Способ определения механического импеданса микросоединения при ультразвуковой сварке и устройство для его реализации

(5%) М. Кл 2 ТавудэрвтввевЙ анвтвт СССР вв двваи извбрвтвн н втхръимй(53) УДК 621,79 ,3.6(088.8) шко и А. В. Гулай 7 Я) АВТОР вввобйй Велорусскбй ССР электронйк(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ИМПЕДАНСАМИКРОСОЕДИНЕНИЯ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКЕИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ нкроаненя Изобретение относится к технологнь,Ьборки микроэлектронной аппаратуры и может быть использовано при разработке высококачественных устройств для автоматической ультразвуковой мнкросварки, например, при сборке полупро водниковых приборов и интегральных схем,Известен способ определения механического ямнеданса микросоединения при ультразвуковой сварке, при котором 10 измеряют один из параметров зоны контактирования соединяемых элементов Щ.Способ осуществляют устройством для определения механического импеданса, содержащим генератор сигналов, вычислительное устройство, управляющее устройство и индикатор.Однако данный способ измеренияЮ. импедансов сварных соединений при микросварке, например полунроводниковых приборов и интегральных схем, характеризует сравнительно низкая точность 2измерения, что обусловлено малой величиной электрического импеданса микросварного соединения.Кроме того, величина электрического импеданса недостаточно полно характеризует качество микросварного соединения, представляющего собой сложную систему, состоящую нз вывода, контактной площадки, подложки, корпуса н опоры.Пель изобретения - повысить точность измерения,Это достигается тем, что осушествля ют измерение электрического импеданса н вычисляют механический импедас го формуле1 г 1я = яп 1:д+ агсФЪ1;Ъцр 1 р+Ес653061 Д- толщина соответственно выаода и контактной площадки;;ф фф-волновое.сопротивление соответственно вывода, контактной площадки и опоры; У8 - нормированный импеданс системы.Лдя определения волнового сопротивления измеряют контактное сопротивле иие и вычисляют волновое сопротивление контактной пющадки по формулеЕ 0196 Олса 16+ба 12яИгде рй - плотность материала контактной пдощадкифСя - скорость распространения продольных колебаний в контактной площадке; где 3 - площадь контактирования вывода со сварочным инструментом;Ьс - индуктивность области стягивания;р - относительная магнитная проницаемость материала вывода.Предлагаемый способ может бытьосуществлен устройством, содержащимгенератор сигналов, вычислительноеустройство, управляющее устройство ииндикатор. Отличие этого устройства,,позволяющее осуществить предлагаемыйспособ, состоит в том, что в него введены двойной мост, усилитель постоянного токе, коммутирующее программноеустройство, блок номинального значениявходного механического импеданса исхема сравнения, При этом выход усилителя постоянного тока подключен кодному иэ входов вычислительного устройства, с другими входами соединенывыходы программного устройства, Выходы вычислительного устройства подключены ко входам индикатора и к одному извходов схемы сравнения, с другим вхо 35 4 О2а . щ РдСа 6+ б)впри измерении контактного сопротивления Йц области стягивания или из выраже- ния при измерении индуктивности,Ьс области Истягивания.Б процессе микросварки изменяетсяЕс влияющее на величину вход- .Ы)ного импеданса микросварного соединения,55Работает устройство для реализациипредложенного способа измерения входного нмпеданса мнкросварного соединения следующим образом. 6 р - удельная проводимость контактной площадки;б - удельная проводимость вывода;Рвеличина контактного сопротивления,Кроме того, волновое сопротивление можно определить путем измерения ии дуктивности области стягивания и вычисления волнового сопротивления по формуле дом которой соедине( блок номинального значения входного механического импеданса, а выход схемы сравнения черезуправляющее устройство соединен с усилителем и коммутирующимустройством,На чертеже показана структурнаясхема устройства,Оно содержит задающий генератор 1,усилитель 2, коммутирующее устройство3, электроакустический преобразователь4, конденсатор 5, сварочный инструмент6, губки 7 отрывного устройства, проволочный вывод 8, контактную площадку9, Кроме того, устройство включаетизмерительное устройство 10, двойноймост 11, усилитель 12 постоянного тока,вычислительное устройство 13, программное устройство 14, схему сравнения15, блок 16. номинального значения, управляющее устройство 17 и двухлучевой осциллограф 18,Входной импеданс 2 микросварного соединения можно определить нзформулы) - входной нормированный имцеданс системы подложка-корпус-опора. Индексы 1 - 3 относятся к параметрам соответственно вывода, контактной площадки н подложки,Е может быть определено из выражения уи р, (УЦД бЗ 6 Вс )Ф с й 2 ю 1 1 О"Электрические колебан. я задающего П р и м е р, Использование способагенератора 1, усиленные с помощью уси- и устройства дла измерения вхов.оголителя 2, подают через коммутирующее импеданса микросоединениа дла автоустройство 3 на электроакустическийматизироващюго управления процессомпреобразователь 4, Ультразвуковые колемикросварки алюминиевой проволоки диабания последнего с помощью концентра- метром 40 мм с золотым покрытиемтора 5 и сварочного инструмента 6 посту . толщиной 5 мкм на подложке из коварапают в зону соединения вывода 8 с приводит к повыщениа качества микросвар фконтактной площадкой 9. ных соединений в 2-2,4 раза. ВоспроизДля измерения контактного сопротив- О водимость качества возрастает в среднемления Вк между выводом 8 и контакт- на 20%, Выход годных интегральныхной площадкой 9 используют измеритещ схем зв счет этого увеличивается наное устройство 10, состоящее, напри-10-20%мер, из двойного моста 11, одним изЭкономическая эффективность внедренияплеч которого является измеряемое со- ф данного способа и устройства для измерепротивление, и усилителя постоянного ния входного импеданса микросоединениятока 12; при сборке интегральных схем, выпуекаеОдин из выводов двойного моста 11 мых серийно, составит свыше 50 тыс.руб,соединен с губками 7 Отрывного устройства, а другой - с измерительным зонюдом, контактирующим с площадкой 9. Формула изобретенияПитание двойного моста 11 Осуществляется от источника стабилизированного 1. Способ определения механическоготока, включенного в диагональ моста, импеданса микросоединения при ультрако второй диагонали которого подключен звуковой сварке, при котором измеряютвход усилителя постоянного тока 12, с один из параметров зоны контактировавыхода которого напряжение, пропорцио- ния соединяемых элементов, о т л и -нвльное величине контактного сонротив ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюления, поступает на вход вычислительповышения точности измерения, осущестМФного устройства 13, реализующего функ- вляют измерение электрического импеданции, например, (1), (2), са и вычисляют механический импедансКРОМЕ ТОГО, На ВХОДЫ ВЫЧИОЛИтЕЛЬ ПО ФОРМУЛЕного устройства подаются напряжения с прог- у(Ярвммного устройства 14, пропорциональные 2 - ЯС 1 Ъ( В + ОРСФЪ - фд Ъу 262+(Мр) (3) 35 СЕсФ Кс з) Л 22 Р 2 ф 2 ф 213)а также величине 0,196. С выхода вы- -). огсЦ) - й)ЦЕс81числительного устройства 13 сигнал,пропорциональный величине входного им- где 2,ч - механический импеданс микропеданса 2 микросварного соединения, сварного соединения",поступает на один из входов схемы срав- - постоянная распространения;пения 15, на, другой вход которой подается Д- толщина соответственно вы-.напряжение с выхода блока 16. Выход- вода и контактной площадки;ным напряжением схемы сравнения 15 с Ес- волновое сопротивление с9,2,Э)ление соотпомощью управляющего устройства 17ветственно вывода, контактной площадпроизводится управление усилителей 2 ки и опоры; .и коммутирующим устройством 3, кото- р - нормированный импеданс сисрое отключает ультразвуковой генератортемы.и прекращает процесс микросварки при 2. Способ по п. 1, от л и ч а юдостижении величиной 2Определен- ) щ и й с я тем, что для определенияного значения, соответствующего ка волнового сопротивлен з ООП ОТИВЛЕНИЯ ИЗМЕРЯЮТ КОНТВК 1чественному соединеншо. ное сопротивление и вычисляют волновоеИзменение активно и реактивно сопротивление контактной площадки посоставляющих входного импедвнсв сое- формуле2динения в процессе микросварки можно (2)9 у- г ( 6+ бэ)проконтролировять визуальнО с помощью9"Р к,, двухлучевого осциллографа 18, подклюгде - плотность материала контактченного к выходу вычислительного уст- Р 2й 13. Ной ПЛОЩаДКИ;рОйства 1