[實(shí)用新型]粗鋁絲鍵合超聲換能器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201621229175.0
• 申請(qǐng)日: 2016-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN206305000U
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李相超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海相友超聲科技有限公司
• 主分類號(hào): B06B1/06
• 分類號(hào): B06B1/06;H01L21/67
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及功率超聲鍵合領(lǐng)域，尤其是涉及一種粗鋁絲鍵合超聲換能器。

背景技術(shù)

引線鍵合是半導(dǎo)體封裝中芯片內(nèi)部連線的主要技術(shù)。在現(xiàn)代的引線鍵合機(jī)里，超聲系統(tǒng)作為鍵合設(shè)備的核心部件，對(duì)鍵合質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。超聲系統(tǒng)由超聲發(fā)生器、超聲換能器和鍵合工具組成，其中超聲發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲頻率的電信號(hào)，超聲換能器負(fù)責(zé)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，鍵合工具負(fù)責(zé)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(fā)生原子間相互擴(kuò)散達(dá)到鍵合的目的。引線鍵合根據(jù)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(xì)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(yīng)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(tǒng)是一樣的。粗鋁絲主要用于封裝大、中功率三極管、可控硅、場(chǎng)效應(yīng)管、大電流二極管以及IGBT等半導(dǎo)體功率器件。和粗鋁絲相比，鋁帶擁有更好的導(dǎo)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(chǎn)品。近幾年，由于特斯拉工藝受到認(rèn)可，粗鋁絲鍵合工藝又被引用到新能源汽車領(lǐng)域用于電池組之間的連線，這個(gè)新應(yīng)用給粗鋁絲鍵合帶來極大的發(fā)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(tǒng)就顯得尤其重要，其中鍵合功率和鍵合力是兩個(gè)最主要的參數(shù)。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(jīng)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(duì)超聲換能器有特殊的要求。超聲換能器是整個(gè)超聲系統(tǒng)的核心，通過調(diào)整超聲換能器的設(shè)計(jì)可以改變鍵合工具的振動(dòng)軌跡、振動(dòng)幅度、振動(dòng)模態(tài)和諧振頻率。鍵合工具的振動(dòng)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(dá)到最大鍵合強(qiáng)度的時(shí)間越短，但是過大的超聲功率會(huì)造成過鍵合導(dǎo)致焊盤產(chǎn)生裂紋或硬化，從而降低了鍵合強(qiáng)度，這就需要對(duì)超聲換能器的功率、振動(dòng)幅度和振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)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(duì)三元電池組的大量需求，粗鋁絲鍵合的應(yīng)用越來越廣，對(duì)鍵合質(zhì)量的要求也越來越高。

然而，國內(nèi)生產(chǎn)的粗鋁絲鍵合超聲換能器只能做一些低端的產(chǎn)品，已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)對(duì)鍵合質(zhì)量和鍵合穩(wěn)定性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種鍵合質(zhì)量高、鍵合穩(wěn)定性強(qiáng)的粗鋁絲鍵合超聲換能器。

本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本實(shí)用新型提供了一種粗鋁絲鍵合超聲換能器，包括設(shè)有鍵合工具的變幅桿、安裝環(huán)以及超聲馬達(dá)，所述安裝環(huán)安裝在變幅桿上，用來把粗鋁絲鍵合超聲換能器安裝在機(jī)器上，所述的變幅桿與超聲馬達(dá)相連，變幅桿把超聲馬達(dá)的機(jī)械振動(dòng)的振幅放大并把振動(dòng)轉(zhuǎn)給鍵合工具，鍵合工具進(jìn)一步放大機(jī)械振動(dòng)的振幅，鍵合工具的尖端則把振動(dòng)直接作用在粗鋁絲或鋁帶上進(jìn)行鍵合。

本實(shí)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(tài)能滿足粗鋁絲鍵合對(duì)半導(dǎo)體封裝中大功率器件的芯片內(nèi)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(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)粗鋁絲鍵合超聲換能器的剛性。

作為優(yōu)選，所述超聲馬達(dá)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(dá)形成粗鋁絲鍵合超聲換能器的振子，負(fù)責(zé)把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成所需頻率的機(jī)械振動(dòng)。壓電片負(fù)責(zé)按給定的電信號(hào)產(chǎn)生超聲振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換；銅片負(fù)責(zé)充當(dāng)壓電片電極和提供給壓電片電信號(hào)。前蓋板和后蓋板負(fù)責(zé)固定壓電片，螺栓負(fù)責(zé)鎖緊后蓋板，把壓電片鎖在前蓋板上，給壓電片足夠的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超聲輸出。

作為優(yōu)選，所述變幅桿和前蓋板是一個(gè)整體，且前蓋板為圓形，直徑在12.0-15.0mm之間。如此設(shè)計(jì)，保證了超聲傳輸?shù)姆€(wěn)定性，增強(qiáng)了超聲傳輸?shù)男省?/p>

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