Устройство для ультразвуковой микросварки Советский патент 1980 года по МПК B23K19/04 

I

Изобретение относится к ультразвуковой обработке материалов и, в.частности может использоваться для ультразвуковой микросварки в электронной промыш левности.

Известны многостуттенчатые колебательные механические системы для ульт развуковой обработки, выполненные в виде набора четвертьволновых стержней, площадь поперечного сечения котЬрых либо неизменна, либо выражается монотонной функцией длины f ,

Недостатком известного ус ройства является наличие в излучатадей колебательной системе острорезонансной характеристики, что снижает качество ультразвуковой обрабопрки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержещбе источник питания, электроакустический преобразователь и механический трансформатор и сварочный инструмент, выполненные в виде резонаторов, связанных пере Л11чками 1 .

Недостатком известного устройства является низкий КОД системы, так Как в резонаторах возбуждаются только продольные волна одной частоты.

Цель изобретения - повышение КПД системы.

Цель достигается тем, что резонаторы выполнены в виде многогранников, связанных Между собой перемычками через диагонально-противополож{аде вершины. Резонаторы выполнены в виде октаэдров, а двугранные гль1 в их вершинах, связанных перемычками, составляют

.4 -, при длине перемычек

,

378

где Л - длина продольной волны.

На чертеже представлена структур- чая схема устройства для ультразвуковой микросварки,

Устройсово состоит нз источника 1 питания, широкополосных преобразователей 2 и 3, механического трансформйтора, включагещего в себя резонаторы-многогранники 4, например в виде октаэдра, призмь, параллелепипеда и Др., соединенные перемычками 5, акустической развязки 6, сварочного инструмента, включающегх резонаторы-многогранники 7, связанные перемычками 8 и контактирующегосо свариваемыми деталями 9. Устройство работает следугацим образом. Высокочастотные элбктр11ческие коле бания с источника 1 питания подаются на электроакустические преобразователи 2 и 3, с помощью которых преобразуются в упрупие механические колебания. Эти колебания возбуждают продольные механические колебания в трансформаторе и сварочном инструменте. Электроакустические преобразователи 2 и 3 за счет специальной конструкции имеют широкую полосу частот, в пределах KOTopofiefiaB HOMejfJHbCTb амплитудно-частотной характеристики механических колебаний не превышает величину 3-5 дБ. В резонагорах-многогракнйках 4 возбуждаются колебания различных частот, каждая из которых соответствует условий возбуж- . дения сгрячей волны на каждой паре про тивоположных параллельных граней резонатора-многогранника. Например, в параллелепипеде имеются три пары параллельных . противоположных граней, расстояния между близкие по величине и составляют арифметическую прогрессию, т.е. расстояния между ршда НЫмит айямиЁтораста на постоянную величину. Получаются три резонансных частоты, сдвинутые по оси частот на одну и ту же валичину. Это позволяет получать близкую к равномерной амплитудно-частотную характеристику Механических колебаний. nepeisaai4ra: 5 не имеют в полосе прОпускйнйя резонансной частоты. При соединении между собой резонаторов-многогранников с помсиью перемычек за счет различных волновых сопротивлений резонаторов и перемычек, полоса частот трансформатора будет расширена. Ширина полосы про пускания трансфо -матора тем боййшё, че больше различие в волновых сопротивлениях перемычек и рёЗОнатОрОВ. Сварочный инструмент может иметь конструкцию, аналогичную конструкции ансффматора, и, поэтому, у него расширенная полоса пpoпycIta пш частот. По сравнению с обычными монОчабтёЧНЫМй 464 трансформаторами (кошгческими, экспоненциальными и т.д.) у данного трансфоратора и у сварочного инструмента расиренная полоса пропускания. Это расширение обусловлено тем, что в системе механических контуров резонаторы-многогранники одинаковой частоты соединены перемьдчками и, кроме того, число резонансных частот в резонаторе-многограннике ув еличивается. Таким образом, одновременное дейст вие этих факторов позволяет значительно расширить полосу пропускания акустической колебательной системы для микросварки интегральных схем, увеличить КПД системы. Для улучше{гая условий возбуждения механических колебаний различных частот и получения равномерной амплитудно-частотной характеристики перемычки соединяются через дИагЪнально противоположные вершины. При такой конструкции угол падения фронта волны одинаков для возбуждения различных граней, сходящихся у вершин, связанной перемычками. Для улучшения согласования элементов трансформатора перемычки выполнены длиной -Л .. Для повьш1ения коэффициента передачи механических колебаний от перемычек к резонаторам двухгранные углы в вершине, связанной с перемычкой, целесообразно иметь величину . - ot $ 2 .. о2 Использование устройства позвсшяет повыс ить качество ультразвуковой обработки, в частности мнкросварки, за счет того, что механическая колебательная система больше не является моночастотной, а значит не подвержена выходу из резонансной частоты при изменении режимов эксплуатации статического давления на сварочный инструмент, величины подводимой электрической мошностн, продолжительности сварки, температуры и т.д. Эссплуатация предлагаемого устройства показывает, что шириНа полосы пропускания увеличивается в 9 раз по сравнению с оцнороаньГм моночастотным во нсязодой. Предлагаемая акустическая колебательная система при микросварке алюминиевой проволоки ЗО-Ю м к алюминиевым контактным плодадкам толщиной 1,5 - 1,810 м на кремнии позволяет повысить прочность соединений на 18%, а воспроизвспвмость механической проч.

ноет и составляет 98-99%, Это улучшает электрические и механические свойства интегральных схем. Проведенные исследования механической прочности соединений электрических и механических свойств интегральных схем серий 500 показывают, что при использовании предлагаемого устройства для ультразвуковой микросваркц процент выхода годных приборов повышается на 2,47%,

Формулаизобрете ни я

1, Устройство для ультразвуковой

микросварки, содержащее источник питания, электроакустический преобразователь и механический трансформатор и сварочный инструмент, выполненные в виде резонаторов, связанных перемычками, о т личающееся тем, что, с целью повышения КПД системы, резонатс ы выполнегш в виде многогранников, связанных между собой перемычками через диагонально противоположные вершины.

2, Устройство по п, 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, резонаторы выполнены в виде октаэдров, а двугранные в их вершинах, связанных перемычками, составляют S (. 35

при длине 62

; перемычек

Л о ., Л ,

где - длина продольной волны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Теумнн И, И. Ультразвуко&ые колебательнь е системы. М., 1959, с, 30-308,

2,Автбрйкое свидетельство СССР по заявке №2459524/27,

кл. В 23 К 19/04, 4,03.77 (прототип