[實用新型]粗鋁絲鍵合超聲換能器

有效

• 申請號: 201621229175.0
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN206305000U
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 李相超
• 申請（專利權）人: 上海相友超聲科技有限公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;H01L21/67
• 代理公司: 上?？剖⒅R產權代理有限公司31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本實用新型涉及功率超聲鍵合領域，尤其是涉及一種粗鋁絲鍵合超聲換能器。

背景技術

引線鍵合是半導體封裝中芯片內部連線的主要技術。在現代的引線鍵合機里，超聲系統作為鍵合設備的核心部件，對鍵合質量起著至關重要的作用。超聲系統由超聲發生器、超聲換能器和鍵合工具組成，其中超聲發生器負責產生超聲頻率的電信號，超聲換能器負責電能到機械能的轉換，鍵合工具負責固定引線、拉線弧、傳遞壓力和超聲能量等作用。在引線鍵合過程中，引線在熱量、壓力和超聲能量的共同作用下，與焊盤金屬發生原子間相互擴散達到鍵合的目的。引線鍵合根據引線不同，可分為金線、銅線、銀線、合金線、鋁絲等鍵合，其中鋁絲鍵合又可分為細鋁絲、粗鋁絲、鋁帶等鍵合。由于粗鋁絲和鋁帶能夠承載較大的電流，因而這兩種鍵合廣泛應用于大功率器件的封裝，并且這兩種鍵合所需要的超聲系統是一樣的。粗鋁絲主要用于封裝大、中功率三極管、可控硅、場效應管、大電流二極管以及IGBT等半導體功率器件。和粗鋁絲相比，鋁帶擁有更好的導電性能和更小的接觸電阻，主要用于大電流、高頻率的IGBT、FRED等模塊產品。近幾年，由于特斯拉工藝受到認可，粗鋁絲鍵合工藝又被引用到新能源汽車領域用于電池組之間的連線，這個新應用給粗鋁絲鍵合帶來極大的發展空間。

和普通引線鍵合相比，粗鋁絲鍵合在焊線過程中不需要特別的加熱和高壓打火，超聲系統就顯得尤其重要，其中鍵合功率和鍵合力是兩個最主要的參數。普通引線鍵合引線直徑為0.01-0.05mm,一般超聲功率小于3W；而粗鋁絲鍵合線經為0.1-0.6mm,這就需要粗鋁絲鍵合的超聲換能器有更大的功率，一般為30-80W，而且所需的鍵合力也比普通引線鍵合大10倍左右。另外,普通引線鍵合的鍵合工具為長度11.1mm直徑1.586mm的瓷嘴，而粗鋁絲鍵合的鍵合工具為長度63.6mm直徑3.175mm的劈刀，這些對超聲換能器有特殊的要求。超聲換能器是整個超聲系統的核心，通過調整超聲換能器的設計可以改變鍵合工具的振動軌跡、振動幅度、振動模態和諧振頻率。鍵合工具的振動幅度主要隨超聲換能器的功率增大而增大，受鍵合力的影響很小。通常超聲換能器的功率越大，達到最大鍵合強度的時間越短，但是過大的超聲功率會造成過鍵合導致焊盤產生裂紋或硬化，從而降低了鍵合強度，這就需要對超聲換能器的功率、振動幅度和振動模態進行精準控制。隨得小功率的電子元件慢慢集成化，大功率的電子元件也漸漸模塊化，以及新能源汽車對三元電池組的大量需求，粗鋁絲鍵合的應用越來越廣，對鍵合質量的要求也越來越高。

然而，國內生產的粗鋁絲鍵合超聲換能器只能做一些低端的產品，已經不能滿足市場對鍵合質量和鍵合穩定性的要求。

發明內容

本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種鍵合質量高、鍵合穩定性強的粗鋁絲鍵合超聲換能器。

本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現：

本實用新型提供了一種粗鋁絲鍵合超聲換能器，包括設有鍵合工具的變幅桿、安裝環以及超聲馬達，所述安裝環安裝在變幅桿上，用來把粗鋁絲鍵合超聲換能器安裝在機器上，所述的變幅桿與超聲馬達相連，變幅桿把超聲馬達的機械振動的振幅放大并把振動轉給鍵合工具，鍵合工具進一步放大機械振動的振幅，鍵合工具的尖端則把振動直接作用在粗鋁絲或鋁帶上進行鍵合。

本實用新型用于粗鋁絲和鋁帶鍵合，整體共同組成的諧振頻率和共振模態能滿足粗鋁絲鍵合對半導體封裝中大功率器件的芯片內部連線和新能源汽車中電池組之間的連線要求。此外，變幅桿負責實現粗鋁絲鍵合超聲換能器的剛性。

作為優選，所述超聲馬達包括前蓋板、壓電片、銅片、后蓋板以及螺栓，所述前蓋板用于連接變幅桿，壓電片和銅片相間裝配在前蓋板和后蓋板之間，并用螺栓壓緊固定。

超聲馬達形成粗鋁絲鍵合超聲換能器的振子，負責把電信號轉換成所需頻率的機械振動。壓電片負責按給定的電信號產生超聲振動，實現電能到機械能的轉換；銅片負責充當壓電片電極和提供給壓電片電信號。前蓋板和后蓋板負責固定壓電片，螺栓負責鎖緊后蓋板，把壓電片鎖在前蓋板上，給壓電片足夠的預緊力，實現穩定的超聲輸出。

作為優選，所述變幅桿和前蓋板是一個整體，且前蓋板為圓形，直徑在12.0-15.0mm之間。如此設計，保證了超聲傳輸的穩定性，增強了超聲傳輸的效率。

作為優選，所述壓電片的數量為六，厚度在2.0-2.5mm之間，外徑在12.0-15.0mm之間。如此設計，保證了超聲換能器可以插產生粗鋁絲鍵合所需要的功率，既能有較低的阻抗，同時又兼顧壓電片的自身承受力。