УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ Советский патент 1994 года по МПК B23K20/10 

Изобретение относится к микросварке, а именно к оборудованию для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС).

Цель изобретения - повышение выхода годных за счет достоверного контроля наличия проволоки под инструментом после контактирования и в процессе монтажа перемычек.

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - структурная схема блока управления; на фиг.3 - диаграммы напряжений, где U_г - выходной сигнал высокочастотного генератора; U₁ - выходной сигнал усилителя; U₂ - выходной сигнал фильтра высоких частот.

Устройство для сварки давлением содержит станину 1, сварочную головку 2, механизм 3 вертикальных перемещений с шаговым приводом 4, преобразователь 5 ультразвуковых колебаний (УЗП) с инструментом 6, датчик 7 Холла, Г-образный кронштейн 8, жестко закрепленный на УЗП 5 и несущий постоянный магнит 9, неподвижную и подвижную губки 10 и 11 с приводом 12, заземленную катушку 13 с проволокой, предметный столик 14, изолированный от станины 1, два конденсатора 16 и 16, одна обкладка которых подключена к предметному столику 14, последовательно соединенный с конденсатором 16 генератор 17 высокочастотных колебаний, последовательно соединенные с конденсатором 15 детектор 18, фильтр 19 нижних частот, усилитель 20 и фильтр 21 высоких частот, первый компаратор 22 с отрицательным опорным напряжением на втором входе, второй компаратор 23 с положительным опорным напряжением на втором входе, первый вход которого соединен с выходом фильтра 21 высоких частот и первым входом компаратора 22, элемент ИЛИ 24, D-триггер 25, инверсный выход которого соединен с его D-входом, формирователь 26, входом связанный с С-входом D-триггера 25 и входом внешнего запуска устройства, блок 27 управления, четвертый выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 24, выходом связанного с S-входом D-триггера 25. Выход D-триггера 25 соединен с вторым входом блока 27 управления, первый выход которого подключен к шаговому приводу 4, второй выход - к приводу 12 губок 10 и 11, третий выход - к УЗП 5. Первый вход блока 27 управления связан с выходом формирователя 26, второй вход элемента ИЛИ 24 - с выходом компаратора 23, а выход компаратора 22 - с R-входом D-триггера 25.

Перед началом работы устройства устанавливают (подбирают) необходимые режимы первой и второй сварки и образования шарика (электроискровым способом или с помощью газовой горелки) на кончике проволоки, выступающей из инструмента 6. После включения устройства D-триггер 25 имеет на выходе уровень логического нуля, а генератор 17 вырабатывает на выходе синусоидальный высокочастотный сигнал. В исходном положении на четвертом выходе блока 27 управления вырабатывается уровень логической единицы, поступающий на первый вход элемента ИЛИ 24.

После подачи команды "Пуск" импульсом отрицательной полярности (вход внешнего запуска не показан) формирователь 26 по отрицательному фронту вырабатывает импульс длительностью меньше запускающего. Импульс с выхода формирователя 26 поступает на первый вход блока 27 управления и по его команде с первого выхода шаговый привод 4 перемещает сварочную головку 2 вниз на позицию первой сварки. Положительным фронтом импульса внешнего запуска, поступающего на С-вход D-триггера 25, на его выходе устанавливается уровень логической единицы, поступающий на второй вход блока 27 управления.

В момент контакта (фиг.3; в момент времени t₁) инструмента 6 с выступающим из него шариком с контактной площадкой микросхемы УЗП 5 начинает поворачиваться вокруг горизонтальной оси своей подвески, при этом Г-образный кронштейн 8, жестко связанный с УЗП 5, также поворачивается, в результате чего постоянный магнит 9 удаляется от датчика 7 Холла, выходной сигнал которого начинает убывать. Выходной сигнал датчика 7 Холла поступает на третий вход блока 27 управления, по достижении определенного порогового значения, задаваемого блоком 27, фиксирует касание, и с первого выхода блока 27 подается команда на остановку шагового привода 4 механизма 3 вертикальных перемещений. После задержки, задаваемой блоком 27 управления, с его третьего выхода на УЗП 5 поступает сигнал для его возбуждения и производства сварки.

В этот момент времени t₁ (фиг.3) контактирования с контактной площадкой ИС выход генератора 17 через конденсатор 16 нагружается на заземленную (через проволоку) емкостную нагрузку, образуемую собственной емкостью кристалла ИС и кристаллодержателя, в результате чего выходной сигнал генератора 17 уменьшается (см. диаграмму напряжения U_г на фиг.3). Выходной сигнал генератора 17 поступает через конденсатор 15 на вход детектора 18, последовательно соединенного с фильтром 19 нижних частот. Выпрямленный и отфильтрованный сигнал с выхода фильтра 19 поступает на вход усилителя 20, где усиливается, и на его выходе возникает сигнал, изображенный на диаграмме напряжения U₁ (фиг.3).

Выходной сигнал усилителя 20 поступает на вход фильтра 21 высоких частот, и в момент времени t₁ (фиг.3), т.е. в момент контактирования сварочного инструмента 6 с выступающим под ним шариком с ИС на выходе фильтра 21 появляется отрицательный выброс (см. диаграмму напряжения U₂на фиг.3) поступающий на первый вход компаратора 22; при достижении порогового значения - U_оп последний срабатывает, выходной сигнал поступает на R-вход D-триггера 25, и на его выходе устанавливается уровень логического нуля.

По окончании первой сварки блок 27 управления с первого выхода подает команду на запуск шагового привода 4 механизма 3 вертикальных перемещений, обеспечивая подъем сварочной головки 2. В то же время, по окончании первой сварки, с второго выхода блока 27 управления поступает напряжение на привод 12 губок 10 и 11, который воздействует на подвижную губку 11, производит разжим проволоки, и на четвертом выходе блока 27 управления формируется уровень логического нуля, который поступает на первый вход элемента ИЛИ 24.

По приходе сварочной головки 2 в исходное положение блок 27 управления командой с первого выхода прекращает работу шагового привода 4 механизма 3 вертикальных перемещений. Затем для образования перемычки сварочную головку 2 с помощью координатного стола (не показан) перемещают с горизонтальной плоскости на позицию второй сварки и подают команду внешнего запуска на вход формирователя 26, который запускается, и его выходной импульс поступает на первый вход блока 27 управления.

Если в процессе опускания на позицию первой сварки происходит обрыв проволоки (например, за счет повышенного трения в подающем тракте), то на выходе генератора 17 отсутствует заземленная емкостная нагрузка и его выходной сигнал не изменяется; следовательно, на выходе фильтра 21 высоких частот отсутствует сигнал отрицательной полярности, компаратор 22 не срабатывает и триггер 25 остается в прежнем состоянии - на его выходе и на втором входе блока 27 управления присутствует уровень логической единицы, который является блокирующим для прохождения импульса с выхода формирователя 26.

Если в процессе подъема сварочной головки 2 и перемещения в горизонтальной плоскости для образования перемычки происходит обрыв проволоки (например, за счет повышенного трения в зажимных губках или отрыва самого сварного соединения при некачественной сварке), то исчезает заземленная емкостная нагрузка кристалл-подложка и выходной сигнал генератора 17 возрастает (см. диаграмму напряжения U_г в момент времени t₂ на фиг.3), а следовательно, возрастает выходной сигнал усилителя 20 и на выходе фильтра высоких частот появляется сигнал положительной полярности (диаграмма напряжения U₂ в момент времени t₂ на фиг.3). Этот сигнал положительной полярности поступает на первый вход компаратора 23, при достижении порога +U_оп последний срабатывает, и его выходной сигнал поступает на второй вход элемента ИЛИ 24, на первом входе которого присутствует уровень логического нуля, поступающий с четвертого выхода блока 27 управления. Таким образом, выходной сигнал компаратора 23, пройдя элемент ИЛИ 24, поступает на S-вход D-триггера 25 и на его выходе устанавливается уровень логической единицы: поступающий на второй вход блока 27 управления. Как было отмечено выше уровень логической единицы на втором входе блока 27 управления является блокировочным для прохождения сигнала с выхода формирователя 26. После проведения наладочных работ по устранению причин, вызвавших обрыв проволоки, подается дополнительный внешний запуск на вход формирователя 26 и дальнейшая работа устройства продолжается.

После перемещения сварочной головки 2 на позицию второй сварки и при отсутствии обрыва устройство работает следующим образом. После подачи команды внешнего запуска на входы формирователя 26 с его выхода поступает сигнал на первый вход блока 27 управления, на третьем входе которого присутствует уровень логического нуля с выхода триггера 25 установленного в это состояние выходным сигналом компаратора 22, как указано выше. При поступлении на первый вход блока 27 управления сигнала с выхода формирователя 26 на первом выходе блока 27 появляется сигнал, поступающий на шаговый привод 4, который опускает сварочную головку 2 на позицию второй сварки. Затем происходит, как описано выше, фиксация касания и производство сварки.

По окончании сварки с первого выхода блока 27 управления поступает команда на шаговый привод 4 для подъема сварочной головки 2. На определенной высоте подъема сварочной головки 2 одновременно на четвертом выходе блока 27 управления появляется уровень логической единицы, а на третьем выходе выключается напряжение, поступающее на привод подвижной губки 11. Уровень логической единицы, поступающий с четвертого выхода блока 27 управления на первый вход элемент ИЛИ 24, запрещает прохождение через него выходного сигнала компаратора 23. При выключении напряжения на втором выходе блока 27 управления обесточивается привод 12 подвижной губки 11, происходит зажим проволоки и обрыв ее от места второй сварки, в результате чего под инструментом 6 формируется необходимый кончик проволоки для ее оплавления. Так как существует инерционность срабатывания привода 12 губок 10 и 11, обрыв проволоки происходит после того, как на первом входе элемент ИЛИ 24 установится уровень логической единицы, поэтому выходной сигнал компаратора 23 на элемент ИЛИ 24 пройти не может и D-триггер 25 своего состояния не изменит. Далее цикл продолжается.

Блок 27 управления содержит элемент ИЛИ 28, два элемента И 29 и 30, три RS-триггера 31-33. D-триггер 34, усилитель 35, компаратор 36, элемент 37 задержки, ультразвуковой генератор 38, генератор 39 импульсов, реверсивный счетчик 40, программатор 41, компаратор 42, коммутатор 43 фаз, аналоговый ключ 44, источник 4 питания, элемент И-НЕ 46 и элемент И 47.

Входами блока 27 управления соответственно являются: первым - второй вход элемента ИЛИ 28, третьим - вход усилителя 35, вторым - первый вход элемента ИЛИ 28. Выходами блока 27 соответственно являются: четвертым - прямой выход RS-триггера 33, первым - выход коммутатора 43 фаз, вторым - выход аналогового ключа 44 и третьим - второй выход ультразвукового генератора 38, входом связанного с выходом элемента 37 задержки, вход которого соединен с первым входом элемента И 29 и выходом компаратора 36 с опорным напряжением U_оп на первом входе. Второй вход компаратора 36 соединен с выходом усилителя 35. Первый выход ультразвукового генератора 38 связан с первым входом элемента И 30, С-входом D-триггера 34, S-входом RS-триггера 32 и R-входом RS-триггера 33, инверсный выход которого соединен с управляющим входом аналогового ключа 44, входом соединенного с источником 45 питания, S-вход RS-триггера 33 связан с выходом элемента И-НЕ 46, второй вход которого соединен с выходом элемента И 47. Второй вход элемента И 47 связан с инверсным выходом D-триггера 34 и его D-входом. Первый вход элемента И-НЕ 46 связан с выходом компаратора 42, В-вход которого соединен с выходами программатора 41, а А-вход - с выходом реверсивного счетчика 40. Выход "заема" счетчика 40 соединен с вторым входом элемента И 29, выходом связанного с R-входом RS-триггера 31, S-вход которого соединен с выходом элемента И 30. Выход RS-триггера 31 подключен к входу генератора 39 импульсов, выход которого связан с вторым входом реверсивного счетчика 40 и вторым входом коммутатора 43 фаз. Первый вход коммутатора 43 связан с первым входом реверсивного счетчика 40, первым входом элемента И 47 и выходом RS-триггера 32, R-вход которого соединен с вторым входом элемента И 30 и выходом элемента ИЛИ 28.

Блок 27 управления работает следующим образом. В исходном положении на прямом выходе RS-триггера 33 присутствует уровень логической единицы, так же как и на выходе D-триггера 34, а с выхода D-триггера 25 поступает уровень логического нуля. При поступлении первого отрицательного импульса с выхода формирователя 26 на первый вход блока 27 управления на выходе элемента ИЛИ 28 появляется также отрицательный импульс, устанавливающий RS-триггер 32 в состояние логического нуля. Этот же импульс с выхода элемента ИЛИ 28, пройдя элемент И 30, устанавливает RS-триггер 31 в состояние логической единицы. Этот уровень логической единицы поступает на вход генератора 39, который запускается, и его выходные импульсы поступают на вторые входы соответственно реверсивного счетчика 40 и коммутатора 43 фаз.

Коммутатор 43 может коммутировать свои выходы в последовательности "1-2-3-4-1..." или "4-3-2-1-4..." в зависимости от состояния на первом входе коммутатора 43. В данном случае на первом входе коммутатора 43 будет состояние логического нуля, поступающее с выхода RS-триггера 32, и коммутатор 43 будет коммутировать свои выходы в последовательности "1-2-3-4...". Этот же сигнал логического нуля RS-триггера 32, поступая на первый вход реверсивного счетчика 40, устанавливает в счетчике 40 режим суммирования, и с приходом каждого импульса с генератора 39 на второй счетный вход счетчика 40 выходной код реверсивного счетчика 40 будет увеличиваться на единицу. В момент контактирования сварочного инструмента 6 с ИС на третий вход блока 27 управления поступает сигнал с датчика Холла 7, который усиливается усилителем 35 и при достижении порогового значения U_оп компаратор 36 последний срабатывает и его выходной импульс через элемент И 29 устанавливает RS-триггер 31 в состояние логического нуля, прекращая тем самым работу генератор 39 импульсов, реверсивного счетчика 40 и коммутатора 43 фаз. Этот же сигнал компаратора 36, пройдя линию 37 задержки, поступает на вход ультразвукового генератора 38, который запускается, что вызывает появление УЗ-колебаний на его втором выходе, а значит, и на третьем выходе блока 27 управления. По истечении времени, определяемого реле времени самого ультразвукового генератора 38, на его втором выходе и, соответственно, на третьем выходе блока 27 управления прекратится процесс возбуждения УЗ-колебаний. Ультразвуковой генератор 38 переключается для работы во втором режиме (т.е. с другими параметрами возбуждения УЗ-колебаний и временем их продолжительности, установленными перед началом работы), и на первом выходе генератора 38 вырабатывается отрицательный импульс, поступающий на S-вход RS-триггера 32, который устанавливается в состояние логической единицы. Этот же отрицательный импульс с первого выхода генератора 38 проходит через элемент И 30 и поступает на S-вход RS-триггера 31, который устанавливается в состояние логической единицы. Этот уровень логической единицы запускает генератор 39 импульсов. Последний начинает генерировать импульсы, которые поступают на счетный второй вход реверсивного счетчика 40 и второй вход коммутатора 43 фаз, причем теперь коммутатора 32 будет коммутировать свои выходы в последовательности "4-3-2-1-4. ..", а счетчик 40 - работать в режиме вычитания, с приходом каждого импульса уменьшая выходной код на единицу. Этот же импульс конца сварки на первом выходе генератора 38 поступает на R-вход RS-триггера 33, который будет иметь уровень логического нуля на прямом выходе, а значит и на четвертом выходе блока 27 управления. Соответственно, логическая единица на инверсном выходе RS-триггера 33 поступает на управляющий вход аналогового ключа 44, который открывается, и напряжение от источника 45 питания поступает на второй выход блока 27 управления. Импульс конца сварки с первого выхода генератора 38 поступает на С-вход D-триггера 34, переводя его в состояние логического нуля. Таким образом, на первом входе элемента И 47 присутствует уровень логической единицы с выхода RS-триггера 32, а на втором входе - уровень логического нуля с выхода D-триггера 34. В результате на выходе элемента И 47 уровень логического нуля, поступающий на второй вход элемента И-НЕ 46, запрещает прохождение выходного положительного импульса компаратора 42 через элемент И-НЕ 46.

По мере работы реверсивного счетчика 40 код на его выходе будет уменьшаться до нуля, после чего на выходе "заема" счетчика 40 вырабатывается отрицательный импульс, который, поступив через элемент И 29 на R-вход RS-триггера 31, устанавливает на его выходе уровень логического нуля, тем самым останавливая работу генератора 39 импульсов, а значит, и работу реверсивного счетчика 40 и коммутатора 43 фаз. Работа блока 27 управления после прихода второго импульса внешнего запуска аналогична вышеописанной, за исключением следующего. Если на втором входе блока 27 управления появляется уровень логической единицы (сигнал обрыва перемычки), то сигнал с выхода формирователя 26 через элемент ИЛИ 28 пройти не может, не происходит запуска коммутатора 43 фаз, и в результате этого, команды с первого выхода блока 27 управления на шаговый привод 4. После повторной подачи на первый вход блока 27 импульса с выхода формирователя 26 происходит, как было описано выше, фиксация касания и производится вторая сварка. Импульс конца сварки с первого выхода генератора 38 переводит D-триггер 34 в состояние логической единицы, поступающей на второй вход элемента И 47, на первом входе которого присутствует также уровень логической единицы с выхода RS-триггера 32, установленного в это состояние импульсом конца сварки генератора 38. Таким образом, на выходе элемента И 47 будет уровень логической единицы. По мере работы реверсивного счетчика 40 его выходной код сравнивается с кодом, набранным программатором 41 и поступающим на В-вход компаратора 42. В результате последний вырабатывает положительный импульс, и поскольку на втором входе элементе И-НЕ 46 присутствует уровень логической единицы, то на его выходе вырабатывается отрицательный импульс, который, поступив на S-вход RS-триггера 33, переводит его в состояние логической единицы; значит, на четвертом выходе блока 27 управления будет также уровень логической единицы. Уровень логического нуля с инверсного выхода RS-триггера 33 поступает на управляющий вход аналогового ключа 44 и закрывает его, в результате напряжение источника 45 питания на второй выход блока 27 управления не поступает.

Устройство позволяет повысить выход годных изделий за счет достоверного определения образуемых проволочных перемычек и блокировки шагового привода при возникновении обрывов для последующего устранения причин, вызвавших обрывы.

Изобретение относится к микросварке и может быть использовано для сборки полупроводниковых приборов и интегральных схем. Цель изобретения - повышение выхода годных за счет достоверного контроля наличия проволоки под инструментом после контактирования и в процессе монтажа проволочных перемычек. По команде с первого выхода блока 27 управления (БУ) привод 4 опускает сварочную головку 2 на позицию сварки. При касании сварочным инструментом 6 интегральной схемы на предметном столике 14 изменяется положение постоянного магнита 9 относительно датчика 7 Холла, сигнал которого поступает на третий вход БУ 27, фиксирующено касание. При этом выход генератора 17 высокочастотных колебаний (ГВЧ) через конденсатор 16 нагружается на емкостную нагрузку кристаллподложка - заземленная проволока и его выходной сигнал уменьшается. На выходе фильтра 21 высоких частот (ФВЧ) появляется отрицательный сигнал, что приводит к срабатыванию компаратора 22. При отсутствии проволоки под инструментом 6 сигнал ГВЧ 17 не изменяется и компаратор 22 не срабатывает. В случае обрыва проволоки в процессе монтажа перемычки на выходе ФВЧ21 появляется положительный сигнал, что приводит к срабатыванию компаратора 23. D - триггер 25 изменяет свое состояние и блокирует работу устройства. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ, содержащее станину, сварочную головку, механизм вертикальных перемещений сварочной головки с шаговым приводом, преобразователь ультразвуковых колебаний с инструментом, датчик Холла, Г-образный кронштейн, жестко закрепленный на преобразователе ультразвуковых колебаний и несущий постоянный магнит, неподвижную и подвижную губки с приводом, заземленную катушку с проволокой, предметный столик, изолированный от станины, два конденсатора, одна обкладка которых подключена к предметному столику, генератор высокочастотных колебаний, последовательно соединенный с первым конденсатором, последовательно соединенный второй конденсатор, детектор, фильтр нижних частот и усилитель, первый компаратор с отрицательным опорным напряжением на втором входе, причем выход формирователя соединен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен с выходом D-триггера, C-вход D-триггера соединен с входом формирователя и с цепью внешнего запуска, третий вход блока управления соединен с выходом датчика Холла, первый, второй и третий выходы блока управления соединены соответственно с входом шагового привода, входом привода губок и входом ультразвукового преобразователя, выход первого компаратора подключен к R-входу D-триггера, D-вход которого соединен с его инверсным выходом, отличающееся тем, что, с целью повышения выхода годных за счет достоверного контроля наличия проволоки под инструментом после контактирования и в процессе монтажа перемычек, в него введены последовательно соединенные фильтр высоких частот, второй компаратор с положительным опорным напряжением на втором входе и элемент ИЛИ, при этом выход последнего соединен с S-входом D-триггера, второй вход элемента ИЛИ соединен с четвертым выходом блока управления, выход усилителя соединен с входом фильтра высоких частот, выход которого соединен также с первым входом первого компаратора.