La soldadura d’ultrasons és una tecnologia de soldadura avançada que utilitza energia de vibració mecànica d’alta freqüència per aconseguir la connexió metàl·lica. Millora significativament les limitacions dels mètodes tradicionals de soldadura en la soldadura de materials especials mitjançant la introducció d’energia ultrasònica en el procés de soldadura. Aquesta tecnologia es va originar a mitjan segle XX i es va desenvolupar originalment per resoldre el problema de la dificultat per soldar alumini i els seus aliatges. Ara s'ha convertit en un procés indispensable en els camps de la fabricació d'embalatges microelectrònics i la fabricació d'instruments de precisió.
En comparació amb la tecnologia de soldadura tradicional, la soldadura d’ultrasons té diversos avantatges significatius: primer, pot aconseguir la soldadura a una temperatura inferior, reduint el risc de danys a components sensibles a la calor; En segon lloc, la vibració ultrasònica pot destruir eficaçment la capa d'òxid a la superfície metàl·lica sense necessitat de flux corrosiu; En tercer lloc, aquesta tecnologia té requisits relativament baixos per a l’entorn de soldadura i es poden obtenir bons resultats de soldadura sense gas protector. Aquestes característiques fan que la soldadura d’ultrasons sigui especialment adequada per a les necessitats de fabricació de productes cada cop més miniaturitzades i sofisticades a la indústria electrònica moderna.
En termes d’aplicacions industrials, els equips de soldadura d’ultrasons s’han utilitzat àmpliament en camps d’alta - precisió com ara envasos de xip LED, fabricació de panells solars, muntatge de sensors microelectrònics i producció de dispositius mèdics. Amb el ràpid desenvolupament d’indústries emergents com ara equips de comunicació de comunicació 5G i sistemes de gestió de bateries de vehicles elèctrics, la demanda de tecnologia de soldadura d’ultrasons ha mostrat una tendència de creixement continu.
2. Principi de funcionament dels equips de soldadura per ultrasons
El principi bàsic del sistema de soldadura d’ultrasons és utilitzar l’efecte piezoelèctric per convertir l’energia elèctrica en vibració mecànica d’alta freqüència. Quan el senyal elèctric d’alta freqüència actua sobre el transductor piezoelèctric, el transductor generarà una vibració de freqüència ultrasònica de 20kHz a 60kHz, que s’amplifica per la trompa (convertidor d’amplitud) i es transmet a cap de l’eina de soldadura.
Durant el procés de soldadura, la vibració d’ultrasons produeix diversos efectes físics a la interfície de contacte entre la soldadura i el substrat: d’una banda, la força de cisalla d’alta freqüència destrueix directament la pel·lícula d’òxid a la superfície metàl·lica, exposant el metall pur; D'altra banda, l'efecte de calor de fricció genera una temperatura suficient per fondre la soldadura localment i l'efecte de cavitació causat per la vibració afavoreix el flux i la difusió de la soldadura líquida. Aquest mecanisme d’acció compost pot aconseguir unió metal·lúrgica fiable a una temperatura molt inferior a la soldadura tradicional (normalment 30 - 50 ° C inferior al punt de fusió de la soldadura).
La selecció de freqüències d’equips és un paràmetre clau del disseny del sistema i les freqüències de funcionament habituals inclouen 20kHz, 35KHz i 60KHz. Les freqüències inferiors proporcionen una major amplitud i sortida d’energia, adequades per soldar materials més gruixuts; Les freqüències més elevades poden aconseguir un control més fi, adequat per a la soldadura de precisió de micro components. Els sistemes moderns de soldadura d’ultrasons avançats sovint estan equipats amb tecnologia de seguiment automàtic de freqüències, que es poden ajustar en temps real per mantenir l’estat ressonant i assegurar la màxima eficiència de transmissió d’energia.
3. Camps d’aplicació i casos típics
Els equips de soldadura d’ultrasons tenen un paper clau en molts camps d’alta - tecnologia. A la indústria dels envasos de microelectrònica, aquesta tecnologia s’utilitza àmpliament per a la interconnexió entre xips i substrats, especialment per a la soldadura de grans àrees de dispositius d’energia (com els mòduls IGBT). Un conegut fabricant d’electrònica d’automòbils utilitza un sistema de soldadura d’ultrasons multi -cap per aconseguir la producció massiva de mòduls de potència, i la taxa de rendiment d’articulació de soldadura ha passat del 92%del mètode tradicional al 99,8%, alhora que redueix la zona de calor -
La fabricació LED és un altre camp d’aplicació típic. La soldadura d’ultrasons s’utilitza per connectar xips LED als claudàtors, evitant el problema de resistència tèrmica causada per la cura tradicional de cola de plata. Després que un gran fabricant LED va introduir una línia de producció de soldadura ultrasònica totalment automàtica, la resistència tèrmica del producte es va reduir en un 35%, l'eficiència de la llum es va incrementar un 8%i es van eliminar completament els riscos de fiabilitat causats pel residu de flux.
En el camp de la nova energia, la soldadura ultrasònica soluciona el problema de la soldadura de la barra de bus de panells solars. En comparació amb la soldadura d’aire calent tradicional, el procés d’ultrasons redueix la taxa de ruptura de les cèl·lules de la bateria del 5% a menys del 0,2%, alhora que augmenta la velocitat de soldadura en 3 vegades. Una empresa fotovoltaica utilitza un sistema de soldadura ultrasònica amb posicionament visual integrat per aconseguir una soldadura de precisió d’alta - precisió totalment automàtica de cèl·lules solars de 156 mm, amb una capacitat de producció mitjana diària de 8.000 peces.