[發明專利]并聯復合式超聲波能量傳輸裝置無效

申請號：	200710072211.6	申請日：	2007-05-16
公開（公告）號：	CN101053864A	公開（公告）日：	2007-10-17
發明（設計）人：	劉延杰;孫立寧;張樂敏	申請（專利權）人：	哈爾濱工業大學
主分類號：	B06B3/02	分類號：	B06B3/02;B06B1/06;B23K20/10;H01L21/607
代理公司：	哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司	代理人：	祖玉清
地址：	150001黑龍江***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	并聯復合超聲波能量傳輸裝置
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【說明書】：

一、技術領域

本發明涉及的是一種微加工技術的加工工具，具體地說是一種用于引線鍵合機的超聲波能量傳輸裝置。

二、背景技術

微電子、光電子、微機電系統等先進制造技術將硅微細加工技術和微機械加工技術結合起來，制造出體積小、低功耗、集成化高、成本低的微器件或系統。封裝在微器件或系統制造過程中起著重要的作用，它可以提供有效的機械支撐、環境保護、與外界媒質的接口和與其他系統的電氣連接。

超聲波引線鍵合機被廣泛應用于封裝領域，實現電氣信號的互連，即利用超聲波振動技術去除鍵合表面氧化層等雜質、露出純凈鍵合金屬表面，增加原子遷移率和晶格位錯密度，以及材料晶格的畸變能，使原子擴散增強，促使金屬引線和焊盤鍵合表面的原子鍵鍵合。同時，超聲波能量的注入，可以降低鍵合時的加熱溫度，減輕由于熱變形引起的殘余應力的影響。

國內外現有引線鍵合機上的超聲波能量傳輸裝置都為單方向振動系統。它是由通過夾持環固定的單方向振動超聲波變幅桿，安裝在變幅桿前端的工作劈刀，安裝在變幅桿后端的壓電超聲波換能器組成的。超聲波變幅桿前端的工作端——劈刀工作軌跡為單一的直線型軌跡。超聲波振動系統的振動頻率范圍為62kHz-136kHz，輸出功率在2.5W以下，劈刀單方向振幅小于1微米。變幅桿多數為圓截面，對變幅桿的夾持方式，采用夾持環夾持方式，變幅桿后端的壓電超聲換能器多數采用夾心式結構進行有效預緊。

根據超聲波平均能量密度公式，提高超聲波振動的頻率或增加變幅桿末端劈刀工作軌跡覆蓋面積，都可以有效增大超聲波能量密度，從而在達到相同鍵合強度的前提下，減少鍵合時間，提高鍵合效率。

已有的超聲波能量傳輸裝置存在的主要問題是：引線鍵合機超聲波系統通常的振動頻率為64kHz到120kHz之間，輸出的功率為2.5W左右。提高鍵合效率，如果從頻率角度考慮，就需要獲得更高的超聲波振動頻率，這對超聲波發生器的核心部分——功率放大電路以及儲能元件提出很高的要求。由于功放電路性能的局限性，很難在128kHz甚至更高頻率下輸出2.5W以上的電功率。這使得從提高頻率角度來提高鍵合效率的想法難以實現。

三、發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高超聲波能量密度，減小鍵合時間，進而提高引線鍵合效率的并聯復合式超聲波能量傳輸裝置。

本發明的目的是這樣實現的：它包括并聯復合式超聲波變幅桿，在變幅桿的前端安裝有工作劈刀，在變幅桿另一端安裝有壓電超聲換能器，兩套單向振動變幅桿的工作端剛性并聯，變幅桿通過彈性梁固定在音圈電機的動平臺上。

本發明還可以包括如下結構特征：

1、所述的變幅桿的截面是矩形或正方形截面。

2、所述的壓電超聲換能器是并聯疊堆的壓電陶瓷晶片，在并聯疊堆的壓電陶瓷晶片的中間設置有預緊楔塊，在預緊楔塊上帶有預緊螺栓。

3、所述的預緊楔塊為三塊，所述的預緊螺栓設置在中間的預緊楔塊上。

4、彈性梁的截面為矩形截面，變幅桿可以以彈性梁為中心，在小角度范圍內轉動。

本發明提出了一種新型的并聯復合式超聲波能量傳輸裝置，用來提高引線鍵合效率。

為克服現有超聲波變幅桿在高頻率下難以輸出高功率，無法提高能量密度的問題，提出了一種利用增加超聲波變幅桿末端劈刀工作軌跡覆蓋面積來提高超聲波能量密度，減小鍵合時間，進而提高引線鍵合效率的工具結構。本發明的主要特點體現在：

1、采用并聯復合式結構將傳統單一變幅桿的線性輸出位移進行復合合成。根據調整兩個方向超聲波的振動特性參數：頻率、振幅或相位，可以使變幅桿末端的工作軌跡變化，從而使一維單方向振動軌跡變成矩形區域內的復合多向運動軌跡，合理選擇超聲波振動特性參數可以有效增加劈刀運動軌跡覆蓋面積。

2、采用新型夾持機構，合理降低了變幅桿的橫向偏轉剛度，有效減輕了并聯機構的耦合效應。