Концентратор (англ. horn, sonotrode) — это элемент акустической системы ультразвуковой установки для сварки или очистки. Он передаёт механические колебания ультразвуковой частоты (обычно 20, 35 или 40 кГц) от пьезоэлектрического или магнитострикционного преобразователя (transducer) к рабочему инструменту (booster) и далее в зону соединения материалов. Конструкция, форма и длина концентратора рассчитываются для работы в резонансном режиме, что обеспечивает усиление амплитуды колебаний.
Конструкция и принцип работы
Концентратор изготавливается из металлов с высокой усталостной прочностью и низкими акустическими потерями, таких как титановые сплавы, инструментальная сталь или алюминий. Его геометрия — коническая, ступенчатая или экспоненциальная — подбирается для достижения нужного коэффициента усиления амплитуды и формирования пучности колебаний в рабочей плоскости. Длина концентратора кратна половине длины акустической волны в материале. В процессе работы он совершает продольные возвратно-поступательные колебания, создавая трение и локальный нагрев в месте контакта соединяемых деталей.
Применение в электронной промышленности
В производстве электроники ультразвуковые концентраторы применяются в нескольких процессах. При ультразвуковой сварке проводов (wire bonding) тонкий концентратор (капстра) передаёт колебания на шарик припоя для соединения микропровода с контактной площадкой кристалла. В операциях ультразвуковой пайки и очистки более массивные концентраторы используются для создания кавитации в паяльных ваннах или в ультразвуковых ваннах для очистки плат от флюса.
Контроль и обслуживание
Износ рабочей поверхности, резьбовых соединений или появление микротрещин нарушает резонансные характеристики концентратора и снижает качество процесса. Регулярный контроль включает проверку амплитуды колебаний, частотный анализ и визуальный осмотр. Замена изношенного концентратора выполняется по регламенту производителя оборудования.
Источники: Отраслевые стандарты на методы ультразвуковой сварки, техническая документация производителей ультразвукового оборудования, руководства по технологии сборки.