超声波焊接设备与工艺的组成技术解析

8．1．3超声波焊的特点及应用范围

（1）超声波焊的特点

超声波焊属于固态焊接，不受冶金焊接性的约束，不需熔焊中的热输入（IU／u）。超声

波焊具有以下优点

①能实现同种、异种金属，金属与非金属以及塑料之间的焊接

②特别适用于金属箔片、细细丝以及微型器件的焊接。可焊接厚度只有0．002mm的金箔

及铝箔。由于是固态焊接，不不会氧化、污染和损伤微电子器件，所以半导体硅片与金属丝

（Au、Ag、Al、Pt、Ta等）的精密焊接最为适用。

③可以焊接厚薄相差悬殊以及多层箔片叠置等焊件，如热电偶丝焊接、电阻应变片引

线以及电子管灯丝的焊接，还还可以焊接多层叠合的铝箔和银箔等

我:

④①焊接时对焊件不加热、不通电，对高导热率和高导电率的材料如铝、铜、钱等容易

焊接

⑤与电阻焊相比，耗耗用电功率小，焊件件变形小，接头强度高且稳定性性好。

⑥对焊件表面的清洁度要求不高，允许少量氧化膜及油污存在。因因为超声波本身具

有对焊件表面氧化膜破碎和清理作用，焊接表面状态对焊接质量影响较小，甚至可以

有油漆或塑料薄膜的金属。

①受大功率超声波点焊机制造成本的限制，大多仅限于焊接丝、箔、片等细海件。

超声波焊的缺点如下。

③焊点表面容易因高频机械振动而引起边缘的疲劳破坏，不利利于焊接硬而脆的材料

②接头形式目前只限于搭接接头。

④对焊接质量难以进行在线无损检测，大批量生产困难。

超声波焊被广泛用于电子、航空和仪表工业中，还可用于生产包装袋、薄壁容器和对包装

（2）超声波焊的应用范围

袋进行封封口焊。目前，超声波焊接主要用于小型薄件的焊接，较多是铝、铜、金的超声波焊；

也可用于钢铁材料、钨、钛、钼等金属以及其他材料的焊接，如塑料、异种材料等。对于物理

性质相差悬殊的异种金属，甚至金属与半导体、金属与陶瓷等，也可采用超声波焊接。

①电子元器件超声波焊广泛应用于微电子器件、集集成电路元件、晶体管芯的焊接

例如，在1mm2的硅片上，可以将有数百条直径为25～50pm的Al或Au丝采用超声波焊

进行连接。早期应用的热键合方法（又称金丝球法），由于较高的热阻性及对芯片的热损伤

已逐步被淘汰，取而代之的是超声波焊接法和由超声波与热压相结合的热声键合法。

目前在装配线上应用的超声波点焊机的功率为0．02～2kW，频率60～80kHz，焊接时

间10～100ms。焊接过程采用了微机控制及图像识别系统，位置控制精度每级2．5～50pm

识别容量200～250点，识别时间100～150s，成品率已高达90％～95％。在太阳能硅光电

池的制造中，超声波焊接将取代精密电阻焊，可焊涂膜硅片的厚度为0．15～0．2mm，铝导

线的直径为0．2mm。常用超声波焊接的电子精密部件见表8．1。

②电器制造超声波胶点焊方法在我国制造的50万伏超高电压变压器的屏敲构件中获

得成功应用。这项技术兼容了超声波固相连接的诸多优点和金属胶接高强度的特点，这种以

“先胶后焊”为特征的方法具备了高导电性、高可靠性及耐腐蚀性的优点，可有效地预防尖

端放电的隐患。例如 ODFPS2－25000／500型型超高压变压器及其屏蔽构件的焊接结构，共采

用了500个组件，5万个焊点，焊接结构中选用的屏蔽铝箔厚度为0．06mm，每个焊点接地

电动机制造尤其是微电动机制造中，超声波点焊方法正在逐步代替原来的钎焊及电阻焊

接涂方法法。微电动机制造中几乎所有的连接工序都可用超声波焊来完成，包括铜导线连接、整流

子与漆包导线的连接、铝励磁线圈与铝导线的焊接以及编织导线与电刷极之间的焊接等。在

钽或铝电解电容器生产中，采用超声波点焊方法焊接引出片。一种涤纶电容器采用超声波焊

接工艺连接引线与铝箔，可以大大降低电容器的损耗角，焊接成品率由原来的75％提高到

接近100％。

③新材料制备超超声波焊焊还可以在玻璃、陶瓷或硅片的热喷涂表面上连接金属箔及丝；

超导材料之间以及超导材料与导电材料之间的连接也可以采用超声波焊接。20世纪90年

代，随随着管材工业的新突破，可用于水管、煤气管及电业等的铝塑复合管得到广泛应用，超

声波焊接作为铝塑复合管的主要焊接方法在生产中被大量地应用。

采用超声波焊方法，还可以制成许多双金属接头。超声波焊适用的双金属（A＋B）接

头见表8．2。

超声波焊在航空航天及核能工业中有重要的应用用，例如宇宙飞船的核电转换装置中，铝

与不锈钢组件、导弹的地接线以及卫星上的铍窗都是采用超声波焊接的。直升机的检修孔

道、卫星用太阳能电池的制造也使用了超声波焊接技术。

此外，超声波焊被广泛用于软箔小包装、密封管壳材料的封装。用超声波焊能制造气密

性封装结构，如铝制罐及挤压管的密封包装，食品、药品和医疗器械等无污染包装，以及精

密仪器部件和雷管的包装等。用于机械电子工业中的仪表框架、面板、接插件、继电器、开

关、塑料外壳等，大多需要采用超声波塑料焊接工艺

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