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多功能超声波键合机原理

2025-02-28

多功能超声波键合机的原理主要基于超声波的振动效应，通过超声波发生器、换能器、变幅杆等组件的协同作用，将超声波能量传递到待键合的材料上，从而实现材料的键合。以下是其详细原理：

一、超声波的产生与传递
超声波发生器：产生高频电信号，通常为几十千赫兹（KHz）的振动信号。
换能器：将高频电信号转换为机械振动，即超声波振动。
变幅杆：放大超声波振动的振幅，并将其传递到劈刀（或称为工具头）上。
二、键合过程
施加压力：在劈刀上端施加一定的垂直压力，使待键合的材料紧密接触。
超声波振动：劈刀吸收超声波振动能量，并在水平方向产生横向机械振动。这种振动与施加的压力共同作用，使待键合的材料表面产生微小的摩擦和形变。
摩擦与形变：超声波振动和施加的压力共同作用，使材料表面产生摩擦，破坏阻碍键合的氧化膜，同时使焊接处的材料发生形变，从而紧密接触并形成牢固的键合连接。
位错与扩散：在超声波振动的作用下，材料内部的位错网络被激活，使得界面扩散更加容易。互扩散的原子或原子团在材料中产生固溶强化效应，进一步增强了键合的强度。
三、能量传递与利用
能量传递：键合过程中的能量主要通过劈刀与金球（或待键合材料）之间的工具界面和金球与基板之间的键合界面进行传递。
能量利用：传递的能量包括键合压力所做的功和超声能量，这些能量被用于基板发生塑性变形、温升吸收、界面摩擦耗散以及金球软化塑性变形等过程。
四、键合质量与可靠性
键合强度：合适的超声功率和压力可以确保键合强度达到要求，避免欠键合或过键合的现象。
可靠性：超声波键合机可以实现对键合位置和厚度的精确控制，从而提高产品的可靠性和性能。


综上所述，多功能超声波键合机的原理是利用超声波的振动效应和施加的压力共同作用，使待键合的材料表面产生摩擦和形变，从而实现牢固的键合连接。这一过程涉及能量的传递与利用、材料的摩擦与形变以及位错与扩散等多个方面。

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