Способ ультразвуковой сварки — SU 554117 (original) (raw)
и 1 554 И 7 Союз Советских Социалистических Республик(51) М, Кл 2 В 23 К 19/04 23 Государственнын комитет Совета Министров СССР па аелам изобретений оритет оЗ) УДК 621,791,1(088.8) бликовано 15.04.77. Бюллетень Ме 1 а опубликования описания 27.04.77 крытн Й СВАРКИ 4) СПОСОБ УЛЬТРАЗВ нения ампли оцессе свар а; нафиг,2 -плавном изгенератораится к области ультразву. оводниковых приборов и Изобретение относковой сварки полупринтегральных схем.Известен способ ультразвуковой сварки, по которому в течение всего времени образования соединения поддерживается постоянная амплитуда колебаний. Недостатком способа является то, что при приварке вывода к металлической пленке, напыленной на полупроводник, в первоначальный момент времени при постоянной амплитуде колебаний инструмента в месте контакта свариваемых деталей выделяется значительное количество энергии, что ведет к срыву металлизации и механическим повреждениям поверхности кристалла.Известен также способ ультразвуковой сварки, по которому в процессе сварки производят изменение амплитуды колебаний инструмента от О до макс и снова до О. Однако этот способ не дает возможности приваривать тонкие выводы из мягких материалов (чистый алюминий, золото и т. и,), так как происходит разрыв проволоки вследствие деформаций, При сварке тонких выводов возникает необходимость в разработке и создании специальных сплавов с определенными механическими свойствами (например, введение в алюминий добавок кремния для повышения предела прочности материала). Кроме того, отмечается очень быстрое протекание топохимической реакции при образовании сварного соединения.Высокая скорость протекания топохимической реакции, обусловленная интенсивным вы делением энергии в зоне сварки при одноразовом прохождении через механический резонанс акустической головки в течение сварочного импульса, приводит к тому, что ее стадии (образование физического контакта, актива ция контактных поверхностей, объемное развитие взаимодействия) сливаются н соединение образуется за малый промежуток времени, Так как детали, поступающие на операцшо сварки, не могут быть абсолютно тождествен ными как по качеству подготовки поверхности,так и по ряду физико-механических свойств, то соединение может образовываться раньше или позже выбранного времени наложения ультразвуковых колебаний, Это приводит к невоспро изводимости процесса и ухудшению качествасварного соединения. Цель изобретения - повышение качества сварных соединений, Это достигается тем, что изменение амплитуды за время сварки производят мнотократно. 25 На фиг. 1 показан график изме туды колебаний инструмента в пр ки и изменение частоты генератор график изменения амплитуды при 30 менении нижнего предела частот40 45 ОТ армии, ДО 1 мин, , На фИГ. 3 - КРИВЫЮ ЗавИСИ- мости скорости деформации вывода и прочности сварных соединений на отрыв от времени.Многократное изменение амплитудыза ВРЕМЯ СВаРКИ От 5 макс ПОЗВОЛЯЮТ ПЛаВНО регулировать среднюю мощность, выделяемую в зоне сварки, за один период модулирующего напряжения. При этом пиковая мощность остается неизменной, заранее установленной. Это позволяет при больших пиковых акустических мощностях получать малую среднюю мощность, вводимую в зону контакта за время сварки. Из графика изменения амплитуды видно, что за один период модулирующего напряжения амплитудадВажды изменяется от О до Ьакс Это до стигается за счет изменения девиации часто- тЫ ГЕНЕРатОРа От 1 макс. ДО 1 мин, (фИГ. 1) ОТНО. сительно частоты механического резонанса (1 м,р.) сварочной системы. С плавным изменением нижнего предела частоты генератора от 1 мин, ДО 1 мин ДЛИтЕЛЬНОСтЬ КажДОГО ИЗМЕНЕНИЯ амплитуды от О до макс. увеличивается и пРи частоте мин, Они слиВаютсЯ (фиг. 2). В этом случае средняя мощность, выделяемая в зоне сварки, достигает своего максимального значения. П р и м е р. Производят сварку алюминиевого ленточного вывода из материала марки Асечением 250 К 18 мкм с пленкой из алюминия. Пленку наносят на монокристаллический кремний резистивным испарением алюминия в вакууме 10 -мм рт. ст. Перед сваркой производят диффузионный отжит вывода в атмосфере водорода при 350 С в течение 30 мйн, Выводы к контактным площадкам присоединяют при оптимально подобранных значениях усилия нагружения (У=0,65,н) и амплитуды колебаний инструмента (=2 мкм). В процессе сварки измеряют изменение ширины ленточного вывода в зоне сварки через определенные промежутки времени и затем рассчитывают скорость деформации, Одновременно с измерением деформации ленточного вывода в зоне сварки контролируют и прочность сварных соединений (Я). График зависимости скорости деформаций (Р 1) вывода (кривая 1) 5 10 15 20 25 30 35 и прочностй сварных соединений на отрыв (кривая 2) от времени 11 оказывает, что стадии образования соединений не сливаются, а происходят последовательно. В первоначальный момент за время (1 0 - 0,12 сек) деформация вывода возрастает, так как под действием усилия натружения и ультразвуковых колебаний происходит зацепление инструмента с Выводом. Далее (1 0,12 - 0,3 сек) происходит притирка поверхностей вывода и контактной площадки и появляются отдельные схватывания, При 1 0,3 - 0,7 сек деформация вывода возрастает, резко повышается прочность соединения за счет интенсивного слияния очагов схватывания.Поэтому время, за которое происходит только образование прочного сварного соединения составляет 1 с, 0,4 сек от всего времени сварки сбщ (сбщ=0,7 сек) в данном конкретном случае (фиг. 3), в то время как при других способах сварки на весь процесс уходит всего 0,32 сек.В результате расширения диапазона времени получения высокопрочных соединений процесс сварки становится менее критичным к неоднородности физических свойств материала как самого вывода, так и соединяемых поверхностей, повышается его воспроизводимость, При таком способе становится возможным проследить весь процесс образования соединения и выбрать оптимальный режим для сварки тонких выводов, в том числе из мяткого материала, остановив процесс в заданное время.Данный способ сварки повышает выход годных сварных деталей на операции присоединения выводов при сборке полупроводниковых приборов и интегральных схем. Формула изобретения Способ ультразвуковой сварки, при котором в процессе сварки производят изменение амплитуды колебаний инструмента от 0 до гпах и снова до 0, отличающийся тем, что, с целью повышения качества соединения, изменение амплитуды за время сварки произ водят многократно.аказ 776/14ЦН ПодписноССР ИПИ потрафил, пр. Сапунова,Изд.346 Государственного ком по делам изобре 13035, Москва, Ж