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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，通過超聲波發生器、換能器、變幅桿等組件的協同作用，將超聲波能量傳遞到待鍵合的材料上，從而實現材料的鍵合。以下是其詳細原理：

一、超聲波的產生與傳遞
超聲波發生器：產生高頻電信號，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，使材料表面產生摩擦，破壞阻礙鍵合的氧化膜，同時使焊接處的材料發生形變，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，材料內部的位錯網絡被激活，使得界面擴散更加容易。互擴散的原子或原子團在材料中產生固溶強化效應，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象。
可靠性：超聲波鍵合機可以實現對鍵合位置和厚度的精確控制，從而提高產品的可靠性和性能。

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和施加的壓力共同作用，使待鍵合的材料表面產生摩擦和形變，從而實現牢固的鍵合連接。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。