Siêu âm hàn là một công nghệ hàn tiên tiến sử dụng năng lượng rung động cơ học cao - để đạt được kết nối kim loại. Nó cải thiện đáng kể những hạn chế của các phương pháp hàn truyền thống trong hàn các vật liệu đặc biệt bằng cách đưa năng lượng siêu âm vào quá trình hàn. Công nghệ này bắt nguồn từ giữa thế kỷ 20 và ban đầu được phát triển để giải quyết vấn đề khó khăn trong việc hàn nhôm và hợp kim của nó. Bây giờ nó đã phát triển thành một quá trình không thể thiếu trong các lĩnh vực đóng gói vi điện tử và sản xuất dụng cụ chính xác.
So với công nghệ hàn truyền thống, hàn siêu âm có một số lợi thế đáng kể: đầu tiên, nó có thể đạt được hàn ở nhiệt độ thấp hơn, làm giảm nguy cơ thiệt hại cho nhiệt - các thành phần nhạy cảm; Thứ hai, rung siêu âm có thể phá hủy một cách hiệu quả lớp oxit trên bề mặt kim loại mà không cần phải ăn mòn; Thứ ba, công nghệ này có các yêu cầu tương đối thấp đối với môi trường hàn và kết quả hàn tốt có thể thu được mà không cần khí bảo vệ. Những đặc điểm này làm cho hàn siêu âm đặc biệt phù hợp cho các nhu cầu sản xuất sản phẩm ngày càng thu nhỏ và tinh vi trong ngành công nghiệp điện tử hiện đại.
Về các ứng dụng công nghiệp, thiết bị hàn siêu âm đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực chính xác cao như bao bì chip LED, sản xuất bảng điều khiển năng lượng mặt trời, lắp ráp cảm biến vi mô và sản xuất thiết bị y tế. Với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp mới nổi như thiết bị truyền thông 5G và hệ thống quản lý pin xe điện, nhu cầu về công nghệ hàn siêu âm đã cho thấy một xu hướng tăng trưởng liên tục.
2. Nguyên tắc làm việc của thiết bị hàn siêu âm
Nguyên tắc cốt lõi của hệ thống hàn siêu âm là sử dụng hiệu ứng áp điện để chuyển đổi năng lượng điện thành rung động cơ học cao - tần số. Khi cao - Tín hiệu điện tần số hoạt động trên đầu dò áp điện, đầu dò sẽ tạo ra rung tần số siêu âm từ 20kHz đến 60kHz, được khuếch đại bằng sừng (bộ chuyển đổi biên độ) và truyền đến đầu công cụ hàn.
Trong quá trình hàn, độ rung siêu âm tạo ra nhiều hiệu ứng vật lý ở giao diện tiếp xúc giữa hàn và chất nền: một mặt, lực cắt tần số cao sẽ phá hủy trực tiếp màng oxit trên bề mặt kim loại, để lộ kim loại nguyên chất; Mặt khác, hiệu ứng nhiệt ma sát tạo ra đủ nhiệt độ để làm tan chảy hàn cục bộ và hiệu ứng xâm thực gây ra bởi sự rung động thúc đẩy dòng chảy và khuếch tán của chất hàn chất lỏng. Cơ chế hành động tổng hợp này có thể đạt được liên kết luyện kim đáng tin cậy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với chất hàn truyền thống (thường thấp hơn 30 - 50 ° C so với điểm nóng chảy của hàn).
Lựa chọn tần số thiết bị là một tham số chính của thiết kế hệ thống và tần số vận hành phổ biến bao gồm 20kHz, 35kHz và 60kHz. Tần số thấp hơn cung cấp biên độ và năng lượng lớn hơn, phù hợp cho các vật liệu hàn dày hơn; Tần số cao hơn có thể đạt được sự kiểm soát tốt hơn, phù hợp với hàn chính xác các thành phần vi mô. Các hệ thống hàn siêu âm tiên tiến hiện đại thường được trang bị công nghệ theo dõi tần số tự động, có thể điều chỉnh trong thời gian thực để duy trì trạng thái cộng hưởng và đảm bảo hiệu quả truyền năng lượng tối đa.
3. Các trường ứng dụng và các trường hợp điển hình
Thiết bị hàn siêu âm đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao. Trong ngành công nghiệp bao bì vi điện tử, công nghệ này được sử dụng rộng rãi cho sự kết nối giữa chip và chất nền, đặc biệt là đối với các thiết bị năng lượng lớn - khu vực (như mô -đun IGBT). Một nhà sản xuất điện tử ô tô được biết đến sẽ sử dụng hệ thống hàn siêu âm đa - để đạt được sản xuất hàng loạt các mô -đun năng lượng và tỷ lệ năng suất hàn đã tăng từ 92%phương pháp truyền thống lên 99,8%, trong khi giảm 60%vùng bị ảnh hưởng.
Sản xuất LED là một lĩnh vực ứng dụng điển hình khác. Hàn siêu âm được sử dụng để kết nối các chip LED với dấu ngoặc, tránh vấn đề kháng nhiệt gây ra bởi phương pháp bảo dưỡng keo bạc truyền thống. Sau khi một nhà sản xuất LED lớn đã giới thiệu một dây chuyền sản xuất hàn siêu âm hoàn toàn tự động, điện trở nhiệt của sản phẩm đã giảm 35%, hiệu suất ánh sáng đã tăng 8%và rủi ro độ tin cậy do dư lượng từ thông đã được loại bỏ hoàn toàn.
Trong lĩnh vực năng lượng mới, hàn siêu âm giải quyết vấn đề hàn thanh cái của các tấm pin mặt trời. So với hàn không khí nóng truyền thống, quá trình siêu âm làm giảm tốc độ phá vỡ của pin pin từ 5% xuống dưới 0,2%, đồng thời tăng tốc độ hàn 3 lần. Một doanh nghiệp quang điện sử dụng hệ thống hàn siêu âm với định vị trực quan tích hợp để đạt được sự hàn chính xác hoàn toàn cao - Hàn chính xác của pin mặt trời 156mm, với công suất sản xuất trung bình hàng ngày là 8.000 mảnh.
Trong việc sản xuất các thiết bị truyền thông 5G mới nổi, công nghệ hàn siêu âm hoạt động tốt trong bao bì của các bộ lọc tần số cao, mảng ăng -ten và các thành phần khác. Một nhà sản xuất thiết bị trạm cơ sở sử dụng hệ thống siêu âm tần số cao 60kHz để đạt được kết nối đáng tin cậy của các mối hàn khoảng cách 0,2mm trong các thiết bị sóng - Wave, với việc mất chèn dưới 0,1dB, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu truyền tín hiệu tần số cao 5G.