超声波焊接的分类


  超声波焊接分类依照超声波弹性振荡能量传入焊件的方向,超声波焊接的基本类型分为两类:一类是振荡能量由切向传递到焊件外表,而使焊接界面发生相对移动,这种方式适用于金属材料的焊接;另一类是振荡能量由垂直于焊件外表的方向传入焊件,主要用于塑料的焊接。

  另外一种,根据设备特点的驱动信号方式分类,分成线性振荡和非线性振荡两类:

  非线性振动焊接设备,其又包括扭矩超声焊接设备和复合振动焊接设备。

  线性振动焊接设备,根据加压的位置不同分为楔杆超声焊接设备和侧向驱动焊接设备。其中楔杆超声焊接设备根据换能器的个数可分为单换能器和双换能器焊接设备;侧向驱动焊接设备根据工具头的波长可分为半波和全波焊接设备。

  按照焊点形状,常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊、线焊、双超声波振荡体系的点焊等。

  点焊是使用最广的一种焊接方式,依据振荡能量的传递方式,分为单侧式、平行两边式和垂直两边式。振荡体系依据上声极的振荡方向也能够分为纵向振荡体系、曲折振荡体系以及介于两者之间的轻型曲折振荡体系。功率500W以下的小功率焊机多选用轻型构造的纵向振荡;千瓦以上的大功率焊机多选用重型构造的曲折振荡体系;而轻型曲折振荡体系适用于中小功率焊机,它兼有上述两种振荡体系的长处。

  环焊主要用于一次成形的封闭环形焊缝。焊接时,振幅相对于声极轴线呈对称散布,轴心区振幅为零,边缘振幅最大。由于环焊的一次焊缝面积较大,需要较大的功率输入,因而常常需要多个换能器驱动。缝焊

  双超声波振荡体系的点焊

  上下两个振荡体系的频率分别为27kHz20kHz(15kHz),上下振荡体系的振荡方向彼此垂直,焊接时二者作直交振荡。当上下振荡体系的电源各为3kW时,可焊铝件的厚度达10mm,焊点强度到达材料自身的强度。双超声波振荡体系尽管焊接方式与点焊基本相同,但焊接设备复杂,要求设备的操控精度高。

  重要工艺参数

  焊接工艺参数影响的主次顺序为:输入电功率影响最大,一次焊接延迟时间次之,再次是一次焊接时间,影响最小的是焊接气压。焊接时间有4种参数可调,分别是一次焊接延迟时间、一次焊接时间、二次焊接延迟时间以及二次焊接时间。

  一次焊接延迟时间指的是上声极向下行走至发出超声时间;一次焊接时间指的是第1次超声波焊接时间;二次焊接延迟时间指的是上声极离开焊件向上行走至发出超声时间;二次焊接时间指的是第2次超声波焊接时间。

  一次焊接主要对焊件输入振动能量,使焊件贴合面发生固相熔合,对焊接质量影响较大。如果一次焊接延迟时间过长,焊机的焊头(上声极)完全下压后才发出超声,此时焊头提供给焊件的剪切力不足以驱动工件跟随焊头振动,焊件之间的摩擦阻力过大导致焊件之间相对运动速度小,摩擦产生的热量也少,焊件有效的焊合区域也更少;反之,焊头施加在焊件上压紧力不够大,此时超声发出容易使焊件之间错位。

  二次焊接主要是有利于焊件与声极脱模,对焊接质量影响程度较轻。焊接气压的变化会导致焊接静载荷的变化,如果焊接静载荷不足,则在超声波焊接时,焊件可能塑性变形量不足,难以形成较好的焊合面;反之,焊件之间接触表面可能无法产生相对滑动,焊件之间仍然无法焊合。输入电功率与超声振幅相关,超声振幅指的是超声振动在振动方向上的移动距离。输入电功率越大,则超声振幅越大,对焊件输入的能量也越多。有研究表明,在一定振幅范围内,界面焊合百分比随超声振幅增加而增。

  大家都知道TESLA在模组中应用超声焊接技术,具体来说是指电芯与整个模组母排连接位置的熔丝焊接工艺。

  Wire bonding有两种形式: 球焊和楔焊。 金丝球焊是最常用的方法,在这种制程中,一个熔化的金球黏在一段在线,压下后作为第一个焊点,然后从第一个焊点抽出弯曲的线再以新月形状将线(第二个楔形焊点)连上,然后又形成另一个新球用于下一个的第一个球焊点。金丝球焊被归为热声制程,也就是说焊点是在热、超声波、压力以及时间的综合作用下形成的。第二种压焊方法是楔形制程,这种制程主要使用铝线,但也可用金线,通常都在室温下进行。楔焊将两个楔形焊点压下形成连接,在这种制程中没有球形成。铝线焊接制程被归为超声波线焊,形成焊点只用到超声波能、压力以及时间等参数。市场上主要有四种材料用作Bonding Wire,分别为金、银、铜和铝。

  来源:电子发烧友

 


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