A soldagem ultrassônica é uma tecnologia avançada de soldagem que usa alta energia de vibração mecânica de alta frequência para alcançar a conexão de metal. Melhora significativamente as limitações dos métodos tradicionais de solda na soldagem de materiais especiais, introduzindo energia ultrassônica no processo de solda. Essa tecnologia se originou em meados do século XX e foi originalmente desenvolvida para resolver o problema de dificuldade em soldar o alumínio e suas ligas. Agora, ele se transformou em um processo indispensável nos campos de embalagem microeletrônica e fabricação de instrumentos de precisão.
Comparado com a tecnologia de solda tradicional, a solda ultrassônica tem várias vantagens significativas: primeiro, pode obter soldagem a uma temperatura mais baixa, reduzindo o risco de danos ao calor - componentes sensíveis; Segundo, a vibração ultrassônica pode efetivamente destruir a camada de óxido na superfície do metal sem a necessidade de fluxo corrosivo; Terceiro, essa tecnologia possui requisitos relativamente baixos para o ambiente de soldagem, e bons resultados de soldagem podem ser obtidos sem gás protetor. Essas características tornam a solda ultrassônica particularmente adequada para as necessidades de fabricação de produtos cada vez mais miniaturizadas e sofisticadas na indústria de eletrônicos modernos.
Em termos de aplicações industriais, o equipamento de solda ultrassônico tem sido amplamente utilizado em campos de alta precisão, como embalagem de chips LED, fabricação de painéis solares, montagem de sensores microeletrônicos e produção de dispositivos médicos. Com o rápido desenvolvimento de indústrias emergentes, como equipamentos de comunicação 5G e sistemas de gerenciamento de baterias de veículos elétricos, a demanda por tecnologia de solda ultrassônica mostrou uma tendência contínua de crescimento.
2. Princípio de trabalho do equipamento de solda ultrassônica
O princípio central do sistema de solda ultrassônico é usar efeito piezoelétrico para converter energia elétrica em vibração mecânica de alta frequência. Quando o sinal elétrico de alta frequência atua no transdutor piezoelétrico, o transdutor gerará vibração de frequência ultrassônica de 20kHz a 60kHz, que é amplificada pelo buzina (conversor de amplitude) e transmitida à cabeça da ferramenta de soldagem.
Durante o processo de soldagem, a vibração ultrassônica produz uma variedade de efeitos físicos na interface de contato entre solda e substrato: por um lado, a força de cisalhamento de alta frequência destrói diretamente o filme de óxido na superfície do metal, expondo metal puro; Por outro lado, o efeito de calor do atrito gera temperatura suficiente para derreter a solda localmente, e o efeito de cavitação causado pela vibração promove o fluxo e a difusão da solda líquida. Esse mecanismo de ação composto pode atingir a ligação metalúrgica confiável a uma temperatura muito mais baixa que a solda tradicional (geralmente 30 - 50 ° C menor que o ponto de fusão da solda).
A seleção de frequência do equipamento é um parâmetro -chave do design do sistema, e as frequências operacionais comuns incluem 20kHz, 35kHz e 60kHz. As frequências mais baixas fornecem maior amplitude e saída de energia, adequadas para soldagem de materiais mais espessos; Frequências mais altas podem obter controle mais fino, adequado para soldagem de precisão de micro componentes. Os modernos sistemas avançados de solda ultrassônica avançada são frequentemente equipados com tecnologia automática de rastreamento de frequência, que pode se ajustar em tempo real para manter o estado ressonante e garantir a máxima eficiência da transmissão de energia.
3. Campos de aplicação e casos típicos
O equipamento de solda por ultrassom desempenha um papel fundamental em muitos campos de alta tecnologia. Na indústria de embalagens de microeletrônica, essa tecnologia é amplamente utilizada para a interconexão entre chips e substratos, especialmente para uma grande soldagem da área de dispositivos de energia (como módulos IGBT). Um fabricante de eletrônicos automotivos bem conhecido usa um sistema de solda por ultrassom de cabeça múltipla para alcançar a produção em massa de módulos de potência, e a taxa de rendimento da articulação de solda aumentou de 92%do método tradicional para 99,8%, enquanto reduz a zona afetada do calor em 60%.
A fabricação de LED é outro campo de aplicação típico. A solda ultrassônica é usada para conectar chips LED aos colchetes, evitando o problema de resistência térmica causada pela cura tradicional de cola de prata. Depois que um grande fabricante de LED introduziu uma linha de produção de solda ultrassônica totalmente automática, a resistência térmica do produto foi reduzida em 35%, a eficiência da luz foi aumentada em 8%e os riscos de confiabilidade causados pelo resíduo de fluxo foram completamente eliminados.
No campo da nova energia, a solda ultrassônica resolve o problema da soldagem do barramento de painéis solares. Comparado com a soldagem tradicional de ar quente, o processo ultrassônico reduz a taxa de quebra das células da bateria de 5% para menos de 0,2%, enquanto aumenta a velocidade de soldagem em 3 vezes. Uma empresa fotovoltaica usa um sistema de soldagem ultrassônica com posicionamento visual integrado para obter uma alta soldagem de alta precisão totalmente automática de células solares de 156 mm, com uma capacidade média de produção diária de 8.000 peças.
Na fabricação de equipamentos emergentes de comunicação 5G, a tecnologia de solda ultrassônica tem um bom desempenho na embalagem de filtros de alta frequência, matrizes de antena e outros componentes. Um fabricante de equipamentos de estação base utiliza um sistema ultrassônico de alta frequência para obter uma conexão confiável de articulações de solda de espaçamento de 0,2 mm em dispositivos de onda de milímetro, com uma perda de inserção inferior a 0,1dB, que atende totalmente aos requisitos da transmissão de sinais de alta frequência de 5g.