[發明專利]高頻超聲倒裝鍵合換能系統的制造方法

無效

• 申請號: 200610031728.6
• 申請日: 2006-05-30
• 公開（公告）號: CN101081390A
• 公開（公告）日: 2007-12-05
• 發明（設計）人: 隆志力;韓雷;易幼平;鐘掘;吳運新
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;G06F17/50
• 代理公司: 中南大學專利中心
• 代理人: 胡燕瑜

1.一種高頻超聲倒裝鍵合換能系統的制造方法，其特征在于包括以下過程：

(1)系統材料及結構尺寸選擇與設計

選擇具有高數量級的厚度機電耦合系數，低數量級的介電常數，低數量級的徑向機電耦合系數的1-3新型復合的高性能壓電陶瓷材料，選擇具有低能量耗散的鈦合金材料作為傳能部件；

用一維彈波傳遞理論對系統進行設計，將換能系統分成壓電陶瓷部分與傳能部分獨立兩部分，分別設計如下：

(a)壓電陶瓷、前后蓋板的設計

對于1/2波長的壓電陶瓷部分，設計公式為：

k s l s 2 + tan - 1 ( Z b c Z s c tan k b l b ) = π 2 ]]>

k s l s 2 + tan - 1 ( Z f c Z s c tan k f l f ) = π 2 ]]>

式中k_s為超聲波在壓電晶片中的波數；

Z_b^c、Z_f^c及Z_s^c為超聲波在前后蓋板及壓電晶片的聲阻抗；

(b)換能桿部分的設計

根據自行推導的換能桿部分設計頻率方程設計出換能桿部分的各級尺寸：

tan kl 1 = - sin kl 1 ( cos k ′ l 2 - δ 1 sin k ′ l 2 ) - cos kl 3 ( δ 2 - cos k ′ l 2 - δ 3 sin k ′ l 2 ) cos kl 3 ( cos k ′ l 2 + δ 4 sin k ′ l 2 ) - k k ′ sin kl 3 sin k ′ l 2 ]]>

其中，k′與k為換能桿與安裝部分的波數；

δ₁，δ₂，δ₃及δ₄為系統桿件的比例常量；

l為設計結構的各級長度；

(2)基于有限單元法的換能系統驗證

利用大型有限元分析軟件ANSYS對由一維彈性波理論建立的換能系統進行驗證，獲得換能系統的頻率分布、振動模態、以及相應的振型；

(3)換能系統加工與裝配

按各部件的結構尺寸，對換能系統各部分進行加工，利用指針測力計裝配，操作過程中遵循：

(a)??壓電陶瓷的電極片足夠薄，要求為50um；

(b)??前后蓋板與壓電陶瓷片的粗糙度為0.4，換能桿表面的粗糙度為0.8；

(c)??裝配時壓電陶瓷片與換能桿的同軸度達到0.04，；

(4)換能系統性能檢測

利用阻抗分析儀測試換能系統的導納特性，檢測系統運動的諧振頻率；利用激光多譜勒測振儀測試換能系統末端的位移振幅及振動模態，以檢測系統的位移輸出，利用U3000型鍵合機測試換能器的鍵合點的外形貌與鍵合強度。

2.根據權利要求1的述的高頻超聲倒裝鍵合換能系統的制造方法，其特征在于：(2)所述的大型有限元分析軟件ANSYS模擬得到的系統工作頻率為138kHz。