Устройство для сварки Советский патент 1987 года по МПК B23K20/10 

113

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных микросхем.

Целью изобретения является повыше- кие выхода годных изделий путем достоверного определения качественного соединения, которое осуществляется контролированием верхнего и нижнего пределов оптимального диапазона де- формации проводника при ультразвуковой сварке.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схе- ма блока управления шаговым приводом; на фиг. 3 - диаграммы напряжений .

На фиг. 3 приняты обозначения: вмхехч сигнал на выходе вычитателя; Ugnj - уровень второго опорного напряжения - уровень третьего опорного напряжения; VgHf. - выходной сигнал формирователя; Uffo -сигнал конца сварк вырабатываемьй ультразвуковым генера- тором, или выходной сигнал элемента ИЛИ.

Устройство для сварки (фиг, 1) содержит сварочную головку 1 с приводом 2 вертикальных перемещений, блок 3 управления шаговым приводом, ультразвуковой генератор 4, преобразователь 5 ультразвуковых колебаний с подсоединенным к нему датчиком 6 перемещений, первый компаратор 7, бесконтакт- ный датчик 8, усилитель 9, буферный каскад 10, аналоговый ключ 11, запоминающий конденсатор 12, вычитатёль 13, второй компаратор 14, третий компаратор 15, формирователь 16, триг- гер 17, элемент 18 ИЛИ, при этом вход усилителя 9 соединен с выходом датчи- ка 6 перемещения преобразователя 5, а выход - с входом буферного каскада 10. и первым входом первого компарато- ра 7, на второй вход которого подано опорное напряжение U,, . Выход первого компаратора 7 соединен с первым входом блока 3 управления. Выход буферного каскада 10 соединен с первым входом вычитателя 13 и входом аналогового ключа 11, выход которого связан с вторым входом вычитателя 13 и обкладкой запоминающего конденсатора 12, другая обкладка которого зазем- лена. Управляющий вход аналогового ключа 11 соединен с первым выходом ультразвукового генератора 4, второй выход которого соединен с преобразо14- . 2 вателем 5 ультразвуковых колебаний. Выход вычитателя 13 подключен к первому входу второго компаратора 14, на второй вход которого подано опорное напряжение, а выход которого соединен с первым входом ультразвукового генератора 4, которьм вторым входом связан с первым выходом блока 3 управления, вход которого соединен с выходом бесконтактного датчика 8, а второй выход - с приводом 2 вертикальных перемещений. На второй вход третьего компаратора 15 подано опорное напряжение Ц,, первый вход связан с выходом вычитате-- ля 13, а выход - с входом формирова- теля 16, выход которого связан с R- входом триггера 17, на D-вход которого подан уровень логической единицы, С-вход его связан с управляющим входом аналогового ключа 11, а выход - с вторым входом элемента 18 ИЛИ, первый вход которого связан с третьим выходом ультразвукового генератора 4, а выход - с вторым входом блока 3 управления шаговым приводом 2 ,

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении сварочной головки 1 аналоговьш ключ 11 открыт, на первом и втором входах вычитателя 13 присутствует одинаковый сигнал и конденсатор 12 заряжен. Вычитатёль 13, осуществляя операцию вычитания входных сигналов, на выходе имеет нулевой сигнал.

По сигналу внешнего запуска, тупающему на четвертый вход блока 3 управления шаговым приводом, на втором выходе блока 3 управления вырабатывается сигнал, поступающий на шаговый привод 2, который опускает сварочную головку 1. В момент контактирования инструмента с интегральной микросхемой происходит изменение выходного сигнала датчика 6 перемещения, который поступает на вход усилителя 9. Усиленный сигнал поступает на первый вход первого компаратора 7 При достижении выходным сигналом усилителя 9 величины первого опорного . напряжения U компаратор 7 срабатывает и его -гзыходкой сигнал поступает на первый вход блока .3 управления, который вырабатывает сигнал остановки шагового привода 2, поступающий с второго выхода блока 3 управления.

313

После .некоторой задержки, необходимой для успокоения сварочной головки 1, на первом выходе блока 3 управления появляется сигнал, запускающий ультразвуковой генератор 4. В это же вре- мя на первом выходе ультразвукового генератора 4 появляется импульс положительной полярности, длительностью равный продолжительности сварки . Этот импульс поступает на управляющий вход аналогового ключа 11 и закрывает его Таким образом, на втором входе вычи- тателя 13 присутствует сигнал, равный выходному сигналу усилителя 9 после контактирования и запомненньй конденсатором 12. Выходной сигнал с усилителя 9 также поступает на первый вход вычитателя 13 через буферньш каскад 10, который исключает влияние запоминающего конденсатора 12 на вы- ходной сигнал усилителя 9. Поскольку сигналы перед сваркой на входах вычитателя 13 равны, то его выходной сигнал равен нулю. Импульс с первого выхода ультразвукового генератора 4 поступает на управляющий вход аналогового ключа 11 и на С-вход триггера 17, своим передним фронтом устанавливая его в состояние логической единицы. При этом на D-входе его пос- .тоянно присутствует уровень логической единицы. При производстве сварки происходит смещение преобразователя 5 вследствие деформации свариваемых материалов, которое фиксируется дат- чиком 6 перемещения. Усиленный сигнал с датчика 6 через усилитель 9 и бу- ферньй каскад 10 поступает на первый вход вычитателя 13. Вычитатель 13, осуществляя операцию вычитания сиг- кала на первом входе.от сигнала, ранее запомненмого конденсатором 12 на втором его входе, имеет на его выходе изменяющийся сигнал (фиг. 3)., который характеризует величину осадки свариваемых материалов. Величина опорного напряжения Ц определяет минимальное значение оптимального диапазона деформации, а величина опорного напряжения мак- симальное значение.

При работе устройства возможны . Три случая: величина деформации за время работы ультразвукового гене- ратора достигает величины U (фиг.З кривая 1); величина деформации меньше и

, но больше , т.е. находится в оптимальном диапазоне (фиг.З,

144

кривая 2); величина деформации меньше (фиг. 3, кривая 3), т.е. деформация меньше допустимого минимального значения.

Пусть выходной сигнал вычитателя 13 Ugj,, (фиг. 3, кривая 1) достигает величины опорного напряжения Ugpj третьего компаратора 15. Компаратор 15 вырабатывает сигнал, поступающий на вход формирователя 16, и последний в момент времени t , (фиг.З) вырабатывает импульс U|gty t поступающий на R-вход триггера 17, устанавливая его в нулевое состояние. Сигнал логического нуля поступает с выхода триггера 17 на второй вход элемента 18 ИЛИ. В момент времени t (фиг. 3) сигнал Ugf.,.gH,( достигает величины второго опорного напряжения U , поступающего на второй вход второго компаратора 14 (фиг. 1). Последний срабатывает, и его сигнал поступает на первый вход ультразвукового генератора 4 для прекращения сварки. С третьего выхода ультразвукового генератора 4 на первый вход элемента 18 ИЛИ в момент времени t поступает сигнал Конец сварки - U . Поскольку

КС.

на втором входе элемента 8 ИЛИ (фиг. 1) присутствует уровень логического нуля, то выходной сигнал и.быхили (фиг. 3) будет одинаковым с сигналом и(, . Выходной сигнал элемента 18 ИЛИ поступает на второй вход блока 3 управления, которьй с второго выхода подает команду на шаговый привод 2 для подъема сварочной головки 1. С приводом в исходное состояние сварочной головки 1 сигнал с бесконтактного датчика 8 поступает ( на пятьй вход блока 3 управления, который сигналом со второго выхода, поступающим на шаговый привод 2, останавливает сварочную головку 1.

Рассмотрим второй случай, когда выходной сигнал U, вычитателя 13 за полное время работы ультразвукового генератора 4 достигает величины опорного напряжения Ц,,,, но не достигает величины опорного напряжения и,р,2.(Фиг. 3, кривая 2). В момент времени t Ugy. достигает уровня опорного напряжения третьего компаратора 15, который срабатывает и запускает формирователь 16, который в свою очередь устанавливает триггер 17 в нулевое состояние. По окончании работы ультразвукового генератора 4 с его третьего выхода

поступает на первый вход элемента 18 ИЛИ импульс конца сварки и, (фиг. 3) в момент времени t . На вы4

ходе элемента 18 ИЛИ появляется импульс, аналогичный импульсу на первом входе, поскольку на втором входе уровень логического нуля. Далее работа устройства аналогична рассмотренной ранее в момент времени Ц (фиг. 3), т.е. головка возвращается вверх.

Рассмотрим третий случай, когда в силу объективных причин (изменение нагрузки, расстройка ультразвукового генератора и т.д.) выходной сигнал вычитателя 13 (фиг. 3, кривая 3) за полное время работы ультразвукового генератора 4 не достигает величины третьего опорного напряжения U, (фиг. 3). В этом случае деформация привариваемых материалов меньше минимального значения оптимального диапазона и соединение может привести к отказу. Так как U,,, .„у не достигает ,, то не происходит срабатывания третьего компаратора 1ч5, и, триггер 17 остается в состоянии логической единицы, установленном ранее сигналом, поступающим на его С- вход с первого выхода ультразвукового генератора 4. Поступающий на первый вход элемента 18 ИЛИ сигнал конца сварки и (фиг..З) в момент времени t не может пройти через нее. Таким образом, отсутствует запускающий сигнал, поступающий на второй вход блока 3 управления, и шаговый привод 2 блокируется на позиции сварки. После постутшения внешней команды на третий вход блока 3 управления (фиг. 1) с его второго выхода. поступает сигнал на шаговьй привод 2 для подъема сварочной головки 1. С приходом в исходное положение сигнал с бесконтактного датчика 8, поступающий на пятый вход блока 3 управления останавливает сварочную головку 1 в этом положении. После необходимых наладочных работ по внешней команде Пуск, поступающей на четвертый вход блока 3 управления, работа продолжается. ,

Блок 3 управления шаговым приво- дом (фиг. 2) содержит три элемента И 19-21, два RS-триггера 22 и 23, линию -24 задержки, генератор 25 тактовых импульсов и коммутатор 26 фаз, выход которого является вторым вькодом блока 3 управления. Первый вход коммутатора 26 фаз (фиг. 2) связав с выходом триггера 23, а вторйй вход - с выходом генератора 25 тактовых им- пульсов, входом соединенного с выходом триггера 22, S-вход которого подключен к выходу элемента 20, а R - вход - к вькоду элемента 21 И, второй вход которого является пятым вхоO дом блока 3 управления.Первый вход элемента И 21 (фиг. 2), являющийся первым входом блока 3 управления, соединен с R-входом триггера 23 и входом линии 24 задержки, выход которой

5 является первым выходом блока 3 управления, вторым входом которого является первый вход элемента 19 И. Третьим входом блока управления является второй вход элемента 19 И, вы0 ход которого связан со вторым входом элемента 20 И, первый вход которого соединен с Е5-ВХОДОМ триггера 23 и является четвертым входом блока 3 уп- равления.

5 Блок 3 управления шаговым приводом работает следующим образом.

Сигнал внешнего запуска, поступающий на четвертый вход блока 3 управления, устанавливает триггеры 23 и

0 22 через элемент 20 И в состояние логической единицы. Уровень логической единицы триггера 23 поступает на первый вход коммутатора 26 фаз, который устанавливается в режим прямого счес та 1-2-3-4-1. Уровень логической единицы триггера 22 поступает на вход генератора 25 тактовых импульсов, который запускается и подает тактовые импульсы на второй вход коммутатора

Q 26 фаз. Выходной сигнал коммутатора 26 фаз - это сигнал на втором выходе блока 3 управления (фиг. 1). При поступлении сигнала с выхода компаратора . 7 на первый вход блока 3 управления

триггер 22 через элемент 21 И и триггер 23 устанавливается в состояние . логического нуля. Уровень логического нуля с выхода триггера 22 блокирует работу генератора 25 тактовых им: пульсов, соответственно прекращается работа коммутатора 26 фаз, в результате шаговьй привод 2 (фиг. 1) останавливает сварочную головку 1 на позиции сварки. Уровень логического

, нуля триггера 23 (фиг. 2), поступающий на первый вход коммутатора 26 фаз, устанавливает его в режим обратного счета 4-3-2-1-4.Линия 24 задерживает сигнал с первого входа блока

7 13

3управления и подает его на первьй выход блока 3 управления. По окончании сварки ультразвуковой генератор

4формирует с третьего выхода сигнал конца сварки, поступающий через элемент 18 ИЛИ на второй вход блока 3 управления, Сигнал конца сварки проходит через элемент 18 ИЛИ только в том случае, если на выходе триггера 17 находится уровень логического нуля, который устанавливается в случае срабатывания третьего компаратора 15. В-противном случае сигнал конца сварки через элемент 18 ИЛИ не проходит. При наличии сигнала конца сварки на втором входе блока 3 управления триггер 22 (фиг. 2) через элементы 19 и 20 И устанавливается в состояние логической единицы и запускает генератор 25 тактовых импульсов импульсы которого поступают на второй вход коммутатора 26 фаз, и сварочная головка 1 с помощью шагового привода 2 поднимается (фиг. 1). С приходом в исходное состояние сварочной головки 1 сигнал бесконтактного датчика 8 поступает на пятый вход блока 3 управления шаговым приводом

и устанавливает триггер 22 (фиг. 2) через элемент 21 Ив состояние логи- .ческого нуля. Тем самым прекращается работа генератора 25 тактовых импульсов и коммутатора 26 фаз, а шаговый привод 2 останавливает сварочную головку 1 в исходном положении.

При непрохождении сигнала конца сварки через элемент 18 ИЛИ шаговый привод блокируется на позиции сварки Для возвращения сварочной головки 1 в исходное положение с последующей наладкой сварочной системы подается внешняя команда на третий вход блока 3 управления. Поступивший сигнал через элементы 19 и 20 И (фиг. 2) устанавливает триггер 22 в состояние логической единицы. Сварочная головк 1 поднимается до поступления сигнала бесконтактного датчика 8 на пятый вход блока 3 управления и фиксируется в исходном положении (фиг.1).

48

Предлагаемое устройство позволяет повысить выход годных соединений за счет контроля величины деформации свариваемых материалов в оптимальном

диапазоне. В то же время контролируются соединения с меньшими значениями деформации с последукнцим устранением причин, вызвавпшх такие соединения .

Формула изобретения

Устройство для сварки, содержащее сварочную головку с приводом вертикальных перемещений и блоком его управления, ультразвуковой генератор, соединенный первым выходом с управляющим входом аналогового ключа, а вторым выходом - с преобразователем

ультразвуковых колебаний с подсоединенным к нему датчиком перемещения преобразователя, первый и второй компараторы, буферный каскад, запомина- кнций конденсатор, вычитатель, бесконтактный датчик и усилитель, при этом первый вход блока управления приводом вертикальных перемещений соединен с выходом первого компаратора, а пятый вход - с бесконтактным датчиком, выход вычитателя соединен с первым входом второго компаратора, отличающееся тем, что, с целью повышения выхода годных изделий путем достоверного определения

качественного сварного соединения, в него введены третий компаратор, формирователь, триггер и элемент ИЛИ, при этом первый вход третьего компаратора соединен с выходом вычитателя,

на второй вход подано опорное напря- жение, а выход через формирователь соединен с R-входом триггера, на D- вход которого подан уровень логической единицы, С-вход соединен с .управляющим входом аналогового .ключа,а выход - с вторым входом элемента ИЛИ, первый вход которого связан с третьим выходом ультразвукового генератора, а выход - с вторым входом блока управления шаговым приводом.

фиг. 2

. fi/v. /ffPA ff a t7f}7trf i Sf

(/9ых.Ф

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано как оборудование для сборки полу- проводниковьпс приборов и интегральных схем. Цель изобретения состоит в повышении выхода годных изделий при ультразвуковой сварке путем контроля пределов величины деформации проводника. Устройство содержит сварочную головку с шаговым приводом вертикального перемещения, блок управления шаговым приводом, ультразвуковой генератор, преобразователь ультразвуковых колебаний с датчиком перемещения, три компаратора с разными уров- нями срабатывания, бесконтактньй дат- чик, запоминающий конденсатор, вычислитель, аналоговый ключ, формирователь, триггер и элемент ИЖ. Взаимодействие узлов устройства осуществляется, в основном, через сигналы блока управления шаговым двигателем. В момент контактирования инструментов со свариваемыми деталями первый компаратор .вырабатывает сигнал, останавливающий сварочную головку на позиции сварки. В процессе сварки второй и третий компараторы вырабатывают сигналы контроля верхнего (второй компаратор) и нижнего ( третий компаратор) пределов оптимального диапазона допустимой деформации проводника. Если за время сварки срабатывает третий компаратор, шаговый привод блокируется, что позволяет установить некачественное выполнение сварки. 3-ил. « К О)

О ибых. ufnf

Составитель В. Ткаченко Редактор Т. Парфенова Техред Л. Олийнык Корректоре, Черни

««,-,-.- ---- - - -- - ---- - --- - ---- -

Заказ 2163/13 Тираж 976Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

fi t2tz (pus s

и