Introduction de la machine de soudage par ultrasons à fil d'aluminium

Introduction    

Le soudage par ultrasons , également connu sous le nom de "collage", est une méthode de soudage spéciale qui utilise une énergie de vibration mécanique de fréquence ultrasonique (16-120 kHz) pour connecter des métaux, semi-conducteurs, plastiques et céramiques identiques ou différents. Le soudage par ultrasons a été largement utilisé dans la production de circuits intégrés, de condensateurs, de composants de blindage de transformateurs ultra-haute tension, de micro-moteurs, de composants électroniques, de batteries et de pièces en plastique. Par rapport à la technologie de soudage traditionnelle, la technologie de soudage par ultrasons présente les avantages d'une vitesse élevée, d'un rendement élevé et d'une auto-automatisation élevée, et est devenue la technologie de base pour l'interconnexion dans les boîtiers semi-conducteurs.

Le principe de base du soudage par ultrasons sous pression

L'énergie ultrasonique est une énergie de vibration mécanique qui fonctionne à des fréquences supérieures aux ondes sonores (l'audition humaine normale a une limite de fréquence supérieure de 18 kHz). La fréquence de la liaison par ultrasons utilisée dans les boîtiers semi-conducteurs est généralement de 40 kHz à 120 kHz. Le soudage sous pression par ultrasons est une méthode de soudage en phase solide. Cette méthode spéciale de soudage en phase solide peut être simplement décrite comme suit : au début du soudage, le matériau métallique subit un fort écoulement plastique sous l'action du frottement, formant une liaison entre des surfaces métalliques pures. Le contact crée les conditions. L'élévation de température et les vibrations à haute fréquence de la zone de jonction provoquent en outre l'activation des atomes sur le réseau métallique. Par conséquent, lorsque des atomes métalliques ayant des propriétés de liaison covalente sont proches les uns des autres à une distance mesurée en nanomètres.

La recherche sur le procédé de soudage montre que le frottement, l'écoulement plastique et la température sont les trois principaux facteurs interdépendants pour réaliser le soudage par ultrasons, parmi lesquels le frottement joue un rôle de premier plan, qui est non seulement la principale source de chaleur dans le soudage, mais aussi en éliminant l'oxyde film pour un contact pur entre les surfaces métalliques crée des conditions.

L'énergie nécessaire au frottement du soudage par ultrasons peut être exprimée par la formule suivante :

E=∫μPvdt[5]

Dans la formule : μ-coefficient de frottement ; P-la pression verticale sur la tête de soudage ; v-la vitesse de vibration de la tête de soudage ;

Parmi eux : v=4Af Dans la formule : A-l'amplitude de la tête de soudage ; f-fréquence de vibration ultrasonique ; t-temps de soudage.

Dans la production réelle de paramètres de soudage par pression ultrasonore, puisque le coefficient de frottement est lié au matériau de soudage, à la tête de soudage, à l'état de surface de la soudure et à l'état de surface de la soudure, à la méthode de serrage de la soudure, etc., il peut être considérée comme une constante, et la pression P est liée à la secousse du matériau soudé. Elle est liée à la limite de fluidité, et également liée à la dureté, à l'épaisseur du matériau soudé et à l'amplitude de la tête de soudage ; il est généralement exprimé par la force de liaison, qui est contrôlée par la pression pneumatique fournie par la machine, il est donc facile de l'ajuster avec précision. L'amplitude est sélectionnée par l'amplificateur (cornet) et la conception de l'outil de soudage. Il peut être contrôlé et ajusté automatiquement et avec précision par l'alimentation en énergie électrique, exprimé en pouvoir de liaison énergétique. Une fois que la taille géométrique du cornet de la tête de soudage est déterminée, la fréquence de résonance inhérente est déterminée. La fréquence est donc souvent fixe et connue lors de la conception de la machine. Le temps de soudage est représenté par le temps de collage, qui peut être précisément contrôlé par l'aspect électrique.

Par conséquent : l'énergie nécessaire au frottement du soudage par ultrasons peut s'écrire :

E=μf∫PAdt

Il existe donc 3 variables de processus de base : l'amplitude (énergie), la pression (force) et le temps. Ces variables sont étroitement liées à l'énergie car le but ultime du processus est de diviser et de disperser les oxydes en fournissant suffisamment d'énergie pour former des couches opposées à des distances atomiques. De plus, dans le processus de fabrication d'emballages pour semi-conducteurs, un chauffage auxiliaire est souvent utilisé pour favoriser la déformation plastique, et la méthode de contrôle de la température est relativement simple. Par conséquent, la température est souvent contrôlée en tant que variable de processus.

En fait, le procédé de soudage par pression par ultrasons dans le domaine des emballages pour semi-conducteurs est souvent divisé en deux catégories : le soudage thermosonique et le soudage par ultrasons froids. Le soudage dit thermosonique nécessite souvent d'utiliser le chauffage pour chauffer la pièce à travers un bloc chauffant, de sorte que la température de soudage devient souvent le paramètre de processus qui doit être contrôlé.

De plus, ce processus doit pré-allumer l'extrémité du fil de soudage (principalement du fil d'or) en boules par décharge d'étincelle et tension superficielle, de sorte qu'il devient un soudage par pression de boule de fil d'or, de sorte que le contrôle du courant de décharge, du temps et de la distance est également requis relativement élevé.

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