Инструмент для ультразвуковой микросварки

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СЭИ НЕЛЬСТВУ Союз Сфветскик Социалистическик т еслублнк(22) Заявлено 3004.80 (21) 2919665/25-27с присоединением заявки йо(5)М. Кл. В 23 К 20/10 1 осударственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКИУстройство относится к технологии производства изделий электронной техники, а именно к инструментам для микросварки проволочных выводов к контактным площадкам интегральных схем.Инструмент может быть использован в техпроцессах производства миниатюрных изделий в радиотехнической промышленности.Известен инструмент для ультразвуковой микросварки алюминиемой или золотой проволоки для создания выводов при монтаже полупроводниковых приборов и ИС, изготовленный из твер дого сплава на основе карбида вольфрама или карбида титана Я .Основным недостатком такого инструмента является пористость на его рабочей поверхности. Пористость обус- Ю ловлена технологией изготовления твердого сплава (смешивание порошков исходных материалов, грессование заготовок, спекание) и колеблется в пределах от 0,1 до 0,8. Пористость на рабочей поверхности приводит к тому, что в процессе сварки привариваемая проволока забивает поры на рабочей поверхности инструмента, Вследствие этого сварочное соединение или ос лабляется до недопустимых величин,или отрывается совсем при выводе инструмента в нерабочее (исходное)положение.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является инструмент для ультразвуковой микросварки, преимущественно проволочных выводов полупроводниковых приборов, выполненный на основетвердого сплава с покрытием на рабочей поверхности 21 .Покрытие содержит неметаллическую фазу титана и позволяет увеличить стойкость инструмента при сварке.Однако такой инструмент имеет повышенную пористость, что обуславливает адгезию материала проволоки к свариваемой поверхности, а это отрицательно сказывается на качестве сварочного соединения.Цель изобретения - повышение качества сварного. соединения и увеличение стойкости инструмента при увеличении скорости подачи инструмента.Поставленная цель достигается тем, что в инструменте для ультразвуковой микросварки, преимущественно проволочных выводов полупроводниковых при"борон, выполненный на основе твердого сплава с покрытием на рабочей поверхности, покрытие выполнено н ниде металлической фазы молибдена сраспределенными в ней неметаллическими фазами диборида титана и борида молибдена.На фиг.1 показана часть инструазнта с покрытием на рабочей площад 1лке, на фиг.2 - схема получения инструмента,Нанесение покрытия на эаготонкиосущестнляется путем ионно-лучевогонапыления при использонании вакуум. ной установки с источником ионов ИИ-0,15.При покрытии инструмента (Фиг.1)в вакуумном устройстве 1 из источника 2 подают поток иониэиронанногоинертного газа (аргона, гелия), который, достигнув мишени 3 с размещенными на ней пластинами диборида титана 4 и молибдена 5, выбивает атомы титана, молибдена и бора, осаждающиеся на поверхности заготовок,Ионизиронанные атомы, достигнувс высокой энергией поверхности инструмента, образуют Фазы ТВр., МоВ иМо,Практически подобрано, что площадьповерхности из диборида титана должна превышать площадь поверхности измолибдена в 2,5-5 раз для получения впокрытии нужного соотношения компонентов.Вследствие большой скорости испарения молибдена, он первым осаждается тонким слоем на поверхности инструмента. Рентгено-структурный анализпозволил определить фазы при дальнейшем нанесении покрытия, которое содержит неметаллические компоненты в виде биборида титана и борида молибдена и металлическую компоненту из молибдена. Отмечается ранномерностьосаждения компонентов и однородностьих распределения н слое. Поверхностьпосле покрытия становится матовой.Оптимальная толщина слоя составляет 2-6 мкм, при меньшей толщине покрытия снижается его эффективность, при большей толщине оно отслаинается.Покрытие, нанесенное путем ионнолучевого напыления, имеет мелкозернистую структуру, что.уменьшает егопористость и, следовательно, адгезию привариваемой проволоки и исключает задиры и повреждения последнейн процессе сварки. 50 55 1 ГВариант Площадь пластины из молибдена,Площаць пластины из диборидатитана, мм 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Наличие в состав покрытия твердых диборида титана и борида молибцена повышает его износостойкость,наличие пластичного молибдена обеспечивает повышенную эФФективность передачи ультразвуковой энергии в зону сварки и повышает качество сварного соединения. Присутствие прослойки иэ молибдена повышает стойкостьинструмента, так как она влияет насцепляемость покрытия с основой инструмента, выполненного иэ твердого сплава н;. основе карбида вольфрама или карбида титана.Сам молибден обладает высокой индиферентностью к алюминиевой и золотой проволоке.П р и м е р. Проводится нанесение покрытия на заготовки инструмента, выполненные иэ твердого сплава ВК 6, который состоит из днухФаз (94 ИС и 6 Со) с рабочей площадкой 90 х 90 мкм,Заготовки инструмента в специальной камере помещаются в подколпачное устройство под мишенью, находящейся под углом 45 относительно Жправления потока ионизированного газа. Нанесение слоя покрытия осуществляется при следующем режиме: ток накатушке соленоида 2 Л, ускоряющеенапряжение 3 кВ, остаточное давление в рабочем пространстве5.10 мм.рт.ст., время обработки 2 ч,толщина слоя 3,5 мкм.Состав покрытия может регулиро"ваться соотношением площадей отдельных составляющих мишени.Разработанный инструмент проходит испытания при ультразвуковоймикросварке алюминйевой проволоки ф20 мкм на высокопроизводительном автомате ОЗУН. Осуществляется раэварка экспериментальным инструментом партии ИС с периодическим контролем качества и прочности на отрывсварных соединений. Пористость покрытия определяется в процессе металлографического анализа. Инструмент считается непригодным для дальнейшей работы в случае несоответствия образованных им сварных соединений требованиям существующей технологии, а также, если значение усилий отрыва сварных соединений составляет 50 от максимального значения.Результаты испытаний сведены н таблицу. 5,1 х 8 7,1 х 11,1 3,2 х 5,1 18 х 28 18 х 28 18 х 28) 5 6 10,6 10,6 0,015 0,015 Усилие на в,Пористость, ЪТолщина слоя, мкм 3,5 3,Стойкость, тысоединений ч сварных 140 ормула изобретени Прн уменьше нентов диборид дена (ТВ +МоВ молибдена (Мо)( Й вариант) с уменьшается на этого соотношеолибден н покрытии, вес.Ъ вердые неметаллические фаы и покрытии, вес,% ии соотношения компо- . титана и борида молибпо отношению к фазе из более, чем в 1,9 раз ойкость инструмента 30, при увеличении ия более, чем в 5,5 раз уменьшается прочность ения на 35.25 Инструмент для ультразвуковой микросварки позволяет повысить качество ,и воспроизводимость сварного соединения за счет оптимальной эффективности передачи ультразвуковой энергии в зо ну сварки, стабилизации размеров поверхности инструмента, отсутствия задиров и повреждения проволоки, а также увеличить стойкость инструмента за счет создания мелкопористой струк- З 5 туры поверхности и получения пластичной прослойки из молибдена для сцепления покрытия с основой из твердого сплава. Инструмент для ультразвуковой микросварки, преимущественно проволочныхвыводов полупроводниковых приборов, выполненный на основе твердого сплава с,покрытием на рабочей поверхности, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения качества сварного соединенияи увеличения стойкости инструментапри увеличении скорости подачи инструмента, покрытие на рабочей поверхности выполнено в виде металлической фазы молибдена с распределенными в нейнеметаллическими фазами диборида тита.Ма и борида молибдена.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Назаров Г.В Гревцев Н.В. Сварка и пайка в микроэлектронике, М.,9934 бб Составитель В.КатинРедактор А.власенко Техред Т, Маточка Корректор М,Шарош Тираж 1151 Потвенного .комитета СССРретений и открытий Ж, Раушская наб.,сн 36/1 бВНИИПИ ГосудаРпо делам изо113035, Москва Заказ