Сварка и свариваемые материалы. Том 2. Технология и оборудование

пластичности проводника, сочетания свариваемых материалов, диаметра привариваемого Вывода и вида торца инструмента.

в контакте не должна превышать температуры образования эв­ тектики соединяемых материалов (1—3, 5—9]. Длительность выдержки при условии постоянства температуры и давления выбирается в зависимости от сочетания свариваемых материа­ лов, состояния их предварительной очистки и от окружающей среды. Обычно определяется экспериментально путем оценки прочности соединений и составляет от 0,1 с до нескольких

десятков секунд. Области оптимальных рекомендуемых режимов СКИН приведены в табл. 11.2. Режимы термокомпрессии раз­ ных сочетаний материалов представлены в табл. 11.3.

11.3.О борудование

11.3.1.Конструктивные особенности установок

Установки для термокомпрессии и СКИН содержат следующие основные узлы и элементы [1—3, 5—8]: рабочий столик с нагревательной колонкой или без нее, механизм сжатия, рабочий инструмент, механизм подачи и обрезки про­ волоки, механизм подачи корпусов, манипуляторы для совмещения соединяе­ мых элементов, систему наблюдения, блоки питания и управления рабочими механизмами.

Рабочий столик предназначен для крепления кристалла или корпуса при­ бора. Рабочий столик делается сменным с целью возможности присоединения выводов к приборам разной конструкции.

. Нагревательная колонка служит для нагрева прибора до температуры термокомпрессии. Иногда для защиты прибора от окисления в колонку по­ дается защитный газ (осушенный азот, смесь азота с 6—8 % водорода или аргон).

Механизм сжатия обеспечивает регулирование усилия прижатия рабочего инструмента к свариваемым элементам. Для термокомпрессии более широко используются грузовые механизмы сжатия. Управление ими может осуществ­ ляться вручную, от ножной педали или от электродвигателя. При полуавто­ матическом цикле длительность прижатия устанавливается предварительно и выдерживается автоматически.

Рабочий инструмент является важнейшим элементом установок для тер­ мокомпрессии и СКИН. Его конструкция должна обеспечить сварное соеди­ нение требуемой формы и размеров, наибольшую эффективность подвода тепла в зону сварки, удобный подход к свариваемым деталям, простую и удобную подачу привариваемой проволоки под рабочий торец инструмента. Материал рабочего инструмента должен обладать высокой износостойкостью, малой способностью к схватыванию со свариваемыми деталями, теплостой­ костью и иметь низкую теплопроводность. В качестве материала рабочего ин­ струмента при термокомпрессии применяют стекло «Пирекс», рубин, сапфир, твердые сплавы ВК-2, ВК-6, ВК-6М, ВК-8, ВК-12, ВК-15, моно- и поликристаллический молибден, оксиды бериллия, бариевый слюдоситалл, корунд, и моноалюминат кальция. При СКИН для рабочего инструмента используют вольфрам, молибден, ниобий и ниобиевые сплавы.

Механизм подачи и обрезки проволоки используется в зависимости от назначения установки. При сварке иглой и монтаже внахлестку используется роликовый механизм подачи, при котором ролики вращаются от мотора. При сварке капиллярным инструментом с образованием шарика или инструментом типа «птичий клюв» применяют катушку со свободным сматыванием про­ волоки. При подаче проволоки через боковое отверстие в инструменте меха­ низм подачи и обрыва проволоки выполняют в виде электромагнита и рычаж­ ной системы. Иногда для подачи проволоки используют также пинцет.

Механизм подачи корпусов изготавливается в виде простых зажимов для крепления каждого корпуса или кристалла или в виде кассет с ленГой, в ко­ торой корпуса (кристаллы) предварительно ориентируются.

Манипуляторы предназначены для точного совмещения соединяемых эле­ ментов и рабочего инструмента. Используют манипуляторы двух видов: ры­ чажные и пантографные.

Система наблюдения состоит из бинокулярного микроскопа с увеличением от 8 до 80 раз. В отечественных установках используется микроскоп МБС-2.

5—В]. К р а з р у ш а ю щ и м м е т о д а м контроля относятся: механические испытания соединений; микроскопические иссле­ дования на шлифах с применением обычных металлографиче­ ских или электронных микроскопов; химический анализ (обыч­

альный осмотр соединений и готовых приборов; оценка каче­ ства соединений с помощью щупов; измерение электрических характеристик готовых приборов [1—3, 5—8].

Из разрушающих методов большей частью применяют ме­ ханические испытания сварных соединений и металлографиче­ ский анализ [1—3, 5—8, 13], которые являются наиболее эф­ фективными при отработке технологических режимов сварки и их контроля в процессе производства. Прочность определяют на срез или отрыв под углом 30, 45, 90 или 180° относительно поверхности подложки. Методом металлографического анализа определяют структуру сварного соединения и выявляют внут­ ренние дефекты [1, 3, 5, 8],

С помощью металлографического анализа выявляют такие дефекты, как: плохое сцепление металлической пленки с кри­ сталлом полупроводника или контактной площадкой микро­ схемы; выплавление металла в объем полупроводника, полу­ чившееся из-за высокой температуры процесса сварки; микротрещины в кристалле полупроводника; наличие интерме­ таллических соединений.

В качестве неразрушающих методов контроля применяют следующие: визуальный осмотр сварных соединений, испыта­ ние на центрифуге, обдув соединений струей сжатого воздуха, оценка прочности сварных соединений с помощью тарирован­ ных щупов, контроль электрического сопротивления в кон­ такте, а также технологические испытания (климатические, ме­ ханические и электрические) готовых приборов [2, 5—7, 13, 14].

Визуальный осмотр сварных соединений является наиболее распространенным методом контроля. Визуальным осмотром под микроскопом оценивают внешний вид сварного соединения по сравнению с эталонным (на соответствие требованиям чер­ тежа). Центрифугированию подвергают 100 % готовых изде­ лийСлабые сварные соединения обнаруживают методом об­ дува воздушной струей, с помощью тарированных щупов и пробников, а также испытаниями готовых приборов на вибра­ цию и удар (3, 5]. Получившиеся в процессе присоединения вы­ водов дефекты в структуре полупроводника могут быть также выявлены по электрическим характеристикам прибора [6, 8]. Для приближенной оценки качества сварного соединения без его разрушения в условиях отработанного технологического процесса исПользуют осадку металлического вывода [1, 2, 8, 15].

Холодная сварка (ХС)— один из видов сварки давлением — осуществля­ ется при значительной совместной пластической деформации без внешнего нагрева соединяемых деталей. Пластическая деформация может происходить под действием нормальных к плоскости соединения или нормальных и тан­ генциальных сил (рис. 12.1).

Рнс. 12.1. Схемы холодной сварки:

1

12.1.4. Области применения

Наиболее широко применяется ХС в электротехнике. С ее по­ мощью успешно заменяют дефицитную медь алюминием н ка­ честве токопроводящего материала с обеспечением надежных контактных соединений. ХС обеспечивает безотходное изготов­ ление обмоток электрических машин и трансформаторов. ХС можно создавать новые конструкции электротехнических изде­

штамповки медных коллекторных пластин электрических дви­ гателей на ХС позволяет сократить отходы металла в восемьдесять раз. В радиотехнике и радиоэлектронике ХС применяют

нами; в приборостроении — для изготовления шасси приборов из алюминия и его сплавов; в автомобильной промышленно­

а также переходных элементов из разнородных материалов, используемых в изделиях криогенной техники; на электрифи­ цированном железнодорожном, городском и промышленном транспорте—для соединения медных контактных (троллейных) проводов; в различных отраслях промышленности — при изго­ товлении посуды, бачков, молочных фляг и других изделий из алюминия.

12.1.5. Основные схемы

Точечная сварка (ХТС)

Это — способ соединения деталей посредством вдавливания пу­ ансона на глубину, при которой вследствие деформации обра­ зуется сварная точка. Площадь сварной точки, как правило, равна площади сечения вдавленной части пуансона, но при определенных условиях, рассматриваемых ниже, может и пре­ вышать ее. ХТС может выполняться без предварительного (сМ- рис. 12.1, а, б) или с предварительным (рис. 12.1, в, г) зажа­ тием деталей путем одностороннего (рис. 12.1, а, в) или дву­ стороннего (рис. 12.1, б, г) деформирования. К. ХТС с предва­ рительным зажатием относится и сварка в зажимных плитах 6 с кольцевыми выточками 7 (рис. 12.1, б) [1].