ריתוך אולטראסוני לעומת ריתוך התנגדות למכלולי מגע חשמליים ופסים

ריתוך אולטראסוני מצטרף למתכות מוליכות באמצעות רטט מכני בתדירות גבוהה-עם חימום בכמות מוגבלת, בעוד שריתוך התנגדות מייצר אזור היתוך מקומי באמצעות זרם חשמלי והתנגדות למגע. עבור מכלולי מגע חשמליים ופסים, הבחירה תלויה בשילוב החומרים, עובי החתך, החשיפה התרמית המותרת, חוזק הגזירה הנדרש וההתנגדות החשמלית של המפרק המוגמר.

 

ההחלטה ההנדסית היא לא רק "איזה תהליך ריתוך חזק יותר". המפרק חייב לשמור על התנגדות חשמלית נמוכה, חוזק מכני מבוקר, מליטה מתכתית יציבה, דיוק ממדי ואיכות ייצור ניתנת לחזרה לאחר הטבעה והרכבה.

 

 

 

הדבקה בטמפרטורה-נמוכה עבור AgSnO₂-מכלולי מגע Cu

ריתוך אולטראסוני ישים במיוחד כאשר המגע החשמלי מכיל סגסוגת כסף והמצע הוא נחושת. מכלול ריתוך מגע קולי יכול ליצור קשר מוצק- מבלי לדרוש את כל ממשק המפרק כדי להגיע לטמפרטורת ההיתוך של חומרי הבסיס.

 

יישומים אופייניים כוללים:

AgSnO₂-מכלולי מגע Cu הדורשים חשיפה תרמית מוגבלת לסגסוגת הכסף.
Cu-Cu חיבורי חוטים קלועים שבהם עיוות גדיל חייב להישאר בשליטה.
יריעות נחושת דקות, ערימות נייר כסף, מסופים ומוליכים גמישים.
סוללות וחיבורי חשמל-אלקטרוניקה שבהם חום מוגזם עלול לפגוע בבידוד הסמוך.
גשרי מגע חשמליים הדורשים התנגדות עקבית למגע לאחר ההצטרפות.

מנגנון הריתוך משלב לחץ הידוק מבוקר עם רטט קולי. תחמוצות משטח ומזהמים מופרעים בממשק, בעוד דפורמציה פלסטית מקומית מגדילה את שטח המגע המתכתי האמיתי.

להסמכת ייצור, המשתנים הקריטיים אינם מוגבלים לתדר קולי. יש לשלוט על משרעת הריתוך, כוח הריתוך, האנרגיה, זמן המחזור, קשיות החומר, אזור החפיפה ומצב פני השטח כחלון תהליך.

 

AgSnO₂-משתני מפרקי נחושת

מִשְׁתַנֶה	שיקול הנדסי	מיקוד איכות אופייני
חומר מגע AgSnO₂	סגסוגת מגע חשמלית של-פח-כסף	הימנע מהשפלה תרמית מוגזמת
מצע נחושת	C1100 / נחושת עם מוליכות גבוהה{{1}	שמור על מוליכות ויציבות מימדית
עובי המפרק	מבנים-דקים ומבני שכבות	למנוע דפורמציה מוגזמת
כוח ריתוך	קובע לחץ ממשק	הדבקה יציבה ללא ריסוק
משרעת אולטרסאונד	שולט בחיכוך ועיוות ממשק	הימנע מריתוך יתר.-
אנרגיית ריתוך	מתאם עם עקביות ההתקשרות	צור חלון תהליך באמצעות DOE
התנגדות חשמלית	מציין-איכות נתיב נוכחית	אימות התנגדות מבוסס 100% או-דגימה
כוח גזירה	מעיד על שלמות מכנית	מתאם נתוני בדיקה הרסניים עם פרמטרי ריתוך

 

 

 

ריתוך התנגדות משתמש בזרם חשמלי העובר דרך חלקי העבודה כדי ליצור חימום ג'ול מקומי. החום שנוצר בממשק קשור בערך ל:

 

ש=I²Rt

 

כאשר I הוא זרם הריתוך, R הוא ההתנגדות החשמלית, ו-t הוא משך הזרם.

זה הופך את כוח האלקטרודה, הזרם, זמן הריתוך, התנגדות החומר וגיאומטריית המגע לרלוונטיים ישירות להיווצרות ריתוך.

עבור רכיבים מוטבעים עבים יותר, ריתוך נקודתי התנגדות יכול ליצור אזור היתוך מוגדר עם חדירה גדולה יותר מאשר תהליכי חיבור רבים-של מצב מוצק. זה הופך אותו למתאים לריתוך נקודתי של מגעי נחושת, גשרים חשמליים מוטבעים, מסופים ורכיבים מוליכים רב-שכבתיים.

 

ריתוך התנגדות של רכיבי נחושת C1100

נחושת מציגה אתגר{0}}לריתוך התנגדות ספציפית מכיוון שההתנגדות החשמלית שלה נמוכה והמוליכות התרמית שלה גבוהה. לכן יכול להידרש זרם גדול כדי ליצור מספיק חום מקומי.

 

הנדסת ייצור מתמקדת בדרך כלל ב:

גיאומטריית האלקטרודה ושטח המגע.
יציבות כוח האלקטרודה.
יכולת החזרה של-ריתוך הנוכחי.
מאפייני עלייה ונפילה נוכחיים.
עובי גיליון וערימה-מעלה.
חמצון פני השטח וזיהום.
בלאי אלקטרודה.
קוטר נאגט וחדירה.
התנגדות חשמלית לאחר-ריתוך.
בדיקת גזירה או קילוף הרסנית.

 

גשר מגע מרותך התנגדות לא צריך להיות מוסמך רק באמצעות בדיקה ויזואלית. היווצרות נאגט, חוזק מכני, התנגדות חשמלית ומצב כשל צריכים להיות מתואם עם חלון תהליך הריתוך.

 

בקש הערכה והצעת מחיר DFM בחינם

 

 

C1100 נחושת לעומת AgSnO₂ חומרי מגע

שילוב החומרים קובע אם קלט תרמי או דפורמציה מכנית הם האילוץ ההנדסי הדומיננטי.

 

פָּרָמֶטֶר	ריתוך אולטראסוני	ריתוך התנגדות
מנגנון מליטה ראשוני	חיבור מכני-מוצק	התנגדות-נוצרה חימום מקומי
התכה של חומר בתפזורת	בדרך כלל נמנע	אזור היתוך נוצר בדרך כלל
חום-אזור מושפע	מוגבל יחסית	יותר מקומי אבל טמפרטורת שיא גבוהה יותר
יריעות נחושת דקות	מתאים מאוד	מתאים עם פרמטרים מותאמים
צמת נחושת	מתאים מאוד	קשה יותר עבור מבני גדיל-עדינים
נחושת עבה חתומה	תלוי באפליקציה.-	מתאים היטב
מגע AgSnO₂	מתאים היכן שיש להגביל את החשיפה התרמית	אפשרי עם כניסת חום מבוקרת
גוש ריתוך	לא תכונת ההסמכה העיקרית	מאפיין איכות-ראשי של ריתוך
דרישת אלקטרודה	מערכת צופר/סדן	נדרשות אלקטרודות
בלאי אלקטרודה	בלאי הכלים תלוי בחומר ובמשרעת	משתנה ייצור משמעותי
אימות אופייני	גזירה + התנגדות חשמלית + מטאלוגרפיה	נאגט + גזירה/קליפה + התנגדות חשמלית
אופטימיזציה של תהליכים	כוח + משרעת + אנרגיה + זמן	גיאומטריית זרם + כוח + זמן + אלקטרודה

 

נחושת-ל-חוט קלוע נחושת

צמת נחושת מציגה בעיית הצטרפות שונה מגיליון מתכת מוטבע. לגדילים בודדים יש חתכים קטנים- ושכבות תחמוצת, בעוד שהקלט תרמית מוגזמת עלולה לגרום לחישול מקומי או דפורמציה לא רצויה.

ריתוך אולטראסוני יכול לגבש גדילי נחושת מרובים מול מסוף נחושת תוך שמירה על אזור חום-מושפע יחסית.

 

המטרה ההנדסית היא להשיג:

התנגדות חשמלית נמוכה + חוזק משיכה/גזירה מספק + איחוד גדילים מבוקר.

לפיכך, מפרט ייצור צריך להגדיר את ההתנגדות החשמלית המקובלת ואת מצב הכשל המכני במקום להסתמך רק על מראה הריתוך.

 

 

לחיבור חשמלי מרותך יש שתי פונקציות עצמאיות:

לשאת זרם עם אובדן חשמלי מבוקר.
לשרוד העמסה מכנית במהלך ההרכבה והשירות.

מפרק יכול להיות בעל חוזק מכני מקובל תוך הצגת התנגדות חשמלית מוגזמת. לעומת זאת, למפרק בעל התנגדות- נמוכה יכול להיות חוזק מכני לא מספיק.

 

מדידת התנגדות חשמלית

מדידת קלווין עם ארבעה-חוטים מועדפת כאשר התנגדות המטרה נמוכה מספיק כדי שהתנגדות עופרת ומגע ישפיעו אחרת על המדידה.

מערכת הבדיקה צריכה לשלוט:

זרם בדיקה.
עמדת בדיקה.
כיוון מדידה.
לחץ מגע.
טֶמפֶּרָטוּרָה.
זמן ייצוב.
תדירות דגימה.

עבור חיבורי נחושת -גבוהים, יש לתאם את ערך ההתנגדות עם גיאומטריית המוליכים ואזור נושא זרם- יעיל במקום לפרש כמספר מבודד.

 

בדיקת גזירה ומשיכה

אימות מכני יכול לכלול:

בדיקת גזירה-.
הסר- את הבדיקה.
בדיקת קילוף למבנים שכבות.
בדיקת מתיחה של מסופים.
ניתוח חתך-הרסני.

מצב הכשל מספק מידע נוסף. שבר דרך חומר האב מעיד על מצב תהליך שונה מהפרדת פנים.

 

 

 

IATF 16949 בקרות תהליך עבור מגעים מרותכים

עבור רכיבי מגע חשמליים לרכב, יש להתייחס לריתוך כתהליך מיוחד מבוקר ולא כפעולת הרכבה מבודדת.

תוכנית בקרת ייצור יכולה לכלול:

אימות חומר נכנס.
בדיקת מימד CMM.
ניטור תהליך החתמה-.
ניטור פרמטרים של ריתוך.
בדיקת מצב אלקטרודה או צופר.
בדיקת התנגדות חשמלית.
אימות גזירה-.
בדיקה מטאלוגרפית.
יכולת מעקב לפי אצווה או מגרש ייצור.
MSA ומד R&R.
SPC עבור מידות קריטיות ומאפייני ריתוך.

עבור הגשת PPAP Level 3, ייתכן שהספק יצטרך ליצור קשר מתועד בין DFMEA → PFMEA → תוכנית בקרה → הוראות עבודה → רשומות בדיקה → מחקרי יכולת → תוצאות אימות.

 

בדיקת CMM ובקרת מימד ±0.01 מ"מ

המכלול המרותך חייב לשמור על תאימות ממדי עם מכלול המגע, הממסר, הנתיך, המתג או מכלול הפסים במורד הזרם.

בהתאם לגיאומטריית המוצר, ממדים קריטיים עשויים לכלול:

מרכז יצירת קשר-.
קוטר חור.
שטוחות סופנית.
מיקום ריתוך.
גובה מגע.
זווית כיפוף.
אורך כולל.
עובי יריעת נחושת.

עבור רכיבים מוטבעים מדויקים, ניתן לשלוט במידות שנבחרו עד ±0.01 מ"מ, בכפוף לשרטוט המוצר בפועל ולערימת סובלנות פונקציונלית-מעלה.

 

 

יש להעריך ספק גשרי מגע מרותך מול שרשרת הייצור השלמה במקום יכולת הריתוך בלבד.

 

פריט הסמכה	אימות מומלץ
חוֹמֵר גֶלֶם	תעודת חומר ואימות הרכב
הַטבָּעָה	בדיקת מימד ורשומות תהליכי-כלים
הַלחָמָה	חלון פרמטר ואימות תהליך
ביצועים חשמליים	מדידת התנגדות- נמוכה
ביצועים מכניים	בדיקת גזירה / מתיחה / קילוף
מֵטַלוּרגִיָה	חתך ובדיקה מיקרוסקופית-
דיוק מידות	בדיקת CMM
יכולת מעקב	רשומות ייצור ברמת מגרש-
איכות רכב	מערכת IATF 16949
חבילת הגשה	יכולת PPAP רמה 3
תאימות סביבתית	תיעוד RoHS / REACH
יכולת תהליך	SPC / Cp / Cpk היכן שצוין

 

ספק המסוגל להחתים אך אינו מסוגל לתאם פרמטרים של ריתוך עם התנגדות ותוצאות מכניות יוצר עבור הקונה עבודת הסמכה נוספת. מודל המקור המועדף הוא כזה שבו החתמה, הצטרפות, בדיקה, עקיבות ותיעוד PPAP מנוהלים בתוך מערכת ייצור מבוקרת אחת.

 

 

ריתוך אולטראסוני: נחושת דקה, צמה וחשיפה תרמית נמוכה

בחר ריתוך קולי כאשר העיצוב דורש:

איחוד צמת נחושת.
יריעות מוליכות דקות.
חימום בכמות מוגבלת.
הצטרפות-במצב מוצק.
הצטרפות של איש קשר של AgSnO₂-ל-נחושת.
אזורי חיבור חשמליים קומפקטיים.
דפורמציה מבוקרת של חומרים מוליכים דקים.

ריתוך התנגדות: רכיבים חתומים עבים וגושי ריתוך מוגדרים

בחר ריתוך התנגדות כאשר העיצוב דורש:

רכיבי נחושת מוטבעים עבים.
קלט חום מקומי גבוה.
נאגטס היתוך מוגדרים.
תפוקת ייצור גבוהה.
מיקום אלקטרודה חוזר.
חיבור מבני של גשרי מגע מוטבעים.

ההחלטה הסופית בתהליך צריכה להתבסס על ערימת חומר-, עובי, גיאומטריית מפרקים, יעד התנגדות חשמלית, דרישת עומס- מכאנית, רגישות תרמית ונפח ייצור.

 

הורד מפרט עיצוב הרכבה ליצירת קשר

 

 

למכלול מגע חשמלי מוסמך צריך להיות שלוש צורות משלימות של ראיות.

 

אימות חשמלי

מדוד את נתיב הזרם שהושלם וקבע את טווח ההתנגדות המקובל בתנאי בדיקה מוגדרים.

עבור מפרקי נחושת בעלי התנגדות- נמוכה, שיטת המדידה עצמה הופכת לחלק מהמפרט.

 

אימות מכני

בדיקת גזירה או מתיחה קובעת אם המפרק יכול לעמוד בכוחות הרכבה, רעידות, רכיבה תרמית ועומסי שירות.

קריטריון הקבלה צריך לציין גם את הכוח המינימלי וגם את מצב הכשל המקובל.

 

אימות מטאלוגרפי

ניתוח חתך-יכול לזהות:

חיבור לא שלם.
חללים.
סדקים.
דפורמציה מוגזמת.
חדירת ריתוך לא מספקת.
חום מוגזם-איזורים מושפעים.
גיאומטריית נאגט לא סדירה.

 

 

 

לפני שחרור מכלול מגע מרותך לייצור המוני, השרטוט ההנדסי ומפרט הספק צריכים להגדיר:

 

חומר: C1100, C2680, AgSnO₂, או סגסוגת כסף שצוינה.
עובי חומר: עובי גיליון או מוליך בפועל.
תצורת מפרק: חיק, תחת, חפיפה, צמה-ל-מסוף, או קשר-ל-ספק.
תהליך ריתוך: ריתוך אולטראסוני או התנגדות.
דרישת חשמל: התנגדות מפרקים מקסימלית מותרת.
דרישה מכנית: כוח גזירה או מתיחה מינימלי.
דרישת מימד: מידות וסובלנות קריטיות, כגון ±0.01 מ"מ במידת הצורך.
מצב פני השטח: דרישות ציפוי, חמצון, זיהום וניקוי.
שיטת בדיקה: מדידת התנגדות קלווין, CMM, מטאלוגרפיה ובדיקות הרסניות.
מערכת איכות: IATF 16949 שבה חלות דרישות אספקת רכב.
הגשה: PPAP רמה 3 כאשר צוין על ידי הלקוח.
תאימות סביבתית: דרישות RoHS ו-REACH.

 

 

לשם מה נדרש תיעוד PPAP רמה 3 טיפוסימכלולי מגע מרותכים?

PPAP Level 3 דורש בדרך כלל את רשומות התכנון הרלוונטיות, זרימת התהליך, PFMEA, תוכנית בקרה, תוצאות ממדים, תוצאות בדיקות חומר וביצועים, עדויות MSA, נתוני יכולת תהליך, חלקים לדוגמה ו-PSW, בכפוף לדרישות ההגשה הספציפיות של הלקוח.

 

איך אני בוחר בריתוך קולי לצמת נחושת במקום ריתוך התנגדות?

ריתוך אולטראסוני נחשב בדרך כלל כאשר צמת נחושת דורשת איחוד גדילים עם חימום בכמות מוגבלת. ריתוך התנגדות מתאים יותר כאשר המפרק דורש אזור איחוי מוגדר ברכיבים מוטבעים עבים יותר.

 

כיצד נבדקת התנגדות חשמלית על מגע נחושת מרותך?

שיטת מדידה של ארבע-חוטים של קלווין משמשת בדרך כלל למפרקים בעלי התנגדות- נמוכה. מפרט הבדיקה צריך להגדיר זרם, מיקום בדיקה, טמפרטורה, תנאי ייצוב, תדירות דגימה והתנגדות המפרק המרבית המותרת.