超音波アルミ線溶接機のご紹介

序章    

「ボンディング」としても知られる超音波溶接は、超音波周波数 (16 ～ 120 kHz) の機械的振動エネルギーを使用して、同じまたは異なる金属、半導体、プラスチック、セラミックを接続する特殊な溶接方法です。超音波溶接は、集積回路、コンデンサ、超高圧変圧器のシールド部品、マイクロモーター、電子部品、電池、プラスチック部品の製造に広く使用されています従来の溶接技術と比較して、超音波溶接技術は高速、高効率、高い自己自動化という利点があり、半導体パッケージの相互接続の基本技術となっています。

超音波圧接の基本原理

超音波エネルギーは、音波を超える周波数で動作する機械的振動エネルギーです (人間の通常の聴覚の周波数の上限は 18 kHz です)。半導体パッケージングで使用される超音波接合の周波数は、一般的に 40 kHz ～ 120 kHz です。超音波圧接は固相溶接法です。この特殊な固相溶接方法は、簡単に説明すると次のようになります。溶接の開始時に、金属材料は摩擦の作用により強い塑性流動を起こし、純粋な金属表面間に結合を形成します。接触が条件を生み出します。接合領域の温度上昇と高周波振動により、金属格子上の原子がさらに活性化されます。したがって、共有結合性を持つ金属原子がナノメートル単位の距離に近づくと、

溶接プロセスに関する研究によると、摩擦、塑性流動、温度が超音波溶接を実現するための 3 つの主要な相互依存要素であり、その中で摩擦は主要な役割を果たしており、溶接の主な熱源であるだけでなく、酸化物を除去することによっても重要です。純粋なフィルム 金属表面間の接触が状態を作り出します。

超音波溶着の摩擦に必要なエネルギーは次の式で表されます。

E=∫μPvdt[5]

式中: μ-摩擦係数; P - 溶接ヘッドにかかる垂直圧力。v-溶接ヘッドの振動速度。

その中には: v=4Af 式中: A-溶接ヘッドの振幅; f-超音波振動周波数。T溶接の時間。

実際に超音波圧接パラメータを作成する場合、摩擦係数は溶接材料、溶接ヘッド、溶接部の表面状態、溶接部の表面状態、溶接部の締め付け方法などに関係しますので、圧力 P は定数とみなすことができ、圧力 P は溶接材料の揺れに関係します。これは流動性の限界に関係し、また溶接材料の硬度、厚さ、溶接ヘッドの振幅にも関係します。通常、結合力は機械から供給される空気圧によって制御されるため、正確な調整が容易です。振幅はアンプ (ホーン) と溶接ツールの設計によって選択されます。電気エネルギーの供給により自動的かつ正確に制御、調整することができ、エネルギー結合力で表されます。溶接ヘッド ホーンの幾何学的サイズが決定されると、固有の共振周波数が決定されます。したがって、周波数は多くの場合、機械の設計時に固定され、既知になります。溶接時間は接合時間で表され、電気的な観点から正確に制御できます。

したがって、超音波溶接の摩擦に必要なエネルギーは次のように書くことができます。

E=μf∫PAdt

したがって、振幅 (エネルギー)、圧力 (力)、時間という 3 つの基本的なプロセス変数があります。これらの変数はエネルギーと密接に関係しています。なぜなら、このプロセスの最終目標は、原子間距離で互いに向かい合った層を形成するのに十分なエネルギーを供給して酸化物を分割および分散させることだからです。また、実際の半導体パッケージの製造工程では、塑性変形を促進するために補助加熱を行うことが多く、温度制御方法も比較的簡単です。したがって、温度はプロセス変数として制御されることがよくあります。

実際、半導体パッケージング分野における超音波圧接プロセスは、多くの場合、熱音波溶接と冷間超音波溶接の 2 つのカテゴリに分類されます。いわゆるサーモソニック溶接では、加熱ブロックを介してワークピースを加熱する必要があることが多いため、多くの場合、溶接温度が制御する必要があるプロセスパラメータになります。

また、本工程は溶接ワイヤ（主に金ワイヤ）の先端を火花放電と表面張力によりボール状に予備焼成する必要があり、金ワイヤボール圧接となるため、放電電流、時間、距離の制御が重要となります。も比較的高いものを必要とします。

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