0

Ультразвуковая сварка обеспечивает путь к ультра-недорогим гибким цепям

Для большинства из нас слово ультразвук ассоциируется в первую очередь с медицинской визуализацией и диагностикой. Тем не менее, высокочастотные звуковые волны, которые составляют основу ультразвуковой визуализации, нашли ряд других применений в медицинской, научной и промышленной областях.

Одним из наиболее важных промышленных применений является ультразвуковая сварка, простой процесс соединения металлов и пластмасс, который не требует дополнительных соединительных материалов и который легко автоматизировать. Ультразвуковая сварка включает только локальный нагрев внутри и вокруг зоны сварки, и максимальная достигнутая температура ниже, чем для других распространенных методов соединения, таких как пайка или пайка. Эта последняя особенность послужила вдохновением для проекта в Имперском колледже Лондона по изучению потенциальных применений в области пластиковой электроники, где схемы изготавливаются из недорогих гибких полимерных слоев, которые не выдерживают высокотемпературную обработку. Первые результаты этого исследования сообщаются в недавней статье, опубликованной в разделе «Прикладные инженерные материалы».

Плата RFID с двумя слоями цепи, соединенными ультразвуковой сваркой.

Пластиковая электроника все еще находится на ранней стадии развития, и до сих пор основное внимание уделялось улучшению отдельных компонентов и созданию относительно простых систем, которые могут продемонстрировать будущий потенциал технологии. Однако все движется быстро, и вскоре возникнет необходимость в создании более сложных систем с большей функциональностью.

Это потребует новых подходов к сборке, которые являются дешевыми, надежными и масштабируемыми до больших объемов производства. Прогнозируемый объем производства и себестоимость единицы продукции, на которую ориентирована промышленность пластиковой электроники, чрезвычайно велик. Например, было предсказано, что спрос на электронные ярлыки продуктов и защитные бирки может достигать 1 триллиона единиц в год, и чтобы быть коммерчески жизнеспособными, эти изделия должны будут производиться по цене 1 цент или меньше. Существуют опасения, что современные методы сборки, основанные на электропроводящих клеях, будут слишком дорогими для решения этой проблемы.

Первоначальное исследование в Имперском колледже было сосредоточено на создании многослойных гибких цепей, в которых соединения между слоями проводились с помощью ультразвуковой сварки. Каждый слой в схеме состоит из тонкого полимерного листа с узорным слоем из алюминия или серебра на одной стороне. В зависимости от условий процесса наблюдались два различных режима ультразвуковой сварки. В первом режиме металлические слои разрываются, и при контакте полимерных листов происходит сварка пластмассы.

Это приводит к прочному многослойному пластиковому сварному шву, который удерживает металлические слои вокруг участков сварки в контакте, обеспечивая электрическое соединение. Во втором, менее агрессивном режиме металлические слои остаются неповрежденными, и между ними образуется металл-металлический шов. Оба вида сварки потенциально важны для производства пластиковой электроники. Сварка типа 1 может привести к созданию надежных многоуровневых цепей, тогда как тип 2 обеспечивает возможное решение для присоединения гибких интегральных схем, которые, вероятно, будут слишком деликатными для процесса типа 1. В обоих случаях должны быть преимущества перед методами на основе клея с точки зрения как стоимости, так и надежности.Ограничение ультразвуковой сварки, реализованное в исследовании Имперского колледжа, заключается в том, что сварные швы формируются по одному в последовательном процессе. Тем не менее, это не принципиальная проблема, поскольку при правильно разработанном сонотроде и подходящем источнике ультразвука ультразвуковая энергия может доставляться одновременно ко многим участкам сварки. Ограничения этой масштабируемости, а также нижний предел размера отдельных точечных сварных швов, все еще должны быть установлены, и мы намерены исследовать эти аспекты в будущей работе. Мы также стремимся найти промышленных партнеров, которые помогут нам вывести эту технологию из исследовательской лаборатории в производство.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.