Устройство для контроля качества соединений при ультразвуковой микросварке

O ll N C A H H

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

< -677852. Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. сеид-ву-., (22) Заявлено 05.07.77 {2i) 2503333/25-27

М (И) М. Кл.

В 23 К 19/04 с присоединением заявки №

feeyaelereeNNilj NoNiTet

СССР ее делен аеебретеееа

N 0YKpblTNfl (23) Приоритет (53) УДК 621.791.. 16(088.8) Опубликоваяо 05.08. 79.Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 08.08.79

B. Н. Акимов, A. П, Рыдзевский и Б. В. Шулькевич (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) 5 СТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРЭЛЯ КАЧЕСТВА СОЕДИНЕНИЙ

ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МИКРОСВАРКЕ

Устройство относится к области мик- роэлектроники и может быть использова1 но при сборке полупроводниковых приборов.

Известно устро@ тво для контроля качества сварных соединений по изменению скорости амплитуды колебаний преобра зователя j1).

Недостатком этого устройства яв-. ляется то, что колебательная система должна обладать высокой чувствительно- . а стью к изменению механической.нагрузки на инструмент при сварке, которая не всегда является достаточной для нормальной работы устройства дозировки энер« гии. Кроме того, метод оценки качества соединений по - = 0 является

dt косвенным, поскольку о качестве соединений судят по изменению одного нэ энергетических параметров процесса амплитуды колебаний инструмента.

Известно устройство для контроля качества соединений при ультразвуковой

Юикросварке преимущественно проволочных выводов с пленками на полупроводниковых материалах, содержащее датчик амплитуды колебаний сварного наконечника, датчик температуры зоны сварки,,датчик деформации присоединенного проводника, ультразвуковой генератор ai . последовательно соединенные дифференциатор, компаратор, реле времени, выход которого подключен к входу улвгразвукового генератора (2).

Недостатком известного устройства является то, что качество соединений по уровню сигнала амплитуды можно кон-, тролировать голько для конкретных значений параметров процесса - мощности и усилия нагружения инструмента. В случае иэменейия технологйческих режимов или свойств свариваемых материалов необходимо корректировать уровень срабатывания порогового устройства для отключения ультразвукового . генератора.

Так, с увеличением мощностй амплитуда колебаний увеличивается, но поскольку отключение произойдет по заранее выс

677852

3 тввленному уровню сйгнала, то сварка завершится несколько позже, и деформация присоединяемого проводника будет повышенной.

11елью изобретения является повышение качества сварных соединений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство контроля качества соединений введен блок вычисления удельной прочности сварных соединений на .срез, к входам которого подключены датчики температуры, деформации и амплитуды колебаний, в выход блока подключен к входу дифференциатора.

Нв фиг. 1 приведена схема устрой,ства соединений при ультразвуковой микросвврке; нв фиг. 2 - схема блока вычисления удельной прочности сварного соединения на срез; на фиг. 3 — график изменения удельной прочности свврного соединения нв срез в зависимости от длительности сварки; на фиг. 4 - график зависимости между плошадью контакта и величиной осадки проводника в процентах.

Устройство контроля качества соединений при ультразвуковой микросварке включает датчик регистрации температуры зоны сварки, представляюший собой естественную термопару, образуюшуюся при сварке разнородных материалов проволочки 1 с металлиэацией 2, напыленной на полупроводниковый кристалл 3, . пьеэокерамический датчик 4 амплитуды колебаний, закрепленный нв преобразователе 5, и датчик деформации присоединяемого проводника, состоящий из постоянного мвгнитв 6 и элемента Холла 7, зафиксированного на рычаге 8 механизма нвгружения, блок 9 вычисления удельной прочности сварных соединений нв срез, дифференцивтор 10, комт аратор 11, реле времени 12, ультразвуковой генератор 13 Блок вычисления удельной прочности сварных соединений на срез 9 включает в себя предварительные усилители 14-16, схему 17 извлечения квадратного Корня, множительное звено 18, множительное звено 19 в сочетании с усилителем 20.

Устройство коитроля качества соединений работает следуюшим образом, Сигналы с двтчйков амплитуды, де« формации и-температуры поступают нв три входа блока 9 вычисления удельной прочности сварного соединения на срез; .где сигналы предвврительно усиливание..я

4 усилителями 14, 15, 16, после чего сигнал с датчика деформации поступает нв схему 17 извлечения квадрв гного корня и затем подается нв один иэ входов множительного звена 18, где происходит умножение сигнала с датчика амплитуды, который подается на второй вход множительного звена 18, нв корень квадратный от сигнала с датчика деформации. где

Множительное звено 19 в сочетании с усилителем 20 осушествляет деление сигнала с датчика температуры на сигнал, сформированный на выходе множительного звена 18. Выходное нвпряжение блока вычисления пропорционально удельной прочности сварного соединения нв срез. Учитывая, что удельнвя прочность сварных соединений на срез описывает величину, харвктеризуюшую адгезию привариввемого проводника с металлизвцией полупроводникового кристалла, то при достижении удельной прочности максимального значения в момент времени 1, обеспечиввется качественное сварное соединение, поэтому подачу ультразвуковой энергии в зону сварки необходимо прекратить. 43тключение ультразвукового генератора по максимальному значению удельной прочности сварного соединения на срез происходит следуюшим образом. Сигнал с выхода блока вычисления дифференцируется дифференциатором 10, после чего поступает нв компаратор 11. При достижении производной от удельной прочности сварных соединений на срез нулевого значения, компврвтор 11 вырабатывает сигйал на реле времени 12, которое отключает ультразвуковой генератор 13.

Теоретически суть изобретения цоясняется следуюшим образом.

Температура эоны соединения при ультразвуковой микросварке описывается выражением: !

B|(y(Þ5 /Б(I ь г < >

- время;

К - постоянный коэффициент, показываюший долю теплового потока, идушего нв нвгрев полупроводникового криствллв;

g Ю- удельный тейловой поток;

g (я - плошадь контакта; коэффициент теппопроводности, 677852

Удельный тепловой поток при ультразвуковой сварке имеет вид 4tH)(H)uu

Ч (= S (t> (2)

j где (,(1) — прочность сварного соединения на срез; ((4)- амплитуда колебаний свароч» ного наконечника;

Uu - частота улвгразвуковых колебаний;

- механический эквивалент теплоты.

Подставим (2} в (1), решим относительно V(+l и разделим о6е части на

5 (;Ю, тогда выражение для удельной прочности сварного соединения на срез будет иметь вид

31K 4% 1. g T (+)

20 .3 з2.Я А 5 .Учитывая, что величина з к „=сопзф, а плошадь контакта свяэайа линейной эа« висимостыо с сигналом с датчика Холла (см. фиг. 3), выражение (3) перепишем

25 так (> тЖ

1 -„(Ы7Я(55 ° (4)

Таким образо, формула (4) аналити

30 чески отражает принцип работы блока вычисления удельной прочности сварных соединений на срез и подтверждает правомерность предложенного устройства для контроля качества сварных соединений при ультразвуковой микросварке.

С помошью данного устройства можно контролировать качество сварных соединений при монтаже щюводииков мало-. го диаметра (20-60 мкм) к подложкам, 40 хорошо проводяшим тепло. Такими, иа6 пример, являются полупроводниковые кристаллы микросхем.

Применение данного устройства позволяет повысить воспроизводимость качества сварных соединений на 16%, а также значительно уМеньшить время поиска оптимального режима сварки.

Формула изобретения

Устройство для контроля качества соединений при улвгразвуковой микро- сварке преимушественно проволочных выводов с пленками на полупроводниковых материалах, содержащее датчик амплитуды колебаний сварочного наконечника, датчик температуры эоны сЬарки, датчик деформации присоединяемого проводника, ультразвуковой генератор и последовательно соединенные дифференциатор, компаратор, реле времени, выход которого подключен к входу улвгразвукового генератора, о т л и ч а ю ш е ес я тем, что, с целью повышения качества сварных соединений, в устройство введен блок вычисления удельной прочности сварных- соединений на срез, к входам которого подключены датчики температуры, деформации и амплитуды колебаний, а выход - к входу дифференциатора.

Источники информации, цр!п1 гаме во внимание при экспертизе

1. Красулин Ю. Л, Назаров Г. В.

Микросварка давлением, М.. "Металлургия", 1976, с. 128.

2. Грачев А. А. и др. Ультразвуковая микросварка, М., Энергия, 1977, с. 96-103.

677852

Ф

3 в ъ

0)

Ф 7P ( ф б

РК ТХ М $$6Х е4 щР4юцуу,,г

Составитель В. Катин

Редактор В, Смирягина ТехредМ, Кепемеш Корректор g4. Поко

Закаэ 4 4 70/4 Тираж 1222 ПодписноеЦНИИПИ Государствеиного комитета СССР по делам изобретений и отзрытий

113035, Москва, Ж-Э5, Раушсжя наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4