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。     

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。