Устройство для сварки

(51) 4 НИЕ ИЗОБРЕТЕ СССР981.СР981.СР1983. СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОВСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельствоВ 774866, кл. В 23 К 20/10,.Авторское свидетельство СФ 854649, кл, В 23 К 20/10,Авторское свидетельство СУ 1109292, кл. В 23 К 20/10,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ(57) Изобретение относится к микро-.электронике и может быть использовано как оборудование для сборки полупроводниковых приборов и интегральныхсхем. Цель изобретения состоит в повышении выхода годных изделий приультразвуковой сварке путем контроляпределов величины деформации проводника. Устройство содержит сварочнуюголовку с шавовым приводом вертикального перемещения, блок управлени шаговым приводом, ультразвуковой генератор, преобразователь ультразвуковых колебаний с датчиком перемещения, три компаратора с разными уровнями срабатывания, бесконтактный дат-чик, запоминающий конденсатор, вычислитель, аналоговый ключ, формирователь, триггер и элемент ИЛИ. Взаимодействие узлов устройства осуществляется, в основном, через сигналы блока управления шаговым двигателем. Вмомент контактирования инструментовсо свариваемыми деталями первый компаратор .вырабатывает сигнал, останавливающий сварочную головку на позициисварки, В процессе сварки второй итретий компараторы вырабатывают сигналы контроля верхнего (второй компаратор) и нижнего ( третий компаратор) пределов оптимального диапазонадопустимой деформации проводника, Если за время сварки срабатывает третий компаратор, шаговый привод блокируется, что позволяет установить некачественное выполнение сварки. 3 ил,1 13136Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.Целью изобретения является повышение выхода Годных изделий путем достоверного определения качественного соединения, которое осуществляется контролированием верхнего и нижнего пределов оптимального диапазона де формации проводника при ультразвуковой сварке. 14 2вателем 5 ультразвуковых колебаний. Выход вычитателя 13 подключен к первому входу второго кдмпаратора 14, на второй вход которого подано опорное напряжение, а выход которого соединен с первым входом ультразвукового генератора 4, который вторым входом связан с первым выходом блока 3 управления, пятый вход которого соединен с выходом бесконтактного датчика 8, а второй выход - сприводом 2 вертикальных перемещений, На второй вход третьего компаратора 15 подано опорное напряжение Пэ, первый вход связан с выходом вычитателя 13, а выход - с входом формирова" теля 16, выход которого связан с К- входом триггера 17, на Р-вход которого подан уровень логической единицы, С-вход его связан с управляющим входом аналогового ключа 11, а выход - с вторым входом элемента 18 ИЛИ, первый вход которого связан с третьим выходом ультразвукового генератора 4, а выход - с вторым входом блока 3 управления шаговым приводом 2.Устройство работает следующим об" разом. В исходном положении сварочной головки 1 аналоговый ключ 11 открыт,на первом и втором входах вычитателя 13 присутствует одинаковый сигнали конденсатор 12 заряжен, Вычитатель13, осуществляя операцию вычитаниявходных сигналов, на выходе имеет нулевой сигнал,По сигналу внешнего запуска, поступающему на четвертый вход блока 3 управления шаговым приводом, на втором выходе блока 3 управления вырабатывается сигнал, поступающий на шаговый привод 2, который опускает сварочную головку 1. В момент контактирования инструмента с интегральной микросхемой происходит изменение выходного сигнала датчика 6 перемещения, который поступает на вход усилителя 9. Усиленный сигнал поступает на первый вход первого компаратора 7. При достижении выходным сигналом усилителя 9 величины первого опорного напряжения П компаратор 7 срабатыОП 1вает и его выходкой сигнал поступает на первый вход блока 3 управления, который вырабатывает сигнал остановки шагового привода 2, поступающий с второго выхода блока 3 управления.3 13 После некоторой задержки, необходимой для успокоения сварочной головки 1, на первом выходе блока 3 управления появляется сигнал, запускающий ультразвуковой генератор 4, В это же время на первом выходе ультразвукового генератора 4 появляется импульс положительной полярности, длительностью равный продолжительности сварки. Этот импульс поступает на управляющий вход аналогового ключа 11 и закрывает его. Таким образом, на втором входе вычи" тателя 13 присутствует сигнал, равный выходному сигналу усилителя 9 после контактирования и запомненный конденсатором 12. Выходной сигнал с усилителя 9 также поступает на первый вход вычитателя 13 через буферный каскад 10, который исключает влияние запоминающего конденсатора 12 на выходной сигнал усилителя 9. Поскольку сигналы перед сваркой на входах вычитателя 13 равны, то его выходной сигнал равен нулю. Импульс с первого выхода ультразвукового генератора 4 поступает на управляющий вход аналогового ключа 11 и на С-вход триггера 17, своим передним фронтом устанавливая его в состояние логической единицы, При этом на Э-входе его постоянно присутствует уровень логической единицы. При производстве сварки происходит смещение преобразователя 5 вследствие деформации свариваемых материалов, которое Фиксируется датчиком 6 перемещения. Усиленный сигнал с датчика 6 через усилитель 9 и буферный каскад 10 поступает на первый вход вычитателя 13. Вычитатель 13, осуществляя операцию вычитания сигнала на первом входе от сигнала, ранее запомненного конденсатором 12 на втором его входе, имеет на его выходе изменяющийся сигнал Б(фиг. 3)., который характеризует величину осадки свариваемых материалов. Величина опорного напряжения Ц, определяет минимальное значение оптимального диапазона деформации, а величина опорного напряжения Б, - максимальное значение. 13614 4 5 Ю 15 20 25 30 35 40 45 50. При работе устройства возможны три случая: величина деформации за время работы ультразвукового генератора достигает величины Б (фиг.З,апр кривая 1); величина деформации меньше Б, но больше Б, т,е. находится в оптимальном диапазоне (фиг.З,кривая 2); величина деформации меньше П(Фиг. 3, кривая 3), т.е. деФормация меньше допустимого минимального значения.Пусть выходной сигнал вычитателяПвьк вм. (Фиг. 3, кривая 1) достигает величины опорного напряжения Б,з третьего компаратора 15. Компаратор 15 вырабатывает сигнал, поступающий на вход Формирователя 16, и последний в момент времени с, (фиг,З), вырабатывает импульс Цд, поступающий на В.-вход триггера 17, устанавливая его в нулевое состояние. Сигнал логического нуля поступает с выхода триггера 17 на второй вход элемента 18 ИЛИ. В момент времени г. (Фиг. 3) сигнал Пь, щ, достигает величины второго опорного напряжения ЦФ поступающего на второй вход второго компаратора 14 (фиг. 1). Последний срабатывает, и его сигнал поступает на первый вход ультразвукового генератора 4 для прекращения сварки. С третьего выхода ультразвукового генератора 4 на первый вход элемента 18 ИЛИ в момент временипоступает сигнал "Конец сварки" - Б, . Поскольку на втором входе элемента 18 . ИЛИ (Фиг. 1) присутствует уровень логического нуля, то выходной сигнал 0 бых или (фиг. 3) будет одинаковым с сигналом Б , Выходной сигнал элемента 18 ИЛИ поступает на второй вход блока 3 управления, который с второго выхода подает команду на шаговый привод 2 для подъема сварочной головки 1. С приводом в исходное состояние сварочной головки 1 сигнал с бесконтактного датчика 8 поступает н на пятый вход блока 3 управления, который сигналом со второго выхода, поступающим на шаговый привод 2, останавливает сварочную головку 1,Рассмотрим второй случай, когда выходной сигнал БвычитателяЬых.еыч13 за полное время работы ультразвукового генератора 4 достигает величины опорного напряжения Б, но не достигает величины опорного напряжения О,(фиг. 3, кривая 2). В морп 1мент времени 1 Бц достигает уровня опорного напряжения П,з третьего компаратора 15, который срабатывает и запускает формирователь 16, который в свою очередь устанавливает триггер 17 в нулевое состояние. По окончании работы ультразвукового генератора 4 с его третьего выхода5 13 поступает на первый вход элемента 18 ИЛИ импульс конца сварки 0 , (фиг. 3) в момент времени. На выходе элемента 18 ИЛИ появляется импульс, аналогичный импульсу на первом входе, поскольку на втором входе уровень логического нуля. Далее работа устройства аналогична рассмотренной ранее в момент времени(фиг. 3), т.е. головка возвращается вверх.Рассмотрим третий случай, когда в силу объективных причин (изменение нагрузки, расстройка ультразвукового генератора и т.д.) выходной сигнал вычитателя 13 (фиг. 3, кривая 3) за полное время работы ультразвукового генератора 4 не достигает величины третьего опорного напряжения 0, з (фиг. 3). В этом случае деформация привариваемык материалов меньше минимального значения оптимального диапазона и соединение может привести к отказу. Так как 0,не достигает П з, то не происходит срабатыопЗ фвания третьего компаратора 15, и, триггер 17 остается в состоянии логической единицы, установленном ранее сигналом, поступающим на его С- вход с первого выхода ультразвукового генератора 4. Поступающий на первый вход элемента 18 ИЛИ сигнал конца сварки П, (фиг., 3) в момент времени С не может пройти через нее. Таким образом, отсутствует запускающий сигнал, поступающий на второй вход блока 3 управления, и шаговый привод 2 блокируется на позиции сварки. После поступления внешней команды на третий вход блока 3 управ,ления (фиг. 1) с его второго выхода поступает сигнал на шаговый привод 2 для подъема сварочной головки 1. С приходом в исходное положение сигнал с бесконтактного датчика 8, поступающий на пятый вход блока 3 управления останавливает сварочную головку 1 в этом положении. После необходимых наладочных работ по внешней команде "Пуск", поступающей на четвертый вход блока 3 управления, работа продолжается Блок 3 управления шаговым приво- дом (фиг, 2) содержит три элемента И 19-21, два КБ-триггера 22 и 23, линию 24 задержки, генератор 25 тактовых импульсов и коммутатор 26 фаз, выход которого является вторым выхо 13614 6дом блока 3 управления, Первый входкоммутатора 26 фаз (фиг. 2) связанс выходом триггера 23, а второй входс выходом генератора 25 тактовых импульсов, входом соединенного с выходом триггера 22, Б-вход которого подключен к выходу элемента 20, а К -вход - к выходу элемента 21 И, второй вход которого является пятым вхо дом блока 3 управления. Первый входэлемента И 21 (фиг. 2), являющийсяпервым входом блока 3 управления, соединен с К-входом триггера 23 и вхо"дом линии 24 задержки, выход которой 15 является первым выходом блока 3 управления, вторым входом которого является первый вход элемента 19 И.Третьим входом блока управления является второй вход элемента 19 И, вы ход которого связан со вторым входомэлемента 20 И, первый вход которогосоединен с 8-входом триггера 23 и является четвертым входом блока 3 управления.25 Блок 3 управления шаговым приводом работает следующим образом.Сигнал внешнего запуска, поступающий на четвертый вход блока 3 управления, устанавливает триггеры 23 и 30 22 через элемент 20 И в состояние логической единицы. Уровень логическойединицы триггера 23 поступает на пер-вый вход коммутатора 26 фаз, которыйустанавливается в режим прямого счета 1-2-3-4-1, Уровень логической единицы триггера 22 поступает на входгенератора 25 тактовых импульсов, который запускается и подает тактовыеимпульсы на второй вход коммутатора26 фаз. Выходной сигнал коммутатора26 фаз - это сигнал на втором выходеблока 3 управления (фиг. 1). При поступлении сигнала с выхода компаратора .7 на первый вход блока 3 управлениятриггер 22 через элемент 21 Ии триггер 23 устанавливается в состояниелогического нуля. Уровень логического нуля с выхода триггера 22 блокирует работу генератора 25 тактовык импульсов, соответственно прекращаетсяработа коммутатора 26 фаз, в результате шаговый привод 2 (фиг. 1) останавливает сварочную головку 1 на позиции сварки. Уровень логическогонуля триггера 23 (фиг. 2), поступающий на первый вход коммутатора 26фаз, устанавливает его в режим обратного счета 4-3-2-1-4.Линия 24 задерживает сигнал с первого входа блока7 131 3 управления и подает его на первый выход блока 3 управления. По окончании сварки ультразвуковой генератор 4 формирует с третьего выхода сигнал конца сварки, поступающий через элемент 18 ИЛИ на второй вход блока 3 управления, Сигнал конца сварки проходит через элемент 18 ИЛИ только в том случае, если на выходе триггера 17 находится уровень логического нуля, который устанавливается в. случае срабатывания третьего компаратора 15. В противном случае сигнал конца сварки через элемент 18 ИЛИ не проходит. При наличии сигнала конца сварки на втором входе блока 3 управления триггер 22 (фиг. 2) через элементы 19 и 20 И устанавливается в состояние логической единицы и запускает генератор 25 тактовых импульсов, импульсы которого поступают на второй вход коммутатора 26 фаз, и сварочная головка 1 с помощью шагового привода 2 поднимается (фиг. 1). С приходом в исходное состояние сварочной головки 1 сигнал бесконтактного датчика 8 поступает на пятый вход блока 3 управления шаговым приводом и устанавливает триггер 22 (фиг, 2) через элемент 21. И в состояние логи-.ческого нуля. Тем самым прекращается работа генератора 25 тактовых импульсов и коммутатора 26 фаз, а шаговый привод 2 останавливает сварочную головку 1 в исходном положении.При непрохождении сигнала конца сварки через элемент 18 ИЛИ шаговый привод блокируется на позиции сварки. Для возвращения сварочной головки 1 в исходное положение с последующей наладкой сварочной системы подается внешняя команда на третий вход блока 3 управления. Поступивший сигнал через элементы 19 и 20 И (фиг. 2) устанавливает триггер 22 в состояние логической единицы. Сварочная головка 1 поднимается до поступления сигнала бесконтактного датчика 8 на пятый вход блока 3 управления и фиксируется в исходном положении (фиг.1).3614 Устройство для сварки, содержащеесварочную головку с приводом верти кальных перемещений и блоком его управления, ультразвуковой генератор, соединенный первым выходом с управляющим входом аналогового ключа, а вторым выходом - с преобразователем 20 ультразвуковых колебаний с подсоединенным к нему датчиком перемещения преобразователя, первый и второй ком" параторы, буферный каскад, запоминающий конденсатор, вычитатель, бескон тактный датчик и усилитель, при этомпервый вход блока управления приводом вертикальных перемещений соединен с выходом первого компаратора, а пятый вход - с бесконтактным дат чиком, выход вычитателя соединен спервым входом второго компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения выхода годных изделий путем достоверного определения 35 качественного сварного соединения, внего введены третий компаратор, формирователь, триггер и элемент ИЛИ,при этом первый вход третьего компаратора соединен с выходом вычитателя, 40 на второй вход подано опорное напря.жение, а выход через формирователь соединен с К-входом триггера, на Э- вход которого подан уровень логической единицы, С-вход соединен с управ 45 ляющим входом аналогового ключа,авыход - с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого связан с третьим выходом ультразвукового генератора, а выход - с вторым входом блока уп равления шаговым приводом. 8Предлагаемое устройство позволяетповысить выход годных соединений за1счет контроля величины деформациисвариваемых материалов в оптимальномдиапазоне. В то же время контролируются соединения с меньшими значениями деформации с последующим устранением причин, вызвавших такие соединения.10Формула изобретения1313614 Мых Уыу Мык или 6 зФиг. 3 Составитель В. Ткаченкодактор Т. Парфенова Техред Л.Олийнык ректор С. Ч аказ 216 ектная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г, Уж од 3/13 Тираж 976 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, РаушскПодписикомитета СССРи открытийая наб д. 4/5