本发明专利技术涉及一种用于基于超声波的制造的设备。根据本发明专利技术的示例该设备具有振动系统，该振动系统包括至少一个用于产生超声波振动的声变换器，该振动系统还包括超声波发生器，在运行时通过该超声波发生器将超声波振动传递到工件上，以及包括将声变换器与超声波发生器机械连接的助力器。此外该设备还具有框架，在其上如此设置该振动系统，使得能够通过该框架将过程力引入到振动系统中。在振动系统中或者在框架和振动系统之间如此布置至少一个力传感器，使得引入到振动系统中的过程力作用在力传感器上。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种用于基于超声波的制造的设备。根据本专利技术的示例该设备具有振动系统，该振动系统包括至少一个用于产生超声波振动的声变换器，该振动系统还包括超声波发生器，在运行时通过该超声波发生器将超声波振动传递到工件上，以及包括将声变换器与超声波发生器机械连接的助力器。此外该设备还具有框架，在其上如此设置该振动系统，使得能够通过该框架将过程力引入到振动系统中。在振动系统中或者在框架和振动系统之间如此布置至少一个力传感器，使得引入到振动系统中的过程力作用在力传感器上。【专利说明】在基于超声波的加工过程中的力测量和力调节
本专利技术涉及基于超声波的制造方法，尤其是超声波焊接(压焊)的领域。
技术介绍
对于灵敏的构件、例如对于功率半导体模块的情况，对所使用的连接过程提出高的要求。除了高经济性且因此短的过程时间外，还使用以下方法，该方法造成构件中小的热输入。由此保护热灵敏的构件不被伤害。因为超声波焊接由于短的过程时间和小的热输入而出众，因此其适用于这种复杂的要求。其中该过程时间根据应用也能够低于一秒。作用在超声波发生器上的高频振动传递到接合部件上，接着其被局部地强烈地加热并由此被连接。当前使用的超声连接过程的过程参数在静止的系统状态中进行调整。为此垂直于接合位置的表面的按压力主要计算超声波振动的幅度和过程持续时间。因为超声波加工过程遭遇高动态，在一些使用中静止状态下的参数调节不足以作为解决方案，以在复杂的接合过程中也保证能复现的结果。此外按压是过程参数，具体而言是按压力，在接合过程中是困难的。在超声波加工过程中调整按压力是不可能的。下面按压力也被称作过程力。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，如此构成用于基于超声波的制造过程的设备，使得更好地监测例如按压力的过程参数并且在需要时能够影响过程参数。该任务通过根据权利要求1的设备或者以根据权利要求12的方法解决。本专利技术不同的实施例和进一步研究是从属权利要求的主题。本专利技术提出了一种用于基于超声波的制造的设备。根据本专利技术的示例该设备具有振动系统，该振动系统包括至少一个用于产生超声波振动的声变换器，振动系统还包括超声波发生器，在运行时能够通过该超声波发生器将超声波振动传递到工件上，并且包括将该声变换器与超声波发生器机械连接的助力器。此外该设备还具有框架，振动系统如此设置在该框架上，使得通过该框架能够向振动系统中引入过程力。在振动系统中或者在框架与振动系统之间如此布置至少一个力传感器，使得引入到振动系统中的过程力作用在力传感器上。此外本专利技术还提出了一种用于基于超声波的制造的方法。根据本专利技术的示例该方法包括将工件与振动系统的超声波发生器接触。该振动系统具有至少一个用于产生超声波振动的声变换器，以及超声波发生器，通过该超声波发生器在运行时将超声波振动传递到工件上，以及将声变换器和超声波发生器机械连接的助力器。此外该方法还包括向振动系统中引入过程力，在运行时该过程力被传递到工件上，以及借助于至少一个力传感器测量所引入的过程力，该至少一个力传感器如此布置在振动系统中或布置在振动系统上，使得引入到振动系统中的过程力作用在该力传感器上。【附图说明】下文根据在附图中所示的示例进一步阐述本专利技术。这些示意图不一定是按比例的且本专利技术不仅仅限于所示主题。相反重要的是，展示本专利技术所基于的原理。在这些附图中:图1示出了各种应用情况的超声波焊接装置的原理结构；图2示出了具有环形表面的助力器的示意图；图3示出了根据一个实施例的具有安装的传感器的用于超声波加工过程的设备；图4示出了根据一个实施例的根据图3的具有传感器的布置的超声波设备的顶视图；图5示出了根据另一实施例的具有安装的传感器的用于超声波加工过程的设备；图6示出了根据另一实施例的根据图4的具有传感器的位置的超声波设备的顶视图；图7示出了根据另一实施例的具有相应的传感器位置的用于超声波加工过程的设备；以及图8示出了根据另一实施例的在超声波发生器的传力轴中具有相应的传感器位置的用于超声波加工过程的设备。【具体实施方式】在附图中为分别具有相同或相似作用的相同或相似的零件标记相同的附图标记。超声波焊接是一种热接合方法。图1通过简图示出了超声波焊接设备的原理结构。为了接合两个工件201和202对其进行局部地加热。结果两个接合部件201和202(例如功率电子衬底上的接触板和接地线)局部地相互连接。在超声波方法中通过高频机械振动在接合区I中实现能量输入。该机械振动传递到接合部件201和202上。两个接合部件201和202至少部分重叠地设置并且在接合位置I的区域中在固定挡铁101和超声波发生器102之间通过施加限定的按压力900相互固定。该超声波设备能够按照图1到图8实施为变换器104(例如压电执行器)、助力器103和超声波发生器102的“串联线路”。该变换器通常也称作声变换器。这些单个元件固定不变地相互连接。根据待接合的材料将使用不同类型的工作原理。其通过接合部件上的机械振动的工作方向105区分。其分为超声波发生器振动的扭转的和纵向的工作方向105。该扭转的超声波发生器振动导致围绕工作轴105的扭转振动。根据应用情况，该纵向的超声波发生器振动要么垂直于上部的工件的表面201a工作，要么平行于上部的工件的表面201a工作。对能够通过熔化至少一个接合部件的物料、例如热塑性塑料，能够一方面使用工作方向105垂直于上部的工件的表面201a的纵向超声波发生器振动，另一方面能够使用工作方向105平行于上部的工件的表面201a的扭转的超声波发生器振动。通过对该塑料进行压缩和解压缩或者是接合部件之间的摩擦对其加热且该机械振动带入的能量消散为热能且之后加热接合区I。这在限定的按压力900下完成。与之相反通常为机械接合部件201和201使用工作方向105平行于上部的工件的工件表面201a的超声波振动，而与纵向的或者扭转的超声波发生器振动无关。机械振动带入的能量在该应用情况时不通过内部摩擦产生，如在塑料的情况下。在金属接合部件201和202中能量通过剪切力消散，该剪切力在接合部件201和202之间的接合区I的范围产生。这同样在限定的按压力900的作用下完成。因此监测与过程相关的参数且按照应用，根据对应的运行状态能够调整，其需要采集相关的量(例如力)，以及在必要的情况下附加的执行器，以能够在需要时控制对额定状态的必要干扰和偏置。这些执行器能够为与传感器301—起实施的单元并因此直接在测量位置控制参与，在此也采集这些测量值。替代方案也可以是，机械手150或者类似的仪器执行对过程参数的调整并且因此表现为执行器。作为执行器的机械手150表示所谓的传感器执行器组合301的替代。其他附图3、5、7和8用于表示这种装置的几种实施方式。此外也可以通过类似的设备实现其他的制造方法。为此示范性地为基于超声波的分离方法(例如钻孔或者研磨、尤其是超声波研磨)，以及摩擦焊接。图1示出了超声波焊接设备100的原理结构。该设备100将交流电流转换为高频机械振动并且通过该振动作用在工件201和202上。根据应当将何种材料相互接合，必须参考工件表面201a选择振动的相应的工作方向105。这些不同的工作方向105在其他的附图中阐明。该振动的产生在变换器104(超声波执行器)中完成。该变换器104例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于基于超声波的制造的设备(100)，包括振动系统，所述振动系统具有至少一个用于产生超声波振动的声变换器(104)、超声波发生器(102)以及助力器(103)，在运行时能够通过所述超声波发生器(102)将所述超声波振动传递到工件上，所述助力器(103)将所述声变换器(104)与所述超声波发生器(102)机械地相连接；框架(110)，所述振动系统如此放置到所述框架(110)上，使得通过所述框架(110)能够将过程力引入到所述振动系统中；至少一个力传感器(301)，所述至少一个力传感器(301)如此地布置在振动系统中或者在框架与振动系统之间，使得引入到所述振动系统中的过程力作用在所述力传感器(301)上。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·施特罗特曼，S·布莱坎普，T·内德曼，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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