Инструмент для сварки внутренних выводов СПП

Возросший уровень цен на энергоносители и резкое увеличение энергоемкости внутреннего валового продукта активизировали разработку и производство изделий силовой энергосберегающей бытовой и промышленной аппаратуры.

СПП в составе модулей обеспечивают коммутацию токов свыше 1000 А и напряжений до 5,5 кВ, при этом размеры чипов достигают площади 2,6 см² (16´16 мм).

Все это предъявляет повышенные требования к технологии производства, особенно к монтажно-сборочным операциям в СПП. При решении вопроса о надежности соединений в СПП, наряду с выбором оптимальных способов и режимов монтажа необходимо учитывать качество металлизации контактных площадок кристаллов и корпусов, присоединяемой проволоки, материала и конструкции сварочного инструмента.

В СПП при УЗС выводов используется алюминиевая проволока диаметром 0,25 мм и более. Соединения должны иметь плавный переход сварного соединения в проволоку, «без шейки», так как повышенное напряженное состояние данного участка соединения приводит к увеличению электрического сопротивления контактов под токовой нагрузкой и, естественно, к снижению надежности СПП.

Для УЗС проволочных выводов в СПП разработана конструкция сварочного инструмента. Инструмент для УЗС (рис. 2.4) имеет рабочую площадку 1 с продольной канавкой 2, поперечное сечение которой имеет форму равнобочной трапеции с размерами в нижнем основании 1,0d, в верхнем – 0,75d и высотой 0,6d, где d – диаметр привариваемой проволоки. При этом радиус закругления R₁ на передней кромке рабочей площадки инструмента равен радиусу изгиба проволоки при сварке на корпусе, а радиус закругления R₂ – соответствует радиусу изгиба проволоки при подаче ее через капиллярное отверстие в зону сварки на кристалле.

Рис. 2.4. Инструмент для УЗС проволочных выводов СПП: а – рабочий торец инструмента в разрезе; б – положение проволоки в канавке инструмента перед сваркой; в – положение проволоки в канавке инструмента после сварки: 1 – рабочая площадка; 2 – продольная канавка, 3 – поперечное сечение канавки; 4 – привариваемая проволока; Q – давление инструмента при сварке

Ширина канавки на рабочей площадке инструмента в нижнем основании, равная диаметру привариваемой проволоки, обеспечивает центрирование проволоки относительно контактной площадки при сварке. Глубина канавки, равная 0,6 диаметра проволоки, ограничивает деформацию проволоки при сварке и практически исключает ее заклинивание в канавке инструмента после сварки.

Радиусы закругления R₁ на передней кромке рабочей площадки инструмента и R₂ на задней кромке – позволяют формировать плавный переход от сварного соединения к недеформированному сечению проволоки, т.е. получать сварные соединения без «шейки». Радиус R₁ зависит от формы перемычки проволоки между кристаллом и корпусом, а радиус R₂ – от упругих свойств проволоки и угла наклона капиллярного отверстия инструмента.

Схема присоединения проволочных выводов в диодах Шоттки в корпусе ТО-220 представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема формирования проволочной перемычки между кристаллом и корпусом диодов Шоттки: 1 – сварочный инструмент; 2 – привариваемая проволока; 3 – кристалл; 4 – корпус; 5 – траверса корпуса

Использование разработанной конструкции инструмента для УЗС по сравнению с существующими конструкциями имеет следующие преимущества: обеспечивает напряженное состояние в проволоке в зоне сварки близкое к всестороннему сжатию; способствует минимальной деформации привариваемой проволоки в зоне сварки; создает плавный переход от сварного соединения к недеформированному сечению проволоки.

Для соединений между кристаллом и траверсами корпуса СПП, как было отмечено выше, целесообразно использовать проволоку диаметром 0,4-0,5 мм. Для УЗС проволоки данных размеров требуются повышенные мощность ультразвукового генератора и давление сварочного инструмента. Кроме того, использование проволоки приводит к неравномерной прочности сварного соединения по площади взаимодействия проволоки с контактной площадкой кристалла или корпуса. Наибольшая площадь контактирования проволоки с пленкой характерна для центральной области проволоки.

«Жесткие режимы» УЗС, особенно на кристалле, приводят к ухудшению электрических параметров СПП. Поэтому для обеспечения заданной мощности, подаваемой на СПП между кристаллом и траверсами корпуса формируют по 2 или 3 перемычки из проволоки диаметром 0,25 мм. Данная технология приводит к повышению себестоимости выпускаемых СПП.

Анализ способов и технологии монтажа внутренних соединений в СПП показал, что целесообразно использовать ленточные выводы вместо проволочных. Например, проволока диаметром 0,4 мм соответствует ленте с поперечным сечением 0,2´0,6 мм.

В связи с вышеизложенным, разработана конструкция инструмента для сварки ленточных выводов к контактным площадкам СПП. Инструмент для сварки (рис. 2.6) представляет собой цилиндрический стержень 1 с боковым отверстием 2 прямоугольной формы, на конусном торце которого имеется рабочая площадка 3 с продольной канавкой 4 высотой до 0,8 а и шириной до 1,2 б, где “а” – толщина, а “б” – ширина привариваемого вывода.

Рис. 2.6. Инструмент для сварки ленточных выводов СПП: а – вид со стороны подачи ленточного вывода; б – вид сбоку; в – рабочая площадка в разрезе; г – положение ленты в канавке инструмента перед сваркой: 1 – корпус инструмента; 2 – боковое отверстие; 3 – рабочая площадка; 4 – продольная канавка; 5 – привариваемая лента

Ширина канавки на рабочей площадке инструмента, составляющая до 1,2 ширины привариваемого вывода, обеспечивает центрирование вывода относительной контактной площадки при сварке.

Высота канавки, составляющая до 0,8 толщины вывода, обеспечивает необходимую деформацию вывода при сварке и исключает контактирование выступов инструмента с контактной площадкой.

Боковое отверстие для подачи привариваемого вывода, выполненное в виде прямоугольника обеспечивает перемещение вывода в зону сварки.

Инструмент работает следующим образом.

Привариваемая лента толщиной “а” и шириной “б” пропускается через боковое отверстие 2 инструмента таким образом, при котором конец ее располагается в пазу 4 рабочей площадки 3 и совмещается с контактной площадкой на кристалле. После сварки на кристалле инструмент перемещается вверх к сварке на корпусе.

При этом вывод протаскивается через боковое отверстие 2, деформируясь и образуя петлю. При небольшом превышении размеров отверстия 2 относительно размеров вывода происходит надрыв сварного соединения на кристалле. При значительном превышении надрывы исключаются, но ухудшается точность совмещения вывода относительно рабочей площадки инструмента и контактной площадкой на траверсе корпуса.

Выполнение бокового отверстия в форме прямоугольника с заданными размерами улучшает прохождение привариваемой ленты через отверстие, исключает надрывы сварного соединения при подъеме инструмента вверх после образования сварного соединения на кристалле и повышает точность подачи вывода под рабочую площадку инструмента к месту сварки на корпусе.

При сварке на кристалле или корпусе инструмент, имеющий продольную канавку на рабочей площадке высотой до 0,8 а и шириной до 1,2 б, где “а” – толщина, а “б” – ширина привариваемого вывода, обеспечивает центрирование вывода относительно контактной площадки и минимальную его деформацию, а также исключает контактирование выступов инструмента с контактной площадкой при сварке.

Сварка инструментом с продольной канавкой на рабочей площадке обеспечивает равномерную прочность сварного соединения по всей площади взаимодействия ленточного вывода с контактной площадкой кристалла или корпуса.

Таким образом, использование предлагаемого инструмента для сварки по сравнению с существующими конструкциями имеет следующие преимущества: возможность сварки ленточных выводов; способствует минимальной деформации привариваемого вывода в зоне сварки; получение равномерной прочности сварных соединений по всей площади взаимодействия вывода с контактной площадкой кристалла или корпуса; исключает контактирование выступов инструмента с контактной площадкой при сварке.

Следует отметить, что использование данной конструкции инструмента для сварки ленточных выводов возможно на установке, которая обеспечивает получение качественных сварных соединений, особенно на кристаллах СПП. Для этой цели необходимо использование специального способа сварки, позволяющего разрушать и удалять оксидные пленки с соединяемых поверхностей, а также обеспечивать необходимую пластичность материалов в зоне сварного соединения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: