Устройство для регулирования величины деформации проводника при сварке давлением Советский патент 1990 года по МПК B23K20/00 

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

Цель изобретения - повышение точности регулирования величины деформации проводника преимущественно при термокомпрессионной сварке.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока управления; на фиг.З - циклограмма работы устройств.

Устройство включает терморегулятор 1, сварочную головку 2, состоящую из корпуса 3 и подпружиненного рычага 4, на конце которого закреплен Си 1 С II1 .л 1 Ii

Н L I , i

ГО iK м

1

неннын з виде iагов го привода, вза- имогтс ивуклчин i «.-ц ч «ертпЛ LJ 1 |I L

гчьечнь npL оч i ni, couio inH и ч элемента Холла 3, закреплен ьа карасе 3 i оповч 2, и roe i i . Oi о i n ь

-СИj. J --5

1 0 у,,р , .

i .1 де -en- n f вы о i, оль ченнь.п к jjarojcvy приводу 7, цифро- аналоговьш преоСргзо атель (ЦАП) 11,

ЦИфрОВЪ и чОДо 1 ЛО1ЧП I-. hi К

цифpoвo,y зыходу блока 10 управле Т«

Э

Г т-ния, первый 12 и второй 1.3 делители напряжения с опорным напряжением на входах, одновибратор 14, выходом подключенный к второму входу блока 10 управления, и последовательно соединенные усилитель 15, входом соединенный с элементом Холла 8, схему 16 выборки-хранения, управляющим входом соединенную с входом одновиб- ратора 14, сумматор 17, вторым входом соединенный с аналоговым выходом ЦАП 11, вычитатель 18, вторым входом соединенный с входом схемы 16 выборки-хранения и выходом усилителя 15, компаратор 19, вторым входом соединенный с выходом второго делителя 13 напряжения, и элемент 2И 20, вторым входом соединенный с вторым выходом блока 10 управления, а также последовательно соединенные фильтр 21 высоких частот, входом соединенный с выходом усилителя 15, вхо- дом схемы 16 выборки-хранения и первым входом вычитателя 18, компаратор 22, вторым входом соединенный с выходом первого делителя напряжения 12, и RS-триггер 23 с установкой в исходное состояние при включении питания, R-входом подключенный к выходу первого компаратора 22, S-входом соединенный с выходом элемента 2И 20 и третьим входом блока 10 управления, а выход - с входом одновибратора 14 и входом схемы 16 выборки-хранения.

Устройство работает следующим образом.

После включения питания и до подачи сигнала Пуск от сварочной установки на первый вход блока 10 управления триггер 23 находится в состоянии, запрещающем запуск одновибратора 14 и .поддерживающем схему выборки-хранения в режиме выборки, сут которого состоит в отслеживании величины сигнала, поступающего на ее вход и передачи этого сигнала на ее выход.

После подачи пускового сигнала на первый вход блока управления 10 последний запускает шаговый, привод 7, который воздействует на механизм вертикальных перемещений 6 сварочной головки 2 и перемещает ее вниз в позицию сварки. В момент касания сварочного инструмента 5 с привариваемым проводником подпружиненный рычаг 4, на котором закреплен посто

5

0

5

0

5

0

5

0

5

янный магнит 9, движется вверх относительно элемента Холла 8, закрепленного на корпусе 3 сварочной головки 2, при этом изменяется сигнал с элемента Холла 8, который усиливается усилителем 15 и поступает на вход фильтра 21 высоких частот, где образуется постоянная составляющая сигнала. Преобразованный таким образом сигнал подается на первый вход первого компаратора 22, на второй вход которого приходит сигнал с первого делителя напряжения 12, равный 10-20% от величины , где К - коэффициент усиления усилителя 15, о - чувствительность датчика линейных перемещений, dd - величина перемещений сварочной головки 2 на один шаг. В итоге при перемещении сварочной головки 2 на. один щаг после касания сварочного инструмента 5 с привариваемым проводником сигналы на обоих входах первого компаратора 22 сравниваются, компаратор 22 переключается и опрокидывает RS-триггер 23, фиксируя момент контактирования сварочного инструмента 5 с привариваемым проводником. Одновременно сигналом с RS-триггера 23 схема выборки-хранения 16 переводится в режим хранения и на ее выходе фиксируется сигнал с выхода усилителя 15 в момент касания, а одновибратор 14 отрабатывает импульс на второй вход блока управления 10, последний подает сигнал на шаговый привод 7, который перемещает сварочную головку 2 на 1-10 шагов вниз для создания сварочного усилия на подпружиненном рычаге 4, после чего шаговый привод 7 останавливается. Информация о количестве шагов, которые отработал шаговый привод 7 для создания сварочного усилия с цифрового выхода блока управления 10 в виде двоичного кода, поступает на цифровой вход ЦАП 11, на аналоговом выходе которого постоянно присутствует сигнал , где п - число шагов, которое проходит шаговый привод 7 для создания сварочного усилия. Фиксация деформации проводника, разогретого до 300-350°С, задаваемой с по-, мощью терморегулятора 1, под действием возрастающего, а затем постоян ного сварочного усилия, происходит следующим образом.

51

На входы сумматора 17 приходят сигналы с выхода ЦАП 11 и схемы 16 выборки-хранения, поэтому на выходе сумматора 17 формируется сигнал, пропорциональный величине перемещения сварочной головки 2, необходимого для создания сварочного усилия (фиг,3), который поступает на второй вход вычитателя 18, на первый вход последнего приходит сигнал с выхода усилителя 15, несущий информацию о перемещении подпружиненного рычага 4. Разнрст-ь между этими сигналами формируется на выходе вычитателя 18 (фиг.З).

Определяющим моментом для прекращения процесса сварки является момент достижения деформацией проводника оптимального значения (40-50%). Для определения этого момента на первый вход компаратора 19 через делитель напряжения 13 подается сигнал U. , где 1Л . „, й, где 10 - перемещение сварочного инструмента 5, при котором деформация проводника оптимальна, а на его второй вход сигнал с выхода вычитателя 18. При равенстве сигналов на обоих входах компаратора 19 последний переключается и через схему 2И 20 и блок 10 управления запускает шаговый привод 7 для перемещения сварочной головки 2 вверх в исходное состояние (момент времени t0 на фиг.З). Дня предотвращения запуска шагового привода 7 (фиг.1) для перемещения сварочной головки 2 вверх в процессе создания сварочного усилия на подпружиненном рычаге 4 в промежуток времени (момент времени t на фиг.З) на первый вход схемы 2И 20 с второго выхода блока 10 управления в промежуток времени t ift подается сигнал О, запрещающий прохождение сигналов с выхода компаратора 19 через схему 2И 20 на блок 10 управления.

Блок 10 управления шаговым приводом 7 (фиг.2) состоит из второго 2 и третьего 25 триггеров с установкой в исходное состояние при включении питания, задающего генератора 26, втрой и третий схем 2И 27 и 28, схемы 2ИЛИ 29, первого реверсивного счетчика 30, коммутатора 31 фаз, выход ко- торюго является первым выходом блока 10 управления, вход соединен с цифровым выходом первого реверсивного счетчика 30, выход Заем которого

6

0

соединен с вторым входом второго триггера 24, первый вход последнего яв- ляется третьим входом блока управления 10, а выход подключен к первому входу второй схемы 2И 27 своим выходом соединенной с входом Обратный счет первого реверсивного счетчика 30, а вторым входом связанной с выходом задающего генератора 26 и вторым входом третьей схемы 2И. 28, первый вход последней соединен с выходом третьего триггера 25, а ее выход подключен к первому входу

5 2ИЛИ 29, выходом связанной с входом Прямой счет первого реверсивного счетчика 30, вход Установка 0 которого соединен с первым входом блока управления 10 и

0 первым входом третьего триггера 25, второй вход последнего является вторым входом блока 10 управления, четвертого триггера 32 с установкой в исходное состояние при включении пи5 тания, четвертой схемы 2И, 33, вто- , рого реверсивного счетчика 34, программатора 35, выход которого является цифровым выходом блока управления 10 и соединен с информацион0 ным входом второго реверсивного счетчика 34, вход Запись последнего соединен с первым входом блока управления 1C, а выход Заем подключен к первому входу четвертого триггера 32, второй вход которого под- кпючен к второму входу блока управления 10, инверсный выход - к второму выходу блока управления, -а прямой выход - к первому входу четвертой

о схемы 2И 33, второй вход которой соединен с выходом задающего генератора 26, а ее выход связан с входом Обратный счет второго реверсивного счетчика- 34 и вторым входом схемы 2ИЛИ 29.

Блок 10 управления работает следующим образом (фиг.2).

Задающий генератор 26 постоянно вырабатывает импульсы, которые с его выхода поступают на вторые входы схем 2И 27, 28 и 33.

В исходном состоянии на выходе триггеров 24 и 25, а также на прямом выходе четвертого триггера 32 присутствует сигнал О, который присутствует и на первых входах схем 2И 27, 28 и 33 и запрещает прохождение на выходы данных схем импульсов, поступающих с выхода задаюшего

5

5

0

генератора 26 на их вторые входы. Таким образом, не поступает никаких импульсов ни на вход Обратный счет первого реверсивного счетчика 30 с выхода второй схемы 2И 27, ни на вход Прямой счет первого реверсивного счетчика 30с выхода схемы 2ИЛИ 29, поскольку на входы последней также не поступают импульсы с выходов третьей и четвертой схем 2И 28 и 33. Выходной код на цифровом выходе первого реверсивного счетчика 30 не изменяется, поэтому состояние на выходе коммутатора фаз 31 не меняется и шаговый двигатель 7 находится в покое.

На программаторе 35 оператор устанавливает количество шагов, необходимое для создания требуемого сварочного усилия на подпружиненном рычаге 4 На выходе программатора 35 при этом появляется цифровой код, поступающий на информационный вход второго реверсивного счетчика 34 и на цифровой выход блока управления 10.

После подачи оператором сигнала Пуск на первый вход блока управления 10 этот сигнал поступает-на вход Установка 0 первого реверсивного счетчика 30, на выходе которого появляется нулевой код, соответствующий исходному положению сварочной головки 2. Одновременно сигнал Пуск поступает на вход Запись второго реверсивного счетчика 34, при этом происходит запоминание цифрового кода, присутствующего на информационном входе второго реверсивного счетчика 34. Сигнал Пуск поступает также и на первый вход третьего триггера 25, переводя последний в состояние, противоположное исходному, при этом на его выходе появляется сигнал логической 1, поступающий на первый вход третьей схемы 2И и разрешающий прохождение на ее выход импульсов, поступающих на второй ее вход с выхода задающего генератора 24. Импульсы с выхода третьей схемы 28 через схему 2 ИЛИ поступают на вход Прямой счет первого реверсивного счетчика 30, который суммирует их, выходной код его меняется и с цифрового выхода поступает на вход Коммутатора фаз 31, последний коммутирует фазы шагового привода 7 (фиг.1 который опускает сварочную головку 2 до момента касания свариваемых мате0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

риалов. После касания свариваемых материалов на втором входе блока 10 управления появляется импульс, который поступает на второй вход третьего триггера 25, перводя последний в исходное состояние с сигналом О на выходе, запрещающем прохождение импульсов с выхода задающего генератора 26 на выход третьей схемы 2И 28, на первый вход схемы 2 ИЛИ 29 и далее по этой цепи на вход Прямой счет первого реверсивного счетчика 30. Однако необходимость создания нужного сварочного усилия на подпружиненном рычаге 4 требует дальнейшего опускания шаговым приводом 7 сварочной головки 2. Это происходит следующим образом. После касания свариваемых материалов импульс с второго входа блока управления 10 поступает на второй вход четвертого триггера 32,переводя последний в состояние, противоположное исходному. На прямом выходе четвертого триггера 32 появляется сигнал 1, а на инверсном выходе - сигнал О. Сигнал с прямого выхода четвертого триггера 32 поступает на первый вход четвертой схемы 2И 33 и разрешает прохождение на выход последней импульсов, поступающих на ее второй вход с выхода задающего генератора 26. Импульсы с выхода четвертой схемы 2И 33 поступают через схему 2ИЛИ 29 на вход Прямой счет первого реверсивного счетчика 30, который будет суммировать их с числом импульсов, поступающих до касания свариваемых материалов, выходной код его будет изменяться, с цифрового выхода поступать на коммутатор фаз 31, который продолжит коммутацию фаз шагового привода 7 и последний продолжит опускание сварочной головки 2. Одновременно импульсы с выхода четвертой схемы 2й 33 поступают на вход Обратный счет второго реверсивного счетчика 34, который будет вычитать их из числа записанного с программатора 35. Когда число поступивших импульсов станет равно числу шагов, установленному на программаторе 35, на выходе Заем второго реверсивного счетчика 34 появится импульс, который поступит на первый вход четвертого триггера 32, переключит последний в состояние с сигналом О на прямом выходе и

сигналом 1 на инверсном выходе. Сигнал с прямого выхода четвертого триггера 32 поступит на первый вход четвертой схемы 2И 33 и запретит прохождение на выход четвертой схемы 2И 33 импульсов, поступающих на ее второй вход с выхода задающего генератора 26, поэтому импульсы не поступят и на схему 2ИЛИ 29, и на вход Прямой счет первого реверсивного счетчика 30.

Таким образом, выходной код на цифровом выходе первого реверсивного счетчика 30 перестанет изменяться, что приведет к остановке шагового привода 7 и сварочной головки 2. После окончания процесса сварки на третий вход блока управления 10 поступит импульс Конец сварки, который передается на первый вход второго триггера 24, переключив последний в состояние, противоположное исходному. На выходе второго триггера 24 появится сигнал логической 1, который поступает на первый вхо второй схемы 2И 27 и разрешает прохождение на ее выход импульсов, поступающих на второй вход последней с выхода задающего генератора 26. Импульсы с выхода второй схемы 2И 27 поступают на вход Обратный счет первого реверсивного счетчика 30, который вычитает их из числа импульсов, поступивших на первый реверсивный счетчик 30 с момента подачи сигнала Пуск до окончания процесса сварки. При этом выходной код на цифровом выходе первого реверсивного счетчика 30 изменяется и поступает на коммутатор фаз 31, который коммутирует фазы .шагового двигателя 7, последний поднимается и поднимает сварочную головку 2. При появлении на цифровом выходе первого реверсивного счетчика 30,нулевого кода, что соответствует исходному положению сварочной головки 2, на выходе Заем первого реверсивного счетчика 30 появляется импульс, который поступает на второй вход вто- рого триггера 24, переведя последний в исходное состояние, что приводит к остановке шагового привода 7 и сварочной головки 2.

Таким образом, с помощью устройства возможно регулировать величину

1574405 -Ю

деформации привариваемого проводника при термокомпрессионной сварке, что значительно расширяет область использования устройства подобного типа.

0

0

Формула изобретения

Устройство для регулирования величины деформации проводника при сварке давлением, содержащее сварочную головку, состоящую из корпуса и подпружиненного рычага, на конце ко5 торого закреплен сварочный инструмент механизм вертикального перемещения сварочной головки с приводом, датчик перемещений, выполненный на элементе Холла, установленного на корпусе сва0 рочной головки, и на постоянном магните, закрепленном на подпружиненном рычаге, блок управления, первым входом подключенный к схеме запуска, а первым выходом - к приводу верти5 кальных перемещений, выход элемента Холла через последовательно соединенные усилитель и фильтр высоких частот подключен к первому входу первого компаратора, второй вход которого подключен к выходу первого делителя, а также вычитатель, первым входом подключенный к выходу усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности регулирования величины деформации проводника преимущественно при термокомпрессионной сварке, в него введены последовательно соединенные RS-триг- гер, схема выборки-хранения и сумматор, последовательно соединенные второй делитель, второй компаратор и элемент 2И, а также цифроаналоговый преобразователь и одновибратор, подключенный к второму входу блока управления, второй выход которого подключен к второму входу элемента 2И, выходом соединенного с третьим входом блока управления, цифровые выходы которого через цифроаналоговый преобразователь подключены к второму входу сумматора, выход последнего подключен к второму входу вычитателя, а его выход - к второму входу второго компаратора, выход элемента 2И соединен с S-входом КЗ-триггера, R-вход которого подключен к выходу первого компаратора, а выход - к входу одновиб- ратора.

5

0

5

0

5

фие

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - повышение точности регулирования величины деформации преимущественно при термокомпрессионной сварке. Устройство содержит сварочную головку /СГ/ с приводом вертикального перемещения, датчик перемещения, состоящий из элемента Холла, установленного на корпусе СГ,и постоянного магнита, расположенного на подпружиненном рычаге СГ, а также усилитель, фильтр высоких частот, схему выборки-хранения, сумматоры, компараторы, делители, RS-триггер, одновибратор, блок управления. В момент контактирования сварочного инструмента со свариваемыми деталями запоминается положение СГ относительно постоянного магнита. В каждом цикле сварки этот сигнал сравнивается с сигналом перемещения подпружиненного рычага относительно корпуса СГ, поступающим из блока управления. При достижении оптимального значения деформации СГ возвращают в исходное положение. 3 ил.

Фиг. 2

г

//ffV Л

инач кб пли

исптп

и,

tx t,

to

Фие.з