Способ односторонней контактной сварки сдвоенным электродом плоских проводников с тонкими металлическими пленками Советский патент 1993 года по МПК B23K11/10 

фиг. 3

Изобретение относится к микроэлею ронике и может быть использовано в смежной области измерительной технике, при производстве металлопленочных и полупроводниковых приборов при выполнении выводных соединений, в частности в конструкциях датчиков для измерения давления на агрегатах ЖРД в условиях воздействия значительных виброускорений.

Целью изобретения является повыше- ние виброустойчивости и прочности сварочного соединения за счет увеличения и оптимизации поверхности соприкосновения проводника и пленки.

Для достижения этой цели усовершен- ствуется известный способ односторонней контактной сварки сдвоенным электродом плоских проводников с тонкими металлическими пленками, заключающийся в том, что устанавливают электрод так, чтобы про- дольная ось проекции зазора электрода совпадала с продольной осью плоского проводника, нагревают проводник электрическим током надавливают его электродом и пленкой.

Отличительными признаками предлагаемого способа односторонней контактной сварки сдвоенным электродом плоских проводников с тонкими металлическими пленками является то, что перед сваркой выполняют поверхность пленки со стороны проводника в виде поверхности с полностью регулярным микрорельефом, причем элементы поверхности выпуклы.

Отличительными признаками предлага- емого способа является также то, что выполняют элементы поверхности в виде идентичных шестиугольных, а их параметры определяют по соотношению:

R-(0,1-0.9)Hn. Ј 30°,У 90°,.

где R - высота элемента;

Ип - толщина пленки;

/ , у- углы, отсчитанные от линий, проходящих через середины противоположных сторон элементов до линии абсцисс, прове денной параллельно продольной оси проводника; причем продольную ось проводника располагают параллельно двум противолежащим сторонам элемента поверхности мембраны.

На фиг.1-3 приведена иллюстрация предлагаемого способа сварки. Пленка 1 выполнена из никеля методом тонкопленочной технологии, например магнетронным распылением в вакууме. Плоский првводник 2 выполнен из золота Зл.999,9. Диэлектрик

3 также выполнен магнетронным распылением в вакууме из АЬОз. Перед сваркой выполняют поверхность пленки 1 со стороны проводника 2 в виде поверхности с полностью регулярным микрорельефом, например, вибронакатыванием, причем элементы поверхности выпуклы. Кроме того, параметры элементов поверхности выполняют в соответствии с заявляемым соотношением. На фиг.2 изображен в увеличенном масштабе разрез сварного соединения, а на фиг.З - вид сверху на металлическую пленку до приварки проводника. Затем электрод (не показан) устанавливают так, чтобы продольная ось проекции зазора электрода совпадала с продольной осью плоского проводника. Нагревают проводник электрическим током и сдавливают его между электродом и пленкой. Так как температура плавления никеля больше температуры плавления золота, то золото заполняет все микронеровности на никелевой пленке.

Выполнение поверхности пленки со стороны проводника в виде поверхности с полностью регулируемым микрорельефом позволяет существенно увеличить площадь соприкосновения проводника и пленки. Увеличение площади соприкосновения проводника и пленки приводит к увеличению прочности и виброустойчивости сварного соединения. Так как элементы поверхности пленки выпуклы, то в проводнике отсутствуют остроконечные концентраторы напряжений, которые были бы на проводнике в случае выполнения элементов поверхности пленки вогнутыми. Отсутствие остроконечных концентраторов приводит к повышению виброустойчивости за счет отсутствия резкого увеличения напряжений в местах концентраторов. Кроме того, и это наиболее существенно, выполнение поверхности пленки в виде поверхности с полностью регулярным микрорельефом исключает появление в проводнике концентраторов напряжений, связанных со случайным, хаотическим распределением микронеровностей на поверхности пленки.

Выполнение элементов поверхности в виде шестиугольников преследует цель-повышение равномерности распределения микронеровностей пленки, т.к. при других конфигурациях микронеровностей (треу- голь ной, четырехугольной) равномерность распределения хуже. Высота элемента выбрана исходя из следующих соображений. Высота элемента поверхности не может быть меньше 0,1 Нп.т.к. в этом случае существует опасность прерывания пленки и появления островков структуры. Высота элемента поверхности не может быть больше 0,9 Нп. т.к. в этом случае уменьшается эффект увеличения поверхности соприкосновения пленки и проводника. Угол /3 выбран равным 30°, исходя из того, что в противном случае появляется неравенство противоположных ребер элемента поверхности, которое приведут к появлению дополнительнойнеравномерно,сти поверхности. Угол у выбран равным 90°, т.к. только в этом случае шестиугольник может быть правильным шестиугольником. Распределение микронеровностей по поверхности упругого элемента при выполнении элемента поверхности в виде правильного шестиугольника более равномерно по сравнению с выполнением элемента поверхности в виде неправильного шестиугольника. Продольную ось проводника располагают параллельно двум противолежащим сторонам элемента поверхности мембраны для того, чтобы микровыступы, образующиеся на проводнике в области сторон элемента, были направлены вдоль проводника. При этом, как было показано в прототипе, виброустойчивость сварного соединения повышается. Кроме того, в этом случае микровыступы, образованные в области сторон элемента, направленных под углом к продольной оси проводника, будут находится под такими же углами, равными соответственно ( , . В этом случае микровыступы как бы компенсируют друг друга. Кроме того, такое расположение углов / и у приводит к отсутствию микровыступов, направленных перпендикулярно продольной оси проводника, которые приводят к снижению виброустойчивости сварного соединения. При экспериментальной проверке заявляемого решения отмечена работоспособность выводных соединений датчиков, изготовленных по предлагаемому способу, в составе изделия при воздействии максимально достижимых виброускорений 2500д, тогда как датчики, изготовленные в соответствии с прототипом, выдерживают без обрыва выводных соединений воздействие виброускорений не более 1200-1500д.

Таким образом, технико-экономическим преимуществом предлагаемого спосо- 5 ба одноеторонней контактной сварки является повышение виброустойчивости в 1,6-2 раза сварного соединения плоских проводников и пленки, в частности в конструкциях датчиков для измерения давления

0 на агрегатах ЖРД в условиях воздействия Повышенных виброускорений. Кроме того, преимуществом заявляемого способа односторонней контактной сварки является повышенная примерно в 2 раза прочность

5 сварного соединения за счет проводника, сваренного по заявляемому способу, составляет не менее 90 г, а усилие отрыва проводника, приваренного в соответствии с прототипом, составляет 40 г.

0 Формула Изобретения

Способ односторонней контактной сварки сдвоенным электродом плоских проводников с тонкими металлическим пленками, при котором электрод устанавливают

5 так, чтобы продольная ось проекции зазора электрода совпадала с продольной осью проводника, нагревают проводник электрическим током и сдавливают его между электродом и пленкой, отличающийся тем,

0 что, с целью повышения виброустойчивости и прочности сварного соединения, перед сваркой на свариваемой поверхности пленки выполняют регулярные выпуклые микрорельефы а виде идентичных правильных

5 шестиугольников, параметры которых определяют по соотношению

R-(0.1-0,9)Hn, /2-30°, } -90°- где R - высота микрорельефа, Нп-толщина пленки, ft и у- углы, отсчитанные от линий,

0 п роход я щих через се ре ди ны проти вополож- ныхсторон элементов до линии абсцис, проведенной параллельно продольной оси проводника, причем ось проводника располагают параллельно двумя противолежэ5 щим боковым сторонам микрорельефа.

Фцг.1