УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ Российский патент 1994 года по МПК B23K20/26 

Изобретение относится к оборудованию для сварки давлением с подогревом, в частности к установкам для диффузионной сварки полупроводников с диэлектриками, и может быть использовано в радиотехнической, электронной и приборостроительной отраслях промышленности.

Известна установка для диффузионной сварки, основным недостатком которой является непригодность ее для сварки полупроводников с диэлектриками.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является установка для диффузионной сварки полупроводников с диэлектриками.

Основным недостатком данной установки является узкий диапазон ее функциональных возможностей: малый ассортимент свариваемых деталей, их неравномерный прогрев, нетехнологичность сборки и разборки пакетного устройства и т. д.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей установки.

Это достигается тем, что пакетное устройство установки дополнительно снабжено стяжным элементом, двумя электропроводящими кольцевыми платформами с торцовыми кулачковыми элементами, выполненными с углом наклона, меньшим угла трения скольжения их материалов, и набором диэлектрических втулок, плиты выполнены круглыми с центральными сквозными отверстиями. При этом направляющие стаканы и кассеты с гнездами установлены на них по окружности соосно оси симметрии устройства, диэлектрические втулки, смонтированные в центральных отверстиях плит, и кольцевые платформы, размещенные между ними, расположены на стяжном элементе, причем одна из токоведущих шин выполнена в виде направляющего стержня и размещена внутри стяжного элемента, а другая - на нижней кольцевой платформе.

Стяжной элемент может быть выполнен в виде двух электропроводящих трубчатых элементов с фланцами на концах, подвижно сочлененных друг с другом с возможностью осевого перемещения, при этом фланцы трубок размещены на внешних диэлектрических втулках.

На фиг. 1 представлена установка, общий вид; на фиг. 2 - схема подачи высокого напряжения при сварке композиции стекло-полупроводник; на фиг. 3 - схема подачи высокого напряжения при сварке композиции стекло-полупроводник-стекло.

Установка содержит пакетное устройство, состоящее из верхней 1 и нижней плит 2, смонтированных на стяжном элементе, выполненном в виде электропроводных трубчатых элементов 3 и 4 с фланцем 5 и 6 на концах, и изолированных один от другого высокотемпературных изоляторов 7 и 8.

Верхняя плита 1 снабжена нажимными токоподводящими штоками, состоящими из направляющих стаканов 9, штоков 10, пружин 11, штифтов 12, которые через шайбы 13 передают сварочное давление и высокое напряжение на свариваемые детали 14 и 15 (фиг. 2 и 3). Нажимные токоподводящие штоки крепятся в верхней плите любым известным способом, например винтами 16.

На нижней плите 2 смонтированы кассеты 17 (фиг. 1) с гнездами для свариваемых деталей 14 и 15, размещенные на окружности соосно оси симметрии устройства и состоящие из опорной пяты 18 и сменной центрирующей втулки, выполненной в виде диэлектрического кольца 19 (фиг. 2) или металлического кольца 20 и диэлектрических втулок 21 (фиг. 3) и служащей для изолированного центрирования свариваемых деталей 14 и 15.

Между высокотемпературными изоляторами 8 на трубчатом элементе 4 смонтированы электропроводящие кольцевые подпружиненные шайбы 22 и платформы 23 и 24 с торцовыми кулачковыми элементами 25, выполненными с углом наклона, меньшим угла трения скольжения их материалов.

Пакетное устройство установлено на кольцевой платформе 26, размещенной в вакуумной камере 27. Для подвода к свариваемым деталям высокого напряжения служит шина 28, выполненная в виде направляющего стержня с защелками 29, размещенная внутри стяжного элемента 30, а также шины 31, 32 и 33, выполненные съемными. Шины 28 и 30 изолированы от корпуса камеры изоляторами 34.

Применение независимых контактных защелок 29 и съемных шин 31 и 32 позволяет осуществлять подачу высокого напряжения от токоподводящих шин 29 и 30 к свариваемым деталям 14 и 15, менять полярность и схему электрических цепей высокого напряжения.

Размещение на опорной плите 2 съемных кассет позволяет быстро перестраивать устройство на сварку различных деталей, сохраняя точное центрирование соединяемых деталей с одновременной электроизоляцией их от оснастки и друг друга.

Установка работает следующим образом.

В пакетном устройстве в зависимости от типа соединяемых деталей 14 и 15 размещают соответствующую сменную кассету 17 со свариваемыми деталями (фиг. 1).

В зависимости от суммарной величины свариваемых деталей 14 и 15 и величины необходимого сварочного усилия с помощью кольцевых платформ 23 и 24 с торцовыми кулачковыми элементами 25 путем их поворота относительно друг друга перемещают плиту в вертикальном направлении, а затем фиксируют ее стяжным элементом, выполненным в виде электропроводных трубчатых элементов 3 и 4. Так как в угол наклона торцовых кулачковых элементов 25 меньше угла трения скольжения платформ 23 и 24, то при их повороте кулачки остаются в фиксированном состоянии.

Собирают соответствующую схему высокого электрического напряжения, вакуумируют камеру установки и осуществляют нагрев, например радиационной, пакетного устройства со свариваемыми деталями до температуры сварки. При достижении необходимой температуры по заданной схеме на свариваемые детали подают высокое электрическое напряжение 0,2-10 кВт от высоковольтного блока. По истечении 5-60 мин отключают установку, охлаждают сваренные изделия до 50-60^оС, разгерметизируют камеру установки и удаляют готовые изделия.

Установка в зависимости от типа соединяемых деталей может работать в двух режимах.

На фиг. 2 показано использование пакетного устройства при соединении кремниевых мембран 14 с корпусом 15 при необходимости индивидуального центрирования свариваемых деталей. Положительный потенциал шины 28 через трубчатый элемент 3 с фланцем 5, защелку 29 и шину 32 подают на верхнюю плиту 1, через нее по нижнему токоподводящему штоку 9, 10, 11, 12 и шайбе 13 - на одну из свариваемых деталей 14 - полупроводниковую мембрану.

Отрицательный потенциал от шины 30 через стол 26, нижнюю плиту 2 и опорную пяту 18 подают на другую свариваемую деталь 15 - диэлектрический корпус. Втулка 19 из высокотемпературного изолятора служит для центрирования соединяемых деталей и удерживает их от смещения в процессе соединения.

На фиг. 3 показано использование пакетного устройства для одновременного соединения двух диэлектрических грузиков 15 к полупроводниковой мембране 14.

Положительный потенциал от шины 28 через трубчатый элемент 4, защелку 29, подпружиненную шайбу 22, съемную шину 33 подают на металлическое центрирующее кольцо 20 и затем - на полупроводниковую мембрану 14. Отрицательный потенциал на один из диэлектрических грузиков 15 (нижний) подается по цепочке: шина 30 - стол 26 - нижняя плита 2 - опорная плита 18, а на другой - по цепочке: шина 18 - стол 26 - плита 2 - съемная шина 31 - плита 1 - токоподводящий шток 9, 10, 11, 12 - шайба 13. Втулки 21 служат для центрирования деталей 15, что удерживает их от смещения в процессе соединения.

Технико-экономическая эффективность заявляемой установки для диффузионной сварки заключается в расширении ее технологических возможностей за счет расширения номенклатуры свариваемых деталей, обеспечения равномерности нагрева свариваемых деталей, что приводит к повышению качества сварного соединения, упрощению эксплуатации и др. характеристик.

Использование: в радиотехнической, электронной и приборостроительных отраслях промышленности. Установка содержит пакетное устройство, состоящее из верхней и нижней плит, смонтированных на стяжном элементе, выполненном в виде электропроводных трубок с фланцами на концах, изолированных высокотемпературными изоляторами. Имеются нажимные токоподводящие штоки, состоящие из направляющих стаканов, пружин и штифтов, которые через шайбы передают сварочное усилие и высокое напряжение на свариваемые детали. На нижней плите смонтированы кассеты с гнездами для деталей, размещенные по окружности соосно оси симметрии установки и состоящие из опорной пяты, сменной центрирующей втулки или металлического кольца и диэлектрических втулок. Между плитами смонтированы электропроводящие подпружиненные шайбы и платформы с торцовыми кулачковыми элементами. Пакетное устройство установлено на кольцевой платформе, размещено в вакуумной камере и снабжено шинами, защелками и изоляторами. Сварку осуществляют в электростатическом поле. Такая конструкция позволяет расширить технологические возможности диффузионной сварки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ДИФФУЗИОННОЙ СВАРКИ, содержащая пакетное устройство, состоящее из верхней и нижней плит, электрический нагреватель, тепловые экраны, изоляторы, токоведущие шины, а также систему передачи давления на свариваемые детали, выполненную в виде направляющих стаканов с нажимными токоподводящими штоками, установленных на верхней плите, и съемные кассеты с гнездами для соединяемых деталей, расположенные на нижней плите соосно с токоподводящими штоками, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, пакетное устройство снабжено стяжным элементом, двумя электропроводящими кольцевыми платформами с торцевыми кулачковыми элементами, выполненными с углом наклона, меньшим угла трения скольжения их материалов, и диэлектрическими втулками, плиты выполнены круглыми с центральными сквозными отверстиями, стяжной элемент вставлен в эти отверстия, при этом направляющие стаканы и кассеты с гнездами установлены на плитах по окружности соосно с ними, диэлектрические втулки смонтированы в центральных отверстиях плит, кольцевые платформы расположены между плитами на стяжном элементе, причем одна из токоведущих шин выполнена в виде направляющего стержня и размещена внутри стяжного элемента, а другая - на нижней кольцевой платформе. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что стяжной элемент выполнен в виде двух электропроводных трубок с фланцами на концах, соединенных одна с другой с возможностью осевого перемещения, при этом фланцы трубок размещены на внешних диэлектрических втулках.