Способ ультразвуковой сварки
СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ, по которому ультразвуковые колебания в зону сварки вводят с переменной амплитудой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сварки и производительности процесса, в момент снижения амплитуды колебаний до минимальной величины ее увеличивают в 2-3 раза по сравнению с первоначально установленной, стабилизируют в течение 0,1-0,2 tee . где ice время сварки, затем скачкообразно уменьшают до первоначальной величины и повторно стабилизируют в течение 0,1-0,15tgQ , после чего прекращают подачу ультразвуковых колебаний в ;зону сварки. f Лп mia , j/fj, (Л СО J ч 1 I I (
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН ае оо
3щ, В 23 К 20/10
ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И CYfHPblTHA
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3533192/25-27 (22) 30.12.82 (46) 30.05.84. Бюл. И - 20 (72) P.Ã. Закиров, P.Ê. Яфаров и И.В. Зуев (53) 62 1.791.763.1(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
9 498129, кл, В 23 К 20/10, 1976.
2. Авторское свидетельство СССР
9 365224, кл. В 23 К 20/10, 1973 (прототип). (54)(57) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ
° СВАРКИ, по которому ультразвуковые колебания в зону сварки вводят с переменной амплитудой, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества сварки и производительности процесса, в момент снижения амплитуды колебаний до минимальной величины ее увеличивают в 2-3 раза по сравнению с первоначально установленной, стабилизируют в течение 0,1-0,2 t;, где се — время сварки, затем скачкообразно уменьшают до первоначальной величины и повторно стабилизируют в течение
0,1-0, 15 f св, после чего прекращают подачу ультразвуковых колебаний в
;зону сварки.
1094704
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу ультразвуковой сварки, по которому ультразву ковые колебания в зону сварки вводят с переменной амплитудой, в момент снижения амплитуды колебаний до минимальной величины ее увеличивают в 2-3 раза по сравнению с первоначально установленной, стабилизируют
55
Изобретение относится к области микросварки и может быть использовано при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем с помощью ультразвуковой сварки (УЗС). 5
Известно, что процесс образования соединения при сварке в твердом состоянии представляется трехстадийной реакцией, результат и скорость протекания которой определяются не только состоянием контактирующих поверхностей и свойствами свариваемых материалов, но и характером распределения и величиной действующих на контактные поверхности нормальных (() 15 и касательных (1 ) напряжений. Велил чины о и зависят от предварительно установленных параметров процесса и могут быть изменены в процессе сварки путем изменения технологи- 20 ческих параметров. Это, в свою очередь, должно оказать влияние на кинетику образования сварного соединения и на его характер.
Известен способ ультразвуковой сварки, по которому в конце сварки прикладывают импульсное давление, превышающее предел текучести свариваемого материала (1) .
Недостатком этого способа является недостаточно высокая воспроизводимость механической прочности соединений.
Наиболее близким к изобретению является способ ультразвуковой сварки, по которому ультразвуковые колебания (УЗК) в зону сварки вводят с переменной амплитудой (2) .
Недостатки известного способа заключаются в недостаточном качест- 4р ве сварных соединений и невысокой стабильности электрических свойств свариваемых микроконтактов. Это происходит в результате повышенной деформации микропроводников в про- 45 цессе сварки.
Целью изобретения является повы- * шение качества сварки и производительности процесса. в течение 0,1-0,2 1 о, где с — время сварки, затем скачкообразно уменьШают до первоначальной величины и повторно стабилизируют в течение
0,1-0,153,z>, после чего прекращают подачу ультразвуковых колебаний УЗК в зону сварки.
В качестве минимальной амплитуды принимают 70-SOX первоначально установленной величины. Значение времени сварки1<> выбирается опытным путем в зависимости от материала и диаметра свариваемого проводника и для целей проволочного монтажа микросхем колеблется в пределах 20500 мс.
На чертеже показана циклограмма изменения амплитуды колебаний в способе ультразвуковой сварки.
На чертеже обозначены „ — номинальная амплитуда УЗК, ;„ — минимальная амплитуда УЗК; „ — увеличенная амплитуда УЗК; 1 в — время сварочного цикла; 1 1 — время УЗК до момента уменьшения амплитуды; t z — время увеличения амплитуды УЗК, Минимальная величина начальной амплитуды У3К определяется с помощью постоянного датчика, установленного под свариваемой деталью, фиксирующего начало передачи колебательного движения инструмента на свариваемую деталь по схватыванию проводника с контактируемой поверхностью. Интервал амплитуды колебаний (в 2-3 раза) и время ее стабилизации выбран исходя из следующего. При увеличении амплитуды менее чем в 2 раза не происходит "расшатывания" уже предварительно образовавшегося соединения при воздействии предварительной амплитуды, что уменьшает прочность контакта. При увеличении амплитуды более чем в 3 раза происходит увеличение деформации проводника более чем на 50Х, что также приводит к нестабильным значениям прочности проводника. Время стабилизации 0,1-0,2 t.< установлено экспериментально. Увеличение времени более чем 0,2 cg не приводит к изменению прочности, не снижает производительность процесса. Пример 1. Способ опробован на установке УЛ-71 при сварке алю1094704 4 зации (0,08-0,01 с) осуществляют резкий спад мощности до исходной величины и выключение УЗК через 0,05-0,01 с. Эффект, по сравнению с известным пособом, принятым за базовый вариант, достигается за счет повышения 2g механической прочности и воспроиэвоцимости сварных соединений при увеличении производительности процесса. Составитель А. Анохов Редактор Н, Джуган Техред Л.Микеш Корректор А.Ильин Заказ 3491/7 Тираж 1037 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 Э минневых проводников диаметров 27 мкм к алюминиевым контактным площадкам микросхем. Предварительно с помощью механизма давления привели в соприкосновение с постоянным усилием F = 0,18 Н рабочий инструмент и свариваемые детали. При введении в зону сварки УЗК мощностью 0,05 Вт с помощью датчика смещений (из пьезоэлектрической керамики или полупровод-1О никового тензодатчика, наклеенного на концентратор или вблизи места крепления рабочего инструмента к концентратору) определен момент снижения амплитуды колебаний инструмента до минимума (вследствие начала образования соединения). В этот момент увеличивают амплитуду колебаний за счет увеличения мощности преобразователя до 0,120,2 Вт эа время 0,05-0,01 с. При этом величина максимальной мощности преобразователя и скорость ее нарастания определяются физико-механическими свойствами и геометрическими размерами свариваемых деталей, После достижения максимальной мощ- .ности и кратковременной ее стабили-, Пример 2. Осуществляют сварку золотых проводников диаметром 40 мкм к алюминиевым контактным площадкам микросхем. Параметры свар— ки: контактное усилие инструмента и свариваемой проволоки 0,35 Н; первоначальная мощность УЗК 0,08 Вт, увеличенная мощность УЗК 0,20 Вт; время увеличения амплитуды колебаний инструмента (4>) 0,01 с; время стабилизации амплитуды колебаний инструмента (13) 0,01 с; время повторной стабилизации первоначальной амплитуды колебаний инструмента (4g) 0,01 с.
