2. Описание лабораторной установки

В связи с трудностью обеспечения исследования и оптимизации параметров сварки на реальных образцах в учебном процессе, лабораторная работа включает:

- изучение студентами конструкции установки контактной сварки ЭМ-4092 и

методики проведения процесса сварки;

- исследование на модели прочности сварного соединения от величин режимных факторов сварки расщепленным электродом: давления P, напряжения U и длительности T сварочного импульса.

2.1. Устройство и работа установки эм-4092

Исследуемая установка ЭМ-4092 для присоединения круглых и плоских проводников к контактным площадкам ГИС методом контактной микросварки.

Материалы присоединяемых проводников:

• золото Зл.999,9 ГОСТ 6835-80,

• медь золоченая, толщина золочения 2 – 4 мкм,

• проволока биметаллическая медно серебряная БМС ТУ-48-1-284-81.

Размеры присоединяемых проводников: диаметр круглых проводников от 0,035 до 0,1 мм, толщина плоских проводников от 0,01 до 0,1 мм.

В состав установки входят:

- станина;

• столик нагревательный;

• механизм перемещения сварочной головки;

• механизм нагружения;

• микроскоп;

• блок управления;

• блок контактной сварки.

Станина предназначена для размещения всех узлов установки.

Столик служит основанием для предметного стола с платой и при помощи механизма перемещения может подниматься и опускаться.

Сварочная головка предназначена для контактной сварки расщепленными (разделенными) электродами. Механизм сварочной головки устанавливается в опорах стойки и предназначен для перемещения сварочного инструмента и механизмов подачи, надреза и отрыва проволоки или ленты. Губки предназначены для зажима, отрыва и подачи сварочной проволоки. Перемещением губок, закрепленных на рычаге, управляют электромагниты отрыва и подачи проволоки. В исходном состоянии электромагниты выключены, проволока, проходящая в капилляре, зажата в губках с усилием, регулируемым винтом и пружиной. Ручка, связанная через тягу с механизмом сварочной головки, служит для опускания сварочного инструмента. Для смягчения удара инструмента по плате в момент опускания сварочной головки служит демпфер. Плавность перемещения поплавка демпфера зависит от зазора в перетекающем канале жидкости и регулируется винтом. С механизмом сварочной головки демпфер соединяется при помощи штока. Момент срабатывания сварочного импульса устанавливается винтами одновременно с касанием инструментом платы ИМС. В исходное положение сварочная головка возвращается с помощью пружины.

Механизм нагружения обеспечивает требуемое давление сварочной головки и также крепится в подшипниковых опорах стойки. При работе с небольшим нагружением (до 4 Н) рекомендуется нагружать инструмент грузами, которые выполняют функции противовесов, более 4 Н – пружиной.

Микроскоп предназначен для визуального контроля качества сварки. Совместно с микроскопом может быть смонтирован светоуказатель, служащий для формирования изображений двух светящихся точек, наблюдаемых в поле зрения микроскопа. Любая точка (или обе) совмещается с отпечатком инструмента на плате и выполняет функцию визира места сварки.

На лицевую панель блока управления выведены следующие органы управления: тумблер "Сеть", лампа "Сеть", кнопки включения и отключения установки, регулятор яркости подсветки микроскопа, кнопка "Цикл", тумблер включения левой точки светоуказателя, тумблер включения правой точки светоуказателя, тумблер включения общего освещения, тумблер включения и отключения терморегулятора, программный переключатель, устанавливающий температуру нагрева столика.

Блок контактной сварки (БКС) служит для установки требуемого режима сварки. Напряжение на установку подается включением тумблера "Сеть", при этом загорается лампа "Сеть". При подаче напряжения на устройство управления формируется импульс сброса, устанавливающий все электронные устройства в исходное состояние. Исходное состояние электронных устройств зависит от комбинации замкнутых контактов переключателя. Варианты возможного включения переключателя приведены в табл.4.1. Номера циклов соответствуют работе следующими наладками:

I цикл – "Отрыв-подача проводника губками". Особенностью цикла является то, что формируется только одна перемычка, а затем отрыв-подача проводника. Нажатие на кнопку "Кн" запрещает отрыв проводника, пока кнопка нажата. Сигналом для отрыва служит очередной (после отпускания кнопки Кн) импульс блока контактной сварки (БКС).

II цикл – "Нож-отрыв". При работе с этим циклом опусканием рукоятки можно произвести нужное количество сварок. Нажатием кнопки Кн включается нож и происходит подрез проводника. Отрыв проводника осуществляется с помощью манипулятора.

Таблица 4.1

Номер цикла	Номер контакта
	1	2	3	4	5	6	7	8
I	1	0	0	1	0	1	х	х
II	0	1	1	0	0	0	х	х
III	0	0	0	0	1	0	х	х

Примечание: 1-замкнут, 0-разомкнут, Х-безразличное состояние.

III цикл – "Раздельно нагружаемые электроды". При работе в этом режиме цикл, запускаемый БКС, отсутствует.

Работа установки состоит из следующих операций:

• подачи в рабочую зону платы (вручную);

• совмещения светового пятна с контактной площадкой платы;

• опускания рукоятки механизма перемещения сварочной головки.

В основе работы установки использован метод контактной микросварки расщепленными электродами проволочных проводников к контактным площадкам ИМС после сжатия с определенным усилием соединяемых элементов (проводника и контактной площадки).

Для получения качественных соединений в установке предусмотрено регулирование: усилия нагружения, длительности и мощности сварочного импульса, а также температуры рабочей зоны стола.

Усилие сжатия соединяемых элементов регулируется в пределах от 0,2 до 3 Н. (0,2; 0,5; 1,0; 2,0; и 3,0 Н).

Длительность сварочного импульса регулируется в пределах от 0,04 до 0,4 с (дискретность задания – 0,04 с.).

Выходная мощность блока контактной сварки (БКС) регулируется в пределах от 2,5 до 100 Вт.

Температура рабочей зоны стола регулируется в пределах от 100 до 250 ⁰С.(100; 150; 200 и 250⁰С). Время установки заданного температурного режима рабочей зоны стола не более 15 мин.

Усилие разрыва сваренных элементов должно быть не менее 0,1 Н для проводников диаметром 0,05 мм и более; 1 Н = 100 г). Производительность установки при максимальном расстоянии между сварочными точками 1,5 мм и продолжительности сварки не более 0,1 с (без учета времени совмещения инструмента с подложкой) не менее 2000 сварок/ч.

Вторая часть лабораторной работы по определению оптимальных режимов микросварки выполняется на макете, имитирующем работу сварочной установки. Макет содержит устройство, моделирующее влияние напряжения на расщепленном электроде U, давления сварочного инструмента P и длительности импульса T на прочность сварного соединения Q. Напряжение U, давление P и длительности импульса T задаются с помощью потенциометров на передней панели макета. Прочность сварного соединения Q индицируется на цифровом вольтметре при нажатии кнопки "Пуск" на передней панели макета. Для имитации реального разброса прочности сварных соединений в макет введен генератор случайных чисел.