Куркин С.А. - Технология, механизация и автоматизация производства сварных конструкций

тигается одновременной обработкой нескольких изделий на позициях, расположенных в пределах рабочего сектора ftp (рис. 10) .Станок-автомат для сборки тракторных катков и сварки их кольцевым швом (рис. 11 и 12) является примером использования роторной схемы. Ротор оборудован четырех- местной планшайбой со специальными устройствами для сборки, закрепления и вращения катка. Над каждым таким устройством (гнездом ротора) установлена сварочная головка 5 (рис. 12) с ка- тушкой 7 электродной проволоки и флюсоподающими трубками 8 и 6. Планшайба и кольцевая обойма со сварочными головками смонтированы на общем вертикальном валу и вращаются вокруг его оси, обеспечивая производительность 150 шт/ч при скорости сварки 1 м/мин.

Автомат работает следующим образом. Из загрузочного лотка 1 (рис. 11), снабженного системой отсекателей, обе заготовки 2 одновременно поступают в приемную призму 12 манипулятора. Затем под действием пневмоцилиндра 4 фиксатор 5 входит в зацепление с ротором 3, после чего весь ма- нипулятор 7 начинает поворачиваться вместе с ротором 3 вокруг оси вала б. При этом пневмо- цилиндр 11 по направляющим 10 подает призмы 12 вверх до уровня зажимных пинолей, центри- рующих половины катка с прижатием их друг к другу. После этого цилиндр 11 опускает порожнюю призму 12 вниз, цилиндр 4 выводит из зацепления фиксатор 5 и весь манипулятор 7 возвращается в исходное положение пневмоцилиндром 9, закрепленным на станине 8. Далее включается сварочный вращатель с приводной 2 (рис. 12) и хвостовой 4 бабками, и начинается процесс сварки. При этом ротор 1 и изделие 3 непрерывно и равномерно вращаются относительно своих осей. После того как свариваемый каток совершает полный оборот вокруг своей оси и 3/4 оборота вокруг оси ротора, сварка прекращается и изделие выгружается на ходу при определенном положении ротора.

ДЕТАЛИ ПРИБОРОВ

Сильфоны, транзисторы (лист 227) .

При изготовлении деталей приборов сваривают самые разнообразные материалы в различных сочетаниях при толщине от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Упругие чувстви- тельные элементы давления (мембраны, сильфоны) изготовляют обычно из бронзы или из коррозион- но-стойкой стали толщиной 0,05 ... 0,5 мм, подвергнутой нагартовке для создания определенных уп- ругих характеристик. К сварным соединениям предъявляют требования прочности и плотности. Сваривают эти элементы аргоноду-говой, микро плазменной, электронно-лучевой или контактной сваркой, принимая меры по ограничению зоны разогрева при сварке. На рис. 1 показан сильфон, изготовленный оплавлением отбортовок штампованных мембран по наружным и внутренним конту- рам. Сварку обычно проводят токами в несколько ампер с сопловой защитой зоны шва или с приме- нением стеклянных накладных микрокамер для уменьшения сдувания аргона.

Мембранные чувствительные элементы сваривают или шовной контактной сваркой, или мето- дом сварки плавлением. В первом случае (рис. 2) применяют приспособление для закрепления и син- хронного вращения деталей 1 и роликовый электрод 2. Во втором случае (рис.3) для предотвращения прожогов и уменьшения общего разогрева изделия применяют медные оправки-холодильники 1, в которых зажимают свариваемое изделие 2. Сварочная дуга оплавляет кромки, и кольцевой шов формируется у кромок приспособления.

Вслучае приварки тонкостенных элементов 4 (рис.4) к более толстым элементам 3 арматуры для прижатия тонкостенной детали и теплоотвода от места сварки используют массивную оправку 5 цветового типа, разжимаемую конусом 2. Сварочная горелка 1 перемещается по свариваемым кромкам, причем для уменьшения толщины более массивной детали в зоне сварного шва на ней де- лают технологические канавки. Другая конструкция соединения тонкостенного элемента с толсто- стенными деталями арматуры показана на рис. 5, а, б.

Вбольшом объеме соединения сваркой и пайкой применяют при производстве транзисторов и микросхем (рис. 7). Основными конструктивными элементами полупроводниковых приборов явля- ются (рис. б): основание 3 корпуса, подложка 5 интегральной схемы, закрепляемая на основании с помощью клея, металлические выводы 1, закрепленные в основании с помощью изоляторов 2, и крышка 4. С помощью сварки и пайки выполняют три главные операции: закрепление кристаллов на подложках, присоединение электродных выводов и герметизацию корпусов.

Закрепление кристаллов на подложке производится контактно-реактивной пайкой или пайкой эвтектическими сплавами. Во втором случае (рис. 8) в процессе сборки кристалла с подложкой эв- тектический сплав с температурой плавления примерно 360 °С в виде прокладки l (рис. 8, а) поме- щается между соединяемыми деталями. Вакуумный пинцет 2 захватывает прокладку и устанавли- вает ее на подложку 3 (рис. 8, б) основания микросхемы, которое прижимами 4 прижато к нагрева- телю 5. Вакуумный пинцет 2 захватывает кристалл 6 (рис. 8, в) и устанавливает его на прокладку припоя (рис. 8, г). Далее включается нагреватель и происходит пайка, которая контролируется визу- ально с помощью микроскопа. Охлаждают детали после завершения пайки обдувом их защитным га- зом.

Приварка электродных выводов (лист 228).

Присоединение электродных выводов к кристаллам можно выполнять термокомпрессионной сваркой при создании в зоне контакта нагрева и давления, но без расплавления соединяемых мате- риалов. На рис. 1 показаны варианты нагрева зоны соединения при термокомпрессионной сварке кристалла 3 с электродным выводом 2 и корпусом 4, при которых нагреватели б могут располагаться или в столике 5 (рис. 1, а), или в инструменте 1 (рис. 1, б), или одновременно и в инструменте и в

300

столике (рис. l,e). Нагрев инструмента можно осуществлять и путем пропускания через него электри- ческого тока по схеме рис. 1,г.

Конструкция инструмента и технология термокомпрессионной сварки выводов показаны на рис. 3. По схеме рис. 3, а на конце электродной проволоки 1, проходящей через капилляр 3 при от- крытом зажимном устройстве 2, с помощью пламени водородной горелки 4 образуют шарик 5 (по- ложение I). Деформация этого шарика при ходе капилляра вниз обеспечивает развитый и надежный контакт электродного вывода 6 с кристаллом 7 (положение П). Второй конец вывода б к контактной площадке 8 корпуса 9 может быть присоединен после смещения площадки 8 или капилляра 3 (поло- жение III) внахлестку (положение IV). Форма контакта (зона Л) показана на виде сверху готового вы- вода 10. По схеме рис. 3, б электродную проволоку подают в зону сварки из сопла 12, совмещают с инструментом 11 в виде клина и прижимают к кристаллу. После приварки вывода электродную про- волоку обрезают на нужную длину и второй конец приваривают аналогичным образом. Форма мест соединения (зоны А) показана на виде сверху, обозначения остальных элементов соответствуют рис. 3, д. Схема рис. 3, в близка к схеме рис. 3, а, однако в этом случае шарик не образуют, а изгибая электродную проволоку под прямым углом, приваривают ее нахлесточным соединением к кристаллу. Затем проволоку вытягивают из капилляра с образованием петли и повторно приваривают к кон- тактному выводу. После некоторой вытяжки проволоку обрезают ножом 13, отгибая оставшийся у капилляра конец для подготовки его к следующей сварке. Более сложная форма инструмента 14 (рис. 3, г) позволяет получить развитую поверхность в зоне соединения и соответственно большую прочность.

Микроконтактную сзарку (рис. 2) используют для приварки выводов толщиной свыше 20 мкм. Двусторонняя сварка (рис. 2, а) применяется редко. Односторонняя сварка более удобна для при- варки тонких элементов и может выполняться или двумя электродами (рис. 2,6), или сдвоенным ( рис. 2, в) , или строенным (рис.2,г) электродом.

Производительный процесс групповой приварки выводов показан на рис. 4. В зону сварки кри- сталлы^ (рис.4,д) подаются на подложке J, к которой они приклеены вое ком. Подложка уложена на подставке 3, размещение! на координатном столике. Предварительно сформирован ные выводы 1 подаются в зону сварки по направляющи» планкам 2. После совмещения положения выводов с кон тактными выступами на кристалле, которое осуществля ется оператором с помощью микроскопа, выводы опус каются до соприкосновения с контактными выступами в зону сварки подается защит- ный газ (рис. 4,6) . Сварочная головка б (рис. 4, в) опускается, и при пропускании через нее импульса тока одновременно происходит образование соединения обоих выводов с кристаллом. Вследствие нагрева кристалла плавится воск, и после подъем сварочной головки освобожденный кристалл вме- сте выводами поднимается вверх (рис. 4, г), а затем смещается вправо на шаг (рис. 4, д). В зону сварки подается слева очередной вывод, а координатный столик смещает вправо на шаг подставку 3, которая подает к месту сварки очередной кристалл.

Герметизация корпусов микросхем (листы 229, 230).

Схема автоматизированного процесса сборки, приварки выводов и герметизации при изготовле- нии транзистора КТ-315 показана на рис. 1 (лист 229). В процессе шагового перемещения ленты производится ее перфорация пробивкой фигурных отверстий (рис. 1,я), укладка и пайка кристалла (рис .1,6), приварка выводов к кристаллу и обрезка их в размер пламенем горелки (рис. 1, в), развод- ка выводов на ленту и приварка их к перемычкам ленты (рис. 1, г) , обрезка перемычек ленты со стороны кристалла (рис. 1, д). Герметизация кристалла и электродных выводов осуществляется оку- нанием их в форму с жидкой пластмассой (рис. 1, е), и только на заключительной операции обрубают непрерывную кромку ленты, получая готовые изделия (рис. 1,ж,з).

Металлические корпуса полупроводниковых приборов герметизируют с помощью сварки. Поло- жение кромок при герметизации электронно-лучевой сваркой показано на рис. 2. Корпус вращают вокруг оси, перпендикулярной к оси электронного луча. Такой технологический прием позволяет герметизировать корпуса как круглой, так и прямоугольной (рис. 3, а, 6) формы, что дает возмож- ность обойтись без копировальных устройств для перемещения луча по заданному контуру.

Операция герметизации может быть выполнена лазерной сваркой. На рис. 4 показана четырех- местная кассета-манипулятор для герметизации корпусов микросхем. В корпусе 6 установлены че- тыре шпинделя 1 б, закрепленные в основании 14 с помощью шариковых подшипников 13. Враще- ние на шпиндели передается через зубчатые колеса 17, взаимодействующие с рейкой 15, проходя- щей вдоль корпуса. Герметизируемая микросхема 11 устанавливается на столик 12, форма которого соответствует ее конфигурации. Крышка прижимается к корпусу плоской пружиной 2 и башмаком 10, в верхней части которого в подшипнике 9 установлен упор 8. Пружины 2 закреплены на скобе 1, которая устанавливается на кассету по упорам 7 и крепится деталями 5, 4 и 3.

При перемещении рейки 15 все четыре корпуса микросхем одновременно вращаются вокруг своих осей при неподвижном лазерном луче. В случае герметизации прямоугольных корпусов их враще

ние производят ступенчато на 90° и сварку каждого шва ведут при перемещении всей кассеты относительно неподвижного луча.

При герметизации прямоугольных корпусов с закруглениями (лист 230, рис. 6) перемещение из- делию задают с помощью копирного шаблона (рис. 5), приводимого в движение ведущим роликом 5 и прямолинейной направляющей 6. Последовательные положения шаблона при сварке сторон 1 ... 4 изделия и закруглений показаны на позициях I ...IX.

Высокую производительность при сварке корпусов любой формы обеспечивает контактная кон- денсаторная сварка . Взаимная центровка соединяемых элементов, исключающая их смещение,

301

осуществляется сварочными электродами 1 и 5 (рис. 6) с вставками 3. Электроды перемещаются в металлических втулках 2, запрессованных в текстолитовый стакан 6 и разделенных изолирующим кольцом 4. В контакте свариваемых деталей с целью локализации выделяемого при сварке тепла соз- дают рельеф (рис. 7, а, б), что обеспечивает получение надежной герметизации. В случае, если сва- риваемые детали изготовлены из меди и рельеф не обеспечивает требуемой величины сопротивле- ния, в зону контакта вводят дополнительный элемент — фигурное кольцо из никеля (рис. 7, в) . В не- которых случаях для увеличения контактного сопротивления применяют крышки с наклонным фланцем, который соединяется с фланцем основания по схеме рис. 8, а или б.

В случае изготовления корпусов из пластических масс возможна их герметизация холодной свар- кой, достоинством которой является исключение разогрева элементов микросхем. Применяют схему односторонней холодной сварки (рис. 9, а), при которой преимущественно деформируется одна из соединяемых деталей, и схему двусторонней сварки (рис. 9,6), при которой обеспечивается одина- ковое деформирование свариваемых кромок. Значительные пластические деформации при холодной сварке заставляют усложнять конструкцию корпусов.

Для разгрузки оснований полупроводниковых приборов от механических напряжений и исключе- ния повреждений кристалла, выводов и изоляторов в зоне фланцев предусматривают специальные разгрузочные канавки а (рис.10,а, б).

289