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多功能超聲波鍵合機原理

2025-02-28

多功能超聲波鍵合機的原理主要基于超聲波的振動效應(yīng)，通過超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿等組件的協(xié)同作用，將超聲波能量傳遞到待鍵合的材料上，從而實現(xiàn)材料的鍵合。以下是其詳細原理：

一、超聲波的產(chǎn)生與傳遞
超聲波發(fā)生器：產(chǎn)生高頻電信號，通常為幾十千赫茲（KHz）的振動信號。
換能器：將高頻電信號轉(zhuǎn)換為機械振動，即超聲波振動。
變幅桿：放大超聲波振動的振幅，并將其傳遞到劈刀（或稱為工具頭）上。
二、鍵合過程
施加壓力：在劈刀上端施加一定的垂直壓力，使待鍵合的材料緊密接觸。
超聲波振動：劈刀吸收超聲波振動能量，并在水平方向產(chǎn)生橫向機械振動。這種振動與施加的壓力共同作用，使待鍵合的材料表面產(chǎn)生微小的摩擦和形變。
摩擦與形變：超聲波振動和施加的壓力共同作用，使材料表面產(chǎn)生摩擦，破壞阻礙鍵合的氧化膜，同時使焊接處的材料發(fā)生形變，從而緊密接觸并形成牢固的鍵合連接。
位錯與擴散：在超聲波振動的作用下，材料內(nèi)部的位錯網(wǎng)絡(luò)被激活，使得界面擴散更加容易?；U散的原子或原子團在材料中產(chǎn)生固溶強化效應(yīng)，進一步增強了鍵合的強度。
三、能量傳遞與利用
能量傳遞：鍵合過程中的能量主要通過劈刀與金球（或待鍵合材料）之間的工具界面和金球與基板之間的鍵合界面進行傳遞。
能量利用：傳遞的能量包括鍵合壓力所做的功和超聲能量，這些能量被用于基板發(fā)生塑性變形、溫升吸收、界面摩擦耗散以及金球軟化塑性變形等過程。
四、鍵合質(zhì)量與可靠性
鍵合強度：合適的超聲功率和壓力可以確保鍵合強度達到要求，避免欠鍵合或過鍵合的現(xiàn)象。
可靠性：超聲波鍵合機可以實現(xiàn)對鍵合位置和厚度的精確控制，從而提高產(chǎn)品的可靠性和性能。

綜上所述，多功能超聲波鍵合機的原理是利用超聲波的振動效應(yīng)和施加的壓力共同作用，使待鍵合的材料表面產(chǎn)生摩擦和形變，從而實現(xiàn)牢固的鍵合連接。這一過程涉及能量的傳遞與利用、材料的摩擦與形變以及位錯與擴散等多個方面。