Η υπερηχητική συγκόλληση είναι μια προηγμένη τεχνολογία συγκόλλησης που χρησιμοποιεί ενέργεια μηχανικής δόνησης υψηλής συχνότητας για την επίτευξη μεταλλικής σύνδεσης. Βελτιώνει σημαντικά τους περιορισμούς των παραδοσιακών μεθόδων συγκόλλησης στη συγκόλληση ειδικών υλικών, εισάγοντας υπερηχητική ενέργεια στη διαδικασία συγκόλλησης. Αυτή η τεχνολογία προήλθε στα μέσα του 20ού αιώνα και αναπτύχθηκε αρχικά για την επίλυση του προβλήματος της δυσκολίας στη συγκόλληση του αλουμινίου και των κραμάτων της. Έχει πλέον εξελιχθεί σε μια απαραίτητη διαδικασία στα πεδία της μικροηλεκτρονικής συσκευασίας και της παραγωγής οργάνων ακριβείας.
Σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία συγκόλλησης, η υπερηχητική συγκόλληση έχει αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα: πρώτον, μπορεί να επιτύχει συγκόλληση σε χαμηλότερη θερμοκρασία, μειώνοντας τον κίνδυνο βλάβης σε θερμότητα - ευαίσθητα εξαρτήματα. Δεύτερον, η υπερηχητική δόνηση μπορεί να καταστρέψει αποτελεσματικά το στρώμα οξειδίου στην μεταλλική επιφάνεια χωρίς την ανάγκη για διαβρωτική ροή. Τρίτον, αυτή η τεχνολογία έχει σχετικά χαμηλές απαιτήσεις για το περιβάλλον συγκόλλησης και τα καλά αποτελέσματα συγκόλλησης μπορούν να ληφθούν χωρίς προστατευτικό αέριο. Αυτά τα χαρακτηριστικά καθιστούν την υπερηχητική συγκόλληση ιδιαίτερα κατάλληλη για τις όλο και πιο μικροσκοπικές και εξελιγμένες ανάγκες παραγωγής προϊόντων στη σύγχρονη ηλεκτρονική βιομηχανία.
Όσον αφορά τις βιομηχανικές εφαρμογές, ο εξοπλισμός συγκόλλησης υπερήχων έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πεδία υψηλής ακρίβειας, όπως η συσκευασία τσιπ LED, η παραγωγή ηλιακού πάνελ, η συγκρότηση μικροηλεκτρονικών αισθητήρων και η παραγωγή ιατρικών συσκευών. Με την ταχεία ανάπτυξη των αναδυόμενων βιομηχανιών, όπως ο εξοπλισμός επικοινωνίας 5G και τα συστήματα διαχείρισης μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων, η ζήτηση για τεχνολογία υπερήχων συγκόλλησης έχει δείξει μια συνεχή τάση ανάπτυξης.
2. Αρχή λειτουργίας του εξοπλισμού συγκόλλησης υπερήχων
Η βασική αρχή του συστήματος συγκόλλησης υπερήχων είναι η χρήση πιεζοηλεκτρικού αποτελέσματος για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανικές κραδασμούς υψηλής συχνότητας. Όταν το ηλεκτρικό σήμα υψηλής συχνότητας δρα στον πιεζοηλεκτρικό μορφοτροπέα, ο μορφοτροπέας θα παράγει δόνηση υπερηχητικής συχνότητας 20kHz έως 60kHz, το οποίο ενισχύεται με κέρατο (μετατροπέας πλάτους) και μεταδίδεται στην κεφαλή εργαλείου συγκόλλησης.
Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας συγκόλλησης, οι υπερηχητικές δόνηση παράγει μια ποικιλία φυσικών επιδράσεων στη διεπαφή επαφής μεταξύ συγκολλητικής και υποστρώματος: αφενός, η υψηλή δύναμη διατμητικής συχνότητας καταστρέφει άμεσα την μεμβράνη οξειδίου στην μεταλλική επιφάνεια, εκθέτοντας καθαρό μέταλλο. Από την άλλη πλευρά, η επίδραση θερμότητας τριβής παράγει αρκετή θερμοκρασία για να λιώσει την τοπική συγκόλληση και η επίδραση σπηλαίωσης που προκαλείται από δόνηση προάγει τη ροή και τη διάχυση της συγκόλλησης υγρού. Αυτός ο μηχανισμός σύνθετης δράσης μπορεί να επιτύχει αξιόπιστη μεταλλουργική σύνδεση σε πολύ χαμηλότερη θερμοκρασία από την παραδοσιακή συγκόλληση (συνήθως 30 - 50 ° C χαμηλότερα από το σημείο τήξης της συγκόλλησης).
Η επιλογή συχνότητας εξοπλισμού είναι μια βασική παράμετρος του σχεδιασμού του συστήματος και οι κοινές συχνότητες λειτουργίας περιλαμβάνουν 20kHz, 35kHz και 60kHz. Οι χαμηλότερες συχνότητες παρέχουν μεγαλύτερη απόδοση πλάτους και ενέργειας, κατάλληλες για συγκόλληση παχύτερων υλικών. Οι υψηλότερες συχνότητες μπορούν να επιτύχουν λεπτότερο έλεγχο, κατάλληλο για συγκόλληση ακριβείας μικρο -εξαρτημάτων. Τα σύγχρονα προηγμένα συστήματα συγκόλλησης υπερήχων είναι συχνά εξοπλισμένα με αυτόματη τεχνολογία παρακολούθησης συχνότητας, η οποία μπορεί να προσαρμοστεί σε πραγματικό χρόνο για να διατηρήσει την κατάσταση συντονισμού και να εξασφαλίσει τη μέγιστη απόδοση μετάδοσης ενέργειας.
3. Πεδία εφαρμογής και τυπικές περιπτώσεις
Ο εξοπλισμός συγκόλλησης υπερήχων διαδραματίζει βασικό ρόλο σε πολλά υψηλά πεδία τεχνολογίας. Στη βιομηχανία συσκευασίας μικροηλεκτρονικής, αυτή η τεχνολογία χρησιμοποιείται ευρέως για τη διασύνδεση μεταξύ τσιπς και υποστρωμάτων, ειδικά για τη συγκόλληση των συσκευών ισχύος (όπως οι μονάδες IGBT). Ένας καλά - Ο γνωστός κατασκευαστής ηλεκτρονικών αυτοκινήτων χρησιμοποιεί ένα σύστημα συγκόλλησης πολλαπλών κεφαλών για την επίτευξη μαζικής παραγωγής μονάδων ισχύος και ο ρυθμός απόδοσης συγκόλλησης αυξήθηκε από το 92%της παραδοσιακής μεθόδου στο 99,8%, μειώνοντας ταυτόχρονα τη ζώνη που επηρεάζεται από τη θερμότητα κατά 60%.
Η παραγωγή LED είναι ένα άλλο τυπικό πεδίο εφαρμογής. Η υπερηχητική συγκόλληση χρησιμοποιείται για τη σύνδεση τσιπ LED σε αγκύλες, αποφεύγοντας το πρόβλημα θερμικής αντίστασης που προκαλείται από την παραδοσιακή σκλήρυνση της κόλλας. Αφού ένας μεγάλος κατασκευαστής LED εισήγαγε μια πλήρως αυτόματη γραμμή παραγωγής υπερηχητικής συγκόλλησης, η θερμική αντίσταση του προϊόντος μειώθηκε κατά 35%, η απόδοση του φωτός αυξήθηκε κατά 8%και οι κίνδυνοι αξιοπιστίας που προκλήθηκαν από υπολείμματα ροής εξαλείφθηκαν πλήρως.
Στον τομέα της νέας ενέργειας, η υπερηχητική συγκόλληση επιλύει το πρόβλημα της συγκόλλησης των ηλιακών συλλεκτών. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή συγκόλληση ζεστού αέρα, η υπερηχητική διαδικασία μειώνει τον ρυθμό θραύσης των κυττάρων της μπαταρίας από 5% σε λιγότερο από 0,2%, αυξάνοντας παράλληλα την ταχύτητα συγκόλλησης κατά 3 φορές. Μια φωτοβολταϊκή επιχείρηση χρησιμοποιεί ένα υπερηχητικό σύστημα συγκόλλησης με ολοκληρωμένη οπτική τοποθέτηση για να επιτευχθεί πλήρως αυτόματη συγκόλληση υψηλής ακρίβειας των ηλιακών κυττάρων 156mm, με μέση ημερήσια παραγωγική ικανότητα 8.000 τεμαχίων.
Στην κατασκευή αναδυόμενου εξοπλισμού επικοινωνίας 5G, η τεχνολογία υπερηχητικής συγκόλλησης λειτουργεί καλά στη συσκευασία φίλτρων υψηλής συχνότητας, συστοιχιών κεραίας και άλλων εξαρτημάτων. Ένας κατασκευαστής εξοπλισμού σταθμών βάσης χρησιμοποιεί ένα σύστημα υπερηχητικής συχνότητας 60kHz υψηλής συχνότητας για την επιτυχή επίτευξη αξιόπιστης σύνδεσης των αρθρώσεων συγκόλλησης διαχωρισμού 0,2 mm σε χιλιοστά συσκευές κύματος, με απώλεια εισαγωγής μικρότερη από 0,1dB, η οποία πληροί πλήρως τις απαιτήσεις της μετάδοσης σήματος υψηλής συχνότητας 5G.