DE1234885B

DE1234885B - Process for butt welding thin wires on flat workpieces

Info

Publication number: DE1234885B
Application number: DE1964J0025590
Authority: DE
Inventors: Guenter Broednow; Friedel Christian Schmidt
Original assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Current assignee: Halbleiterwerk Frankfurt Oder VEB
Priority date: 1964-04-04
Filing date: 1964-04-04
Publication date: 1967-02-23

Description

Verfahren zum Stumpfschweißen von dünnen Drähten an flächenhaften Werkstücken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stumpfschweißen von dünnen Drähten auf flächenhaften Werkstücken mittels Kondensatorentladung, bei dem in getrennten Arbeitsgängen erst in einem Lichtbogen in Schutzgasatmosphäre die Schweißperle hergestellt und dann die eigentliche Schweißung am Werkstück erfolgt. Das Befestigen von dünnen Drähten auf schweißbare Werkstücke, z. B. das Anbringen von elektrischen Kontakten und Zuleitungen, ist seit langer Zeit bekannt und erprobt. Schwieriger ist das Anschweißen von Drähten, sobald der Durchmesser der Drähte unterhalb von etwa 0,5 mm liegt. Als geeignet für die Drahtschweißung hat sich im gewissen Umfang die Widerstandsschweißung unter Anwendung einer Kondensatorentladung als Energiequelle gezeigt.Process for butt welding thin wires on flat surfaces Workpieces The invention relates to a method for butt welding thin Wires on flat workpieces by means of capacitor discharge, in which in separated The welding bead is only produced in an arc in a protective gas atmosphere and then the actual welding takes place on the workpiece. The fastening of thin Wires on weldable workpieces, e.g. B. the attachment of electrical contacts and supply lines, has been known and tested for a long time. Welding is more difficult of wires as soon as the diameter of the wires is below about 0.5 mm. Resistance welding has proven to be suitable to a certain extent for wire welding shown using a capacitor discharge as an energy source.

Bekanntlich müssen bei der Widerstandsschweißung allgemein verschiedene schweißtechnische Bedingungen eingehalten werden. So wird der erforderliche Andruck der zu verbindenden Materialien in der Schweißzone durch die Elektroden und die zu verschweißenden Werkstücke übertragen. Bekanntlich ist der aufzunehmende Elektrodendruck durch die Form und die Größe der Schweißzone, die elektrische Leitfähigkeit der zu befestigenden Materialien und die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Elektroden bestimmt.It is well known that resistance welding generally requires different welding conditions are observed. This is how the required pressure will be the materials to be joined in the welding zone by the electrodes and the Transferred workpieces to be welded. It is known that the electrode pressure to be recorded is by the shape and size of the welding zone, the electrical conductivity of the materials to be fastened and the electrical and thermal conductivity of the Electrodes determined.

Da sich die zum Schweißen benötigte Energie mit der Größe der Schweißfläche erhöht und ein Teil der Energie durch Wärmeleitung verlorengeht, ändert sich die erforderliche Schweißenergie von Fall zu Fall. Außerdem wird dafür gesorgt, daß der größte elektrische Widerstand in der Schweißzone entsteht. Für den Fall, daß Drähte von etwa 1 mm Durchmesser auf flächenhafte Werkstücke, z. B. auf Blech, stumpf aufgeschweißt werden sollen, werden im allgemeinen der Elektrodendruck und die benötigte Leistung eingestellt und dann der eigentliche Schweißvorgang ausgelöst. Dabei zeigt sich, daß die Drähte bei geringem Drahtdurchmesser durch Druck und Strombelastung leicht verbiegen, so daß keine Schweißverbindung zustande kommt. Dieser Mangel läßt sich auch nicht durch Kürzen des aus der Schweißelektrode herausragenden Drahtes beseitigen.Since the energy required for welding increases with the size of the welding surface increases and part of the energy is lost through conduction, the changes required welding energy on a case-by-case basis. It is also ensured that the greatest electrical resistance occurs in the welding zone. In case that Wires of about 1 mm in diameter on flat workpieces, e.g. B. on sheet metal, blunt are to be welded, the electrode pressure and the required Power is set and then the actual welding process is triggered. It shows that the wires with a small wire diameter due to pressure and current load bend slightly so that no welded connection is made. This lack leaves not even by shortening the wire protruding from the welding electrode remove.

Es ist auch ein zweistufiges Drahtschweißverfahren bekannt, das mittels Kondensatorentladung arbeitet. In einem ersten Arbeitsgang werden dabei die Pole eines geladenen Kondensators an die beiden sich gegenüberstehenden Elektroden angelegt und dann die beiden Elektroden gegeneinander bewegt, so daß in einem geringen Abstand die Kondensatorentladung erfolgt. Dabei tritt an den Enden der drahtförmigen Elektroden eine Schweißperle auf. Dazu ist aber ein Drahtvorschub mit definierter Bewegung erforderlich, damit nicht anstatt der Schweißperle eine in diesem Stadium des Schweißprozesses unerwünschte Schweißverbindung entsteht. Im zweiten Arbeitsgang werden dann die Drähte mit den gebildeten Schweißperlen miteinander verschweißt. Diesem Verfahren haften aber gewisse Mängel an, da es nicht zu regelmäßig geformten Schweißperlen mit definierter Größe führt, was zum Teil auf das Gegeneinanderbewegen der Elektroden zurückzuführen ist. Der Perlendurchmesser wird bei dieser Arbeitsweise von dem Beginn der Bogenentladung beeinflußt, so daß sich bei dem geringen Elektrodenabstand schon die unterschiedliche Ausbildung der Schnittfläche des Drahtes bemerkbar macht. Eine vorausbestimmbare Ausbildung der Schweißperlengröße ist aber wesentlich für den zweiten Schritt, wenn es sich darum handelt, nur einen eng begrenzten Bereich von flächenhaften Werkstücken, wie z. B. in der Halbleitertechnik bei Halbleiterbauelementen, für die Schweißverbindung einzuhalten. Aus diesem Grund wurden in der Praxis andere Wege eingeschlagen, um die geforderten Schweißverbindungen zu erhalten. Es ist z. B. ebenfalls bekannt, den anzuschweißenden Draht rechtwinklig umzubiegen und das abgebogene Drahtende auf dem Körper anzuschweißen. Diese Art der Befestigung beansprucht einen relativ großen Platz und ist deshalb in vielen Fällen ebenfalls nicht anwendbar. Außerdem wird aber der Drahtquerschnitt an der Biegestelle geschwächt, so daß sich die Festigkeit verringert. In anderen Fällen geht man daher so vor, daß das Ende des zu befestigenden Drahtes vor dem Schweißprozeß verformt wird. Dieses kann durch Anstauchen des Drahtendes geschehen. Durch diese Formgebung ist man in der Lage, den erforderlichen Elektrodendruck, ohne Verbiegen des Drahtes befürchten zu müssen, bei gleichzeitig kurzem Strompfad auf die Schweißzone zu übertragen. Das Anstauchen der Drahtenden ist aber bei Drähten mit geringem Drahtdurchmesser mit beträchtlichem Aufwand verbunden, so daß es nur im beschränkten Umfang angewandt werden kann.There is also a two-stage wire welding process known that by means of Capacitor discharge is working. In a first step, the poles are created of a charged capacitor is applied to the two opposing electrodes and then the two electrodes moved towards each other so that at a small distance the capacitor discharges. This occurs at the ends of the wire-shaped electrodes a bead of sweat. But there is also a wire feed with a defined movement required so that instead of the welding bead one at this stage of the welding process unwanted welded connection is created. In the second step, the Wires welded together with the weld beads formed. This procedure However, certain defects adhere, as there are not too regular sweat beads with a defined size, which is partly due to the movement of the electrodes against each other is due. The bead diameter is set from the beginning in this procedure influences the arc discharge, so that even with the small electrode spacing makes the different formation of the cut surface of the wire noticeable. One Predictable formation of the weld bead size is essential for the second step if it is only a narrow range of planar workpieces such. B. in semiconductor technology for semiconductor components, must be observed for the welded connection. Because of this, in practice they became others Path taken to obtain the required welded connections. It is Z. B. also known to bend the wire to be welded at right angles and that to weld bent wire end on the body. This type of attachment is claimed a relatively large space and is therefore also not applicable in many cases. In addition, however, the wire cross-section is weakened at the bending point, so that the strength decreases. In other cases one proceeds in such a way that the end of the wire to be fastened is deformed before the welding process. This can through Upsetting of the wire end happen. With this shape you are in the Location, the required electrode pressure without worrying about bending the wire, to be transmitted to the welding zone with a short current path at the same time. The upsetting however, the wire ends are considerably larger in the case of wires with a small wire diameter Effort involved, so that it can only be used to a limited extent.

Zweck der Erfindung ist es, ein Schweißverfahren für Halbleiterbauelemente zu schaffen, mit dessen Hilfe eine Serienfertigung möglich und eine geringe Ausschußquote gewährleistet ist.The purpose of the invention is to provide a welding process for semiconductor components to create, with the help of which series production is possible and a low reject rate is guaranteed.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, je nach Drahtdurchmesser ein ständig gleichbleibendes Volumen der Schweißperlen zu erreichen.The inventive method is based on the object, depending on Wire diameter to achieve a constant volume of welding beads.

Im Gegensatz zu einem bekannten Verfahren, bei dem die Kondensatorentladung durch ein Aneinanderrücken der beiden Elektroden erfolgt, besteht die Erfindung darin, daß die Kondensatorentladung zur Erzeugung der Schweißperle zwischen dem aus einer Elektrode mit kontinuierlichem Drahtvorschub herausragenden Draht und einer im festen Abstand davon angeordneten Gegenelektrode, an welcher der Pluspol des Kondensators vorbestimmter Kapazität liegt, durch kurzzeitiges Anlegen einer Stoßspannung ausgelöst wird.In contrast to a known process in which the capacitor discharge takes place by moving the two electrodes together, the invention consists in that the capacitor discharge to generate the weld bead between the wire protruding from an electrode with continuous wire feed and a counter-electrode at a fixed distance therefrom, on which the positive pole of the capacitor is a predetermined capacity, by briefly applying a Surge voltage is triggered.

Dabei wird, wie bekannt, ebenfalls in einer ersten Verfahrensstufe an dem zu befestigenden Draht eine Schweißperle angebracht und in einer zweiten Verfahrensstufe der Draht mit der Schweißperle an das Werkstück angeschweißt. Die erste Verfahrensstufe, die zur Bildung der Schweißperle führt, beruht auf der aperiodischen Entladung eines Kondensators. Die Energie des entsprechenden Lichtbogens, die sich durch Wahl der Spannung und der Kapazität des Kondensators dem zu verformenden Draht anpassen läßt, wird durch zwei Elektroden konzentriert. Die eine Elektrode wird durch den zu befestigenden Draht selbst dargestellt. Der mit der Schweißperle zu versehende Draht wird an den Minuspol des Kondensators angelegt. Als Gegenelektrode dient nicht ein anderes Stück eines Drahtes, wie es beim Verschweißen einer Draht-Draht-Verbindung der Fall ist. Als Gegenelektrode ist vielmehr eine Elektrode vorgesehen, an deren Spitze bei Kondensatorentladung keine Perlenbildung eintritt. Als geeignetes Material für die Gegenelektrode haben sich Graphit, Kupfer und Molybdän bewährt. Es kommt dabei darauf an, ein Material zu verwenden, das unter Schutzgasatmosphäre durch den Lichtbogen kaum beeinflußt wird. Die Kondensatorentladung wird durch Anlegen einer kurzzeitigen Stoßspannung von einigen Kilovolt, d. h. von etwa 3 kV, ausgelöst. Die Höhe der erforderlichen Stoßspannung hängt beim Arbeiten in Schutzgasatmosphäre im gewissen Grade von dem verwandten Schutzgas ab und läßt sich ohne weiteres darauf abstimmen. Durch diese Art des Entladevorganges kommt es zu einer regelmäßigen definierten Perlenbildung am Drahtende. Letzteres ist aber für die zweite Verfahrensstufe von entscheidender Bedeutung. Je nach der Kapazität des verwendeten Kondensators kann es erforderlich werden, einen entsprechenden Widerstand in Reihe dazuzuschalten. Die Größe der Schweißperle läßt sich durch Wahl der Energiemenge leicht festlegen. Da die erforderliche Energie abhängig ist vom Drahtquerschnitt, läßt sich die Energie des Kondensators bei dünnen Drähten so weit verringern, bis die Zündenergie der eigentlichen Energie des Kondensators überwiegt. Bei sehr dünnen Drähten braucht also nur noch mit einem Zündfunken gearbeitet zu werden. Der gesamte Vorgang läuft erforderlichenfalls, wie bekannt, in Schutzgasatmosphäre ab, so daß eine Oxydation des Drahtes vermieden wird. Als Schutzgase eignen sich Argon, Stickstoff od. dgl.As is known, this also takes place in a first process stage a welding bead is attached to the wire to be fastened and in a second one Process stage the wire is welded to the workpiece with the welding bead. the The first process stage, which leads to the formation of the weld bead, is based on the aperiodic one Discharge of a capacitor. The energy of the corresponding arc that is generated the wire to be deformed by choosing the voltage and capacitance of the capacitor can be adjusted, is concentrated by two electrodes. One electrode will represented by the wire to be attached itself. The one with the bead of sweat closed providing wire is applied to the negative pole of the capacitor. As a counter electrode does not use another piece of wire, as it does when welding a wire-to-wire connection the case is. Rather, an electrode is provided as the counter electrode, on which Tip, no pearl formation occurs during capacitor discharge. As a suitable material graphite, copper and molybdenum have proven useful for the counter electrode. It is coming It is important to use a material that can pass under a protective gas atmosphere the arc is hardly affected. The capacitor discharge is by applying a brief surge voltage of a few kilovolts, d. H. of about 3 kV. The level of the required surge voltage depends on working in a protective gas atmosphere to a certain extent from the protective gas used and can be easily accessed vote. This type of discharge leads to a regular, defined discharge process Bead formation at the end of the wire. However, the latter is for the second procedural stage of crucial. Depending on the capacity of the capacitor used, it will be necessary to connect a corresponding resistor in series. The size of the weld bead can be easily determined by choosing the amount of energy. Since the required energy depends on the wire cross-section, the energy can reduce the capacitor with thin wires until the ignition energy of the the actual energy of the capacitor predominates. Needs for very thin wires So to be worked with only one ignition spark. The whole process is running if necessary, as is known, in a protective gas atmosphere, so that oxidation of the wire is avoided. Argon, nitrogen or the like are suitable as protective gases.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich insbesondere bei Metallkombinationen, wie Ni-W, Mo-W, Kovar-CrNi anwenden. Zum besseren Verständnis des Verfahrens sei dieses an Hand eines Ausführungsbeispieles (s. Zeichnung) näher erläutert.The inventive method can be used in particular with metal combinations, like Ni-W, Mo-W, Kovar-CrNi. For a better understanding of the process, let this is explained in more detail using an exemplary embodiment (see drawing).

Zum Anbringen einer Schweißperle an den zu befestigenden Draht, der von einer Drahtrolle 8 durch die Schweißelektrode 1 geführt wird, befindet sich zunächst gegenüber dem Drahtende eine Gegenelektrode 2. Die Gegenelektrode 2 wird erforderlichenfalls von einem Schutzgas umhüllt, das durch eine Leitung 3 zugeführt werden kann. Zweckmäßigerweise lassen sich die Gegenelektrode und die eigentliche Schweißelektrode 5 auf einem beweglichen Tisch 4 nebeneinander anordnen. Der mit der Schweißperle zu versehende Draht wird mit einer entsprechenden Vorrichtung 7 geglättet und für den Entladevorgang mit einem Stromanschluß verbunden. Nachdem durch eine angelegte Stoßspannung, z. B. von 3 kV bei Argon als Schutzgas, eine Kondensatorentladung über die Gegenelektrode 2 und dem Drahtende erfolgt ist und sich die Schweißperle gebildet hat, wird die Schweißelektrode 5 mit dem zu kontaktierenden Werkstück 6 unter die Schweißelektrode 1 gebracht. Letzteres kann vorteilhaft durch Verschieben oder Drehen des Tisches 4 erfolgen. Die justierte Schweißelektrode 1 mit dem herausragenden Drahtende mit Schweißperle wird sodann auf das zu kontaktierende Werkstück lokalisiert und anschließend die eigentliche Schweißung vorgenommen. Nach der Schweißung wird der Draht in der geforderten Länge mittels einer Schneidevorrichtung 9 abgetrennt, dazu wird vorher die Schweißelektrode aus der Arbeitsstellung entfernt.To attach a welding bead to the wire to be fastened, which is guided through the welding electrode 1 by a wire roll 8 , there is initially a counter electrode 2 opposite the end of the wire . The counter electrode and the actual welding electrode 5 can expediently be arranged next to one another on a movable table 4. The wire to be provided with the welding bead is smoothed with a corresponding device 7 and connected to a power connection for the discharge process. After an applied surge voltage, e.g. B. 3 kV with argon as protective gas, a capacitor discharge has taken place over the counter electrode 2 and the wire end and the welding bead has formed, the welding electrode 5 is brought with the workpiece 6 to be contacted under the welding electrode 1. The latter can advantageously be done by moving or rotating the table 4 . The adjusted welding electrode 1 with the protruding wire end with welding bead is then located on the workpiece to be contacted and the actual welding is then carried out. After welding, the wire is cut in the required length by means of a cutting device 9 , for this purpose the welding electrode is removed from the working position beforehand.

Beide Verfahrensschritte, nämlich die Herstellung der Schweißperle und die eigentliche Schweißung, lassen sich unmittelbar nacheinander ausführen oder auch getrennt voneinander, indem z. B. der Draht nach Anbringen der Schweißperle in der geforderten Länge abgeschnitten wird.Both process steps, namely the production of the welding bead and the actual weld can be carried out in direct succession or also separately from each other by z. B. the wire after attaching the welding bead is cut to the required length.

Claims

Claims: 1. Method for butt welding thin wires on two-dimensional workpieces, in which in separate work steps only in one Arc in a protective gas atmosphere produces the welding pearl and then the The actual welding takes place on the workpiece, that is to say n e t that the capacitor discharge to generate the weld bead between the wire protruding from an electrode with continuous wire supply and a counter-electrode at a fixed distance therefrom, on which the positive pole of the capacitor is a predetermined capacity, by briefly applying a Surge voltage is triggered.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the counter electrode is removed after attaching the welding bead to the wire and therefore the workpiece to be contacted arranged opposite the wire whereupon the actual welding takes place also by capacitor discharge.

3. The method according to claim 1, characterized in that the attachment of the welding bead and the actual welding of the wire to the workpiece and the severing of the wire in the required length takes place one after the other and in continuous operation. Documents considered: Welding Journal, Vol. 40, H. 5, 1961, p. 517 to 521.