Меню Рубрики

Установки для термокомпрессионной сварки

Термокомпрессионная сварка

Процесс сваривания деталей из пластичных материалов, проводимый с нагревом под невысоким давлением – это термокомпрессионная сварка. К числу достоинств этого способа соединения можно отнести малую чувствительность к изменению рабочих параметров, стабильность всего процесса сварки и простоту контроля процесса. Недостатками метода являются необходимость тщательной подготовки обрабатываемых деталей и небольшое число материалов, поддающихся термокомпрессионному свариванию.

Сварка термокомпрессионного типа широко применяется для:

  • соединения выводов и полупроводниковых кристаллов;
  • обеспечения контакта проводов и микропроводов;
  • работы с жилами плоских кабелей и для некоторых иных работ.

Течение процесса и основные рабочие параметры

При воздействии на обрабатываемую поверхность давления и температуры пластичный материал одной детали оседает и начинает течь по второй детали. В результате этого происходит нагрев места контакта, его очистка от оксидной пленки и других посторонних образований, максимально тесное сближение поверхностей и получение плотного сварного шва.

Соединение деталей при термокомпрессионной сварке проводится классическим швом, а также швом с образованием своеобразного ребра жесткости и по методу «рыбий глаз». Первый вариант обеспечивает менее прочную сварку и характерен при использовании инструмента плоского («капиллярного») типа. Второй и третий методы гарантируют более прочное сваривание и выполняются оборудованием с клиновидным рабочим наконечником. Кроме того, детали можно соединять «встык» или «внахлестку».

После того, как сварка прекращена и инструмент уже не касается обрабатываемых поверхностей, процесс их соединения не прекращается – шов на свариваемом металле еще более упрочняется.

Основными рабочими параметрами термокомпрессионной сварки являются:

  • температура нагрева (измеряется температура самого места соединения или рабочего инструмента);
  • усилие сжатия, возникающее между свариваемыми деталями (давление);
  • время выдержки подвергаемых сварке деталей под давлением.

Температура нагрева должна быть ниже температурного значения эвтектики свариваемого металла и обычно колеблется в диапазоне 250 …450°С. Выбор рабочего усилия определяется допустимыми значениями деформации используемого проводника, либо максимально допустимым воздействием на материал деталей – обычно 50-80% от максимума. А длительность сжатия устанавливается экспериментальным путем в зависимости от прочности исходного металла и требуемого соединения.

Выбор рабочего инструмента

Термокомпрессионная сварка выполняется особым инструментом, выбор которого очень важен. Части оборудования, контактирующие с обрабатываемыми деталями, должны обладать низкой теплопроводностью, но при этом быть высокопрочными и не реагировать на периодические колебания температуры. Они также должны быть очень стойкими к окислению и износу и не быть склонными к схватыванию частиц из материала, сварка которого осуществляется.

Перечисленным требованиям в наиболее полной мере удовлетворяет инструмент из керамики (алюмокерамический, из оксида бериллия), а также изготовленный из твердых сплавов (карбиды титана и вольфрама).

Термокомпрессионные сварочные аппараты

Автоматизированная установка для термокомпрессионной сварки УМС-1ТК предназначенная для присоединения золотых проволочных выводов диаметром от 20 до 50 мкм к контактным площадкам полупроводникового кристалла методом термокомпрессии.
Используется для изготовления интегральных микросхем «исполнения 1», т.е. изделия типа «волосатик», пин-диодов и чип-конденсаторов.
Технологические особенности:
1. Управление установкой происходит с помощью пульта с выводом информации на жидкокристаллический дисплей.
2. Программирование длины выводов от 6 до 16 мм.
3. Автоматическая обрезка выводов на необходимой длине от кристалла.
4. Возможность образования сварных соединений на контактных площадках кристалла с минимальным размером 30×30 мкм.
5. Автоматическое определение уровня сварки, что уменьшает механическое ударное воздействие на кристалл.
6. На установке может быть использован сварочный инструмент (капилляр) из твердого сплава ВК8 с боковой подачей проволоки.

Универсальная механизированная установка термокомпрессионной и микроконтактной сварки УМС-3КТП. Применение: проволочный, ленточный монтаж микроскобок и сварки внахлест; для точечного присоединения золотых выводов. УМС-3КТП предназначена: для проволочного и ленточного монтажа микросборок и сварки внахлест в глубокие «колодцы», СВЧ приборов, ПИН диодов методом микроконтактной (резистивной) микросварки расщепленным электродом типа ЭК-1, на золоченую подложку и в облуженную поверхность; для точечного присоединения золотых проволочных выводов диаметром от 15 до 50 мкм к контактным площадкам полупроводникового кристалла методом термокомпрессионной микросварки (для проволочного монтажа гибридных интегральных микросхем).

  • Установка УМС-2ТКУ. Механизированная установка термозвуковой и термокомпрессионной сварки золотой (выводы диаметром от 15 до 50 мкм) и алюминиевой проволоки внахлест. Предназначенная для точечного присоединения золотых проволочных выводов диаметром от 15 до 50 мкм к контактным площадкам без корпусных диодов методом термокомпрессионной и термозвуковой микросварки (для проволочного монтажа гибридных интегральных микросхем).
  • источник

    Термокомпрессионная сварка или ее основные понятия

    Термокомпрессионный метод соединения металла – это разновидность холодной сварки давлением с подогревом или инструмента, или изделия. Хотя подогрев бывает комбинированный, подогревается и изделие и инструмент одновременно. Заданная температура постоянна в течение времени выполнения работы, и она ниже температуры образования эвтектики соединяемых материалов. Давление на детали невысокое, но достаточное для процесса диффузии металлов. Термокомпрессионный способ включает три способа нагрева:

    • 1. Специальным подогревателем;
    • 2. Подогрев сварочным инструментом;
    • 3. Проволокой, через которую проходит импульс тока в месте контакта;

    Свариваемый проводник деформируется только после разогрева.

    Термокомпрессионная сварка температуры и материалы

    Термокомпрессионная сварка соединяет материалы, обладающие высокой электропроводностью как плоских, так и круглых проводников с тонкими электропроводными пленками, которые напылили на диэлектрические подложки. На конце инструмента имеется головка соответствующей формы, выполненная из твердых металлов: вольфрама, карбида, стали и сапфира. Выполненное соединение достаточно прочное, качественное и обладает хорошей электропроводностью. Этому также способствует чистота проволоки и подложки. Принцип сварки несложный:

    • — пуансон, имеющий твердый наконечник, нагревается источником тепла до 300 градусов, столик нагревают до 450 градусов, если необходимо;
    • — поступательным движением прижимает проволоку к поверхности полупроводника;
    • — при давлении, для облегчения деформации сдвига, создаются поперечные ультразвуковые колебания;
    • — время сдавливания до 2 секунд.
    Читайте также:  Установка коробки для счетчик

    Термокомпрессионная сварка имеет широкое применение в электронике, микроэлектронике. В этой области такой вид сварки позволяет сохранить все свойства проводников, не нарушая их проводимость тока. Термокомпрессией соединяют золото и германий, золото и кремний, алюминий и серебро. Недостатком такой сварки является:

    • — относительная прочность свариваемой проволоки;
    • — трудность автоматизации процесса;
    • — тщательность проверки самого процесса сварки.
    • — возможность сваривания мягких материалов;
    • — стойкость сварочного инструмента;
    • — легко контролировать процесс;
    • — нет необходимости в припоях и флюсов.

    Установка термокомпрессионной сварки

    Установка термокомпрессионной сварки позволяет производить качественную технологию процесса с разной толщиной проволоки и подложки. Некоторые марки таких установок: «Контакт-1А», «ЭМ-422», «ЭМ422А», «ЭМ-439А». В этих моделях температура нагрева рабочего столика составляет от 100 0С до 500 0С. Установка УМС-1ТК предназначена для соединения тонких проводов внахлест диаметром до 50мкм, высокое качество соединения, не допускает пережег. Установка термокомпрессионной сварки «AVIO», «AVIO PHU-35TW» предназначена для пайки и монтажа печатных шлейфов, температура нагрева 600 0С, имеет набор головок с разными значениями.

    Термокомпрессионная пайка

    Термокомпрессионная пайка осуществляется на том же оборудовании, что и термокомпрессионная сварка. Отличие состоит в дозировке подачи мощности энергии на жало инструмента. Для пайки она меньше и необходим припой. Термокомпрессионная пайка подразумевает нагрев флюсованных деталей, покрытых припоем, до температуры оплавления припоя и его растекания. Нагревается только область паяного соединения. Технология пайки такая же что и при сварке, и хорошо подходит для термочувствительных компонентов и светочувствительных. Термокомпрессионная пайка производится на гибких печатных платах, которые используют в разнообразных электронных изделиях автомобильной техники, сотовых телефонов, цифровых камер, калькуляторов и др.

    post_views_count: 1212

  • vote-total: 1
  • vote-rating: 5
  • —>

    Оставьте свой комментарий Отменить ответ

    Стыковая сварка является разновидностью контактной сварки методом нагрева и давления…

    источник

    Оборудование для термокомпрессионной сварки

    Установки ЭМ-439, ЭМ-422, ЭМ-439А предназначены для присоединения встык и внахлест проволочных электродных выводов к контактным площадкам полупроводниковых микросхем.

    Технологический процесс присоединения выводов на этой установке состоит из следующих операций:

    · поиска контактной площадки;

    · совмещения ее с одним концом электродного вывода, на котором образован шарик, и сварочным инструментом;

    · автоматической приварки конца вывода с шариком встык к контактной площадке;

    · поиска вывода корпуса и совмещения второго конца электродного вывода;

    · приварки электродного вывода к выводу корпуса внахлест;

    · обрыва электродного вывода.

    Варианты нагрева деталей контактным способом

    Благодаря подводу теплоты детали находятся в нагретом состоянии, что обеспечивает получение качественного соединения при меньшей деформации элемента, чем при холодной сварке.

    Нагрев деталей осуществляется контактным способом по одному из трех возможных вариантов:

    · нагрев столика до 450 °С (рис. 3.а);

    · нагрев инструмента до 300 °С (рис. 3.б);

    · одновременный нагрев столика и инструмента (рис. 3.в).

    а) б) в)

    1 – инструмент; 2 — электродная проволока; 3 – столик; 4 — контактная площадка

    на кристалле из золота, алюминия d£ 1 мкм, нанесенная на поверхность кристалла.

    Рис. 3. Схемы вариантов нагрева деталей.

    Время, необходимое для образования соединения, составляет 0,7¸1,0 с. Для изготовления инструмента используют капилляры из стекла, а также стержни карбидов вольфрама и быстрорежущей стали.

    Техника выполнения соединений при термокомпрессионной сварке.

    Качество соединений зависит:

    1. От состояния поверхности (подготовки) свариваемых кромок (обезжиривание растворителями с малой токсичностью, негорючестью, низкой стоимостью. Обычно в качестве растворителей используют трихлорэтилен, толуол, ксилол и др. Очистку подложек и деталей корпусов полупроводниковых приборов и микросхем производят в кипящем изопропиловом спирте (2 раза по 5 минут), в деионизированной воде с наложением ультразвуковых колебаний (2 раза по 5 минут), в этиловом спирте (3 минуты). Сушат их в азоте при 120¸150 °С в течение 30 минут);

    2. От состояния свариваемого инструмента;

    3. От тщательного совмещения свариваемого инструмента;

    4. От параметров режима сварки.

    Тщательность совмещения свариваемых элементов особенно важна при выполнении элементов микросхем, т.е. при приварке проводников к контактным площадкам микросхем.

    Последовательность переходов при выполнении микросоединений термокомпрессионной сваркой с использованием инструмента с центральным капилляром следующая (рис. 4.):

    1 – проволока; 2 – инструмент-капилляр; 3 – кристалл; 4 – контактная площадка микросхемы; 5 – контактная площадка корпуса; 6 – основание корпуса; 7 – горелка.

    Рис. 4. Схема выполнения микросоединени

    Дата добавления: 2016-03-27 ; просмотров: 1021 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

    источник

    Универсальный механизированный аппарат термокомпрессионной УМС-3КТП в Саранске

    Универсальный механизированный аппарат термокомпрессионной и микроконтактной сварки УМС-3КТП. Применение: проволочный, ленточный монтаж микроскобок и сварки внахлест; для точечного присоединения золотых выводов.

    Читайте также:  Установка archlinux 2017 в virtualbox

    Поставки установок микросварки и других изделий микроэлектроники осуществляются по всей России . Доставка осуществляется посредством транспортной компании, для постоянных клиентов возможны индивидуальные условия. Центральный офис компании располагается в Нижнем Новгороде. Также нижегородцев и гостей города приглашаем посетить нашу выставку технологического сборочного оборудования для изделий микроэлектроники.

    Поставки установок микросварки и других изделий микроэлектроники осуществляются по всей России. Доставка осуществляется посредством транспортной компании, для постоянных клиентов возможны индивидуальные условия. Центральный офис компании располагается в городе Нижний Новгород. Также нижегородцев и гостей города приглашаем посетить нашу выставку технологического сборочного оборудования для изделий микроэлектроники.

    Технологические возможности

    Универсальная механизированная установка термокомпрессионной и микроконтактной сварки УМС-3КТП предназначена:

    • для проволочного и ленточного монтажа микросборок и сварки внахлест в глубокие «колодцы», СВЧ приборов, ПИН диодов методом микроконтактной (резистивной) микросварки расщепленным электродом типа ЭК-1, на золоченую подложку и в облуженную поверхность;
    • для точечного присоединения золотых проволочных выводов диаметром от 15 до 50 мкм к контактным площадкам полупроводникового кристалла методом термокомпрессионной микросварки (для проволочного монтажа гибридных интегральных микросхем).

    Установка оснащена двумя технологическими головками: технологической головкой для микроконтактной сварки.

    Технические характеристики

    Усилие сжатия соединяемых элементов для технологической головки

    при термокомпрессионной сварки, Н

    0.2 – 1.5 Время сварки (для микроконтактной), мс (0,1-1000) Время сварки (для термокомпрессионной), мс 1-1000 Выходной максимальный ток (для микроконтактной), А 400 Выходное максимальное напряжение (для микроконтактной), В 6

    Усилие сжатия соединяемых элементов для технологической головки

    при микроконтактной сварки, Н

    Ход манипулятора (прецизионное перемещение) по осям Х,Y

    для технологической головки микроконтактной сварки, мм

    Ход манипулятора (прецизионное перемещение) по осям Х,Y

    для технологической головки термокомпрессионной сварки, мм

    источник

    Термокомпрессионная ультразвуковая и термозвуковая сварки (стр. 1 из 2)

    БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

    ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

    «Термокомпрессионная, ультразвуковая и термозвуковая сварки»

    Термокомпрессия — это процесс соединения двух материалов, находящихся в твердом состоянии, при воздействии на них теплоты и давления. Температура нагрева соединяемых термокомпрессией материалов не должна превышать температуру образования их эвтектики, и один из материалов должен быть пластинным.

    Получение прочного соединения термокомпрессиоиной сваркой можно объяснись следующим образом. Как известно, идеальных поверхностей не существует. В микроскоп при сильном увеличении можно увидеть, что на поверхностях контактной площадки полупроводникового кристалла и электродной проволоки (вывода) имеется множество микровыступов и микровпадин. Если приложить давление к электродному выводу, изготовленному из пластичного материала, и нагревать, например, полупроводниковый кристалл, произойдет пластическая деформация микровыступов электродного вывода, а также час-, тачная деформация микровыступов полупроводника и взаимное затекание соединяемых материалов в микровпадины, т.е. термокомпресоионная сварка.

    При термокомпрессионной сварке образуется хорошая адгезия между полупроводниковым кристаллом и электродным (Выводом и создается надежный электрический контакт. Следует отметить, что чем пластичнее материал электродных выводов/, тем большим коэффициентом адгезии он обладает. Так, золото и алюминий по сравнению с другими материалами, используемыми для электродных выводов (медь, серебро), имеют наибольший коэффициент адгезии, соответственно равный 1,84 и 1,80.

    В производстве полупроводниковых приборов и ИМС термокомпрессией соединяют следующие пары материалов: золото — кремний, золото — германий, золото — алюминий, золото — золото, алюминий — алюминий, золото — серебро и алюминий — серебро.

    Присоединение электродных выводов термокомпрессией может быть выполнено в виде одной или нескольких плоских точек, шарика, а также встык (шариком) и внахлест. Рассматривая присоединение электродных выводов термокомирессией, обычно имеют в виду, что сварка выполняется, как правило, в двух местах: один конец вывода приваривают к контактной площадке кристалла (первая сварка), а второй — к выводу корпуса (вторая сварка). В зависимости от принятого технологического процесса присоединения выводов (в это понятие входит также оборудование, конструкция инструмента) термокомпрессию разделяют на шариковую, клином и сшиванием.

    Шариковая термокомпрессия (Рисунок 1, а) каких-либо особых пояснений не требует. Следует только отметить, что шарик 5 на конце проволочного вывода может быть получен оплавлением электродной проволоки 1 в пламени водородной горелки 4 или прикосновением к электрическому разряднику.

    При оплавлении в водородном пламени получают два шарика или один. При получении двух шариков один остается свободным на конце уже присоединенного вывода, а другой находится в капилляре 3 (инструменте) и предназначен для приварки очередного электродного вывода к кристаллу 7 и контактной площадке 8. Один шарик в водородном пламени получают в том случае, когда горелку используют только для оплавления конца проволоки в шарик, выходящий из капилляра, а не для отделения присоединенного электродного вывода от проволоки при второй сварке.

    С помощью разрядника и на конце проволоки образуется только один шарик, которым электродный вывод присоединяют к контактной площадке кристалла. Второй конец электродного вывода в этом случае приваривают к корпусу 9 внахлест.

    Термокомпрессия клином (Рисунок 1, б) довольно сложна для выполнения. Сначала необходимо совместить контактную площадку 8 кристалла 7 с инструментом — клином 11 и электродную проволоку 1 (вывод) с его концом. Затем, после сварки, вытянув проволоку из сопла 12, надо проделать те же манипуляции для присоединения второго конца проволоки 1 к корпусу 9. Далее отделяют электродный вывод от остальной части проволоки обрывом, ножницами, перерезанием иглой о край вывода корпуса или обрезкой специальным устройством.

    Читайте также:  Установка подогрева сидений ниссан х трейл

    Обрезка специальным устройством считается наилучшим способом, так как конец проволоки не сплющивается (сплющенный конец непригоден для следующей приварки) и не остается длинных отрезков, которые не только увеличивают расход проволоки (обычно золотой), но и могут быть причиной образования коротких замыканий.

    При термокомпрессии сшиванием (Рисунок 1, в) инструмент представляет собой капилляр 3 с вертикальным осевым отверстием. Иногда этот вид термокомпрессии называют петлевым. Процесс создания проволочных перемычек между кристаллом 7 и корпусом 9 в этом случае во многом напоминает обычное шитье. Только при шитье нитка проходит через боковое отверстие иголки, а при термокомпрессии сшиванием — через вертикальное осевое отверстие инструмента.

    После приварки конца электродной проволоки 1 к кристаллу 7 ее вытягивают через капилляр 3, который совмещают с контактной площадкой 8 и выполняют вторую сварку. Затем проволоку обрезают ножницами 13, загибая свободный конец под инструмент.

    Термокомпрессию инструментом ввиде «птичьего к л ю в а» (Рисунок 1, г) относят к термокомпрессии сшиванием. Инструмент — «птичий клюв» 14 — состоит из двух частей, между которыми пропускают электродную проволоку 1. После выполнения обеих сварок проволоку обрывают, перемещая инструмент в сторону от места сварки. Этот инструмент сложен в изготовлении и эксплуатации, поэтому имеет ограниченное применение в производстве. В то же время он обеспечивает высокую прочность соединения, так как на электродном выводе образуется его отпечаток 10 с ребром жесткости.

    Необходимо отметить, что каждый способ термокомпрессии характеризуется своим отпечатком инструмента на электродном выводе.

    Наиболее производительной считается шариковая термокомпрессия, но ее применяют только при сборке полупроводниковых приборов с большими контактными площадками, используя электродную проволоку диаметром более 20 мкм. При термокомпрессировании золотой электродной проволоки к кремниевому кристаллу температура нагрева составляет 350-380 °С, давление 60-100 МН/м2, а время выдержки 2-20 с. При соединении золотой проволоки со слоем золота, напыленным на пленку диоксида кремния, температура нагрева должна быть 250-370 °С, давление 60-100 МН/м2, а время 0,5-2 с.

    Основным достоинством термокомпрессионной сварки является возможность соединения без флюса и припоев мeталлов в твердом состоянии при сравнительно низких температурах и малой их деформации (10 — 30%) как на воздухе, так и в атмосфере формиргаза или сухого водорода. Кроме того, термокомпрессия обладает сравнительно высокой технологичностью, заключающейся в простоте подбора режимов и изготовления оборудования, а также возможности контроля качества сварки.

    Недостатки термокомпрессии — ограниченное число пар свариваемых металлов, высокие требования к качеству соединяемых поверхностей, сравнительно низкая производительность труда (обычно сварку выполняют под микроскопом).

    Для присоединения электродных выводов термокомпрессией используют специальные установки, отличающиеся внешним оформлением и некоторыми особенностями конструкции, в основу которых заложены три технологических признака: способ нагрева, конструкция инструмента и вид термокомпрессионной сварки. В различных установках термокомпрессии могут нагреваться столик (Рисунок 2, а), инструмент (Рисунок 2, б) или одновременно инструмент и столик (Рисунок 2, в).

    Рисунок 1. Термокомпрессионная сварка шариком (а), клином (б), сшиванием (в), «птичьим клювом» (г):

    1 — электродная проволока, 2 — зажимное устройство, 3 — капилляр, 4 — водородная горелка, 5 — шарик, 6 — электродный вывод, 7,8 — контактные площадки кристалла и корпуса (платы), 9 — корпус (плата), 10 — форма отпечатка инструмента, 11 — клин, 12 — сопло, 13 — ножницы, 14 — «птичий клюв».

    Рисунок 2. Разновидности термокомпресоионной сварки в зависимости от способа нагрева столика (д), инструмента (б, г), столика и инструмента (в):

    1 — инструмент, 2 — электродная проволока, 3 — кристалл, 4 — корпус (плата), 5 — столик, б – нагреватель.

    Разновидностью термокомпрессии является сварка косвенным импульсным нагревом (СКИН) инструмента из жаропрочного материала, служащего проводником электрического тока (Рисунок 2, г). При импульсном пропускании электрического тока происходит кратковременный перегрев инструмента, в результате чего им можно сваривать электродные выводы из малопластичных металлов (меди, серебряного сплава) с тонкими металлическими пленками, нанесенными на керамику или полупроводник.

    Ультразвуковая сварка — это процесс соединения двух материалов, находящихся в твердом состоянии, при незначительном нагреве с приложением определенного давления и колебаний ультразвуковой частоты.

    При ультразвуковой сварке температура нагрева в зоне контакта не превышает 50-60% от температуры плавления соединяемых материалов. Контактное давление, подбираемое опытным путем, зависит от механических свойств свариваемых материалов и размеров изготовленных из них деталей. Обычно деформация деталей, соединяемых ультразвуковой сваркой, не превышает 5-20% их первоначальных размеров.

    Ультразвуковую сварку выполняют в интервале частот от 18 до 250 кГц. Ультразвуковые колебания, воздействуя на соединение, нагревают его, освобождают от загрязнений и оксидов поверхности в зоне контакта, ускоряют пластическую деформацию электродных выводов. В результате происходит сближение физически чистых поверхностей на расстояние действия межатомных сил, взаимная диффузия и прочное соединение двух материалов.

    источник