Автомат для сортировки полупроводниковых выпрямительных элементов по электрическим параметрам Советский патент 1957 года по МПК G01R31/26 H01L21/66 

Полупроводниковые выпрямительные элементы выпускаются миллионными тиражами. Поэтому автоматизация их сортировки по электрическим параметрам, при которой каждый элемент обрабатывается индивидуально, весьма необходима и дает большой технико-экономический эффект. Однако известные конструкции автоматов для .сортировки полупроводниковых выпрямительных элементов имеют ряд существенных недостатков, основными из которых являются: сложность кинематической схемы, раздельное измерение в разных гнездах электрических параметров в проводящем и запирающем направлениях, что приводит к ошибкам сортировки; невозможность сортировки на все сорта одновременно, а также сортировки элементов малого размера, имеющих обратный ток порядка 10 а.

Предлагаемый автомат, предназначенный для сортировки элементов на два сорта и брак в проводящем и на три сорта и брак в запирающем направлениях, подобно известным автоматам для сортировки полупроводниковых элементов по электрическим параметрам, состоит из питающего устройства, выдающего контролируемые элементы, механизма их подачи, измерительного канала с контактными щупами, измерительной схемы с магнитным усилителем И приемного устройства.

Особенности построения кинематической и -Jлeктpичecкoй схем автомата обеспечивают простоту и надежность его в эксплуатации, возможность измерения малых токов при высокой производительности, а также возможность сортировки элементов на все сорта одновременно.

Фиг. 1 Изображает кинематическую схему автомата; фиг. 2- конструктивное выполнение части автомата; фиг. 3-принципиальную электрическую схему.

№ 108792- 2 -

Автомат состоит из двух отдельных механизмов А и В, приводимых в действие от общего электродвигателя / через упругую муфту 2, червячную пару 3, шестеренки 4, муфту перегрузки 5, карданный валик 6, распределительный вал 7, с насаженными на нем кулачками 8-//, служащими для управления электрической схемой автомата, и коническую пару 12 для передачи вращения на валик 13. С валика 13 движение передается на механизмы Л и 5 через муфты 14 и 15. В дальнейщем рассматривается работа только одного механизма А, так как работа механизма Б аналогична и только сдвинута по циклу на 180°.

От муфты 15 движение передается на распределительный вал 16, на котором закреплен кулачок 17, передающий через рычажную систему 18 движение на подающую рейку 19. Последняя под действием пружины 20 выталкивает очередной элемент из трубки 21 (в которую они набиваются ориентировочно) в измерите тьный канал, в котором на первых пяти позициях элементы подформовываются, а па последней измеряются. Подформовка и измерение производятся с помощью щупов 22, подъем и опускание которых осуществляются от кулачков 23 через рычажную систему 24.

Нажатие щупа на элемент производится с помощью пружин 25. После измерения подающая рейка 19, вь талкивая следуюнд,ий элемент из трубки 21, передвигает весь ряд элементов на один шаг и сяалкивает крайний (измеренный) элемент в неподвижный лоток 26. К этому моменту, в зависимости от результата измерения, подается команда на один из и.спслнительных электромагнитов 27, который, срабатывая, выталкивает вверх соответствующий упор 28. Электромагнит 29 с поворотным якорем, получающий питание через кулачковые контакты, поворачивает валик 30 с закрепленными на нем веерообразно рычагами 31 и качающимся лотком 32. Один из рычагов 31 упирается в выдвинутый упор 28, и качающийся лоток 32 остаг)авливается над соответствующим пазом распределнтельного сектора 33. Изшсренный элемент, пройдя через неподвижный лоток 26, качающийся лоток 32 и канал сектора 33, попадает в соо1ветствующую дан)ому сорту приемную коробк} 34. После этого цепь питания электромагнита 29 разрывается и пружнна 35 возвращает валик 30, а следовательно, и качающийся лоток 32 в исход гое положение.

В связи с тем, что автомат предназначен измерять токи порядка 10 а предусмотрена надежная изоляция измерительного гнезда от корпуса механизма как во время измерения, так и во время подачи очередного элемента, так как измерение производится одними и теми же элементами электроизмерительной схемы и оба измерительные канала электрически связаны между собой. Достигается это следующим образом.

На конце подающей рейки 19 укреплена изолирующая прокладка 36, в которую для уменьшения износа рабочей кромки вставляется тонкая металлическая пластинка 37. Рычаг 18 отводит подающую рейку 19 в крайнее левое положение. В этот момент BeiCb столб элементов, находящийся в стакане питающей трубки 21, опускается на один элемент. Подающая рейка 19 под действием пружины 20 выбирает нижний элемент и начинает подавать его в измерите льное гнездо. Ход подающей рейки рассчитан таким образом, что элемент сначала полностью выходит из-под стакана трубки 21, находясь на изолирующем вкладыше 38, а затем сдвигает весь ряд элементов на один шаг. Измерение элементов производится щупами 22, находящимися на изолирующей пластинке 39. Вторым контактом служит металлическое основание 40 измерительного гнезда, находящееся на изолирующей прокладке 41.

Измерение параметров элементов осуществляется с помощью измерительной схемы. Измерительный щуп 22 устанавливается на вновь поданный элемент, вслед за тем .сразу включается реле РО, KlTOpoe подключает последовательно с входной обмоткой каскада / дифференциального магнитного усилителя испытуемый элемент к источнику классификационного напряжения U.

Протекающий в запирающем направлении через элемент и входную обмотку W у каскада / ток усиливается и подается на обмотку управления Wу второго каскада.

Напряжение ( на выходе ка.с.када // сравнивается с тремя эталонными напряжениями Сэ, , t/., , t/,,, и разность между ними под; ется на нуль-индикатор, выполненный на трех кристаллических триодах ь 2, Тъ- Если напряжение па выходе каскада // меньще величины эталонного напряжения, то тока на выходе соответствующего триода практически не будет. Если же это напряжение больще эталонного, то в цепи коллектора триода начинает протекать ток, что приводит к срабатыванию соответствующего выходного поляризованного реле РЯ, РЯо, РЯз.

Так как напряжение на выходе каскада // iCpaBunnaeTCH с тремя эталонными напряжениями различной величины, то выходные реле РЯ, РЯ2, РЯз срабатывают в зависимости от величины тока па входе каскада /. Например, в схеме, предназначенной для сортировки селеновых элементов диаметром 5 .им, реле РЯ1 срабатывает при токе на входе каскада /, равном 26 мка, реле РЯ2 - при токе на входе 52 лгл-а, а реле РЯз при токе 117 лгка. Выходное реле, замыкая свои контакты, включает промежуточные реле PI, PS, РЗ которые самоблокируются и, тем самым, «запоминают результат измерения элемента в запирающем направлении. Через промежуток времени, достаточг.ый для измерения тока в запирающем направлении, реле РО выключается, обрывая цепь входа каскада /, и схема через некоторое время после этого возвращается к исходному состоянию.

Затем включается реле РЯ, которое подключает испытуемый элемент в проводящем направлении к источнику классификационного тока /„ и одновременно подключает параллельно испытуемому элементу цепь, состоящую из последовательно соединенных входной обмотки W каскада I, компенсационного напряжения t/o и линейного сопротивления R. Величина компенсационного напряжения (включенного встречно относительно падения напряжения на элементе) и величина сопротивления R. определяют зависимость входного тока каскада / от измеряемого напряжения. Если /i, - ток на входе каскада /, достаточный для срабатывания реле РЯьЯ /г-ток на входе каскада /, достаточный для срабатывания реле РЯ2, то для того, чтобы реле РЯ срабатывало при падении напряжения на элементе, равном (7i, а реле РЯ2 срабатывало при падении напряжения t/2, то величины напряжения Оо и сопротивления R определяются из соотнощений:

... ,

В результате оказывается возможным использовать измерительную схему дважды, сначала для измерения тока, а затем напряжения, причем указанные величины могут быть и не прямо пропорциональны. Если линейное сопротивление R заменить нелинейным, то можно получить более сложные зависимости (например, с целью увеличения количества сортов).

Дальнейшее измерение входного тока аналогично измерению обратного тока с той разницей, что реле РЯь РЯ2, РЯз подают сигнал не на реле РЬ Р2 PZ а непосредственно на исполнительные электромагниты,

№ 108792

№ 108792

что совместно с сигналами, подаваемыми с реле Pj, PZ, РЗ, приводит к срабатыванию определенных исполнительных электромагнитов 1.

Через некоторое время после включения реле РП, достаточное для измерения элемента в проводящем направлении, включается поворотный электромагнит 29, который, устанавливаясь на упор, выдвинутый исполнительным электромагнитом 27, фиксирует это положение, чем и определяется направление падения измеренного элемента в приемное устройство. После подачи питания на поворотный электромагнит 29 через время, достаточное для его установки на упорный рычаг, выключается реле РП, и схема вновь возвращается в свое первоначальное состояние. После отключения реле РП через некоторое время, которое необходимо для возвращения схемы в исходное положение, опять включается реле РО и начинается измерение элемента в другом канале, что прои1сходит аналогично описанному.

Указанный выше цикл работы схемы задается кулачковыми контактами 8, 9, 10 и //, которые управляют реле РО и РП, поворотными электромагнитами 29 и т. д.

Особенностью измерения полупроводниковых выпрямительных элементов является большой разброс их параметров. Например, для селеновых элементов диаметром 5 мм границей брака в запирающем направлении является сопротивление элемента порядка 10 ом, но могут быть и коротко-замкнутые элементы.

Таким образом, на вход каскада / могут поступать токи, в сотни раз больше максимального тока, подлежащего измерению.

Так как выходная характеристика дифференциального усилителя неоднозначна относительно выходного тока, то получается, что при токе /, на входе усилителя, на его выходе будет ток /ь а при большом токе , на выходе будет ток . В этом случае бракованный элемент может ошибочно попасть в число сортных.

Для придания однозначности работе схемы при больших входных токах последовательно с одним из балластных сопротивлений первого каскада / дифференциального магнитного усилителя включена одна-обмотка двухобмоточного поляризованного реле РП, другая обмотка которого питается от отдельного источника. Ампер-витки этих обмоток включены встречно и через балластные сопротивления при токах, соответствующих максимальному току на выходе усилителя, реле срабатывает, чем гарантируется отбраковка элементов при больших токах.

Чрезмерно большие токи на входе усилителя приводят к тому, что время для возврата схемы в исходное положение увеличивается в полтора-два раза против случая, когда измеряются элементы с нормальными параметрами. Необходимость в этом дополнительном времени приводит к снижению производительности автомата на 10-20%.

Для автоматического увеличения времени возврата схемы в исходное положение вход измерительной схемы отключается от измеряемого элемента независимо от положения кулачковых контактов сразу, как только будет определено, что изделие является браком, т. е. реле РО или РП отключаются не кулачковыми контактами, а раньше - в момент срабатывания реле РЗ или 4, вследствие чего время возврата схемы в исходное положение увеличивается. Это увеличение времени возврата получается за счет уменьшения времени, отведенного на измерение.

Следует подчеркнуть, что приведенная схема предназначена для сортировки элементов с малыми обратными токами порядка 10 - 100 мка. Если токи, подлежащие измерению, прево.сходят 100 мка, то можно обойтись с одним каскадом магнитного усилителя.

Назначение остальных элементов электрической части автомата общеизвестно или не представляет особого интереса. Поэтому описание их рабопты зде1сь не приводится.

1.Автомат для сортировки полупроводниковых выпрямительных элементов по электрическим параметрам в проводящем и запирающем направлениях, состоящий из питающего устройства, выдающего контролируемые элементы, механизма их подачи, измерительного какала с контактными щупами, измерительной схемы с магнитным усилителем и приемного устройства, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения обоих параметров элемента в одном и том же гнезде измерительного канала без отрыва контактных щупов, последние присоединены к измерительной схеме через контакты двух периодически включаемых кулачковыми контактами реле, одно из которых служит для подачи на управляющую обмотку магнитного усилителя разности эталонного напряжения и прямого падения напряжения на элементе, а другое - для включения этой обмотки в цепь обратного тока элемента.

2.Автомат по п. 1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности сортировки элементов на несколько сортов в зависимости от величины тока на входе измерительной схемы, на выход последней включены нуль-индикаторы одностороннего действия, сравнивающие выходное напряжение с несколькими различными эталонными напряжениями и управляющие соответствующими выходными реле.

3.Автомат по пп. 1и2, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности сортировки элементов на несколько сортов, каждый из которых зависит от двух параметров элемента, исполнительные электромагниты, включенные через выходные реле на выход измерительной схемы и управляющие направлением элементов в соответствующие отделения приемного устройства, управляются сигналами, ; ависящими от результата обоих измерений в проводящем и запираюп1,ем направлениях, через блокировочные реле, имеющие выдержку времени, достаточную для измерения второго параметра.

4.Автомат но пп. 1-3, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежной отбраковки элементов, обусловливающих появление больших значений тока на входе магнитного усилителя, путем придания однозначности его выходной характери стике, последовательно с одним из балластных сопротивлений усилителя включена одна обмотка двухобмоточного поляризованного реле, другая обмотка которого включена встречно и питается от отдельного источника, с тем, чтобы это реле срабатывало при протекании через балластные сопротивления тока, соответствующего максимальному значению тока на выходе магнитного усилителя.

5.Автомат по пп. 1-4, отличающийся тем, что, с целью повышения его производительности путем использования, в случае брака, части времени, отведенного на измерение, для возврата схемы в исходное положение, предусмотрены цепи, осуществляющие отклонение периодически работающих реле вне зависимости от положения кулачковых контактов.

6.Автомат по пп. 1-5, отличающийся тем, что для направления элементов в соответствующие отделения приемного устройства между последним и измерительным каналом расположен качающийся лоток, поворачиваемый периодически срабатывающим электромагнитом, ось которого снабжена веерообразно укрепленными на ней рычагами, взаиJ№ lUO/y

Предмет изобретения

№ 108792

модействующими с соответствующими упорными рычагами, управляемыми исполнительными электромагнитами.

7.Форма выполнения автомата по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью достижения надежной изоляции измерительного канала от остальных частей автомата, конец рейки механизма подачи выполнен из изолирующего материала и между питающим устройством и измерительным каналом помещен изоляционный вкладыщ, предупреждающий электрическое соединение между ним и движущимся элементом.

8.Форма выполнения автомата по пп. 1 и 7, отличающаяся тем, что, с целью его упрощения, достигаемого путем совмещения функции механизма выборки элементог; из питающего устройства и функции механизма подачи элементов в измерительный канал, подающая рейка имеет длину, обеспечивающую перемещение ряда элементов, находящихся в измерительном канале, на расстояние, достаточное для сброса измеренного элемента и подачи очередного под измерительный щуп.

s О