроеНИИПИ Государственного комит по делан изобретен 13035, Москва, Ж.35. Р Филиал ППП аПатент, г. У