Устройство для сварки давлением Советский патент 1989 года по МПК B23K20/10 

Ч -.

;

Sfi запуск

СП

оо го

. «

Фиг J

Изобретение относится к мнкросварке с использованием ультразвуковых колебаний и может быть применено лля сборки полупроводниковых приборов (ПП) и интегральных схем (ИС).

Целью изобретения является повьипени выхода годных за счет дюстоверного оп)еде- ления образуемых проволочных перемычек.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 стр к- турная схема блока управления.

Устройство для сварки давлением содер жит станину 1 (фи1 1), сварочную юлой ку 2, механизм 3 вертикальных перемещений с niaroBbiM приводом 4, преобразова тель 5 ультразвуковых колебаний с инструментом 6, датчик Холла 7, / -образный кронштейн 8, жестко укрепленный на преоб разователе 5, и несуп1ий постояни маг нит 9, неподвижную и подвижнчю 1лбки HI и II с приводом 12, заземленную катушку с проволокой 13, предметный сто/шк 14, изолированный от станины 1, два конденсато ра 15 и 16, левые обкладки которых iioji- ключены к предметному столику 14, правая обк.1адка конденсатора 15 подключена к в.1- ду детектора 17, а правая обк, 1адка кон денсатора 16 к выходу генератоси) 18 сокочастотных колебаний, фильтр 19 нижних частот, входом соединеу|ный с выходом детектора 17, выход филыра 19 нижних частот соединен с входом схемы 20 й1 |борки- хранения и первым входом вычита1ч-ля 21. выходом связанного с первым входом ком- наратора 22 с опорным отрицательным на- пpяжe нleм IJ п на втором входе и выходом соединенного с ( -вхс1Дом 0-три|-|4 ра S-вход которого спя.(аи с обн1ей цен К) сброса устройства, а i-вход триггера 23 с его инверсным выходом и третьим входом блока 24 уиравления, иервый вход KOTO)OI I) является внеиишм запуском устройства, то рой вход б,чока 24 управления 11одк, 1К)чен к датчику Холла, первый выход блока 24 чп равления связан с управляющим входо.м схемы 20 выборки-хранения, выходом свя(анны11 с вторым входом вычитате,1Я 21, BTOJIOII выход блока 24 управления соединен с шаговым приводом 4 механизма 3 вер1нка, 1ь ных перемепгений, трс .ий с приводом 12 подвижной губки 11, а четвертый с преобразователем 5 ультразвуковых ко.1ебани((.

Блок 24 управления (фиг. 2) содержит :)лемент ИЛИ 25, два элемента И 26 и 27, три RS-триггера 28, 29 и 30, О-трипер 31, усилитель 32, компаратор 33, элемент 34 задержки, ультразвуковой генерапор , гене ратор 36 импульсов, реверсивн1)И1 счетчик 37, программатор 38, компаратс р 39. коммутатор 40 фаз, ана, 1О1Ч)вый к.1юч 41, источник 42 питания, элемент И-ИЕ 4i5 и элемент И 44.

Входами блока 24 управления яв.ыюгся: первый - второй вход схемы ИЛИ

0

рым вход уси,1игеля 32, третьим первый вход элемента ИЛИ 25. Выходами блока 24 у11равле)1ия соответственно являются: nepBbiiiпрямой выход RS-триггера 30,

вторымвыход коммутатора фаз 40,

TpeTijHMвыход ана, 1огового ключа 41 и

четвертым второй выход ультразвукового 1енсраго 1н 35, входом связанного с выходом э.К мсига .34 задержки, вход которой соедин1 н с iie) входом элемента И 26 и В1;1ходом компаратора 33 с опорным напряжением Г,, на нервом входе, а второй вход соединен с выходом усилителя 32. Иервый В1,1ход .ii.iiia.sB KOBoro генератора 35 связан с первым входом э, 1смента И 27, С-входом

1) т 1игге), М. S входом RS-триггера 29 и R-входом RS-Tpancfia 30, инверсный выход кото)()|-о сое.чинен с у11рав, 1Я1ОП1ИМ входом анало овото к,)Ч,ч 41, входом с()единенн(11(1 с источником 42 шп ания, S-вход RS-тригге ра 30 связан с выходом э,1емента И-НН 43, вто|1о11 пход KOTopoi o соединен с выходом элемента И 44, Biofioii вход кслорою свя- .;;iH с инверсным выходом 1)-тритге()а 31 р, его Dкходом, пе|1В1 1Й вход э, 1емента И-НЕ 43 с выходом ком11арато)-1 39, В-вход

5 Koi opoiij I oi iniii.Mi с 11|,1ходами .ма- тора W и Л lixo.iс выходом реверсивно о счс Г 1 иь.и 3/, В1), кото)о1ч.| соединен с вюрым вх(1Дом элемента И 26, выхо.яо.м сня laHHoi о с R-входом RS триЕге- ра 2Л, S-иход которого соединен с выходом

0 э.1емен1а И 27, ь выход RS триггера 28 с входом 1чч1ератора 36 импульсов, выход )о1(| .вяз; со вторым входом снвиою ечегчика ,47 и В1();И)1м входом ком MVijTijpa фаз 40 (К рвый вход KoTcjporij свя заи с ni pBbiM вхо.юм рс « рси1 ,101,) счс Т

5 чика ,57. : ервым входом элемен 1а И 44 и выходом RS-триггера 29, li вх --д которого соединен В 1о|)ым входом э.темеи|а И 27 и выходом э,:1(. М1 И а ИЛИ 25.

cтpoйcтвo )аоотает е, 1 дукмци,м обра0 м

Перед чача.ЮМ работы устанавливаются (подбираются) необходимые режимы первой и второй сварки и образования П1арика (электроиск 1овым -люсобом или с по- моптьк) 1азов()й горе,тки, на чертеже не пока

5 .зано) на К(.нчик., нрово,т(жи, выстут1аюп1ей из инструмента 6. После включения уст ройства 1)-триг1 ер 23 имеет на выходе уровень логического нуля, а гене|)атор 18 (вы- шктнс-нный по известной схеме) вырабатывает на выходе синусоидальный высокочас тотный (чипал. В исходном положении на нервом выходе блока 24 управления выраба , тываетея уровень логический единиць, кото рый поступает на у фавляю пий вход схе мы 20 выборки-хранения, устанав,иван ее

g в режим выборки, и 1 аким об);)зом. на пер вом и втором 1-,х()дах вычитателя 21 прИ1Л т- С1вует о;и1наковый сш нал, гиктугмюпип) с выхода фи.тьтра 19 :1ижних частот Вычитате.1ь 21. ос ществляя операцию вычитания входных сигналов, будет иметь на выходе нулевой СИ нал.

После подачи команды «Пуск (внешний запуск на чертежах не показан) сигнал поступает на первый вход блока 24 управления, по его команде с второго выхода aiai o- вый привод 4 перемещает сварочную головку 2 вниз на позицию первой сварки.

В момент контакта инструмента 6 выступающим из него шариком с контактной площадкой микросхемы преобразователь 5 ультразвуковых ко.лебаний начинает поворачиваться вокруг горизонтальной оси своей подвески, при этом Г-об)азный кронштейн 8, жестко связанный с преобразователем 5 УЗ- колебаннй. начинае также поворачиваться, в резу. 1ьтате чего постоянный магнит 9 уда- .чяется от датчика 7 Холла, выходной сигна.ч которого начинает убывать Выходной сигнал датчика 7 Холла поступает на в горой вход блока 24 управления и по достижению определенного порогового значения, задаваемого блоком 24 управления, фиксирует касание и с Bioporcj выхода блока 24 управ- ;1ения подается команда на остановку niaro- вого привода 4 механизма 3 вертика.гьных перемещений. После определенной задержки, задаваемой блоком 24 управления и ei o чет- ве)то| о выхода, на преобразователь 5 УЗ-ко- лебаний iKJCTynaeT гигнал для его запуска и производства сва)ки.

П|)и производстве сварки вы.ход г епера Тира 18 через кондеш итор 16 нагружается па заземленнук) (за счег приваренной про- н(1.1оки) емкоегнун) . образуемук) собственной емкостью кристалла И( (П11) и криста. 1. 1одержате. 1я. в результате чего выходной сигна.1 1 енера гора 18 ВЧ-колебаний уменьп ается. Выхг)лн(.п1 сигнал генерагора 18 поступает через конденсатор 15 на вход детектора 17. последовательно соединенного с фильтром 19 нижних частот. Выпрям.чен- ный п отфильтрованный сигнал с выхода фильтра 19 нижних nat ToT поступает на первый вх..1 вычитатсля 21 и через схему 20 выборки-хранения па второй вход вычита- 1..;|я 21 Вычитател, 21, осуществляя операцию вычитания, будет иметь на выходе пулевой сигна.1. 11о.окончании первой сварки блок 24 чтфавленпя. с второю выхода подает команду на запуск шагового привода 4 механизма 3 вертика. 1ьных перемещений, обеспечивая ,ем сварочной головки 2. В что же BfieMH по окончании первой сварки с третьего выхода б.юка 24 . ie НИИ поступает нап)яжепие па привод 12 гу бок 10 и И, который, воздействуя на под- Е)) |убку II. производит разжим проволоки, а на пе)вом выходе блока 24 управления формируется у)овень логического .1я. к() поступает на управляющий вход схемы 20 выборки-храпения и переводит ее в режим хранения

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

По приходу сварочной головки 2 в исходное положение блок 24 управления с второго выхода прекращает работу шагового привода 4 механизма 3 вертикальных перемещений. Затем для образования перемычки сварочную головку 2 с помощью координат ного стола (не показано) перемешают в горизонтальной плоскости на позицию- второй сварки и подают команду внешнего запуска на первый вход блока 24 управления для опускания сварочной головки 2.

Если в процессе подъема сварочной головки 2 и в процессе пере.мещения в горизонтальной плоскости произойдет обрыв проволоки (например, за счет повышенного трения в зажимных губках или отрыв самого сварочного соединения при некачественной сварке), то исчезает заземленная емкостная нагрузка кристалл- подложка и выходной сигнал генератора 18 вырастает, а следовательно, вырастает выходной сигнал фильтра 19 нижних частот. Поскольку схема 20 выборки-хранения находится в режиме хранения, то вычитатель 21, производя операцию вычитания входных сигналов, будет иметь на выходе усиленный сигнал отрицательной полярности (вычитатель 21 построен на операционном усилителе по известной схеме). При достижении выходного сигнала вычи- тателя 21 отрицательного опорного напряжения LM.U компаратора 22 последний сраба- тываег и его выходной сигнал поступает на С-вход D-триггера 23, на выходе которо- I o устанавливается уровень логической единицы, юступающий на третий вход блока 24 управления. Этот уровень логической единицы D-триггера 23 блокирует запуск njaroBo- го привода 4 при поступлении импульса внешнего запуска на первый вход блока 24 управления. Для установки устройства в исходное состояние гкх ле проведения необходимых наладочных работ по устранению причин, вызвавших обрыв, на S-вход П-триг - гера 23 подают команду «Сброс (не показано), в результате чего на инверсном вьгх(.)де D-триггера 23 устанавливается уровень логического нуля, который поступает на т)етий вход блока 24 управления, и по приходу следующего импульса внешнего запус ка работа продолжается.

Рассмотрим работу устройства при отсутствии обрыва проволоки, при зто.м на вы- х(.де D-триггера 23 сохраняется уровень логического нуля. После подачи внешней команды на первый вход блока 24 управления шаговый привод 4 по команде с второго выхода блока 24 управ.пения опускает сварочную головку 2 на позицию BTopoi i сварки. Затем происходит, как было описано вып1с фиксация касания и производство сварки. При этом выход генератора 18 через внешний вывод , контактнруюшнй с предметным сто.шком 14. и приваренную проволоку шунтируется на корпус и соответственно выходной сигнал генератора 18 становится равным нулю. Таким образом, на первом входе вычитателя 21 будет сигнал, равный нулю, а на втором - сигнал, заполненный схемой 20 выборки-хранения после первой сварки. Осуществляя операцию вычитания входных сигналов, вычитатель 21 будет иметь на выходе сигнал положительной полярности. Поскольку на втором входе компаратора 22 отрицательное опорное напряжение IJui,, то он не сработает и D-триг- гер 23 не изменит свое состояние.

По окончании сварки с второго выхода блока 24 управления поступает команда на шаговый привод 4 для под ьема сварочной головки 2. На определенной высоте подъема сварочной головки 2 одновременно на первом выходе блока 24 управления появ. т- ется уровень логической единицы, а на третьем выходе выключается напряже1П1е, поступающее на привод подвижной губки II Уровень логической единицы, поступающий с первого выхода блока 24 управления на уп- равляюший вход схемы 20 выборки-хранения, переводит ее в режим выборки. При выключении напряжения на третьем выходе блока 24 управления обесточивается привод 12 подвижной губки 11, происх{)дит зажим проволоки и обрыв ее от места второй сварки, в результате чего под инструментом 6 формируется необходимый кончик проволоки для ее оплавления. Учитывая, что быстродействие схемы 20 выборки-хранения намного выше времени срабатывания зажимных губок, то в момент обрыва проволоки зажимными губками 10 и 11 на выходе вычитателя 21 будет нулевой сигнал, а значит не сработает компаратор 22 и па выходе D-триггера 23 буде |ровень .юшчсского нуля. Далее цикл продо;1жается.

Рассмотрим работу устройства при возникновении обрыва прово.чоки в процессе формирования проволочной перемычки. При возникновении с)брыва проволоки на выходе D-триггера 23 устанавливается уровень логической единицы, который блокируем- работу шагового привода 4 при поступлении внеш ней команды запуск т на первый вход блока 24 управления. Для продолжения работы устройства после наладочных работ подается сигнал «Сброс на S-вход D-триггера 23, устанавливая на его выходе уровень логического нуля и по команде внешнего запус ка на первом входе блока 24 управ.1ения работа устройства продолжается

Блок 24 управления работаег следующим образом. В исходном положении на прямом вы.ходе RS-триггера 30 (фиг. 2) уровень логической единицы, на выходе D- триггера 31 также уровень логической единицы, а с выхода D-триггера 23 (фиг. 1) поступает уровень логического нуля. При п(ь

ступлении первого отрицательного импульса внешнего запуска на первый вход блока 24 управления (фиг. 2) на выходе элемента Й/1И 25 появляется также отрицательный

импульс, устанавливаюший RS-триггер 29 в состояние логического нуля. Этот же импульс с выхода элемента ИЛИ 25, пройдя элемент И 27, устанавливает RS-триггер 28 в состояние логической единицы. Этот уровень логической единицы поступает на вход генератора 36 импульсов, который запускается и его выходные импульсы поступают на вторые входы соответственно реверсивного счетчика 37 и коммутатора 40 фаз.

Коммутатор 40 фаз может коммутировать

свои выходы в последовательности: «1-2 - 3 4 1... или «4 -3 2 1 -4... в зависимости JT состояния на первом входе коммутатора 40 фаз. В данном случае на первом входе коммугатора 40 фаз будет состояние .логического НУЛЯ, постунаюшее с выхоГ1

да RS-триггера 29, и коммутатор 40 фаз будет комму гировать свои выходы в последовательности «1 234 ..... Этот же сиг- на.1 логического нуля RS-триггера 29, поступая на первый вход реверсивного счет5 чика 37, устанав. швает в счетчике 37 режим суммирования и с приходом каждого импу. с генератора 36 импульсов на второй счетный вход счетчика 37 выходной кол реверсивного счетчика 37 будет увели- чивагься на единицу. В момент контакти0 рования сварочного инструмента 6 (фиг. 1) и ПС на второй вход блока 24 управления ос 11ает сигна: с датчика 7 Холла, который усиливается усилите. 1ем (фиг. 2) и при достижении пороговоЕо значения IЫ KOMiia)a i opa 33, последний срабатывает и его

5 выходной импу,;|ьс через элемент П 26 ус- танав, 1ивает RS-триггер 28 в состояние ло- 1ическ()Г() , прекращая тем самым рабо- | 1 ене 1атора 36 импульсов, реверсивного счегчика 157 и коммутатора 40 фаз. Этот же

0 сигна,:| компаратора 33, пройдя линию 34 задержки, поступает на вход ультразвуко вого генератора 35, который запускается, что вызывает появление УЗ-колебаний на его BTojioM выходе, а значит на четвертом выходе б.юка 24 управления. По истечении вре5 .мени, определяемом реле времени самого у; ьтразвукового генератора 35, на его вто- )ом выходе и соответственно на четвертом выходе блока 24 управления прекратится процесс возбуждения УЗ-колебаний. Ультразвуковой гене|)атор 35 переключится

0 для работы во втором режиме (т. е. с другими параметрами возбуждения УЗ-колебаний и временем их продо.чжительности, установ- .leimbiMH перед нача. юм работы), а на первом вьгходе УЗГ 35 вырабатывается отрицаg тельный импульс, поступаюший на S-вход RS трипчфа 29, который устанавливается в Состояние логической единицы. Этот же от- рииаге,;ы1ый импу.и.г с первого выхода

о

10

Изобретение относится к микросварке с использованием ультразвуковых колебаний и может быть применено для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - повышение выхода годных путем достоверного определения образуемых проволочных перемычек. Устройство содержит сварочную головку 2, закрепленную на механизме 3 вертикальных перемещений, шаговый привод 4, датчик Холла 7, постоянный магнит 9 на кронштейне 8, преобразователь 5 ультразвуковых колебаний с инструментом 6, генератор 18 высокочастотных колебаний, подключенный к столику 14, схему обработки высокочастотного сигнала, состоящую из детектора 17, фильтра 19 нижних частот, схемы 20 выборки-хранения, вычитателя 21, компаратора 22, триггера 23 и блока 24 управления. При формировании проволочной перемычки в случае появления обрыва изменяется выходной сигнал генератора 18, который регистрируется компаратором 22. Соответственно изменяется состояние триггера 23, в результате чего блок управления блокирует работу шагового привода 4 при поступлении импульса внешнего запуска. 2 ил.

УЗГ 35 проходит чере; элемент И 27 и поступает па S-вx()д RS-триггера 28, который устанавливается в состояние логической единицы. Этот уровень логической единицы запускает генератор 36 импульсов. Генератор 36 импульсов начинает генерировать импульсы, которые поступают на счетный второй вход реверсивного счетчика 37 и второй вход коммутатора 40 фаз, причем теперь коммутатор 4(1 фаз будет коммутировать свои вы.ходы в погледовате.1ьности «4 - 3- 2 I 4..., а счетчик 37 будет работать в режиме вычигания : при.ходом каждого импульса, умеиьп1ая выходной код на единицу. Этот же импульс конца сварки на пеовом выходе УЗГ 35 постч пает на R-вход RS-триг ге- ра .зО. который на прямом выходе будет и.меть уровень , 1огического пуля, а значит, и на первом р.ыходе блока 24 управления. (- ответственно ло| ическая единица на инверсном выходг RS-T) 30 nocTvriaei на у11рав,1як) вход аналогового ключа 41, который OTKpiiiBaeTCH п напряжение от ис- точ})ика 42 питания поступит на третий выход (),1ока 24 управления. Импульс конца си, с п(рв()го выхода УЗГ 35 пост пает н,1 . Bxo.i Г)-приггера 31, переводя ею в состояние ,К1Гпческого . Таким образом, на lepBOM входе :1, ;| ме П а И 44 присутс вует чровень ло|ический единицы с вых(х1а т|)И1гера 29, а па втором входеУР вонь Л()1 иче1-г;оп1 н,1я с выхода D-тригге- ра Л И Г г-л. li.Td ic па )Де -:(. и-М . н- та И 44уровень ,1огического нуля, пост , иакипий на вюрой вход : лемепга Й-НГ 4.3, :-; i;ipei iae I и)ом)ждение выходно| о цо.чожи- ie,ibnoro импульса ком 1аратора 39 через :i,ief. eni И Hf: 43

По ie )v работы реверси ) счстчн- ка . KIM на ею )ычоде будет уменыпать- . я д(1 н,,;. iioc. ie че1о па выходе «заема (чегчика . i7 вырабатывается отрицате, 1ьпый импу. 1:.с, К|)то|1(1Й, поступив через э,темен г И 2( па R вход RS-триггера 28, устанавлп- Baei на его выходе уровень логического ну,1Ч, гем самым остановив работу генератора ЗН имиу. ьсов, а значит и работу | ивн)го счетчика 37 и коммутатора 4П фа.(. 1 аГ)ота блока 24 управ,тения noc, ie прпхода )Г(; :ьс; lunMiini id аиа.то- 1ична описапному, -.а иск.чюченпем с, 1едук)- ). 1-.с,ти на гретьем входе блока 24 п- |)авл1.чп1я 11ояв,1яегся уровепЬ) логической еди- пипы ,1 об.|1ыва пе)е.мычки ), то сигна/ liHtMiMie, .utincKa через элемент И, 1И 25 пройт не мг)жет и не происходит запуск (/ра 40 фал и команды с второго выхода б/ижа 24 у1фав, 1ения на П1аговый при- B(j.i 4 (фиг. И. rioc, ie установки D-триггера 23 в нулевое состоя)ие и подачи на rie|i- вый ВХ0.1 блока 24 управления импу,тьса вне1ппе(1 запуска происходит, как бы. ю описано вьмпе. фнксапия касания и производ сгно второй сзарки. Пмпу.тьс конца сварки

0

5

Q 5

0 5

0

5

5

0

с первого выхода УЗГ 55 переводит D-триг- гер 31 в состояние логической единицы, поступающей на второй вход элемента И 44, на первом входе которого присутствует также уровень логической единицы с выхода RS триггера 29, установленным в это состояние импульсом конца сварки N 3r 35. Такпм образом, на выходе элемента И 44 буяет уро вень логической единицы. По мере работы реверсивного счетчика 37 его выходной код сравнивается с кодом, набранным программатором 38 и поступающим на В-вход компаратора 39. В результате последний вырабатывает положительный импульс и посколь к на втором вхо.че э.темента 4,3 уровень логической единицы, то на его выходе вырабатывается отрицательный импульс, который, поступив на S-вход RS-триггера 30, переводит его в состояние логической единицы, а значит на первом выходе блока 24 управления будет также уровень логической единицы. УровоП) ,тогического ну, 1Я с инверсного выхода RS-триггера 30 поступает на управляющий вход аналогового ключа 41 и закрывает его, в результате напряжение источника 42 питания на третий выход блока 24 управ, 1ения не поступает

Таким образом, использование пред,та- гаемого устройства позволяет повысить выход годных изде,1ий за счет достоверног о определения образуемых проволочных пере мычек и блокировки шагового привода при возникновении обрывов д,1я последующего устранения причин, вызвавших такие соединения.

Формула ияопрс гения

Устройство д,тя сва)ки дав,1ением, содержащее станин), сварочную головку, механизм вертика,тьных перемещений сварочной 1Ч)Л()вки с шаговым приводом, иреобразо- вате,1ь у,ьтразвуковых колебаний с инструментом, датчик Хо,т,та, Г-образный крон- HireiiH, жестко закреп,1енный на преобразо- Bai e.Te ультразвуковых колебаний и necyninii пистояпный магнит, пеподвиж1(ую и подвижную -убки с прив( К)М, .1а.зем. 1еннук) ка с ripoBcx ioKoti. предмет Hbiii сто,тик, изо.ш|1ованный от станины, и б, 1ок упраи ,1ения, первый вход которого с вя.-iaH с внеп1- ним запуском устройства, а второй вход с датчиком Хо,т,та, второй выход б,тока п- рав,тепия сся дипен с niaroBi iM приводом ме ханизма верти ка,тьпых перемещений, тре тийс приводом подвпжпой 1 убки, а

четвертый с ультразвуковым n)eo6jia о вателем, отличающееся тем, что, с це,1ьк повышения выхода годных путем достове 1 ного опреде,тения образуемых прово.точньгх перемычек, в него введены reHefiarop высо кочастотных колебаний, два конденсато|1,-1, детектор, фи,тьтр нижних частот, вычитате.ть, схема выборки-хранения, компаратор и I)триггер, инверсный выход которого связан с его Ь- 5ходом и третьим входом блока управления, S-вход триггера подключен к общей цепи сброса устройства, а С-вход -- к выходу компаратора с опорным напряжением на втором входе и первым входом подключенным к выходу вычитателя. второй оход которого соединен с выходом схемы выборки-хранения, управляющий вход котоВ И.запуск

рой связан с первым выходом блока управления, вход схемы выборки-хранения соединен с первым входом вычитателя и выходом фильтра нижних частот, входом связанного с выходом детектора, вход которого через первый конденсатор соединен с предметным столиком, который через второй конденса- то}) связан с выходом генератора высокочастотных колебаний.

Фиг.г