超音波焊接(UltrasonicWelding).docVIP

技術 超音波焊接 (Ultrasonic Welding) /2008/11/ultrasonic-welding.html/2008/11/ultrasonic-welding.html【超音波焊接】通常用來將兩個固態物件熔接在一起，而不需要使用到任何的溶劑及黏著劑，其優點是： 可以大量生產。 品質穩定。 降低成本。 在電子產業中也常見其應用，最常見到的應用有： 將手機及筆記型電腦的前後電池盒密封在一起。 將機械母螺絲熔接埋植於塑膠柱中。 超音波塑膠焊接的原理是由發聲器產生20KHZ 或15KHZ的高頻信號，通過固定於超音波機器上的【能量轉換器(HORN)】直接接觸於塑膠製品的工件上，並使工件內的分子發生劇烈摩擦而進而產生高溫，最後熔融化塑膠工件以達到焊接的效果，另外超音波機器會施加一定的壓力於工件上，一來可以埋入物品於塑膠工件上或是接合兩個不同的塑膠工件，二來可以使熔化後又重新冷卻的塑膠定型。 超音波應用於電子組裝業時，有下列幾種作業方式：1. 熔接 (Joint)2. 埋植 (Insertion)3. 成型 (Forming)4. 鉚合 (Stacking)5. 點焊 (Spot Welding)6. 切除 (Degating) 技術 超音波焊接 超音波埋植 超音波埋植是將金屬部件(同常是圓形的螺母、螺桿或是軸承)，以超高頻率的音波振動，藉著焊頭(HORN)傳達能量以溶化塑膠，並以適當的壓力推擠金屬部件進入預留的塑膠孔內的一種製程。良好的超音波埋植完成品可承受一定的拉力(Pulling)及扭力(Torque)，可取代昂貴模具內成型。大部分的超音波埋植都是採用焊頭(HORN)直接接觸金屬部件(INSERT)的方式進行(左圖)，但是這樣容易造成埋植件的表面損傷，也容易減損焊頭的壽命；可以考慮以焊頭接觸塑膠件的反向方式來植入金屬部件。這樣的好處是焊頭不用直接接觸到金屬部品的表面，也就必較部會傷害到埋植件及焊頭，而且焊頭不直接接觸金屬部件還有一個好處，可以降低噪音及功率的需求，只是要留意與焊頭的接觸面可能會留有一些外觀上的問題，而且比較容易出現冷壓的情形。 超音波埋植法與其他的金屬埋植法比較如下：超音波埋植 (Ultrasonic Insert)埋入射出 (Insert Molding)熱壓埋植 (Heat Stack)作業時間(Cycle time)包刮塑膠射出時間 最短長短埋植件周圍塑膠內應力殘留中大 (註一)小成品信賴度 (拉力、扭力)好很好普通對射出機的影響無埋植件可能掉落損壞塑膠模具無註一：埋入射出的內應力殘留可以透過預熱埋植件來改善。由於熔融的塑膠射出處在高溫，一下子與低溫的埋植件接觸後會急速縮收，造成應立即中的現象。 超音波焊接 螺絲埋植塑膠柱破裂的可能原因 (Potential cause for insertion screw boss crack) (超音波埋植作業一段時間後發生塑膠柱破裂)公司使用超音波來埋植螺絲(INSERT)於塑膠柱的設計相當多，期間也發生過大大小小的品質問題，其中最常出現的是塑膠柱破裂(breaking)及裂縫(crack)的缺點。最傷腦筋的是，塑膠柱破裂及裂縫不是在超音波完成的當下發生，而是發生在一個星期或是更久的時間以後，有些還是鎖上螺絲以後才發生；不幸的是，一般電子組裝廠在產品鎖上螺絲之後就不太有機會檢查螺絲柱是否有開裂，所以問題通常是從客戶端反饋回來，或是電子組裝廠發現螺絲滑牙(滑絲)了才警覺到。當此類問題發生時，可以想見的重工及回收費用是很可觀的；所以有經驗及訓練有素的產線作業員，通常會抽檢超音波埋植的螺絲，並留意螺絲鎖緊的感覺是否異常；工程師應該要求作業員隨時留意產線上的產品和以前有否異常，如有馬上通知工程師作確認，以期將損失降到最低。下面我們就來探討發生塑膠超音波埋植螺絲柱破裂的可能原因及可用對策：超音波焊接注意事項母螺絲埋入 塑膠螺絲柱的內孔徑是否太小 (Screw boss inner-hole diameter)：通常埋植螺絲會刻意製造一些倒鉤(undercut)的螺紋，讓埋植零件擠壓進入內孔時可以承受一定拉出力量，這些也可以順便讓擠壓多出的塑膠得到宣洩的空間。如果內孔徑太小的話，被擠出的塑膠溢出倒勾螺紋可以承受的最大值時，就會造成塑膠柱鼓脹，最後形成破裂於塑膠柱的中段部分。 塑膠螺絲柱的壁厚是否太小 (Screw boss wall thickness) ：超音波是一邊施加壓力、一邊高頻震動、並擠壓埋植零件進入塑膠孔，所以塑膠孔必須受一定的壓應力，如果壁厚太小就無法承受而破裂，可以考慮降低焊頭下降的速度，及減小壓力。比較好的塑膠柱壁厚設計應該要有埋植零件的半徑大。 塑膠螺絲柱的深度 (Screw boss depth)： 塑膠柱螺絲孔導角 (Screw boss countersink/counterbore design)：螺絲柱內孔前緣必須設計導角，以固定並導正埋植螺絲於螺絲孔上。 塑膠柱融合線 (Screw boss welding line)：如果破裂(crack)發生在螺絲柱的融合線(Welding line)上，就必須注意塑膠射出成型的條件是否恰當。 塑膠原料的熔融指數 (Plastic resin MFI)：MFI可以大致看出塑膠原料是否摻有二次料/回收料(re-grinding)，含二次料的塑膠件會比較脆，也比較不耐衝擊力及應力，塑膠住破裂的機會將大大增加。下面的連結可以進一步了解【MFI與回收料的關係】 埋植螺絲的外徑 (Brass insert parts diameter)： 同塑膠螺絲柱的內孔徑太小 埋植螺絲的倒勾花紋 (Brass insert parts knurl shape) ：花紋不對，所能承受多餘的擠出塑膠量也就不同。 治具設計 (Fixture design) o 工件擺放於治具上必須固定不可移動或晃動 (No movable for fixture) o 工件擺放於治具上必須水平並確保埋植螺絲垂直於超音波的焊頭行程不可 (Make fixture horizontal and make screw boss vertical the horn) o 要確保工件的螺絲孔對準超音波的焊頭，如果要求埋植螺絲上表面必須平或是稍低於塑膠螺絲孔的上表面時，焊頭的直徑必須比埋植螺絲的外徑稍小 (Align the horn to screw boss. The horn diameter shall be a little bigger than the brass insert parts) o 埋植螺絲擺放於塑膠螺絲孔時必須正確、無晃動 (The brass insert shall sit on the position well without tilt or rocking) 超音波焊接機 (Ultrasonic machine) ：下列的項目都會影響到焊接的結果，埋植螺絲焊接的重點是，應該一邊熔化塑膠、並一邊壓入埋植螺絲，最後再停留於固定位置一段時間直到塑膠重新固化為止。所以能量、壓力、速度 o 能量檔位 (energy level) o 振幅 (amplitude) o 氣壓 (pressure) o 焊接時間 (weld-time) o 固化時間 (hold-time) o 延遲時間 (delay-time)：焊頭開始下降候多久時間超音波能量開