COME FUNZIONA E APPLICAZIONI L'INCOLLAGGIO DEL FILO AD ULTRASUONI

Cos'è l'incollaggio a ultrasuoni L'

incollaggio a ultrasuoni o saldatura a ultrasuoni è un processo di saldatura industriale che utilizza vibrazioni ultrasoniche per unire insieme plastica, metalli o materiali diversi. Durante la saldatura, i materiali uniti sono generalmente tenuti insieme da un dispositivo (o incudine) e un sonotrodo (uno strumento metallico che vibra).

Quando il sonotrodo applica vibrazioni meccaniche alle superfici da unire, l'attrito risultante genera calore. Questo calore tipicamente unisce i materiali entro 0,1 e 1 secondo.

Si dice che il wire bonding ad ultrasuoni sia un processo di saldatura allo stato solido perché la saldatura avviene al di sotto del punto di fusione del materiale. Ciò è particolarmente importante per le applicazioni di incollaggio di metalli in cui le alte temperature potrebbero generare proprietà indesiderate.

Come funzionano i sistemi di saldatura a ultrasuoni

La saldatura a ultrasuoni inizia con l'alimentatore, una piccola scatola che converte la corrente elettrica in ingresso in un segnale ultrasonico ad alta frequenza.

Questa energia elettrica viaggia verso il convertitore (o trasduttore), che la trasforma in vibrazioni meccaniche attraverso dischi che vibrano molto velocemente. La dimensione di queste vibrazioni è chiamata "ampiezza", un parametro chiave nella configurazione dei sistemi di saldatura a ultrasuoni.

Le vibrazioni vengono quindi amplificate nel booster e trasmesse al corno di saldatura (o sonotrodo). Questa è la parte metallica che esegue la saldatura trasferendo le vibrazioni alla superficie della parte. Il corno è appositamente progettato per prendere la forma della superficie da saldare.


Applicazioni di saldatura di cavi ad ultrasuoni

La fattibilità del processo di saldatura ad ultrasuoni dipende dallo spessore delle parti da unire. Come regola generale, le parti spesse non possono essere unite mediante incollaggio a ultrasuoni. Lo spessore massimo è tipicamente di pochi millimetri e dipende dall'attrezzatura e dai materiali uniti.

Quando si tratta di saldatura di metalli ad ultrasuoni, le applicazioni sono limitate a metalli malleabili come alluminio, rame e nichel. Il processo è molto apprezzato per l'incollaggio di connessioni di microcircuiti, lamiere, lamine, nastri e reti.

Le applicazioni di incollaggio ad ultrasuoni sono diffuse in vari settori:

• Industrie informatiche ed elettriche (motori elettrici, bobine di campo, trasformatori, condensatori, ecc.)
• Industria aerospaziale e automobilistica (batterie per veicoli elettrici, pannelli delle porte, volanti, componenti del motore, ecc.)
• Industria medica (filtri sanguigni, cateteri IV, tubi per dialisi, maschere facciali, ecc.)
• Industrie alimentari e di imballaggio (contenitori per bevande, involucri per barrette di cioccolato, confezioni di alimenti surgelati, prodotti chimici reattivi, ecc.)

Saldatura a ultrasuoni: tendenze nel settore dei veicoli elettrici

La saldatura a ultrasuoni è una tecnologia importante per l'assemblaggio dei componenti del modulo batteria. Le celle devono essere collegate elettricamente alle sbarre collettrici (o collettori di corrente) tramite fili (di solito situati nella parte superiore del modulo) per ottenere la distribuzione della corrente.

Oltre a utilizzare la saldatura a ultrasuoni, i produttori di batterie utilizzano sempre più la tecnologia laser per le loro applicazioni di saldatura a filo.

La pulizia è un passo importante per preparare le superfici per l'incollaggio a ultrasuoni, questo è in genere ottenuto mediante pulizia al plasma o laser. Poiché l'incollaggio a ultrasuoni ha i suoi limiti, i laser vengono talvolta utilizzati anche per la saldatura.


Pulizia laser per preparare le superfici per l'incollaggio di fili ad ultrasuoni

Incollaggio di fili ad ultrasuonirichiede una superficie perfettamente pulita senza grasso, polvere o altri contaminanti. Se la superficie è anche leggermente contaminata, il processo di incollaggio può fallire o può verificarsi corrosione.

Le batterie richiedono un'accurata pulizia per evitare di danneggiarne i componenti. Pertanto, i metodi meccanici che generano abrasione devono essere evitati.

Alcuni produttori preparano manualmente le superfici pulendole con isopropanolo, acetone e panni puliti. Sebbene possano ottenere buoni risultati, questa soluzione non è praticabile se i produttori vogliono ottimizzare i loro processi e migliorare la loro velocità.

Al momento, la pulizia laser è l'unica soluzione che consente l'automazione pulendo perfettamente piccole superfici localizzate.

La pulizia laser può essere integrata nella linea di produzione appena prima del processo di saldatura a filo. Ciò impedisce la ricontaminazione della superficie che altrimenti si verifica nel tempo.


Saldatura laser per sostituire l'incollaggio a ultrasuoni

La saldatura a ultrasuoni è una tecnologia flessibile, ma presenta dei limiti, in quanto può essere utilizzata solo per giunti sovrapposti. Di conseguenza, le saldature non possono essere realizzate per adattarsi a piccoli spazi e i design delle batterie sono limitati da questo.

Man mano che i produttori di batterie sviluppano nuovi design, molti scelgono di sostituire l'incollaggio a ultrasuoni con la saldatura laser.

La saldatura laser è un processo ad alta velocità e senza contatto che salda le superfici utilizzando l'energia di un raggio laser. Offre gli stessi vantaggi che i produttori di batterie ottengono dall'incollaggio ad ultrasuoni:

• Automazione amichevole
• Zona minimamente influenzata dal calore (nessun cambiamento microstrutturale causato dal calore)
• Non sono necessari adesivi o materiali di consumo (come materiali di saldatura o fili)
• Eccellente qualità di connessione
• Si possono saldare materiali dissimili

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