Устройство для сварки давлением

10 15 20 25 30 35 40 45 50 Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.Целью изобретения является повышение выхода годных изделий за счет контроля диапазона площади сварки,Иа Фиг, 1 приведена схема предлагаемого устройства; на Фиг. 2 - схема блока управления шаговым приводом; на фиг. 3 - диаграммы напряжений, где П ы - сигнал на выходе вычитателя Ноя - уровень второго опорного напряжения, Ц- сигнал на первом входе третьего компаратора; П язв уровень третьего опорного напряжения,выходной сигнал третьего компаьыхратора, П- выходной сигнал реле времени ультразвукового генератора на его первом выходе, П- выходРКО ной сигнал КБ-триггера.Устройство для сварки содержит сварочную головку .1 (Фиг.1) с шаговым приводом 2 вертикальных перемещений, блок 3 управления шаговым приводом 2, ультразвуковой генераторпреобразователь 5 ультразвуковых колебаний с подсоединенным к нему датчиком 6 перемещения преобразователя 5, два компаратора 7 н 8, буФерный каскад 9, аналоговый ключ 10, запоминающий конденсатор 11, вычитатель 12, бесконтактный датчик 13, элемент ИЛИ 14, усилитель 15, третий .компаратор 16, элемент И-НЕ 17 и КБ-триггер. 18, Б"вход которого соединен с первым входом ультразвукового генератора 4 и вторым выходом блока 3 управления, первым выходом соединенный с шаговым приводом 2, третьим входом с выходом бесконтактного датчика 13, а первым входом - с выходом первого компаратора 7, с первымопор-. ным напряжением Цна втором входе, и первый вход которого связан с выходом усилителя 15, вход которого подсоединен к выходу датчика 6 перемещения преобразователя 5 ультразвуковых колебаний. Выход усилителя 15 связан с входомбуйерного каскада 9,выход которого соединен с вторымвходом вычитателя 12 и входом аналогового ключа 10, управляющий входкоторого связан с вторым выходом ультразвукового генератора 4 и вторымвходом элемента И-НЕ 17, а выход аналогового ключа с одной из обкладок запоминающей емкости 11, другая обкладка которой заземлена и первым входом вьлитателя 12, выход которого связан с первым входом второго компаратора 8 с вторым опорным напряженнем Цна втором входе, выход второго компаратора 8 соединен с вторым входом ультразвукового генератора 4, первый выход которого подсоединен к преобразователю 5 ультразвуковых колебаний, а третий выход - с первым входом элемента ИЛИ 14, выход которого связан с вторым входом блока 3 управления шаговым приводом, второй вход элемента ИЛИ 14 соединен с выходом ВБ-триггера 18, В-вход которого связан с выходом элемента И-НЕ 17, первый вход которой соединен с выходом третьего компаратора 16 с третьим опорным напряжением Цна втором входе и первым входом соединенного с четвертым выходом ультразвукового генератора 4,Блок 3 ".правления шаговым приводом (Фиг.2) содержит три элемента И 19 - 21 (фиг,2)два ВБ-триггера 22 и 23, линию 24 задержки, генератор 25 тактовых импульсов и коммутатор 26 Фаз. Устройство работает следующим об-разом.В исходном положении сварочнойголовки 1 (фиг.1) аналоговый ключ 10 открыт и на первом и втором входах вычитателя 12 присутствует одинаковый сигнал и емкость конденсатора 11 заряжена. Вычитатель 12 осущетвляет операцию вычитания входных сигналов и на выходе будет иметь нулевой сигнал, По сигналу внешнего запуска, поступающему на чЕтвертый вход блока 3 управлений шаговым приводом 2, на первом выходе блока 3 управления вырабатывается сигнал, поступающий на шаговый привод 2, который опускает сварочную головку 1. В момент контактирования инструмента с позицией сварки происходит изменение выходного. сигнала датчика 6 перемещения, которое поступает на вход усилителя 15. Усиленный выходной сигнал поступает на первый вход первогокомпаратора 7 на второй вход ко- торого подано первое опорное напряжение Поп 1 . При достижении выходного сигнала с усилителя 15 величина первого опорного напряжения П, пер5 1 ный компаратор 7 срабатывает и его выходной сигнал поступает на первый вход блока 3 управления, который вырабатывает сигнал остановки шагового привода 2, поступающий с первого выхода блока 3 управления, Посл некоторой задержки, необходимой для успокоения сварочной головки 1, на первом выходе блока 3 управления появляется сигнал, запускающий ультразвуковой генератор 4 и устанавливающий КЯ-триггер 18 в состояние логической единицы, В это же время на втором выходе ультразвукового генератора 4 появляется импульс положительной полярности Бр (фиг.З), вырабатываемый его реле времени.Этот импульс поступает на управляющий вход аналогового ключа 10 (фиг.1) и закрывает его. Таким образом, на первом входе вычитателя 12 присутствует сигнал, равный ныходному сигналу усилителя 15 после контактирования и запомненный емкостью, Выходной сигнал с усилителя 15 также поступает на перньп вход вычитателя 12 через буферный каскад 9, который исключает влияние запоминающей ем-кости на выходной сигнал усилителя 15. Поскольку сигналы перед сваркой на входах вычитателя 12 равны, то его выходной сигнал будет равен нулю. При производстве сварки происходит смещение преобразователя 5 вследствие деформации свариваемых материалов, которое фиксируется датчиком б перемещения, Усиленный сигнал датчика б усилителя 15 через буферный каскад 9 поступает на первый вход нычитателя 12. Вычитатель 12 осуществляет .операцию вычитания сигнала на первом входе от сигнала, ранее запомненного емкостью конденсатора 11 на втором его входе, будет иметь на выходе изменяющий сигнал Бны (фиг.З), который характеризует неличину,осадки (деформации) снариваемых материалов Величина опорного напряжения Б о определяет максимальное значение деформации (порядка 557), при достижении которой процесс сварки прекращают.При работе устройства возможны три случая. 609585 ковой генератор 4 (фиг.1) отработалполное время О(фиг,З), определяемое его реле времени. Во время сварки н течение времени 0-Т 4 на четвертом выходе ультразвукового генерато 30 ра 4 (фиг.1) появляется экспоненцие ально возрастающий сигнал Пн ,(фиг.3), формирующийся на времязада-,ющем конденсаторе интегрального таймеюра реле времени. Этот сигнал Бпоступает на первый вход третьего компаратора 16,(фиг.1), гдесравнивается с,опорным напряжениемПо на его втором входе. В моментвремени й (фиг,З) сигнал Бь на пер 1ном входе третьего компаратора 16 до,стигает значения По Ъа втором егоФвходе, компаратор 16 срабатывает ио 45 на его выходе устанавливается уромвень логической единицы (Бы н момент времени С на фиг.З). Этот уровень логической единицы поступает напервый вход элемента И-НЕ 17 (Лиг.1),на втором входе которой присутствуеттакже уровень логической единицыимпульса реле времени Б (фиг.З),поступающего с второго выхода ультразвукового генератора 4 (фиг.1). Такимобразом, на выходе элемента И-НЕ 17 ного генератора происходит рост величины деформации (кривая 1, (фиг,З)2. Площадь контактирования (а значит и сварки). сварочного инструмента5с проводником составляет не менее 753 е при этом время сварки 0-й близко кполному времени работы ультразвукового генератора 4 (фиг 1) и величина10 деформации достигает величины 0(кривая 2 на фиг,З).3. Площадь контактирования сварочного инструмента (например, за счетнеточного позиционирования) с проводником меньше 753 при этом возрастаетудельное давление на привариваемый.проводник и заданная величина деформации достигает. за короткое время1 , е, " (кривая, 3, на фиг. 3).20 Рассмотрим первый случай, когдарабочая площадь сварочного инструмента полностью контактирует с привариваемым проводником. Выходной сигнал П ,х вычитателя 12 (фиг.1) не до 25 стигает заданного значения Поп (фиг.3)на допустимую величину и ультразву 1, Рабочая площадь сварочного ин 1 струмента полностью контактирует сприваринаемым проводником, при этомза полное время работы ультраэвукосформируется уровень логического нуля который поступает на К-вход КБ-триггера 18 и на его выходе уста,новится уровень логического нуля 067 160958Гв момент времени(Фиг,3), По окончании сварки в момент времени й стретьего выхода ультразвукового генератора 4 (фиг.1). на первый входсхемы ИЛИ 14 поступает отрицатель 5ный сигнал "Конец сварки".Поскольку на втором входе элементаИЛИ 14 присутствует уровень логического нуля с выхода КЬ-триггера 18,то сигнал "Конец сварки" проходитчерез элемент ИЛИ 14 на второй входблока 3 управления, который с второговыхода подает команду на шагояыйпривод 2 для подъема сварочной головки 1, По приходу в исходное состояние сварочной головки 1, сигнал с бесконтактного датчика 13 поступает натретий вход блока 3 управления, который сигналом с первого выхода, поступающим на шаговый привод 2, оста"навливает сварочную головку 1 в исходном состоянии,Рассмотрим второй случай, когдаплощадь контактирования рабочего торца инструмента с проводником неменее 75%. При этом выходной сигналП пыл (фиг.З, кривая 2),вычитателя12 (фиг.1) достигает опорное напряжеНие Б п втоРого компаРатоРа 8 в мо- ЗОмент времени(Фиг.З), при этом( .з(.Различие в деформации (кривые 1 и2, фиг.З) двух сварок может бытьобусловлено физико-химическими свой 35.ствами контактирующей пары проводников - контактная площадка ИС. Известно также, что существует разброс позначению деформации, который малосказывается на прочности соединения. 4 ОРабота устройства аналогична предыдущему случаю, за исключением следующего. В момент времени 1: срабатывает второй компаратор 8 (Фиг.1) иего выходной сигнал поступает навторой вход ультразвукового генератора 4 для прекращения процесса сварки и сброса импульса. реле времениП(фиг.З), С третьего выхода ультразвукового генератора 4 (фиг.1)на первый вход элементаИЛИ 14 поступает сигнал "Конец сварки" и сее выхода на второй вход блока 3управления шаговым приводом 2, Далее происходит, как описано вьппе. подъем сварочной головки 1 в исходное положение.Рассмотрим третий случай, когдав силу объективных причин (смещение привариваемого проводника относительно контактной площадки или из-под сварочного инструмента, а также при неточном позиционировании сварочного инструмента) создается за счет меньшей площади контактирования инструмента с проводником большее удельное давление на свариваемые материалы, В результате скорость деформации резко увеличивается и на выходе вычитателя 12 (Фиг.1), сигнал П , (Фиг.З) имеет вид кривой 3. На диаграмме видно, что заданный уровень деФормации У п достигнут в момент времени й- задаваемого реле времени ультразвукового генератора 4 (фиг.1), который за время О- не отдает в зону сварки оптимальной энергии, а так как площадь сварки в данном случае меньше, чем в двух рассмотренных, то,это приводит. х отказам сварных соединений. В момент времени срабатывает второй компаратор 8 (Фиг,1) и его выходной сигнал поступает на второй вход ультразвукового генератора 4 для прекращения процесса сварки и сброса импульса реле времени Брб (Фиг,З). Посколькус 1 п, то сигнал Б на первом входе третьего компаратора 1 б (фиг.1) не достигает опорного напряжения П пи, следовательно, он не срабаты-: вает, а на его входе будет уровень логического нуля, Этот уровень логи- ческого нуля .поступает на первый вход элемента И-НЕ 17. В результате на выходе будет уровень логической единицы и КБ-триггер 18 находится в состоянии логической единицы на выходе, установленный в это состояние сигналом, поступившим с второго выхода блока 3 управления. Поступающий на первый вход элемента ИЛИ 14 отрицательный сигнал конца сварки с третьего выхода ультразвукового генератора 4 в момент времени(по сбросу импульса реле времени Б на фиг,З) не может. пройти через нее.Таким образом, отсутствует запускающнй сигнал, поступающий на второй вход блока 3 управления (фиг.1) и шаговый привод 2 блокируется на позици сварки. После поступления внешней. команды на пятый вход блока 3 управления с его первого выхода по-. ступает сигнал на шаговый привод 2 для подъема сварочной головки 1. С приходом сварочной головки 1 в ис 1609585 10,рходное положение сигнал с бесконтактного датчика 13, поступает на третийвход блока 3 управления, который останавливает сварочную головку 1 в5этом положении, После необходимыхналадочных работ по внешней команде "Пуск", поступающей на четвертыйвход блока 3 управления, работа продолжается. Изменяя величину опорногонапряжения П (фиг,3) можно задавать допустимое смещение сварочногоинструмента относительно проводника(или наоборот) и контактной площадкиИС, а значит и площадь образуемойсварки, при которой достигается требуемое качество сварки,Блок 3 управления шаговым приводом работает следующим образом. Сиг-нал внешнего запуска, поступающйй на 20четвертый вход блока 3 управления,устанавливает триггер 23 (фиг.2) итриггер 22 через элемент И 20 в состояние логической единицы. Уровеньлогической единицы триггера 23 поступает на первый вход коммутатора 26фаз, который устанавливается в режим прямого счета 1-2-3-4-1, Уровеньлогической единицы триггера 22 поступает на вход генератора 25 тактовыхимпульсов, который запускается и подает тактовые импульсы на второйвход коммутатора 26 Фаз, в результате выходной сигнал коммутатора 26фаз поступает на второй выход блока3 управления (Фиг.1). При поступлении сигнала с выхода компаратора 7на первый вход блока 3 управлениятриггера 22 (фиг,2) через элементИ 21 и триггер 23 установятся в сос 40тояние логического нуля. Уровень логического нуля триггера 22 прекращает работу генератора 25 тактовыхимпульсов, соответственно прекращается работа коммутатора 26 Фаз,в результате шаговый привод 2 (фиг.1)останавливает сварочную головку 1 напозиции сварки, Уровень логическогонуля триггера 23 (фиг,2), поступающий на первый вход коммутатора 26 фазустанавливает его в режим обратного0счета 4-3-2-1-4. Линия 24 задержкизадерживает сигнал с первого входаблока 3 управления (Фиг.1) и подаетего на второй выход блока 3 управления. По окончании сварки ультразву 55ковой генератор 4 Формирует с третьеговыхода сигнал конца сварки, поступающий через схему элемента ИЛИ 14 на второй вход блока 3 управления. Сигнал конца сварки проходит через элемент ИЛИ 14 только в том случае, еслина выходе КБ-триггера 18 уровень ло гического нуля. В противном случаесигнал конца сварки через элементИЛИ 14 не проходит. При наличии сигнала конца сварки на втором входеблока 2 управления триггер 22 (фиг.2),через элемент И 19 и 20 устанавливается в состояние логичеокой единицы и запускает генератор 25 тактовыхимпульсов, импульсы которого поступают на второй вход коммутатора 26фаэ и сварочная головка 1 (фиг.1) спомощью шагового привода 2 поднимает"ся. По приходу в исходное состояниесварочной головки 1, сигнал бесконтакт- .нсго датчика 13 поступает на третийвход блока 3 управления шаговым приводом 2 и устанавливает триггер 22фиг.2) через элемент И 21 в состояние логического нуля, тем самым прек"ращается работе генератора 25 тактовых импульсов, коммутатора 26 Фаз ишаговый привод 2 (фиг.1) останавливает сварочную головку 1 в исходном положении.При непрохождении сигнала конца сварки через элемент ИЛИ 14 шаговый привод 2 блокирует сварочную головку 1 на позиции сварки. Для возвращения сварочной головки 1 в исходное положение с последующей наладкой сварочной системы подается внешняя команда на пятый вход блока 3 управления. Поступающий сигнал через элементы И 19 и 20 (фиг,2) устанавливает триггер 22 в состояние логической единицы. Сварочная головка 1 поднимается до поступления .сигнала бесконтактного датчика 13 (Фиг.1) на третий вход блока 3 управления и Фиксируется в исходном положенииТаким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить выход годных изделий за счет контроля диапазона площади образуемой сварки и если образуемая площадь сварки меньше заданного диапазона, то шаговый привод 2 блокируется на позиции сварки, сигнализируя о низком качестве сварки и необходимости наладки сварочной системы. Ф о р м у л а изобретения Устройство для сварки давлением,содержащее сварочную головку с шаго 360вым приводом вертикальных перемещений, соединенный с блоком его управления, ультразвуковой генератор, первым выходом подключенный к преобразователю упьтразвуковых колебаний , первый компаратор, выходом подключенный к первому входу блока управления шаговым приводом, второй выход которогосоединен с первым входом ультразвукового генератора, выход датчика перемещения ультразвукового преобразователя через последовательно соединенные %усилитель, буферный каскад, аналоговый ключ, вычитатель, второй компаратор подключей к второму входу ультразвуковго генератора, второй выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа, а третий выход через элемент ИЛИ соединен с вторым входом блока управления шаговым приводом, третий вход которогоподключен к бесконтактному дат 9585чику, выход буферного, каскада соединен с вторым входом вычитателя, первый вход которого соединен с однойобкладкой конденстора, другая обкладка последнего соединена с землей,вход первого компаратора соединен свыходом усилителя, а также третийкомпаратор, о т л и ч а ю щ е е с я 1 О тем, что, с целью повышения выходагодных иэделий за счет контроля диапазона площади сварки, в него введены элемент И-НЕ и КБ-триггер, выход которого подключен к второму 15 входу элемента ИЛИ, Б-вход соединенс первым входом ультразвуковогогенератора, а К-вход - с выходом элемента И-НЕ, первый вход которогочерез третий компаратор подключен 20 к четвертому выходу ультразвуковогогенератора, к второму входу которогоподключен второй вход элемента И-НЕ.609585 РВ вых тр орректор А. Осауле едактор Ю.Сер каз 36 Тираж 636 Подписное НИИП НТ СС осударственного комитета по изобретениям и открытия 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производствен алых ПОЛНОЕ ЗрИКН ,Оабо УУ остави тель В, Грибо Техред М.Дидык