Устройство для ультразвуковой сварки Советский патент 1992 года по МПК B23K20/10 

Фиг.1

Изобретение относится к микроэлектронике, а именно к ультразвуковой сварке элементов микросхем и полупроводниковых приборов.

Известно устройство для ультразвуковой свзрки. содержащее акустическую систему сварочной головки, в конце волновода которой зажат сварочный инструмент, рукоятку с эксцентриком, которая служит для опускания акустической системы вниз, электромагнит, кронштейн, на котором закреплены акустическая система и электромагнит, ультразвуковой генератор, подключенный к акустической системе и измерительный преобразователь сварочной нагрузки, выполненный в виде тензодатчиков.

Основным недостатком прототипа является низкое качество сварных соединений из-за низкой точности и надежности определения сварочной нагрузки. Последнее обуславливается большой инерционностью механических узлов, входящих в устройство и наличием кинематических пар с внешним трением, в частности качения, что приводит к появлению разности сил статического и кинематического трения, воз- никновению скачков и потере управляемости и точности передачи усилий на свариваемые детали.

Цель изобретения - повышение качества сварки за счет обеспечения точности и надежности определения сварочной нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой сварки, содержащем акустическую систему, состоящую из вибратора, волновода, одним концом связанного с вибратором, а другим - с держателем сварочного инструмента, и блока управления, и измерительный преобразователь сварочной нагрузки, связанный с блоком управления,волновод выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин из- гибных колебаний и стержня продольных колебаний, расположенного между ними, причем плоскопараллельные пластины из- гибных колебаний связаны с измерительным преобразователем сварочной нагрузки, и держатель инструмента закреплен на их концах. Плоскопараллельные пластины выполняют длиной, равной 5/2 длины волны изгибных колебаний на рабочей частоте, а стержень продольных колебаний выполняют длиной 1 /2 длины волны продольных колебаний на рабочей пластине.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - акустическая система.

Устройство для ультразвуковой сварки содержит акустическую систему 1. состоящую из вибратора 2, волновода 3, одним концом связанного с вибратором, а другим - с держателем 4 сварочного инструмента 5. блок 6 управления и измерительный преобразователь 7 сварочной нагрузки, связанный с блоком 6 управления. Волновод 3 выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин 8 изгибных колебаний и стержня 9 продольных колебаний, расположенного

0 между ними, причем плоскопараллельные пластины изгибных колебаний связаны с измерительным преобразователем 1 сварочной нагрузки и держателем 4 инструмента, закрепленного на их концах.

5Плоскопараллельные пластины 8 выполняют длиной, равной 5/2 длины волны изгибных колебаний на рабочей частоте,-а стержень 9 продольных колебаний выполняют длиной 1/2 длины волны продольных

0 колебаний на рабочей частоте.

Устройство работает следующим образом.

После подачи пускового сигнала на вход блока 6 управления последний запускает

5 шаговый привод 10 на опускание акустической системы 1 на позицию сварки. Перед касанием сварочного инструмента 5 со свариваемыми деталями блок 6 управления включает ультразвуковой генератор 11. В

0 момемт касания сварочного инструмента 5 со свариваемыми деталями плоскопараллельные пластины изгибных колебаний 8 воспринимают нагрузку на свариваемые детали, возрастающую по мере опускания ша5 гового привода 10. Учитывая, что для консольно закрепленной балки, аналогом которой являются плоскопараллельные пластины 8. нагрузка на ее конце связана линейной зависимостью с перемещением.

0 перемещение плоскопараллельных пластин 8 в процессе приложения сварочной нагрузки к свариваемым деталям служит для измерения сварочной нагрузки с помощью измерительного преобразователя 7, выпол5 ненного, например, в виде индуктивного датчика, закрепленного на кронштейне 12.либо в виде тензометрического моста (не показан), закрепленного на плоскопараллельных пластинах 8.

0В дальнейшем сигнал от измерительного преобразователя 7 поступает на блок б управления, где усиливается, фильтруется и в момент достижения нагрузкой на свариваемые детали оптимальной величины, блок 6

5 управления останавливает шаговый привод 10 на время образования сварного соединения, задаваемого с помощью блока 6 управления. После окончания процесса сварки блок 6 управления вновь запускает шаговый привод 10 на возврат акустической системы 1 в исходное состояние и менно отключает ультразвуковой генератор 11.

Акустическая система 1 (фиг 2), состоящая из вибратора 2 и волновода 3 со сварочным инструментом 5, образует совместно с узловой развязкой 13 и деталями крепления 14 единую резонансную систему, передающую в зону сварки ультразвуковые колебания.

Волновод 3 выполнен из настроенных на одну резонансную частоту двух плоскопараллельных пластин изгибных колебаний

8 длиной И Аиз . где Лчз - длина волны

изгибных колебаний и находящегося между ними стержня 9 продольных колебаний длиной 12 -Ј,. где Длр - длина волны продольных колебаний. Противоположные вибратору 2 торцы плоскопараллельных пластин 8 образуют держатель 4 сварочного инструмента 5 длиной не более четверти волны изгибных колебаний Д,3 , а торец стержня 9 продольных колебаний, противоположный вибратору 3,свободен и не воспринимает сварочной нагрузки, прилагаемой к сварочному инструменту 5 при сварке. Основная роль в волноводной системе 3 отводится плоскопараллельным пластинам 8 изгибных колебаний, как звену передачи колебательной энергии и сварочной нагрузки в зону сварки, а роль стержня 9 продольных колебаний, в силу того, что он не воспринимает сварочной нагрузки, сводится к стаби- лизации резонансной частоты при нагружении сварочного инструмента 5 на свариваемые детали и, кроме того, являются упором-фиксатором для плоскопараллельных пластин Плоскопараллельные пластины 8 изгибных колебаний и стержень

9 продольных колебаний возбуждаются

вибратором 2 продольных колебаний. Вибратор 2 жестко связан с двумя опорами узловой развязки 13. одна из них находится в узловой плоскости плоскопараллельных

пластин 8. а вторая - в узловой плоскости вибратора 2. На фиг.2 также показаны: характер смещения изгибной волны вдоль плоскопараллельных пластин 8 (эпюра А), характер смещения продольной волны

вдоль стержня 9 (эпюра Б) и колебательное смещение вдоль вибратора 2 (эпюра В).

Таким образом, данное устройство позволяет повысить качество сварки за счет обеспечения точности и надежности определения сварочной нагрузки.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковой сварки, содержащее акустическую систему, состоящую из вибратора, волновода, одним

концом связанного с вибратором, а другим - с держателем сварочного инструмента, и блока управления, и измерительный преобразователь сварочной нагрузки, связанный с блоком управления, отличающееся

тем, что. с целью повышения качества сварки за счет обеспечения точности и надежности определения сварочной нагрузки. волновод выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин иэгибных колебаний и

стержня продольных колебаний, расположенного между ними, причем плоскопараллельные пластины изгибных колебаний связаны с измерительным преобразователем сварочной нагрузХи, держатель инструмента закреплен на их концах.

2. Устройство по п.1,о тличающее- с я тем, что плоскопараллельные пластины выполняют длиной, равной 5/2 длины волны изгибных колебаний на рабочей частоте, а стержень продольных колебаний выполняют длиной 1/2 длины волны продольных колебаний на рабочей частоте.

Редактор С.ПатрушеваТехред М.Моргентал

Заказ 228Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Фиг. I

Корректор А.Осауленко