[發明專利]用于集成電路熱超聲鍵合設備的高頻壓電超聲換能器

有效

• 申請號: 201310465933.3
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103521423A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 王福軍;梁存滿;田延嶺;張大衛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;H01L21/607
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 張金亭

技術領域

本發明屬于集成電路加工制造領域，特別是涉及一種用于集成電路熱超聲鍵合設備的高頻壓電超聲換能器。

背景技術

熱超聲鍵合作為集成電路互連封裝的重要技術之一，其封裝形式在集成電路封裝中占據主導地位。熱超聲鍵合通過同時施加熱量、壓力和超聲能量，最終實現集成電路管腳與外圍電路的電互連。壓電超聲換能器作為熱超聲鍵合設備的核心組成部件，其作用是將其兩端的電能轉化為超聲振動能量。用于集成電路熱超聲鍵合的壓電超聲換能器通常工作在60kHz頻率點附近，隨著集成電路的不斷發展，其鍵合工藝要求換能器具有更高的工作頻率，主要是由于在高頻下（≧100kHz）實現集成電路封裝具有以下優點：集成電路逐漸微型化，其管腳密度大幅提高，現有的傳統頻率換能器已經無法滿足超細管腳的鍵合要求，而在高頻模態振動中，換能器的振幅恰好變小，適應了集成電路發展的要求；高頻振動的換能器能夠提高封裝速度，進而提高封裝效率；熱超聲封裝中需要同時施加熱量、壓力和超聲能量，采用高頻換能器可以增加超聲能量，降低熱量的施加，從而可以實現集成電路的低溫封裝。然而，提高換能器的工作頻率，其工作性能會出現一定問題。超聲換能器一般采用法蘭盤式結構安裝在熱超聲鍵合設備上，用螺釘將常用的法蘭盤擰緊組裝時，法蘭盤受到約束，超聲振動系統與外界連接部件存在超聲振動耦合問題，導致超聲振動系統的超聲場受到干擾，進而影響鍵合質量。

發明內容

本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種用于集成電路熱超聲鍵合設備的高頻壓電超聲換能器，該換能器能夠工作在125kHz頻率點附近，并且能夠避免超聲振動耦合問題。

本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種用于集成電路熱超聲鍵合設備的高頻壓電超聲換能器，包括相互連接的壓電振子和聚能器，所述聚能器設有夾持法蘭和從頭至尾依次設有的聚能器半波圓錐段和聚能器半波圓柱段，所述壓電振子固定在所述聚能器半波圓柱段的尾端，所述夾持法蘭固定在該換能器的軸向振動位移節點處。

所述夾持法蘭設有外圓套筒和中間軸向彈性解耦結構，所述外圓套筒通過所述中間軸向彈性解耦結構固定在所述聚能器半波圓柱段上。

所述中間軸向彈性解耦結構為設置在所述外圓套筒與所述聚能器半波圓柱段之間的環形腹板。

所述中間軸向彈性解耦結構為設置在所述外圓套筒與所述聚能器半波圓柱段之間的板狀輻條。

所述板狀輻條的中部為彈性鉸鏈結構。

所述夾持法蘭、所述聚能器半波圓錐段和所述聚能器半波圓柱段是整體加工形成的。

所述壓電振子包括前蓋板、后蓋板、數片銅片電極和數片鋯鈦酸鉛壓電陶瓷晶片，所述數片銅片電極和所述數片鋯鈦酸鉛壓電陶瓷晶片安裝在所述前蓋板和所述后蓋板之間，所述數片銅片電極和所述數片鋯鈦酸鉛壓電陶瓷晶片隔片設置；所述壓電振子通過穿裝在其內部的預緊螺釘固定在所述聚能器半波圓柱段的尾端，所述預緊螺釘上裝有絕緣套管，所述絕緣套管位于所述預緊螺釘與所述數片銅片電極和所述數片鋯鈦酸鉛壓電陶瓷晶片之間。

本發明具有的優點和積極效果是：通過將聚能器的夾持法蘭設置在該換能器的軸向振動位移節點處的結構，進一步地，通過夾持法蘭的中間軸向彈性解耦結構，有效地減少了換能器與其外部固定零部件之間的軸向振動耦合，進而提高了超聲能量的利用率，延長了其使用壽命。進一步地，采用一體化聚能器，實現了振動的高倍數放大。該換能器可工作在125kHz頻率點附近并且在諧振點附近不存在模態密集情況，可以實現60℃以下低溫封裝。并且本發明還具有頻率高、體積小、重量輕等優點。

附圖說明

圖1為本發明的立體結構示意圖；

圖2為本發明的剖視圖；

圖3-1為本發明的夾持法蘭第一種結構示意圖；

圖3-2為圖3-1的側視圖；

圖4-1為本發明的夾持法蘭第二種結構示意圖；

圖4-2為圖4-1的側視圖；

圖5-1為本發明的夾持法蘭第三種結構示意圖；

圖5-2為圖5-1的側視圖。

具體實施方式

為能進一步了解本發明的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下：