초음파 납땜 – 단단한 금속과 강철의 플럭스 없는 접합
초음파 납땜은 경금속이 접합되는 방식에 혁명을 일으켜 기존 방법에 대한 더 깨끗하고 효율적인 대안을 제공합니다. 고강도 초음파를 적용함으로써 이 고급 기술은 산화물을 분해하고 결합을 가능하게 하는 데 일반적으로 사용되는 독성 플럭스의 필요성을 제거합니다. 텅스텐 카바이드와 같은 까다로운 재료에 특히 효과적인 초음파 납땜은 건강 위험과 환경 영향을 줄이면서 접합 강도를 향상시킵니다. 이 혁신적인 접근 방식은 초경금속과 강철 사이의 견고하고 신뢰할 수 있는 연결이 필요한 산업에 새로운 가능성을 열어주고 있습니다.
납땜용 Sonicator UIP1000hdT
RIF Institute는 정밀도와 파워로 유명한 1000와트 프로브형 초음파 발생기인 Hielscher UIP1000hdT를 사용하여 획기적인 납땜 결과를 달성했습니다. 이 최첨단 장치는 고강도 초음파를 생성하여 캐비테이션과 같은 고급 프로세스를 통해 산화물을 효과적으로 분해하고 재료 습윤을 향상시킬 수 있습니다. 견고한 설계는 까다로운 조건에서도 일관된 성능을 보장하며, 사용자 친화적인 터치스크린 인터페이스와 프로그래밍 가능한 설정을 통해 주요 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. UIP1000hdT는 신뢰할 수 있고 반복 가능한 결과를 제공하는 능력으로 인해 초음파 보조 납땜을 포함한 최첨단 연구 및 산업 응용 분야에 없어서는 안될 도구입니다.
플럭스 없는 납땜 및 금속화(metallization)를 위한 초음파 설정.
이미지: ©2021 RIF Institut für Forschung und Transfer e.V.
경금속 납땜의 과제
텅스텐 카바이드와 같은 경금속은 구조적 특성과 화학적 성질로 인해 납땜이 어려운 것으로 악명이 높습니다. 강철을 사용한 전통적인 납땜은 두 가지 주요 요인에 의해 방해를 받습니다.
- 차별 열팽창: 납땜 공정 중 경금속과 강철의 팽창률이 일치하지 않으면 접합 무결성이 손상될 수 있습니다.
- 산화물 형성: 산화물 층은 납땜 중에 금속 표면에 자연적으로 형성되어 습윤 과정을 방해하고 결합 강도를 감소시킵니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 납땜 방법은 화학적으로 공격적인 플럭스에 크게 의존합니다. 그러나 이러한 플럭스는 심각한 건강 위험을 초래하며 시간이 지남에 따라 재료를 손상시킬 수 있습니다. 진공 또는 보호 가스 납땜과 같은 대안은 효과적이지만 장비 비용이 많이 들고 처리 시간이 길어집니다.
초음파 솔루션 : 플럭스 프리 솔더링
초음파 보조 납땜은 획기적인 대안을 제시합니다. 이미 경금속에 활용되고 있는 이 방법은 초음파를 활용하여 저온에서 납땜 성능을 향상시킵니다.
초음파 납땜 작동 원리
초음파가 납땜 공정에 적용되면 캐비테이션이라는 현상이 발생합니다. 이것은 땜납에 미세한 가스 기포를 형성하는 것을 포함하며, 이는 고압과 온도에서 붕괴됩니다. 이 내파적 동작에는 다음과 같은 몇 가지 이점이 있습니다.
- 금속 표면에서 산화물 층을 분해하고 제거합니다.
- 땜납 솔기 전체에 산화물 조각을 분배합니다.
- 땜납에 의한 단단한 금속의 습윤을 향상시킵니다.
플럭스의 필요성을 제거함으로써 초음파 납땜은 고품질 결합을 달성하면서 화학적 위험을 크게 줄입니다.
RIF Institute에서 연구원들은 경질 금속-강철 응용 분야를 위해 Hielscher 초음파 발생기 모델 UIP1000hdT를 사용하여 초음파 납땜을 최적화했습니다. 주요 개선 사항은 다음과 같습니다.
- 주문을 받아서 만들어진 납땜 역: 접합 파트너가 유도적으로 가열되는 동시에 초음파가 정밀하게 적용되는 특수 설정.
- 프로세스 모니터링: 고급 측정 및 제어 시스템은 강철과 초경금속의 다양한 조합에서 재현 가능한 결과를 보장합니다.
- 철저한 테스트: 납땜 접합부는 강도와 신뢰성을 검증하기 위해 엄격한 비파괴 이미징 및 기계적 테스트를 거칩니다.
꼼꼼한 실험을 통해 RIF 연구소는 납땜 온도 및 초음파 활성화 시간과 같은 중요한 공정 매개변수를 식별했습니다. 그 결과는 놀랍습니다.
- 스트렝스 부스트: 초음파 납땜은 최대 368 MPa의 강도를 가진 조인트를 생산했으며, 이는 플럭스 또는 초음파가없는 납땜 (106 MPa)에 비해 347 % 증가했습니다.
- 경쟁력 있는 성과: 초음파 납땜으로 달성 된 접합 강도는 기존의 플럭스 기반 방법에 필적합니다.
RIF의 수석 연구원인 헨릭 울리츠카(Henrik Ulitzka)는 이러한 발견의 중요성을 강조했다.
“우리의 테스트는 공정 매개변수의 중요한 영향을 밝혀냈습니다. 온도와 초음파 활성화 시간을 미세 조정함으로써 경질 금속-강철 연결을 위한 초음파 납땜의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있었습니다.”
초음파 납땜의 미래
강력하고 플럭스가없는 조인트를 생성 할 수있는 능력을 갖춘 납땜 용 Hielscher 초음파 발생기는 자동차에서 항공 우주에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 유망한 발전을 나타냅니다.
RIF Institute의 연구는 혁신과 지속 가능성이 함께 갈 수 있음을 보여주며 납땜 기술의 새로운 표준을 정립합니다.
- 고능률
- 최첨단 기술
- 신뢰도 & 견고성
- 조정 가능하고 정밀한 공정 제어
- 일괄 & 인라인
- 모든 볼륨에 대해
- 인텔리전트 소프트웨어
- 스마트 기능(예: 프로그래밍 가능, 데이터 프로토콜링, 원격 제어)
- 쉽고 안전한 작동
- 낮은 유지 보수
- CIP(clean-in-place, 클린-인-플레이스)
설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질
Hielscher 초음파는 최고의 품질과 디자인 표준으로 잘 알려져 있습니다. 견고 함과 쉬운 작동으로 초음파를 산업 시설에 원활하게 통합 할 수 있습니다. 거친 조건과 까다로운 환경은 Hielscher 초음파기로 쉽게 처리 할 수 있습니다.
Hielscher 초음파는 ISO 인증 회사이며 최첨단 기술과 사용자 친화성을 갖춘 고성능 초음파에 특히 중점을 둡니다. 물론, Hielscher 초음파는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.
초음파 네이터 UIP1000hdT 플럭스 프리 솔더링용
문헌 / 참고문헌
- RIF Institut für Forschung und Transfer e.V. (2021): Entwicklung eines Ultraschall-gestützten Lötprozesses zum flussmittelfreien Fügen von Hartmetall an Stahl – DFG TI343/158-1
- V.L. Lanin (2001): Ultrasonic soldering in electronics. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 8, Issue 4, 2001. 379-385.
자주 묻는 질문
초음파 납땜이란 무엇입니까?
초음파 납땜은 고강도 초음파를 사용하여 재료, 특히 텅스텐 카바이드와 같이 젖기 어려운 금속을 접착하는 데 도움이 되는 플럭스가 없는 접합 공정입니다. 초음파 에너지는 용융 땜납에서 캐비테이션을 유도하여 산화물 층을 제거하고 기본 재료의 습윤을 개선하는 미세 내파를 생성합니다. 이 방법은 화학적으로 공격적인 플럭스 없이 강력하고 신뢰할 수 있는 조인트를 가능하게 하여 기존 납땜 기술에 대한 더 깨끗하고 효율적인 대안이 됩니다.
플럭스 프리 솔더링이란 무엇입니까?
플럭스 프리 솔더링은 금속 표면에서 산화물을 제거하고 솔더 접착을 촉진하기 위해 전통적으로 사용되는 화학적 플럭스의 사용을 제거하는 솔더링 기술입니다. 대신, 초음파, 진공 환경 또는 불활성 가스와 같은 대체 방법을 사용하여 금속 표면의 결합을 준비합니다. 이러한 접근 방식은 독성 플럭스 잔류물과 관련된 건강 및 환경 위험을 최소화하고, 부식 가능성을 줄이며, 특히 민감하거나 젖기 어려운 재료의 경우 납땜 접합부의 품질과 신뢰성을 향상시키는 경우가 많습니다.
