超音波はんだ付けは、高周波機械的振動エネルギーを使用して金属接続を実現する高度な溶接技術です。それは、はんだプロセスに超音波エネルギーを導入することにより、特別な材料の溶接における従来のはんだ付け方法の制限を大幅に改善します。この技術は20世紀半ばに生まれ、もともとアルミニウムとその合金の溶接の困難の問題を解決するために開発されました。現在、マイクロエレクトロニックパッケージと精密機器の製造の分野で不可欠なプロセスに発展しています。
従来のはんだ技術と比較して、超音波はんだ付けにはいくつかの重要な利点があります。まず、低温で溶接を達成することができ、熱への損傷のリスクを減らすことができます-敏感な成分。第二に、超音波振動は、腐食性フラックスを必要とせずに金属表面の酸化物層を効果的に破壊する可能性があります。第三に、この技術には溶接環境の要件が比較的低く、保護ガスなしで良好な溶接の結果を得ることができます。これらの特性により、超音波のはんだ付けは、現代の電子機器業界でますます小型化され洗練された製品製造ニーズに特に適しています。
産業用途に関しては、LEDチップパッケージ、ソーラーパネルの製造、マイクロエレクトロニクスセンサーアセンブリ、医療機器の生産などの高精度フィールドで超音波はんだ付け装置が広く使用されています。 5G通信機器や電気自動車のバッテリー管理システムなどの新興産業の急速な発展により、超音波はんだ付け技術の需要は継続的な成長傾向を示しています。
2。超音波はんだ付け装置の作業原則
超音波はんだ付けシステムの中核的な原理は、圧電効果を使用して電気エネルギーを高周波数の機械的振動に変換することです。高-周波数電気信号が圧電トランスデューサーに作用すると、トランスデューサーは20kHz〜60kHzの超音波周波数振動を生成し、ホーン（振幅コンバーター）によって増幅され、溶接ツールヘッドに送信されます。
溶接プロセス中、超音波振動は、はんだと基質の間の接触界面でさまざまな物理的効果を生成します。一方で、高-周波数せん断力は金属表面の酸化膜を直接破壊し、純粋な金属を露出させます。一方、摩擦熱効果は局所的にはんだを溶かすのに十分な温度を生成し、振動によって引き起こされるキャビテーション効果は液体はんだの流れと拡散を促進します。この複合作用メカニズムは、従来のはんだよりもはるかに低い温度で信頼できる冶金結合を実現できます（通常、はんだの融点よりも30 - 50°C低い）。
機器の周波数選択はシステム設計の重要なパラメーターであり、一般的な動作周波数には20kHz、35kHz、60kHzが含まれます。より低い周波数は、より厚い材料の溶接に適した、より大きな振幅とエネルギー出力を提供します。より高い周波数は、マイクロ成分の精密溶接に適したより細かい制御を実現できます。最新の高度な超音波はんだ付けシステムには、多くの場合、自動周波数追跡技術が装備されており、共鳴状態を維持し、最大のエネルギー伝送効率を確保するためにリアルタイムに調整できます。
3。アプリケーションフィールドと典型的なケース
超音波はんだ付け機器は、多くの高-技術分野で重要な役割を果たします。マイクロエレクトロニクス包装業界では、このテクノロジーは、チップと基板間の相互接続、特に電力デバイス（IGBTモジュールなど）の大規模なエリア溶接に広く使用されています。よく知られている自動車エレクトロニクスメーカーは、マルチ-ヘッド超音波のはんだ付けシステムを使用して電力モジュールの大量生産を実現し、はんだジョイントの降伏率は従来の方法の92％から99.8％に増加し、熱を60％削減します。
LED製造は、もう1つの典型的なアプリケーションフィールドです。超音波はんだ付けは、LEDチップをブラケットに接続するために使用され、従来の銀の接着剤硬化によって引き起こされる熱抵抗の問題を回避します。大規模なLEDメーカーが完全に自動超音波のはんだ生成生産ラインを導入した後、製品の熱抵抗が35％減少し、光効率が8％増加し、フラックス残基によって引き起こされる信頼性のリスクが完全に排除されました。
新しいエネルギーの分野では、超音波はんだ付けがソーラーパネルのバスバー溶接の問題を解決します。従来の熱気溶接と比較して、超音波プロセスにより、バッテリーセルの破損率が5％に0.2％未満に減少し、溶接速度が3倍増加します。太陽光発電エンタープライズは、統合された視覚的位置を備えた超音波溶接システムを使用して、156mm太陽電池の完全に自動高く高く溶接を実現し、1日平均生産能力は8,000個です。
新たな5G通信機器の製造において、超音波はんだ付け技術は、高周波数フィルター、アンテナアレイ、その他のコンポーネントのパッケージでうまく機能します。基地局の機器メーカーは、60kHzの高さ-周波数超音波システムを使用して、0.1dB未満の挿入損失を伴うミリメートル-波のデバイスで0.2mm間隔のはんだジョイントの信頼できる接続を成功させ、5G高-周波数信号伝送の要件を完全に満たしています。