超声波系统技术研发中心建设项目可行性研究报告
思瀚产业研究院 骄成超声    2024-05-20

1、项目简介

本项目将通过购置先进的研发、检测设备和软件，改善技术研发环境，吸引优秀技术人才，升级公司技术研发平台，提升公司技术创新能力，通过持续研发新产品新技术，拓展产品应用领域，从而进一步提升公司的核心竞争力，促进公司未来持续快速发展。

2、项目投资概算

本项目实施主体为公司母公司，实施地点为上海市闵行区沧源路 1488号。本项目计划总投资 9,713.57 万元，其中场地装修投资 300.00 万元，设备投资1,927.00 万元，软件投资 1,016.40 万元，预备费 162.17 万元、研发费用 6,308.00万元。

3、项目实施进度安排

本项目建设期分三个阶段工作实施。第一阶段为场地装修阶段，历时 1 个季度，主要工作为研发中心场地的装修工程施工；第二阶段为设备、软件采购阶段，历时 6 个季度，主要进行设备、软件的采购、安装和调试；第三阶段为研发人员招聘和培训阶段，历时 11 个季度，随着研发中心硬件配套设施的完善和研发课题的推进，公司将会扩大研发人员队伍，加快研发进度，并对相关人员进行培训。

4、项目环保情况

本项目为技术研发中心建设项目，项目运营过程中产生的污染物及污染源主要为职工生活污水和生活垃圾。生活污水收集后纳入市政污水管网；生活垃圾按照指定地点堆放，每日由环卫部门清运和处理，不会对环境产生污染。

5、主要研发内容

（1）超声波系统技术平台开发

超声波系统是超声应用的基础，其频率、振幅的控制精度和功率容量决定了超声波系统核心能力，也决定了超声波系统在各个领域中的应用广度和深度。超声波系统技术平台的开发将有助于公司快速研发出适合于不同应用领域的超声波产品，可以为新能源行业、半导体行业、汽车线束行业、无纺布行业、PCB制造等领域提供超声波技术解决方案。

超声波系统技术平台目标是形成系列化的、具有不同性能参数和功率容量的超声波换能器以及与之相匹配的发生器。换能器方面，采用等效电路法和压电耦合场仿真技术，设计一系列拥有不同频率和性能参数的换能器，通过优化设计、

仿真和测试，得出换能器不同组成部分对其性能参数的影响规律；发生器方面采用全桥逆变升压方案和变压器漏感匹配方式，可编程数字芯片和锁相控制电路实现谐振频率自动跟踪，实现振幅精准控制。

（2）超声波焊接质量监控系统升级开发

本项目内容是对本公司现有的应用于锂电池极耳超声波金属焊接工艺中的焊接质量监控系统进行升级研发，其目标是提高现有监控系统的检测准确率和响应速度。

以超声波金属焊接过程为研究对象，在现有监控技术的基础上，通过多传感器信息融合技术，把多个传感器在空间和时间上的冗余信息或互补信息依据一定的准则来进行优化组合，结合神经网络和深度计算的算法进一步优化模式匹配的算法准确度，从而获得焊接过程更全面的一致性评价。在间接检测手段之外，将直接检测结果作为输入引入算法模型，进一步降低误判率。

（3）IGBT 超声波焊接控制系统开发

IGBT 中文称“绝缘栅双极型晶体管”，是由 BJT（双极结型晶体三极管）和 MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件。在 IGBT 功率模块中，端子和镀铜基板之间的焊接，超声波技术已经逐渐成为主流。

在该领域，对焊接模式的控制要求更加精细。常规的控制单个输出参数恒定的焊接模式已经较难满足 IGBT 超声波焊接的一致性要求，而焊接时需要同时控制多个输出参数的焊接模式对控制系统的精确度和响应速度提出了更高的要求。基于微控制器和现场可编程逻辑门阵列而开发的控制系统是实现复杂焊接模式精准控制的关键。

（4）半导体兆声波清洗技术研究

半导体超声波清洗是利用兆赫级的超声波高能声波推动溶剂分子加速运动，以较强的声压梯度及声流作用产生的高速流体力学层连续冲击，使吸附的微细颗粒解吸的清洗技术。相比于万赫兹级别的超声波清洗，该技术能清洗更小的颗粒，且对半导体基体的伤害更小，是一种高精密的清洗方式。兆声波清洗技术是基于压电陶瓷晶片的逆压电效应产生的。兆声波发生器将低频低压电信号转化为百万

赫兹以上的超高频高压电信号，同时将该信号作用与压电陶瓷晶片上，通过逆压电效应产生高频振动。压电陶瓷直接用压电换能器仿真设计技术作用在清洗腔体上，同步带动清洗液超高频振动产生兆声波清洗效果。

随着半导体产业的进一步发展，整个产业链对于半导体的需求越来越大。而目前市面上的超声波清洗技术频率低、振幅大，清洗精密度还远远达不到半导体清洗的要求，目前只有国外极少数厂家可以做到兆赫级别的超声波设备。兆声波清洗效率高、时间短，使用清洗剂浓度低，化学试剂的消耗量少，因此对环境的危害水平较低，在半导体清洗领域拥有广阔的应用前景。

（5）医用超声刀研究与产品开发

超声手术刀是一种高频电外科设备，主要用于生物组织的切割与血管闭合等操作，具有出血少、对周围组织伤害少、术后恢复快等特点。超声手术刀作用于人体组织起到切割与凝闭的作用，不会引起组织干燥、灼伤等副作用，刀头工作时人体无电流通过，在手术室中有着广泛的应用。随着微创手术在国内逐渐渗透，市场对微创外科手术器械的需求日益增大，市场急需高品质国产超声刀产品。

医用超声刀主要包括超声波发生器、超声波换能器、超声波波导杆和刀头以及手持式动作执行机构组成。公司在超声波发生器和超声波振动系统方面积累了较为丰富的研发经验，对该项目的实施有着深厚的技术基础，该项目的技术路线如下：首先，进行应用需求确认，通过现场调研和模拟试验，将医用超声刀应用场景的要求转化为医用超声刀产品的技术要求，如超声波发生器的功率，超声振动输出需要控制的与应用相关的参数如频率、振幅、能量、时间、剪切压力、刀型等；其次，通过搭建概念验证装置和平台，进行充分的可行性方案分析和验证；

然后，进行医用超声刀的 50-60kHz 超声波系统的设计制造，并在确保原材料声学性能一致性和稳定性的前提下完成超声波波导杆和刀头的设计制造；最后，进行医疗器械准入安全规范认证。

（6）超声波精密喷涂技术开发

超声波喷涂雾化颗粒均匀，涂层均匀度高，厚度控制精度可达几十纳米，而且飞溅少、原料利用率高，正在成为精密喷涂领域的关键技术，在新能源、生物医疗、微电子及半导体、玻璃制造和纳米材料等领域有着很大的应用前景。

超声波喷涂技术是利用压电换能器将电能转化为高频机械能，从而对液体进行雾化，该研发项目的技术重点如下：首先，超声波雾化喷头是一种基于变幅杆换能器原理的超声波雾化装置，不仅要研究其发声原理、雾化机理及影响因素，还要研发出可以调节喷涂宽度的超声雾化喷头；其次，压电式超声雾化器主要有低频和高频之分，频率影响液滴的大小，针对不同应用领域选用合适的频率范围需要进行理论和实验研究；

最后，应用于超声波喷涂的超声波系统的应用还需要精准地控制频率和振幅，具备合适的功率及快速的响应速度，以上功能的实现均需要进行大量研究和测试。

（7）超声波除尘技术开发

超声波除尘是通过高速气流与超声波共同作用对工件表面黏附的微米级颗粒进行干式清洗的技术，该技术在半导体器件、平板显示器件、新能源电池和微电子产品的制备等领域有着巨大的应用前景。

超声波除尘所用的超声声源是通过变截面空气流道内空腔的流激振荡实现的。在满足一定的空腔几何形状和空气动力学条件的情况下，高速气流流经空腔时，由于腔口剪切流与腔内流动的相互作用从而形成强烈的振荡。

在这种情况下，声场与流场的相互作用得到加强，导致强烈的声波产生。建立超声发生器流道模型是实现该技术的关键；通过计算流体动力学仿真的方法，分析超声波发生器腔体及出口处的流场和声压特性，通过分析结果优化超声发生器的模型，从而获得特定超声频率的气流。