超声键合换能系统支承状态下导纳特性测量

分析了无负载情况下肋环夹持装置和劈刀两个主要因素对超声键合换能系统电学导纳特性的影响情况。分析了压电换能器的等效电路,通过压电换能器的导纳圆图,确定换能器各参数的变化情况。     

超声键台换能系统支承状态下导纳特性测量

分析了无负载情况下肋环夹持装置和劈刀两个主要因素对超声键合换能系统电学导纳特性的影响情况。分析了压电换能器的等效电路，通过压电换能器的导纳圆图，确定换能器各参数的变化情况。     

热超声键合换能系统设计及性能分析

在热超声键合系统中,超声换能系统是键合装备的核心部分。基于等效电路法和解析法设计换能系统,获得换能系统的基本结构尺寸;基于有限元方法建立系统的仿真模型,获得系统的振动模态特性;采用阻抗分析仪与Doppler测振仪对系统进行性能分析。实验表明,实测频率与设计频率吻合,换能系统阻抗为12.7Ω,振动位移达到3.725μm,满足超声芯片封装的工艺要求。     

芯片键合换能系统中接触界面的影响分析

接触界面对超声能量传递与振动特性的影响是各类压电换能器的共性问题。在超声芯片封装领域,各子部分之间的接触界面是影响系统超声能量传递的强非线性因素,直接影响芯片与基板的键合质量。该文通过有限元法与激光多谱勒测振仪等技术,获得系统中接触界面对超声能量传递与振动特性的影响规律,发现不合理的接触界面会引发系统多模态与频率混叠效应、超声能量输出不稳定、系统迟滞响应等,导致键合强度下降、芯片与基板倾斜、键合效率下降等封装缺陷。研究结果对理解超声键合与系统设计具有指导意义。     

工作条件下超声倒装键合换能系统的阻抗特性

在建立各子部分等效阻抗的基础上,采用等效电路方法构建工作条件下芯片超声倒装键合换能系统的阻抗/导纳模型.对阻抗模型进行数值计算,并采用频率扫描的方法实测系统的阻抗特性.研究发现,在工作条件下,换能系统100 kHz范围内包含4阶轴向固有频率;相比于空载条件,工作条件下的各阶谐振频率增大,其电阻值增大,电导值降低.实验测试与数值计算结果相互吻合.     

超声键合换能系统中劈刀的振动特性分析

阐述了Lyapunov指数作为振动信号的混沌判断原理,并对换能系统的振动信号进行分析与研究,计算了换能系统在不同加载压力下劈刀的振动时间序列的Lyapunov指数.结果表明振动信号中的最大Lyapunov指数均大于0,根据混沌理论可以判定换能系统振动信号中存在混沌现象,应该采用混沌的方法研究与分析换能系统振动信号.通过不同加载压力下的振动速度信号的RMS值与最大Lyapunov指数的比较,发现两者随压力变化趋势相同,为进一步研究超声引线键合换能系统的振动特性提供了有价值的参考.     

实际支承工况下压电换能器等效电路实验研究

利用直接数字合成器(DDS)对夹心式换能器进行扫频,测得两个不同共振频率附近的导纳圆。通过导纳圆实验数据拟合,获得相应的等效电路参数。结果表明,在换能器不同振动模态下,等效并联电容电阻并非恒定值,而且实际支承工况下换能器系统工作时存在负阻尼效应。     

热超声键合换能系统接触界面非线性振动研究

为了减小热超声键合换能系统的振动稳定性、提高键合强度,从超声波在热超声键合换能系统中的传播出发,建立了超声波在接触界面处传播的微观模型.研究表明,当静应力较小时,输出的超声波不完整,材料内部质点的有效振动较小;当静应力逐渐增大时,材料进入弹性变形阶段,输出的超声波波形与输入的超声波的波形一致,材料内部质点的有效振动最大;当静应力太大时,材料进入塑性变形区域,材料内部质点的有效振动减小.通过在芯片倒装键合实验台上实验,测量在不同压电陶瓷片预紧力下,变幅杆的振动速度和芯片的键合强度,证明了所提出模型的正确性.     

夹持环对换能系统振动模态影响的有限元分析

换能系统是热超声引线键合装备的核心部分,夹持环对系统起安装支撑的作用,其安装方式直接影响换能系统的能量传递与振动模态。利用有限元法分析了夹持环对换能系统振动模态的影响,结果表明,对夹持环未施加约束、施加z向约束时换能系统的夹持环会出现振动现象,而施加x向约束时,工作频率下的主振型完全不符合要求;改变夹持环的安装位置,对换能系统的节点位置及谐振频率都有一定的影响,实验测得在全约束情况下,换能系统的节点位置为58 mm,与分析结果一致;换能系统在工作频率附近包含有其他的振动模态,在键合过程中易被激发出来,由此消耗超声能量而降低芯片的键合质量,这些振动模态必须得到抑制。     

铸造用超声换能系统阻抗模型的研究

利用等效电路建立了铝合金铸造用超声换能系统的阻抗模型,在15～28 kHz范围内分析了常温和铸造条件下系统纵振频率和阻抗。在常温和铸造条件下,系统分别有2、3阶纵振频率;在铸造条件下,1阶频率对应的阻抗增加明显。利用Agilent4294A阻抗分析仪做了扫频测量,结果与此相符。     

键合压力对粗铝丝引线键合强度的实验研究

在超声引线键合过程中,键合压力是影响键合强度的重要因素之一。通过实验,研究了键合强度与键合压力间的关系。通过高频采集装置对键合压力进行了标定并分析了其对键合强度以及电流电压产生的影响。实验发现,只有在键合压力适中的情况下,键合强度才能达到最大。     

键合工具对超声换能器系统谐振频率的影响

建立了超声引线键合机换能器系统振动分析有限元模型,利用ANSYS软件分析了换能器系统与键合工具组成的纵-弯复合振动系统的振动特性。计算结果表明,键合工具的弯曲振动与换能器系统纵向振动存在耦合关系,劈刀长度增加50%将使换能器系统谐振频率下降5.6%;实验中测试了换能器系统的阻抗与导纳特性,发现当劈刀长度为16 mm时系统的阻抗匹配较为理想;换能器系统的谐振频率的实测值与有限元分析结果一致,最大误差为3.51%。     

提高压电换能器导纳圆测量精度的方法研究

不同压电换能器的动态电阻、电容、电感和静态电阻、电容的值不同,这些参数均可从其对应的导纳圆中得到.分析了导纳圆测量中的两个重要影响因素:A/D转换器的量化误差、测量电阻.为提高导纳圆的测量精度,量化误差不变时不同的压电换能器需选择不同的测量电阻以保证所测量的两路正弦信号有适当的幅值比和相位差.测量电阻的值为压电换能器动态电阻值的0.15～3.5倍时,导纳圆半径的相对误差小于0.5％,测量电阻为动态电阻的0.7倍时导纳圆的相对误差最小.     

一种高精度压电换能器导纳仪的研究

压电换能器的一致性检测需要导纳圆测量仪器.给出了基于高速模数转换器和ARM7控制器的数字式压电换能器导纳圆测量系统.用ARM7控制生成不同频率的正弦信号,用高速A/D转换器同时采集两路原始测量波形,用数字信号处理方法处理原始波形的相位差和幅度比,从而得到导纳圆.与模拟式导纳仪相比,基于ARM控制器的数字式压电换能器导纳仪消除了低频滤波器的影响,能有效测量低频区域.与基于采集卡的数字式导纳仪和4294A测量结果对比显示,基于ARM7的导纳仪测量精度有了一定的提高.     

MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法

针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压电材料(PZT)层、下电极和支撑层组成的多层膜结构,并通过其弯曲振动模式实现超声波的发射和接收。制备样品的测试结果表明,采用该方法制作MEMS压电超声换能器阵列,具有阵元间距小、工艺流程可靠、成品率高、一致性好、工作频率(2.45MHz)与设计值(2.5MHz)的吻合度高等优点,适用于医学成像等高频超声成像系统。     

压电超声换能器的阻抗匹配分析

介绍了压电超声换能器在串、并联谐振时的等效电路,并对换能器工作在两种谐振频率时的实时跟踪和工作性能进行了详细分析,通过对换能器的外部LC串联匹配分析和相应的阻抗匹配变换,提出了压电超声换能器在并联谐振角频率附近,具有很好的功率自动调节性能。