Устройство для ультразвуковой обработки материалов Советский патент 1986 года по МПК B06B1/00 B23K20/10 

Изобретение относится к ультразву ковой технике, в частности к устройствам для возбуждения ультразвуковых колебаний с широким спектром частот, и может быть использовано в различных технологических процессах ультра звуковой обработки материалов, напри мер боров и интегральных никросхем. Цель изобретения - повьппение каче ства обработки материалов за счет регулирова1ния в процессе обработки спектра ульразвуковых колебаний. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 колебаний широкого спектра частот, сумматор 2, усилитель 3 мощности, ультразвуковую колебательную систему 4, реле 5 времени, полосовые филь тры 6 и 7, а также управляемые ключи 8 - 11 фазоинверторы 12 и ISjycHлители-аттенюаторы 14.и 15. Генератор 1 колебаний широкого спектра частотподключен к одному из входов сумматора 2, выход которого соединен с входом усилителя 3 мощности. Усилитель 3 мощности подключен к ультразвуковой колебательной системё 4. Отдельный выход реле 5 времени соединен с управляющим входом уси лителя 3 мощности. В цепь между генератором 1 и сумматором 2 подключены полосовые фильтры 6 и 7. К полосовым фильтрам 6 и 7 попарно подключены соответственно управляемые ключи 8, 9 и 10, 11, Выход одного ключа из каждой пары может быть, в частности, соединен через фазоинвертор с одним из входов сумматора 2 (ключи 8 и 10 соединены соответстве но через фазоинверторы 12 и 13), а выход другого ключа из каждой пары йожет быть подключен к другому входу сумматора 2 через усилитель-аттенюатор (ключи 9 и 11 подключены соответственно через усилители-аттенюаторы 14 и 15), Управляющие входы ключей 8-11 соединены с определенными выходами реле 5 времени. Устройство работает следующим образом. Электрические колебания широкого спектра частот с выхода ультразвукового генератора 1 подаются на один из входов сумматора 2, Одновременно данные колебания поступают на систему полосовых фильтров 6 и 7 (два и более), которые могут быть как пассивными (Г-, Т- или П-образные LCцепи), так и активными (усилительные каскады, охваченные частотнозависимыми цепями обратной связи). Полосовые фильтры 6 и 7 из спектра колебаний вьщеляют те полосы частот, колебания которых на определенномэтапе ультразвуковой обработки материалов необходимо либо усилить, либо ослабить (в зависимости от характера технологического процесса). Например, при ультразвуковой микросварке злементов полупроводниковых приборов и интегральных микросхем на начальном этапе процесса необходимо усилить низкочастотную часть спектра и ослабить высокочастотную, а на. заключительном зтапе микросварки, наоборот, необходимо ослабить низкочастотные составляющие спектра и усилить высокочастотные. Для этого колебания с выходов полосовых фильтров 6 и 7 через управляемые ключи 8-11 подаются на входы подключенных к ним фазоинверторов 12 и 13 и усилителейаттенюаторов 14 и 15, а с их выход 9в поступают на входы сумматора 2. С выхода сумматора 2 колебания подаются через усилитель 3 мощности на вход ультразвуковой системы 4, механические колебания которой вводятся в технологическую среду, например, в зону ультразвуковой микросварки. Включение усилителя 3 мощности в начале технологического процесса осуществляется сигналом с отдельного выхода реле 5 времени. При прохождении колебаний через фазоинверторы 12 и 13 фаза колебаний изменяется на 180°, что при сложении этих колебаний в сумматоре 2 с колебаниями с выхода генератора 1 приводит к ослаблению колебаний вьделейной полосы частот. При прохождении колебаний через усилители-аттенюаторы 14 и 15 фаза колебаний не изменяется, но амплитуда колебаний на их выходе может изменяться в широких пределах (коэффициент передачи усилителя-аттенюатора регулируется от значений, меньших единицы (например, 0,1), до величин, значительно превьш1ающих единицу (например, 100), Поэтому суммарная интенсивность колебаний, прошедших через усилитель-аттенюатор, на вькоде сумматора 2 увеличивается. Например, при ультразвуковой .микросварке в начальный момент колебания с выхода генератора 1 поступают через фильтр 6,выделяющий, например,. верхнюю полосу частот, открытый ключ 8 и фазоинвертор 12 на вход сумматора 2, в котором ослабляют высокочастотные составляющие спектра. В этот же момент колебания нижней полосы частот, выделяемые фильтром 7, поступают через ключ 11, усилитель-аттенюатор 15 на вход сумматора 2 и усиливают низкочастотные составляющие спектра.Через определенный промежуток времени, например t (0,2 - 0,7) (где tj. - длительность процесса микросварки) , сигналом с выхода реле 5 времени закрываются ключи 8 и 11 и открываются ключи 9 и 10. При этом колебания верхней полосы частот, выделяемые фильтром 6, подаются на вход сумматора 2 через усилительаттенюатор 14 и усиливаются, а колебания нижней полосы частот, вьщеляемые фильтром 7,подаются через фазоинвертор 13 и ослабляются. Переключение ключей В - 11 в течение технологического процесса ультразвуковой обработки материалов может производиться многократно.

Устройство позволяет производить сдвиг спектра возбуждаемых ультразву ковых колебаний, а также подъем или исключение любой из частотных составляющих в спектре колебаний, в том числе с переключением в процессе обработки. Оперативное управление спек тром ультразвуковых колебаний позволяет учесть физико-химические свойства обрабатываемых материалов, а также изменение этих свойств в течение технологического процесса, что приводит к повышению качества и стабильности обработки.

Устройство может быть использовано не только при ультразвуковой .микросварке,, но и при проведении других процессов обработки материалов ультразвуком, например при выполнении отверстий, опрессовке, завальцовке.

Экономический эффект от использования устройства может быть получен в основном за счет повьшения качества обработки. Например, при использовании для ультразвуковой микросварки высоковольтных транзисторов экономический эффект образуется за счет повьшения процента выхода годных после испытаний транзисторов на термоциклирование.

Формула изобретения

Устройство для ультразвуковой обработки материалов, содержащее последовательно соединенные генератор колебаний широкого спектра частот, сумматор, усилитель мощности, ультразвуковую колебательную систему, а также реле времени, один из выходов которого подключен к управляющему входу усилителя мощности, и не менее двух подосовых фильтров разных частот, подключенных к выходу генератора колебаний, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки материалов за счет регулирования в процессе обработки спектра ультразвуковых колебаний, в устройство введены управляемые ключи, число пар которых п равно числу полосовых фильтров, п фазоинверторов и Л усилителей аттенюаторов, при этом входы управляемых ключей попарно соединены с выходами соответствующих полосовых фильтров, выход одного из управляемых ключей каждой пары - через соответствующий ему фазоинверторов,а выход другого - через соответствующий ему усилитель-аттенюатор- подключены к соответствующему входу с т матора, управляющие входы всех управляемых ключей соединены с выходами реле времени, при этом число выходов последнего не менее чем п + 1.

Изобретение относится к ультразвуковой обработке металлов. Устройство позволяет учесть физические свойства обрабатываемых материалов путем вьиеления одних и ослабления других частот спектра возбуждаемьк ультразвуковых колебаний в обрабатываемом материале, в зависимости от требований технологичеркого процесса, в том числе в процессе обработки. В устройство, содержащее последовательно сэединенные генератор с широким спектром частот, сумматор,усилитель мощности с управляемым входом ультразвуковую колебательную систему и реле времени, введен ряд полосовых фильтров (не менее двух),подключенных при помощи реле времени на входы сумматора колебаний через фазоинверторы либо через усилителис S аттенюаторы, что обеспечивает нужное изменение характеристики спектра ко(Л лебательной системы. 1 ил.