การบัดกรีอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีการเชื่อมขั้นสูงที่ใช้พลังงานการสั่นสะเทือนเชิงกลที่มีความถี่สูงเพื่อให้ได้การเชื่อมต่อโลหะ มันปรับปรุงข้อ จำกัด ของวิธีการบัดกรีแบบดั้งเดิมอย่างมีนัยสำคัญในการเชื่อมวัสดุพิเศษโดยการแนะนำพลังงานอัลตราโซนิกในกระบวนการบัดกรี เทคโนโลยีนี้เกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 และได้รับการพัฒนา แต่เดิมเพื่อแก้ปัญหาความยากลำบากในการเชื่อมอลูมิเนียมและโลหะผสม ตอนนี้ได้พัฒนาเป็นกระบวนการที่ขาดไม่ได้ในสาขาบรรจุภัณฑ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และการผลิตเครื่องมือที่มีความแม่นยำ
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการบัดกรีแบบดั้งเดิมการบัดกรีอัลตราโซนิกมีข้อได้เปรียบที่สำคัญหลายประการ: ประการแรกมันสามารถบรรลุการเชื่อมที่อุณหภูมิที่ต่ำกว่าลดความเสี่ยงของความเสียหายต่อความร้อน - ส่วนประกอบที่ละเอียดอ่อน; ประการที่สองการสั่นสะเทือนของอัลตราโซนิกสามารถทำลายชั้นออกไซด์บนพื้นผิวโลหะได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่จำเป็นต้องมีฟลักซ์กัดกร่อน ประการที่สามเทคโนโลยีนี้มีข้อกำหนดค่อนข้างต่ำสำหรับสภาพแวดล้อมการเชื่อมและสามารถรับผลการเชื่อมที่ดีได้โดยไม่ต้องมีก๊าซป้องกัน ลักษณะเหล่านี้ทำให้การบัดกรีอัลตราโซนิกเหมาะอย่างยิ่งสำหรับความต้องการการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดเล็กและซับซ้อนมากขึ้นในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัย
ในแง่ของการใช้งานอุตสาหกรรมอุปกรณ์บัดกรีอัลตราโซนิกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเขตข้อมูลที่มีความแม่นยำสูงเช่นบรรจุภัณฑ์ชิป LED การผลิตแผงโซลาร์เซลล์การประกอบเซ็นเซอร์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และการผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของอุตสาหกรรมที่เกิดขึ้นใหม่เช่นอุปกรณ์การสื่อสาร 5G และระบบการจัดการแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าความต้องการเทคโนโลยีการบัดกรีอัลตราโซนิกได้แสดงแนวโน้มการเติบโตอย่างต่อเนื่อง
2. หลักการทำงานของอุปกรณ์บัดกรีอัลปี้นิก
หลักการหลักของระบบบัดกรีอัลตราโซนิกคือการใช้เอฟเฟกต์ piezoelectric เพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นการสั่นสะเทือนเชิงกลที่สูง - ความถี่ เมื่อสัญญาณไฟฟ้าสูง - ความถี่ทำหน้าที่บนตัวแปลงสัญญาณ piezoelectric transducer จะสร้างการสั่นสะเทือนความถี่อัลตราโซนิกของ 20kHz ถึง 60kHz ซึ่งถูกขยายโดยฮอร์น (แอมพลิจูดตัวแปลง) และส่งไปยังหัวเครื่องมือเชื่อม
ในระหว่างกระบวนการเชื่อมการสั่นสะเทือนของอัลตราโซนิกจะสร้างผลกระทบทางกายภาพที่หลากหลายที่ส่วนต่อประสานระหว่างการประสานและสารตั้งต้น: ในอีกด้านหนึ่งแรงเฉือนสูง - ความถี่จะทำลายฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวโลหะโดยตรง ในทางกลับกันเอฟเฟกต์ความร้อนแรงเสียดทานสร้างอุณหภูมิเพียงพอที่จะละลายบัดกรีในพื้นที่และผลกระทบของการเกิดโพรงอากาศที่เกิดจากการสั่นสะเทือนจะส่งเสริมการไหลและการแพร่กระจายของบัดกรีของเหลว กลไกการกระทำแบบคอมโพสิตนี้สามารถบรรลุพันธะโลหะที่เชื่อถือได้ที่อุณหภูมิต่ำกว่าบัดกรีแบบดั้งเดิม (โดยปกติ 30 - 50 ° C ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของการประสาน)
การเลือกความถี่อุปกรณ์เป็นพารามิเตอร์สำคัญของการออกแบบระบบและความถี่ในการทำงานทั่วไป ได้แก่ 20kHz, 35kHz และ 60kHz ความถี่ที่ต่ำกว่าช่วยให้แอมพลิจูดและพลังงานออกมากขึ้นเหมาะสำหรับวัสดุเชื่อมที่หนาขึ้น ความถี่ที่สูงขึ้นสามารถควบคุมได้ดีขึ้นเหมาะสำหรับการเชื่อมที่แม่นยำของส่วนประกอบไมโคร ระบบบัดกรีอัลตราโซนิกขั้นสูงที่ทันสมัยมักจะติดตั้งเทคโนโลยีการติดตามความถี่อัตโนมัติซึ่งสามารถปรับได้แบบเรียลไทม์เพื่อรักษาสถานะเรโซแนนท์และให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพการส่งพลังงานสูงสุด
3. ฟิลด์แอปพลิเคชันและกรณีทั่วไป
อุปกรณ์บัดกรีอัลตราโซนิกมีบทบาทสำคัญในสาขาเทคโนโลยีที่สูง - ในอุตสาหกรรมบรรจุภัณฑ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์เทคโนโลยีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการเชื่อมต่อระหว่างชิปและพื้นผิวโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเชื่อมพื้นที่ขนาดใหญ่ของอุปกรณ์พลังงาน (เช่นโมดูล IGBT) ผู้ผลิตอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์ที่รู้จักกันดีใช้ระบบบัดกรีอัลตร้าโซนิกหลายตัว - หัวเพื่อให้ได้การผลิตโมดูลพลังงานจำนวนมากและอัตราผลตอบแทนร่วมบัดกรีเพิ่มขึ้นจาก 92%ของวิธีการดั้งเดิมเป็น 99.8%ในขณะที่ลดความร้อน - โซนที่ได้รับผลกระทบ 60%
การผลิต LED เป็นอีกหนึ่งฟิลด์แอปพลิเคชันทั่วไป การบัดกรีอัลตราโซนิกใช้ในการเชื่อมต่อชิป LED กับวงเล็บหลีกเลี่ยงปัญหาความต้านทานความร้อนที่เกิดจากการบ่มกาวเงินแบบดั้งเดิม หลังจากผู้ผลิต LED ขนาดใหญ่แนะนำสายการผลิตบัดกรีอัลตราโซนิกอัตโนมัติอย่างเต็มที่ความต้านทานความร้อนของผลิตภัณฑ์ลดลง 35%ประสิทธิภาพของแสงเพิ่มขึ้น 8%และความเสี่ยงด้านความน่าเชื่อถือที่เกิดจากการตกค้างฟลักซ์ถูกกำจัดอย่างสมบูรณ์
ในด้านพลังงานใหม่การบัดกรีอัลตราโซนิกช่วยแก้ปัญหาการเชื่อมบัสบาร์ของแผงโซลาร์เซลล์ เมื่อเปรียบเทียบกับการเชื่อมอากาศร้อนแบบดั้งเดิมกระบวนการอัลตราโซนิกจะลดอัตราการแตกของเซลล์แบตเตอรี่จาก 5% เป็นน้อยกว่า 0.2% ในขณะที่เพิ่มความเร็วในการเชื่อม 3 ครั้ง องค์กรไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ใช้ระบบการเชื่อมอัลตราโซนิกพร้อมการวางตำแหน่งด้วยภาพแบบบูรณาการเพื่อให้ได้สูงโดยอัตโนมัติสูง - การเชื่อมที่แม่นยำของเซลล์แสงอาทิตย์ 156 มม. โดยมีกำลังการผลิตเฉลี่ยต่อวัน 8,000 ชิ้น
ในการผลิตอุปกรณ์สื่อสาร 5G ที่เกิดขึ้นใหม่เทคโนโลยีการบัดกรีอัลตราโซนิกทำงานได้ดีในบรรจุภัณฑ์ของตัวกรองความถี่สูง, อาร์เรย์เสาอากาศและส่วนประกอบอื่น ๆ ผู้ผลิตอุปกรณ์สถานีฐานใช้ระบบอัลตราโซนิกความถี่สูง 60kHz เพื่อให้ได้การเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ของข้อต่อประสาน 0.2 มม. ในมิลลิเมตร - อุปกรณ์คลื่นโดยมีการสูญเสียการแทรกน้อยกว่า 0.1dB ซึ่งตรงตามข้อกำหนดของสัญญาณสูง 5G -