Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 98 из 102)

где A — амплитуда колебаний ( 2—5 мкм); F — частота колебаний; t —

время микросварки. Увеличение времени сварки повышает прочность сварного соединения за счет роста суммарной площади очагов схватывания до определенного предела, увеличение времени более 3—5с приводит к усталостному разрушению соединения;

2) акустической мощностью Р_ак, вводимой в сварочную зону, которая связана с электрической мощностью Р, подводимой к преобразователю, соотношением

P

P₀ ,

где

— механический КПД преобразователя (0,5—0,7 для магнитострикционных, 0,8—0,9 для пьезоэлектрических); Р₀ — мощность потерь на подмагничивание;

3) контактным усилием сжатия F, которое зависит от толщины свариваемых элементов и подводимой мощности. При недостаточном усилии сжатия не достигается необходимое сцепление между инструментом и деталью, так как происходит проскальзывание инструмента по детали. Увеличение усилия сжатия приводит к чрезмерной деформации сварной точки и снижению прочности соединения. Оптимальная степень обжатия вывода выбирается в соответствии с коэффициентом деформации 0,5—0,6:

Kд

,

d_пр

где d_пр — диаметр проводника; Н_д — высота деформированной зоны;

4) формой рабочей части инструмента, которая выбирается из соображения, что длина деформируемого при сварке проводника должна быть равной 2—3 диаметрам проводника. Повышению прочности способствует небольшой паз в центре рабочей части вдоль свариваемой проволоки.

Функциональные особенности конструктивных элементов инструмента при УЗ-микросварке заключаются в следующем (рис. 6.23.):

диаметр направляющего отверстия выбирается из условия устранения возможности забивки его материалом привариваемой проволоки:

d₀1,5 d_пр;

угол наклона направляющего отверстия определяется условиями перемещения инструмента на вторую сварку, зависит от высоты и длины проволочной перемычки:

arctg (h/ ),

где h — высота проволочной петли; — перемещение стола. Оптимальная

величина угла составляет 30; длина рабочей части инструмента L определяет длину деформируемой при сварке проволоки и выбирается из соотношения L2 d_пр; оптимальное значение L составляет 0,1 мм для проволоки диаметром 27 мкм и 0,2 мм для проволоки диаметром 60 мкм; глубина продольного паза b зависит от коэффициента деформации k_д = 0,6: b = (0,01 — 0,05) мм;

удаление выхода отверстия от задней кромки рабочей площади инструмента

должно обеспечивать симметрию петли проволочной перемычки: l_уд = 8 d_пр; угол наклона задней кромки рабочей площадки должен обеспечивать

подрезку проволоки после второй сварки без остаточных напряжений в ней.

Оптимальная величина угла составляет 60.

Рис. 6.23. Рабочая часть инструмента для УЗ-микросварки

Для присоединения внахлест проволоки из алюминиевых сплавов УЗмикросваркой используют капилляры из твердых сплавов типа ВК-20 с упрочненной рабочей поверхностью типа КУТ32 - 27 - 95 - 15, где КУТ — капилляр для УЗ- и термозвуковой сварки, 27 — диаметр проволоки, 95 — размер L, 15 — размер R.

Анализ факторов, влияющих на качество и надежность микросварных соединений, показывает, что все технологические параметры УЗ-микросварки оказываются настолько тесно связанными, что неудачный выбор одного из них изменяет ранее установленные значения других. Поэтому для обеспечения высокого качества и воспроизводимости ультразвуковой сварки важны: обеспечение заданной микрогеометрии поверхности контактных площадок; оптимизация технологических параметров УЗ-микросварки методом математического моделирования; разработка новых способов микросварки с активацией процесса физико-химического взаимодействия контактирующих металлов.

УЗ-микросварка позволяет соединять без значительного нагрева самые разнообразные металлы (алюминий, медь, никель, золото, серебро), а также металлы с полупроводниковыми материалами. Выполнение проволочного соединения контактной площадки на кристалле с траверсой корпуса требует наряду со сварочными операциями действий по совмещению инструмента с местом сварки на кристалле и корпусе схемы.

В 80-х гг. создана полностью автоматизированная установка УЗ-микросварки ЭМ-4020, имеющая управляющую микроЭВМ "Электроника-60",что резко увеличило производительность до 12500 сварок в час. Новое поколение установок, к которому относится ЭМ-4060, построено с применением линейных шаговых двигателей и системы технического зрения, что обеспечивает наивысшую производительность от 18 до 30 тыс. сварок в час (табл. 6.8).

Табл. 6.8- Характеристика установок УЗ-микросварки

Параметры ЭМ-4020б

Производительност ь, сварок/ч	14 000	16 000	18 000
Диаметр проволоки, мкм	27—60	25—40	20—60
Размеры рабочего поля стола, мм	25 25	30 30	101 51
Точность позиционирования, мкм	25	20	3,2
Усилие сжатия, Н	0,2—1,2	0,2—1,2	0,2—0,25
Тип сварочного соединения	Внахлестку	Встык-внахлестку	Термозвук, золотым шариком

В новых моделях автоматов (ЭМ-4060П и ЭМ-4020П) для присоединения выводов ИМС используется единая стойка управления, состоящая из однотипных блоков управления, распознавания и питания ультразвуковых генераторов (УЗГ), а также прецизионные загрузочно-разгрузочные устройства (ЗРУ) и оптикотелевизионные системы.

Система технического зрения (СТЗ) позволяет распознавать и определять положение кристаллов и траверс. Положение корпуса определяется по одной траверсе при совмещении только по линейным координатам и по двум траверсам при совмещении по линейным координатам и углу. СТЗ может определять положение каждой траверсы индивидуально.

Усовершенствованная УЗ-система автоматов характеризуется следующими особенностями. Предусмотрена непрерывная автоматическая подстройка частоты (АПЧ) в полосе не менее 5 кГц с погрешностью отслеживания частоты резонанса ультразвукового преобразователя (УЗП) не более 20 Гц и времени захвата не более 20 мс. Встроенная модернизированная система контроля функционирования и компенсации ошибок АПЧ позволяет вдвое (по сравнению с ЭМ-4020б) уменьшить максимальную длительность компенсации ошибок АПЧ (время модуляции), увеличить устойчивость АПЧ и обеспечить заблаговременную сигнализацию об отказе системы.

В УЗ-системе имеется датчик, сигнализирующий о создании требуемого акустического контакта между инструментом и соединяемыми деталями и позволяющий не только определять позицию сварки по координате Z, но и увеличивать воспроизводимость качества соединений. Подача УЗ-колебаний на инструмент (дежурного сигнала) в промежутках между сварками снижает трение между инструментом и проволокой при формировании петли, облегчает отделение инструмента от сформированного соединения. Встроенное устройство контроля сварочных систем, программно и аппаратно поддержанное управляющей системой установки, позволяет осуществлять функциональное диагностирование УЗ-системы и непрерывное наблюдение за ходом процесса формирования каждого сварного соединения и на этой основе осуществлять 100%-й контроль качества при сборке ИМС любого типа в любом корпусе.