Ultrazvučno lemljenje je napredna tehnologija zavarivanja koja koristi visoku - frekvencijsku mehaničku vibracijsku energiju za postizanje metalne veze. To značajno poboljšava ograničenja tradicionalnih metoda lemljenja u zavarivanju posebnih materijala uvođenjem ultrazvučne energije u postupak lemljenja. Ova tehnologija nastala je u sredini - 20. stoljeća i izvorno je razvijena kako bi riješila problem poteškoća u zavarivanju aluminija i njegovih legura. Sada se razvio u neophodan postupak u područjima mikroelektronske pakiranja i preciznog instrumenta.
U usporedbi s tradicionalnom tehnologijom lemljenja, ultrazvučno lemljenje ima nekoliko značajnih prednosti: prvo, može postići zavarivanje na nižoj temperaturi, smanjujući rizik od oštećenja na toplini - osjetljivih komponenti; Drugo, ultrazvučna vibracija može učinkovito uništiti oksidni sloj na metalnoj površini bez potrebe za korozivnim tokom; Treće, ova tehnologija ima relativno niske zahtjeve za okruženje zavarivanja, a dobri rezultati zavarivanja mogu se dobiti bez zaštitnog plina. Ove karakteristike čine ultrazvučno lemljenje posebno prikladnim za sve minijaturizirane i sofisticirane potrebe za proizvodnjom proizvoda u modernoj elektroničkoj industriji.
U pogledu industrijskih primjena, ultrazvučna oprema za lemljenje široko se koristi u visokim - preciznim poljima kao što su pakiranje LED čipova, proizvodnja solarne ploče, sklop mikroelektronskih senzora i proizvodnja medicinskih proizvoda. Brzim razvojem industrija u nastajanju kao što su 5G komunikacijska oprema i sustavi upravljanja baterijama električnih vozila, potražnja za ultrazvučnom tehnologijom lemljenja pokazala je trend kontinuiranog rasta.
2. Princip rada ultrazvučne opreme za lemljenje
Temeljni princip ultrazvučnog sustava lemljenja je korištenje piezoelektričnog učinka za pretvaranje električne energije u visoku - frekvencijsku mehaničku vibraciju. Kada visoki - frekvencijski električni signal djeluje na piezoelektrični pretvarač, pretvarač će stvoriti ultrazvučnu vibraciju frekvencije od 20 kHz do 60kHz, što se pojačava rogom (Amplitude Converter) i prenosi u glavu alata za zavarivanje.
Tijekom postupka zavarivanja, ultrazvučna vibracija stvara različite fizičke učinke na kontaktnom sučelju između lemljenja i supstrata: s jedne strane, visoka - frekvencijska smična sila izravno uništava oksidni film na metalnoj površini, izlažući čisti metal; S druge strane, efekt topline trenja stvara dovoljno temperature da se lokalno otopi, a efekt kavitacije uzrokovan vibracijama potiče protok i difuziju tekućeg lemljenja. Ovaj kompozitni mehanizam djelovanja može postići pouzdano metalurško vezanje na mnogo nižoj temperaturi od tradicionalnog lemljenja (obično 30 - 50 ° C niže od tališta lemljenja).
Odabir frekvencije opreme ključni je parametar dizajna sustava, a uobičajene radne frekvencije uključuju 20kHz, 35kHz i 60kHz. Niže frekvencije pružaju veću amplitudu i energiju, pogodne za zavarivanje debljih materijala; Veće frekvencije mogu postići finiju kontrolu, pogodne za precizno zavarivanje mikro komponenti. Moderni napredni ultrazvučni sustavi za lemljenje često su opremljeni automatskom tehnologijom praćenja frekvencija, koja se u stvarnom vremenu može prilagoditi za održavanje rezonantnog stanja i osiguravanje maksimalne učinkovitosti prijenosa energije.
3. Polja aplikacije i tipični slučajevi
Ultrazvučna oprema za lemljenje igra ključnu ulogu u mnogim visokim - tehnološkim poljima. U industriji pakiranja mikroelektronike, ova se tehnologija široko koristi za međusobnu povezanost između čipova i supstrata, posebno za veliko - područje zavarivanja uređaja za napajanje (poput IGBT modula). Dobro - poznati proizvođač automobilske elektronike koristi multi - ultrazvučni sustav za lemljenje glave za postizanje masovne proizvodnje modula za napajanje, a stopa prinosa spoja lemljenja povećala se s 92%tradicionalne metode na 99,8%, dok je smanjenje zone topline - pogođena za 60%.
LED proizvodnja je još jedno tipično polje aplikacije. Ultrazvučno lemljenje koristi se za povezivanje LED čipsa na nosače, izbjegavajući problem toplinskog otpora uzrokovan tradicionalnim stvrdnjavanjem na srebrnom ljepilu. Nakon što je veliki LED proizvođač uveo potpuno automatsku liniju za proizvodnju ultrazvučnih lemljenja, toplinski otpor proizvoda smanjen je za 35%, efikasnost svjetlosti povećana je za 8%, a rizici pouzdanosti uzrokovani ostatkom fluksa u potpunosti su eliminirani.
U polju nove energije, ultrazvučno lemljenje rješava problem sabirnice zavarivanja solarnih panela. U usporedbi s tradicionalnim zavarivanjem vrućeg zraka, ultrazvučni proces smanjuje brzinu lomljenja baterija s 5% na manje od 0,2%, istovremeno povećavajući brzinu zavarivanja za 3 puta. Fotovoltačko poduzeće koristi ultrazvučni sustav zavarivanja s integriranim vizualnim pozicioniranjem za postizanje potpuno automatskog visokog - preciznog zavarivanja 156 mm solarnih ćelija, s prosječnim dnevnim proizvodnim kapacitetom od 8000 komada.
U proizvodnji nove komunikacijske opreme u nastajanju, ultrazvučna tehnologija lemljenja dobro se snalazi u pakiranju frekvencijskih filtara, nizova antena i drugih komponenti. Proizvođač opreme za bazne stanice koristi 60kHz visoki - frekvencijski ultrazvučni sustav za uspješno postizanje pouzdanog spoja od 0,2 mm razmaka za lemljenje u milimetrima - valnim uređajima, s gubitkom umetanja manji od 0,1db, koji u potpunosti ispunjava zahtjeve 5 g visokog - frekvencijskog prijenosa signala.