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。     

热超声键合换能系统振动多模态分析

研究了换能系统的振动多模态性及其对键合质量的影响.利用激光多谱勒测振仪提取变幅杆和工具末端各特征点的速度信号,发现换能系统的运动为多种模态耦合的结果,并得到各非主模态与主模态的速度比值,其中非主模态以垂直弯曲振动为主.这种垂直弯曲振动对芯片造成"拍击"的负面效应,从而影响多凸点与基板的键合面积、键合强度以及芯片与基板的平行度.利用FEM方法分析系统多模态产生的原因,并提出抑制方法.     

芯片封装过程热超声制造界面多参数影响的规律与控制

在中国国家自然科学基金重大项目《先进电子制造中的重要科学技术问题研究》资助下，提出芯片封装界面制造过程多参数影响规律与控制之科学问题。获得包括界面键合结构与强度生成机制、超声作用下键合界面的运动行为、超声能输入系统动力学与超声能量传递模型等3个方面的研究成果。对上述成果提出研究报告。 为认识外能场对界面物质的作用机制，采用高分辨透射电镜(High Resolution Transmission Electron Microscopy，HRTEM)观察超声键合点(Bonding Interface，BI)连接界面微结构及生成条件，观察到超声作用界面材料位错密度剧增，表明界面没有发生高温，界面超声键合是在较低的温度下进行扩散键合，推断，超声键合过程中位错/表面扩散起重要作用。提出微观位错管道快速扩散成形机制——超声键合过程中激活的原子通过位错通道迅速达到表面和晶界     

压电器件阻抗测试系统的研制

基于压电器件的等效电路模型,利用导纳圆理论图测量压电器件阻抗特性参数及过零检测相位差测量原理,构建了一套完整的压电器件性能参数阻抗测试系统。通过单片机控制信号产生幅值固定、频率可变的正弦信号,经功率放大后驱动压电器件产生超声高频振动,并采集压电器件两端的电压、电流及相位差信号,通过串口传给上位机。上位机采用基于Labview人机交互界面,实现压电器件阻抗特性参数计算和图形显示。实验结果表明,本测试系统能测量压电器件各主要相关参数,并动态显示阻抗特性曲线,可用于压电器件的参数测试与性能评估。     

旋转超声加工系统的频率分叉研究

以松耦合变压器构成的非接触电能传输系统与超声波换能器负载共同组成超声加工系统,构建了旋转超声加工的频率与阻抗数值模型,并通过Matlab Simulink平台建立了阻抗模型的仿真计算。结果表明:旋转超声加工的工作频率存在分叉现象,导致超声加工系统可能工作在不同频率点。从实验角度对不同频率点的振动情况进行监测,发现不同频率点的超声能量输出是存在差异的。     

考虑负载切换的超声加工振动建模与控制

通过建立换能器和负载的等效M-C-K数学模型,分析了负载对超声波换能器的动态影响,并在Matlab软件中建立换能器的传递函数与仿真模型。提出了PID和H∞振动控制算法,其是建立在Matlab的Simulink仿真。通过对比分析发现,PID和H∞算法可实现准确、快速的控制效果。最后,对理论和仿真计算进行了实验验证。