Einführung der Ultraschall-Aluminiumdrahtschweißmaschine

Einführung    

Beim Ultraschallschweißen , auch „Bonding“ genannt, handelt es sich um ein spezielles Schweißverfahren, das mechanische Schwingungsenergie der Ultraschallfrequenz (16–120 kHz) nutzt, um gleiche oder unähnliche Metalle, Halbleiter, Kunststoffe und Keramiken zu verbinden. Ultraschallschweißen wird häufig bei der Herstellung von integrierten Schaltkreisen, Kondensatoren, Abschirmungskomponenten von Ultrahochspannungstransformatoren, Mikromotoren, elektronischen Bauteilen, Batterien und Kunststoffteilen eingesetzt. Im Vergleich zur herkömmlichen Schweißtechnologie bietet die Ultraschallschweißtechnologie die Vorteile hoher Geschwindigkeit, hoher Effizienz und hoher Selbstautomatisierung und ist zur Basistechnologie für die Verbindung in Halbleitergehäusen geworden.

Das Grundprinzip des Ultraschall-Pressschweißens

Ultraschallenergie ist mechanische Schwingungsenergie, die bei Frequenzen oberhalb von Schallwellen arbeitet (das normale menschliche Gehör hat eine obere Frequenzgrenze von 18 kHz). Die Frequenz des Ultraschallbondens bei Halbleiterverpackungen beträgt im Allgemeinen 40 kHz bis 120 kHz. Das Ultraschallpressschweißen ist ein Festphasenschweißverfahren. Dieses spezielle Verfahren des Festphasenschweißens lässt sich vereinfacht so beschreiben: Zu Beginn des Schweißens erfährt das Metallmaterial unter der Einwirkung von Reibung einen starken plastischen Fluss, wodurch eine Verbindung zwischen reinen Metalloberflächen entsteht. Der Kontakt schafft die Voraussetzungen. Der Temperaturanstieg und die hochfrequente Vibration des Übergangsbereichs führen zusätzlich dazu, dass die Atome im Metallgitter aktiviert werden. Daher liegen Metallatome mit kovalenten Bindungseigenschaften in einem Abstand von Nanometern nahe beieinander.

Die Untersuchung des Schweißprozesses zeigt, dass Reibung, plastischer Fluss und Temperatur die drei wichtigsten voneinander abhängigen Faktoren für das Ultraschallschweißen sind, wobei die Reibung eine führende Rolle spielt, die nicht nur die Hauptwärmequelle beim Schweißen ist, sondern auch das Oxid beseitigt Folie für reinen Kontakt zwischen Metalloberflächen schafft Bedingungen.

Die für die Reibung beim Ultraschallschweißen erforderliche Energie kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

E=∫μPvdt[5]

In der Formel: μ-Reibungskoeffizient; P – der vertikale Druck auf den Schweißkopf; v-die Vibrationsgeschwindigkeit des Schweißkopfes;

Darunter: v=4Af In der Formel: A – die Amplitude des Schweißkopfes; f-Ultraschallschwingungsfrequenz; T-Schweißzeit.

Bei der tatsächlichen Herstellung von Ultraschall-Druckschweißparametern hängt der Reibungskoeffizient vom Schweißmaterial, dem Schweißkopf, dem Oberflächenzustand des Schweißstücks und dem Oberflächenzustand des Schweißstücks, der Methode zum Spannen des Schweißstücks usw. ab kann als Konstante betrachtet werden und der Druck P hängt mit der Erschütterung des geschweißten Materials zusammen. Sie hängt mit der Fließfähigkeitsgrenze und auch mit der Härte, der Dicke des Schweißmaterials und der Amplitude des Schweißkopfes zusammen. Sie wird normalerweise durch die Bindungskraft ausgedrückt, die durch den von der Maschine bereitgestellten pneumatischen Druck gesteuert wird, sodass sie leicht genau eingestellt werden kann. Die Amplitude wird durch den Verstärker (Horn) und die Konstruktion des Schweißwerkzeugs ausgewählt. Es kann durch die Zufuhr elektrischer Energie automatisch und genau gesteuert und eingestellt werden, ausgedrückt in Energiebindungskraft. Sobald die geometrische Größe des Schweißkopfhorns bestimmt ist, wird die Eigenresonanzfrequenz bestimmt. Daher ist die Frequenz oft festgelegt und bekannt, wenn die Maschine konstruiert wird. Die Schweißzeit wird durch die Bondzeit repräsentiert, die durch den elektrischen Aspekt genau gesteuert werden kann.

Daher: Die für die Reibung beim Ultraschallschweißen erforderliche Energie kann wie folgt geschrieben werden:

E=μf∫PAdt

Es gibt also 3 grundlegende Prozessvariablen: Amplitude (Energie), Druck (Kraft) und Zeit. Diese Variablen hängen eng mit der Energie zusammen, da das ultimative Ziel des Prozesses darin besteht, die Oxide zu spalten und zu dispergieren, indem genügend Energie zugeführt wird, um einander in Atomabständen gegenüberliegende Schichten zu bilden. Darüber hinaus wird im eigentlichen Herstellungsprozess von Halbleiterverpackungen häufig eine Zusatzheizung eingesetzt, um die plastische Verformung zu fördern, und die Methode zur Temperaturregelung ist relativ einfach. Daher wird die Temperatur häufig als Prozessvariable geregelt.

Tatsächlich wird der Ultraschalldruckschweißprozess im Bereich der Halbleiterverpackung häufig in zwei Kategorien unterteilt: Thermoschallschweißen und Kaltultraschallschweißen. Beim sogenannten Thermoschallschweißen muss das Werkstück häufig durch einen Heizblock erwärmt werden, sodass die Schweißtemperatur häufig zum Prozessparameter wird, der gesteuert werden muss.

Darüber hinaus muss bei diesem Prozess das Ende des Schweißdrahts (hauptsächlich Golddraht) durch Funkenentladung und Oberflächenspannung vorgefeuert werden, sodass es zu einem Golddraht-Kugeldruckschweißen kommt, sodass Entladungsstrom, -zeit und -entfernung gesteuert werden können auch relativ hoch erforderlich.

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