Ultrazvukové pájení je pokročilá svařovací technologie, která k dosažení kovového připojení používá vysokofrekvenční mechanickou vibrační energii. Významně zlepšuje omezení tradičních pájecích metod ve svařování speciálních materiálů zavedením ultrazvukové energie do procesu pájení. Tato technologie vznikla v polovině 20. století a byla původně vyvinuta k vyřešení problému obtížnosti při svařování hliníku a jejích slitin. Nyní se vyvinula v nepostradatelný proces v polích mikroelektronického balení a výroby přesných přístrojů.
Ve srovnání s tradiční technologií pájení má ultrazvukové pájení několik významných výhod: zaprvé může dosáhnout svařování při nižší teplotě, což snižuje riziko poškození tepla - citlivé komponenty; Za druhé, ultrazvukové vibrace mohou účinně zničit oxidovou vrstvu na kovovém povrchu bez nutnosti korozivního toku; Za třetí, tato technologie má relativně nízké požadavky na svařovací prostředí a dobré výsledky svařování lze získat bez ochranného plynu. Díky těmto vlastnostem je ultrazvukové pájení zvláště vhodné pro stále více miniaturizované a sofistikovanější výrobní potřeby v moderním elektronickém průmyslu.
Pokud jde o průmyslové aplikace, ultrazvukové pájení bylo široce používáno ve vysokých přesných polích, jako je balení LED čipů, výroba solárního panelu, sestava mikroelektronického senzoru a výroba zdravotnických prostředků. S rychlým rozvojem rozvíjejících se průmyslových odvětví, jako jsou 5G komunikační zařízení a systémy správy baterií s elektrickými vozidly, vykázala poptávka po technologii ultrazvukových páječek nepřetržitý růstový trend.
2. pracovní princip ultrazvukového pájení
Základním principem systému ultrazvuku je použití piezoelektrického účinku k přeměně elektrické energie na vysokofrekvenční mechanické vibrace. Když vysoký - Frekvenční elektrický signál působí na piezoelektrický převodník, převodník generuje ultrazvukové frekvenční vibrace 20 kHz na 60 kHz, což je amplifikováno rohem (amplitudový převodník) a přenášen pro hlavu nástroje pro svařování.
Během svařovacího procesu ultrazvukové vibrace produkují řadu fyzických efektů na kontaktním rozhraní mezi pájkou a substrátem: Na jedné straně vysoká frekvenční smyková síla přímo ničí oxidový film na kovovém povrchu a odhaluje čistý kov; Na druhé straně efekt tepla tření vytváří dostatek teploty, aby se roztavil lokálně, a kavitační účinek způsobený vibracemi podporuje tok a difúzi kapalné pájky. Tento kompozitní akční mechanismus může dosáhnout spolehlivého metalurgického vazby při mnohem nižší teplotě než tradiční pájka (obvykle o 30 - 50 ° C nižší než bod tání pájky).
Výběr frekvence vybavení je klíčovým parametrem návrhu systému a běžné provozní frekvence zahrnují 20 kHz, 35 kHz a 60 kHz. Nižší frekvence poskytují větší amplitudu a energetický výkon, vhodné pro silnější svařování materiálů; Vyšší frekvence mohou dosáhnout jemnější kontroly, vhodné pro přesné svařování mikro složek. Moderní pokročilé ultrazvukové páječkové systémy jsou často vybaveny technologií automatického sledování frekvencí, která se může přizpůsobit v reálném čase, aby se udržovala rezonanční stav a zajistila maximální účinnost přenosu energie.
3. pole aplikací a typické případy
Ultrazvukové pájení hraje klíčovou roli v mnoha vysokých technologických polích. V průmyslu mikroelektroniky se tato technologie široce používá pro propojení mezi čipy a substráty, zejména pro velké svařování napájecích zařízení (jako jsou moduly IGBT). Známý výrobce automobilové elektroniky dobře - ultrazvukový páječ s více - hlavou k dosažení hromadné výroby modulů výkonu a rychlost pájecího kloubu se zvýšila z 92%tradiční metody na 99,8%a zároveň snižovala zóna tepla o 60%.
LED výroba je další typické pole aplikace. Ultrazvukové pájení se používá k propojení čipů LED k držákům, což se vyhýbá problému s tepelným odporem způsobeným tradičním vyléčením lepicího stříbra. Poté, co velký výrobce LED zavedl plně automatickou výrobní linku ultrazvukového pájení, byla tepelná odolnost produktu snížena o 35%, účinnost světla byla zvýšena o 8%a rizika spolehlivosti způsobená zbytkem toku byla zcela eliminována.
V oblasti nové energie řeší ultrazvukové pájení problém svařování solárních panelů. Ve srovnání s tradičním svařovacím vzduchem ultrazvukový proces snižuje míru rozbití bateriových článků z 5% na méně než 0,2% a zároveň zvyšuje rychlost svařování o třikrát. Fotovoltaický podnik používá systém ultrazvukového svařování s integrovaným vizuálním umístěním k dosažení plně automatického vysokého svařování 156 mm solárních článků s průměrnou denní výrobní kapacitou 8 000 kusů.