Установки для присоединения выводов

Микросварку выводов осуществляют обычно методом тер­мокомпрессии либо ультразвуковой сваркой. Проволока для образования перемычек между контактными площадками кри­сталла и выводов корпуса подается через центральное или бо­ковое капиллярное отверстие сварочного инструмента. Инстру­мент с центральной подачей проволоки обычно используют при термокомпрессионной сварке, требующей для образования ка­чественных соединений в 2—4 раза больших усилий сжатия, чем при ультразвуковой сварке.

При термокомпрессионной сварке на первом этапе (рис. 14.6,а) на. конце проволочки 1 образуется шарик электрическим раз­рядом или путем оплавления ее конца в пламени водородной горелки 4. Затем инструмент 3 опускается к месту сварки, к нему прикладывается необходимое усилие сжатия. Рабочий столик с установленным на нем изделием предварительно разо­гревается до температуры 473 .. . 673 К (200 ... 400 °С), при не­обходимости производится импульсный нагрев инструмента и в месте контактирования металлизированной площадки кристалла и вывода образуется качественное соединение (рис. 14.6,б). Затем инструмент поднимается, при этом щипцы 2 разжимаются и проволочка протягивается через капилляр. Рабочий столик пе­ремещается, подводя под инструмент вторую контактную пло­щадку, инструмент опускается, и второе соединение формируется -внахлест (рис. 14.6,в). Щипцы зажимаются и, перемещаясь от инструмента, проводят обрыв проволочки. Инструмент подни­мается, щипцы производят подачу очередного участка проволоки, и цикл сварки повторяется.

При ультразвуковой сварке формируется нахлесточное со­единение, при этом используют инструмент с боковой подачей проволоки. Процесс соединения состоит из тех же этапов, что и ранее рассмотренный, за исключением образования шарика на конце проволоки.

В последние 15 лет для монтажа проволочных перемычек разработано три поколения оборудования, реализующего метод термокомпрессионной и ультразвуковой сварки, причем обору­дование первого поколения полностью вытеснено более совер­шенным оборудованием второго и третьего поколений.

В машинах первого поколения совмещение контактных пло­щадок с инструментом осуществлялось вручную, процесс сварки производился автоматически. Неточная посадка кристалла в кор­пус и погрешности базирования корпуса на рабочем столике не позволяли автоматизировать процесс перевода контактных пло­щадок под инструментом.

Оборудование второго поколения было оснащено микропро­цессорными системами управления на базе микроЭВМ «Электро­ника 60М». Оператор в режиме обучения проводил сварку эта­лонной ИС, при этом в память ЭВМ вводились эталонные ко­ординаты контактных площадок, двух реперных точек на кри­сталле и двух на корпусе. При использовании корпусов с точными базирующими отверстиями или выводных рамок доста­точно вводить только реперные точки на кристалле. В автома­тическом режиме оператор совмещал световую указку (пере­крестье проектора или микроскопа) с центрами реперных точек кристалла и корпуса или только кристалла. При откло­нении реперных точек от эталонного положения микроЭВМ корректировала положение столика по двум координатам к углу так, чтобы отклонение реперных точек было минимально, и управ­ляла процессом сварки. Возможен и другой вариант коррекции, когда корректируется не положение столика, а программа обра­ботки с переводом ее из эталонной зоны памяти в рабочую, что производится быстрее с использованием современных бы­стродействующих микропроцессорных средств управления. По­мимо этого в последних образцах оборудования второго поко­ления были применены более совершенные и плавные приводы сварочных головок, позволившие увеличить быстродействие до 10000 ... 14000 присоединений в час при реализации сварки обоими методами. Типичными представителями оборудования второго поколения для термокомпрессионной микросварки выво­дов являются установки ЭМ-490, для ультразвуковой микросвар­ки—ОЗУН-7100 и ОЗУН-10000, обеспечивающие 7100 ... ... 12500 присоединений в час и компенсацию отклонений по­ложения кристалла в корпусе до ±0,5 мм по координатам и ±7° по углу.

В оборудовании третьего поколения — адаптивных микросва­рочных роботах — была применена система искусственного зре­ния, полностью автоматизирующая процесс коррекции положе­ния кристалла за счет автоматического сканирования его по­верхности и определения координат центров реперных точек. Представителями таких установок являются ОЗУН-12000 МЗ, ЭМ-4020Б для ультразвуковой и ЭМ-4060 для термокомпрес­сионной сварки выводов. Производительность этого оборудова­ния составляет соответственно 12000, 14000 и 28000 сварок в час. Уникальная производительность установки ЭМ-4060 была достигнута применением развернутого, 3-координатного шагово­го привода сварочной головки и электрического разряда для формирования шарика на перемычке. Здесь рас­смотрим работу основных узлов второго и третьего поколений этих машин на примере установки ультразвуковой микросварки. Основу установки ультразвуковой микросварки выводов со­ставляет блок микросварки (рис.14.7), предназначенный для закрепления ИС на рабочем столике и формирования на них проволочных выводов.

Основанием блока является плита 7, на которой на амор­тизаторах 6, гасящих вибрацию, закреплена плита 5 с коорди­натным столом 4 и корпусом 8. В корпусе установлены меха­низмы микросварки 3 и пневмоклапана привода, обеспечиваю­щего закрепление и снятие ИС.

Механизм микросварки осуществляет процесс сварки, подачу алюминиевой проволоки из катушки 2 и ее обрыв, вертикаль­ные перемещения инструмента для прижима его к контактным площадкам кристалла и корпуса и для образования прово­лочных перемычек заданной высоты.

Координатный столик служит для коррекции положений кри­сталла и корпуса ИС по осям X, Y и углу разворота ср и для перемещения ИС в процессе сварки выводов. При этом кор­рекция может осуществляться по двум реперным точкам на кристалле и двум реперным точкам на корпусе ИС. При наличии базирующих отверстий на корпусе достаточно коррекцию про­водить только по двум реперным точкам кристалла.

При ручной коррекции оператор вручную подводит соответ­ствующие точки под перекрестье проектора 1 и фиксирует эти позиции столика в памяти ЭВМ. Машина находит смещение соответствующих реперных точек от эталонных, введенных в режиме обучения, рассчитывает необходимые перемещения по осям X, Y и ф для наиболее полной компенсации этих смещений и, управляя столиком, производит отработку перемещений по осям и разворот. При автоматической коррекции система искус­ственного зрения определяет границы и координаты центра каждой реперной точки, по этим координатам рассчитывает не­обходимые смещения по осям и по углу и проводит коррекцию.

Механизм микросварки изображен на рис.14.8. На основании19закреплены кронштейны 16, 18 и 20, на которых смонтиро­ваны основные узлы механизма: сварочная головка 14, рычаг механизма подъема 25 и привод механизма подъема.

Привод механизма подъема включает шаговый двигатель 28, приводящий во вращение вал механизма подъема, на котором закреплены лепестки 27, фиксирующие верхнее (холостое) и нижнее (рабочее) положения сварочной головки. На валу ме­ханизма подъема закреплен шкив 26, связанный стальным тро­сиком 1 со шкивом 23, закрепленным на рычаге механизма подъема. Тросик прикреплен к обоим шкивам и делает по их поверхности по полтора витка. Свободные концы тросика стя­гиваются пружиной 17, таким образом между шкивами обра­зуется кинематически точная связь, позволяющая им совершать один оборот. На фланце вала шкива 23 на втулках 21 закреп­лены подшипники 8 и 11, взаимодействующие с башмаком 22, прикрепленным к основанию сварочной головки. При этом сва­рочная головка поворачивается в опорах 13.

Подшипник 8 определяет верхнее исходное положение сва­рочной головки. При дальнейшем вращении вала с башмаком начинает контактировать подшипник 11, эксцентрично закреп­ленный на валу и определяющий вертикальные перемещения сварочной головки в процессе приварки проволоки к контакт­ным площадкам кристалла, к выводам корпуса и при обра­зовании петли проволочной перемычки. Управление вращением шагового двигателя и вертикальным перемещением головки осуществляет управляющая микроЭВМ «Электроника 60М». Не­обходимые положения сварочной головки вводятся в память ЭВМ в процессе обучения. Положения головки при приварке контактов кристалла и выводов корпуса фиксируются по нали­чию электрического контакта между сварочной головкой и кор­пусом. При этом ЭВМ запоминает состояние (число шагов) шагового двигателя. Положение головки при образовании петли программируется при обучении. При этом перемещением- головки управляют вручную, пока не получат перемычку требуемой вы­соты. При переходе на автоматический режим это положение головки будет зафиксировано в памяти машины.

Вертикальные перемещения головки производятся относитель­но рычага 25 механизма подъема, его положение регулируется винтом 24. Ультразвуковой преобразователь 12 с инструментом 9 упруго закреплен в корпусе 14, усилие прижима регулируется винтом 15.

На кронштейне сварочной головки размещены сварочные щип­цы 10, осуществляющие зажим, подачу и обрыв проволоки. Зажим проволоки производится смыканием губок щипцов элек­тромагнитом 7. Подача и обрыв проволоки осуществляется за счет поворота щипцов в зажатом состоянии в вертикальной плоскости. Для их поворота служит пластина 5, закрепленная в шарнирной опоре 4. Один конец пластины защемлен, а второй входит в паз рычага 6, связанного с щипцами. При подаче тока в катушку электромагнита обрыва проволоки 2 центр пластины опускается вниз, а ее конец поворачивает рычаг 6 по часовой стрелке, отводя щипцы от инструмента и обрывая алюминиевую проволоку. Для подачи проволоки запитывается электромагнит 3, при этом щипцы перемещаются к инструменту и проталкивают проволоку. Величина хода щипцов при подаче и обрыве про­волоки и усилие их смыкания регулируется положением сердечников соответствующих электромагнитов.

Координатный стол для угловых и линейных перемещений представлен на рис. 14.9. На плите 8 смонтирован привод для перемещения по одной из координат, включающий шаговый элек­тродвигатель 7, передающий вращение на ходовой винт 9, ко­торый поступательно перемещает гайку 10, фиксируемую от по­ворота скользящей шпонкой 11. Торец гайки упирается в ка­ретку 12, перемещающуюся в шариковых направляющих и при­жимаемую к гайке двумя пружинами аналогично каретке 5

В каретке 12 смонтирован такой же привод для перемещения по другой координате в шариковых направляющих 6 каретки 5. Пружины 13 прижимают каретку к торцу ведущей гайки.

На поверхности каретки 5 смонтирован привод поворота ра­бочего столика и механизм закрепления или освобождения кор­пуса обрабатываемой ИС. Вращение от шагового электродвига­теля 5 через червяк 3 передается на колесо 2, приводящее во вращение рабочий столик. Для фиксации корпуса служит пор­шень 4, который при подаче воздуха перемещается вверх, сжимая пружину 1 и перемещая вверх штифт, осуществляющий подъем фиксатора. Корпус удерживается усилием пружины при опуска­нии фиксатора.

Устройство загрузки-выгрузки(рис.14.10) предназначено для автоматической подачи дискретных корпусов ИС 6 из подаю­щей кассеты 5 на рабочий столик 12 и передачу их после обра­ботки с рабочего столика в приемную кассету. Устройство сим­метрично относительно столика, и на рисунке показана только левая подающая часть. Состоит оно из двух сходных механиз­мов подачи кассет снизу вверх, подающего 13 и приемного пневмолотка. Для вертикального перемещения кассеты установ­лены челноки 4, перемещающиеся в корпусе 3 и снабженные храповыми рейками. В зацепление с рейками входят две собачки — подающая 16 и стопорная 20. Выше расположен грейфер 1, перемещающийся в горизонтальном направлении при повороте рычага 2. На ра­бочем столике закреплен стопор 9, лепесток которого может обдуваться воздухом через сопло 10.

Работает устройство следующим образом. Нажатием специ­альной кнопки стопорная и подающая собачки отводятся, и челноки приемной и подающей кассет вместе с кассетами пере­водятся в нижнее положение. После этого поршень пневмоцилиндра отводится вниз, грейфер входит в кассету. Это исходное положение механизма и показано на рис. .9.10. Для осущест­вления цикла загрузки-выгрузки воздух подается сначала в ниж­нюю, затем в верхнюю полость пневмоцилиндра 14 в устройстве загрузки столика и в верхнюю, затем в нижнюю в устройстве выгрузки.

При движении поршня вверх пружина 15 перемещает втулку 18, находящуюся на штоке, от упора 17. Собачка 16, связан­ная с втулкой, сдвигает храповую рейку на один шаг, кассета поднимается и очередная ИС подается под захват грейфера 1. При дальнейшем движении штока вертикальное перемещение собачки ограничивается упором 19 и кассета дальше не пере­мещается. Торец штока доходит до рычага 2 горизонтального перемещения грейфера, поворачивает его и сдвигает грейфер вправо до упора 7, при этом захват грейфера выталкивает корпус ИС из подающей кассеты на пневмолоток. По пневмо-лотку ИС перемещается на рабочий столик 12 и доходит до упора 9, на лепесток которого воздействует воздушная струя из сопла 10. Фиксатор 8 опускается, фиксирует и ориентирует поданную ИС по базирующим отверстиям в выводной рамке. Одновременно шток пневмоцилиндра 14 перемещается вниз, за­хват грейфера входит в кассету, неподвижная собачка 20 фикси­рует челнок, а подвижная 16 захватывает очередной зуб храпо­вой рейки. На этом цикл погрузки заканчивается.

Цикл выгрузки идет одновременно с загрузкой, но при вы­грузке в исходном положении поршень пневмоцилиндра нахо­дится вверху, а грейфер выдвинут из кассеты и упирается в упор 11, поднимающий захват и освобождающий трек пневмо­лотка, на который ИС сдувается со столика. При перемещении поршня вниз правый грейфер, который несколько короче левого загрузочного, досылает ИС в приемную кассету, кассета пере­мещается вверх на шаг, грейфер сдвигается влево и цикл за­вершается.

Подобными устройствами для загрузки дискретных корпусов из вертикальных кассет оборудован целый ряд установок, опе­рирующих с полуфабрикатами подобного рода: установки мон­тажа кристаллов, классификационные устройства и др. Близки по принципу действия и конструктивным решениям и устройства загрузки-выгрузки отрезков перемещения кассет и горизонталь­ного перемещения отрезков ленты.

Лекция № 15