Süreç Parametreleri ve Süreç Optimizasyonu
UAM’nin önemli kontrol edilebilir işlem parametreleri şunlardır: (a) salınım genliği, (b) normal kuvvet, (c) hareket hızı ve (d) sıcaklık. UAM’deki yapıştırma kalitesinin, bu işlem parametrelerinin her birinden önemli ölçüde etkilendiği bulunmuştur. Aşağıda, bu parametrelerin her birinin ve bunların UAM’de bağlanmayı nasıl etkilediğinin kısa bir tartışması yer almaktadır.
Salınım Genliği
Enerji girişi, eşleşen metal arayüzler arasındaki elastik/plastik deformasyon derecesini doğrudan etkiler ve sonuç olarak bağ oluşumunu etkiler. Sonotrodun salınım genliği ve frekansı, bağ oluşumu için mevcut olan ultrasonik enerji miktarını belirler.
Ticari UAM makinelerinde, sonotrode geometrisi, dönüştürücü ve güçlendirici donanımı ve makine güç kaynağı temel alınarak önceden ayarlandığı için salınım frekansı ayarlanamaz. UAM’de, ultrasonik enerji girişi için doğrudan kontrol edilebilen parametre salınım genliğidir.
Genel olarak konuşursak, salınım genliği ne kadar yüksek olursa, iletilen ultrasonik enerji de o kadar büyük olur. Sonuç olarak, daha fazla enerji için, eşleşen metal arayüzünde daha fazla elastik/plastik deformasyon meydana gelir ve bu nedenle daha iyi kaynak kalitesi elde edilir. Bununla birlikte, belirli bir folyo kalınlığı, geometrisi ve malzeme kombinasyonu için optimum bir salınım genliği seviyesi vardır.
Arayüzde doğal olarak bulunan yüzey pürüzlülüğü nedeniyle boşlukların doldurulmasına yardımcı olmak için plastik deformasyon elde etmek için yeterli miktarda ultrasonik enerji girişi gereklidir. Bununla birlikte, enerji girişi kritik bir seviyeyi aştığında, aşırı plastik deformasyon, aşırı stres ve/veya yorulma nedeniyle kaynak arayüzünde önceden oluşturulmuş bağlara zarar verebileceğinden, bağlanma bozulur.
Normal Kuvvet
Normal kuvvet, sonotrode tarafından folyoya uygulanan ve katmanları birbirine bastıran yüktür. Sonotrode’daki ultrasonik enerjinin, arayüz boyunca metalurjik bağlar oluşturmak için folyolara iletilmesini sağlamak için yeterli normal kuvvet gereklidir. Bu işlem parametresi ayrıca en iyi yapıştırma için optimize edilmiş bir seviyeye sahiptir.
Optimum seviyeden daha yüksek veya daha düşük bir normal kuvvet, bağların kalitesini bozar ve elde edilen LWD’yi düşürür. Normal kuvvet optimum seviyenin üzerine çıktığında, eşleşme arayüzündeki stres durumu o kadar şiddetli olabilir ki, tıpkı salınım genliği optimum seviyesini aştığında meydana geldiği gibi, oluşan bağlar zarar görür.
Sonotrot Hızı
Kaynak maruz kalma süresi, ultrasonik kaynak sırasında bağ kuvveti üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. UAM kaynağında, maruz kalma süresi sonotrode’un hareket hızı ile belirlenir. Daha yüksek hızlar, belirli bir alan için daha kısa kaynak maruz kalma süreleriyle sonuçlanır. Ultrasonik enerjinin aşırı girişi, önceden oluşturulmuş metal bağların bozulmasına ve metal yorgunluğuna neden olabilir. Bu nedenle, aşırı ultrasonik enerjinin neden olduğu bağ hasarını önlemek için, güçlü bağlar için optimum hareket hızı önemlidir.
Süreç Analizi nedir
Süreç Analizi örnekleri
Süreç analizi aşamaları
Süreç Özellikleri
Süreç analizi yöntemleri
Süreç analizi soruları
Süreç Özellikleri aşağıdakilerden hangisidir
Süreç Yönetimi
Ön Isıtma Sıcaklığı
UAM işleme sırasında ortam sıcaklığında metalurjik bağlar kurulabilir. Bununla birlikte, birçok malzeme için artan bir ön ısıtma sıcaklığı bağ oluşumunu kolaylaştırır. Isıtma, metallerin akış stresini azaltarak bağ oluşumuna doğrudan fayda sağlar. Ancak aşırı ısınmanın zararlı etkileri olabilir. Yüksek seviyelerde metal folyo yumuşatma, metal folyo parçalarının sonotroda yapışmasına neden olabilir.
Ek olarak, gömülü elektroniklere sahip yapıların imalatı durumunda, aşırı sıcaklık gömülü elektroniklere zarar verebilir. Cu gibi belirli malzemeler için, yüksek sıcaklıklarda gelişmiş oksit oluşumu oksit giderimini engelleyecektir. Son olarak, bazı malzemeler için yüksek sıcaklıklar, malzemeyi gevrekleştirebilen ve erken parça arızasına neden olabilen çökelme sertleşmesi gibi metalurjik “yaşlanma” olaylarına neden olur.
Diğer Parametreler
Metal folyo kalınlığı, UAM’de dikkate alınması gereken bir diğer önemli faktördür. UAM’de kullanılan en yaygın metal folyolar ~150 μm mertebesindedir. Genel olarak konuşursak, ince metal folyolar arasında bağlar, kalın olanlar arasında olduğundan daha kolay oluşturulur. Bununla birlikte, kolayca çizilebildikleri veya bükülebildikleri için folyo hasarı, daha ince metal folyoların UAM’si için önemli bir endişe kaynağıdır; ve bu nedenle UAM’de en çok 100 ila 200 μm arasındaki metal folyolar kullanılır.
Malzemeyle ilgili sabitlere ek olarak, proses optimizasyonu sonotrotun yüzey durumundan, özellikle de sonotrod yüzey pürüzlülüğünden etkilenir. UAM’deki tipik bir sonotrot, titanyum veya takım çeliğinden yapılır. Sonotrode’un yüzeyi, sonotrot ile bırakılan folyo arasındaki sürtünmeyi arttırmak için EDM ile pürüzlendirilmiştir. Ancak, sonotrotun yüzey pürüzlülüğü, uzun süreli kullanımdan sonra önemli ölçüde azalır.
Böylece optimize edilmiş parametreler, sonotrode yüzeyinin durumuyla birlikte değişir. Bu nedenle, düzenli sonotrode pürüzlülük ölçümleri uygulamak ve buna göre işlem parametrelerini değiştirmek gereklidir. Ayrıca, sonotrode yüzey pürüzlülüğü yeni bırakılan folyonun en üst yüzeyine basılır.
Sonuç olarak, bu yüzey pürüzlülüğü, bir sonraki tabakanın biriktirilmesi sırasında plastik deformasyon ile aşılmalıdır. Bu nedenle, optimum bir yüzey pürüzlülük koşulu, bırakılan folyonun yüzey pürüzlülüğünü önemli ölçüde artırmadan, sonotrot ile bırakılan folyo arasında hiçbir kayma içermeyen koşul olacaktır. Kayma genellikle azalan pürüzlülükle arttığından, sonotrode yüzey pürüzlülüğünü optimize etmek doğası gereği zordur.
Mikroyapılar ve Mekanik Özellikler
UAM yapımı parçalardaki en yaygın kusurlar boşluklardır. Boşluklar ya katmanlar arasındaki arayüzler boyunca ya da her katmanı oluşturmak için yan yana yerleştirilmiş folyolar arasında oluşur. Tartışma kolaylığı için kusurlar, kusur kaynağına göre üç tipe ayrılır.
Tip-1 kusurları, folyo yüzey pürüzlülüğü ve/veya yetersiz giriş enerjisi nedeniyle katman/katman arayüzleri boyunca oluşan boşluklardır. Tip-2 kusurları, UAM sırasında aşırı enerji girişi daha önce oluşturulmuş bağların kırılmasına neden olduğunda oluşturulan, yine katman/katman arayüzünde bulunan hasarlı alanlardır. Tip-3 kusurları, bir katman içindeki bitişik folyolar arasında bulunur.
Kusurların yüzeylerinde oksit tabakalarının varlığı gözlemlenerek veya kusur morfolojisine bakılarak kusur tipleri belirlenebilir. Tip-1 kusurlar için metal yüzeyler yapışmadığından oksit tabakaları zarar görmez ve kalkmaz ve gözlenebilmektedir.
Ek olarak, Tip-1 kusurları tipik olarak düz bir üst yüzeye ve yuvarlak bir alt yüzeye sahiptir (burada düz üst yüzey yeni bırakılmış, pürüzsüz folyodur ve yuvarlak alt yüzey, görüldüğü gibi önceden bırakılmış folyonun bağlanmamış üst yüzeyidir).
Tip-2 kusurlar için, bağlanma meydana geldiğinden, oksit tabakaları bozulmuştur ve yerinin belirlenmesi zordur. Bu nedenle, Tip-2 kusurları, Tip-1 kusurlarından farklı bir morfolojiye sahiptir, çünkü bunlar, hiç bağlanmamış bölgelerden ziyade, bağlanmadan sonra ara yüzün parçalandığı boşlukları temsil eder.
Tip-3 kusurları, gösterildiği gibi bitişik metal folyolar arasındaki fiziksel boşluklardır. UAM’de, yazılım içindeki folyo genişliği ayarı, sonotrode ve folyo yerleştirme mekanizmasının bir katman içindeki bitişik folyoların biriktirilmesi arasında hareket ettiği ofset mesafesini belirler. Ayar değeri gerçek metal folyo genişliğinden büyükse bitişik folyolar arasında her zaman boşluklar olacaktır.
Folyo genişliğinin üzerindeki genişlik ayarı ne kadar büyük olursa, ortalama fiziksel boşluk da o kadar büyük olur. Genişlik ayarı, folyonun gerçek genişliğinden daha küçükse, boşluklar en aza indirilecektir. Ancak fazla bindirme, bindirilen alanlarda yüzey pürüzlülüğüne ve kaynakta güçlüklere neden olur. Bu nedenle, bir UAM makinesinde folyo yerleştirme mekanizmasının yanlış konumlandırılması, yanlış genişlik ayarlarıyla birleştiğinde, Tip-3 kusurlarına neden olur.
