热超声键合压电换能器的动力学特性

基于有限元方法和试验测试,研究了芯片封装用压电超声换能器的动力学特忡。借助ANSYS压电耦合和非线性接触分析功能,对换能器自由和约束状态下的振动特性进行了分析。探讨了超声能量在空间域、时域和频域的传递规律。由模态分析得到换能器的振动形式,通过谐响应分析提取其在正弦电压激励下的振动信息,经瞬态分析获得换能器的瞬态响应。结果表明,螺栓径向尺寸和预紧力影响换能器的模态分布和动态特性,压电晶堆加载电压的频率影响超声能量传递特性。通过键合试验考察了焊点质量与螺栓径向尺寸的关系。分析和试验结果为换能器设计和键合工艺优化提供了指导。     

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.     

键合时间对粗铝丝超声引线键合强度的影响

试验研究了不同超声功率条件下,键合时间对粗铝丝引线键合强度的影响规律.试验中记录了每种键合试验的键合时间,采集了每一个键合点的剪切测试力作为键合点抗剪强度的表征,记录了每个键合点的状态.结果表明:(1)在小超声功率条件下,键合强度对键合时间敏感;在大超声功率条件下,敏感性下降;(2)短键合时间条件下主要键合失败形式为剥离和无粘接,表明键合界面的原子扩散不够;(3)大超声功率长键合时间条件下的键合失败形式多为根切,表明键合界面的原子扩散虽然足够,但长时间的超声振动也会使粗铝丝产生疲劳断裂,形成过键合.     

液压振动系统的建模及其运动参数的仿真

运用键合图方法建立液压振动系统的键图模型,提出将控制参数加入键图模型,用于控制液压振动系统功率流向的交替变化;根据键合图理论和控制关系建立系统的数学模型,并利用MATLAB/SIMULINK仿真软件建立其仿真模型,设置合理的仿真参数以得到更精确的仿真结果;利用键合图方法的扩展功能和SIMULINK建模的模块化可以深入研究系统中受关注的任何子系统,为液压振动系统的设计和应用提供理论依据.     

一种基于点压技术的新型晶圆键合方法

金金热压键合法在半导体制造领域中应用广泛，为了进一步改进该键合方法，首次提出了一种基于点压技术的新型晶圆键合方法，并研究了工艺温度、压强以及时间对点压键合法单点键合面积的影响. 通过超声扫描显微镜图像，着重比较了传统金金热压键合法与点压键合法的键合面积比. 对点压键合法的可选择键合性进行了讨论. 结果表明，点压键合法工艺步骤简单，工艺稳定性较好，且具有一定的可选择键合特性，在半导体制造领域中将具有广泛的应用前景.     

基于二次调节的专用车桥加载试验系统特性分析

建立了二次调节模拟加载系统的功率键合图数学模型,利用该模型对系统特性进行了仿真分析,仿真结果与试验结果基本一致,说明键合图数学模型有效。仿真及试验均表明,系统稳态控制精度较高,但驱动单元与加载单元存在耦合,影响了系统的动态特性。针对系统的耦合问题,采用转矩补偿解耦方法进行了解耦试验,试验结果表明,该方法有较好的解耦效果。本文的研究成果已成功应用于实际的基于二次调节的专用车桥加载试验系统中,使系统的性能得到进一步提高。     

超声引线键合PZT驱动信号采集分析系统

根据超声引线键合实验平台电路结构,设计了PZT(压电陶瓷)驱动信号采集电路.在此基础上开发了基于LabView和Matlab的信号采集分析系统.针对PZT驱动电压和电流信号特征,提出了瞬时频率、相差和有效值曲线的计算方法,获得了实际键合试验过程中电流电压瞬时频率及相差变化规律.并根据有效值曲线特征,提出了分段特征点提取方法.根据大量试验分析了分段特征点的稳定性,这对于键合机理研究具有重要意义.试验结果表明,系统稳定可靠,能有效采集分析键合过程中的PZT驱动信号.     

金线焊接差异对信号传输的影响分析与建模

在超声热键合的过程中，平行键合线的间距变化常常被忽略.间距变化对高频信号传输会产生较大影响，不容忽视.文中从建模分析和试验测试两个角度研究了平行键合线距离对电路信号传输的影响.基于电路的尺寸参数和材料参数，分别建立了不同间距平行键合线的电磁场数值计算模型和等效电路模型，计算和分析了两连接点间等效电感和电阻随间距和信号频率的变化关系，研究了平行键合线距离对电路信号完整性的影响. 模型仿真和试验测试结果表明，键合线之间的互感随着键合线间距增加而下降，从而导致两连接点之间的等效电感下降，电路信号完整性提升.     

热超声倒装键合环状界面的形成

采用压力约束模式夹持倒装芯片,实现了热超声倒装键合,观察到环状的键合界面微观形貌,脊状撕裂棱以及表皮层碎片.采用有限元方法计算了键合界面应力、应力场的大小和分布在热超声倒装键合过程中的变化,从应力的角度揭示了环状界面的形成机理.研究结果表明,应力分布显示接触面边沿较其它位置更有利于去除表皮层、更有利于原子扩散形成键合强度,是形成环状界面的重要原因;振动的加载过程改变了应力和应力场的分布,使得应力分布进一步集中在振动位移决定的键合界面边沿位置,促进了环状界面的形成.     

超声振动辅助加工表面微结构及其特性研究进展

针对超声振动复合加工方法种类繁多且表面微结构指征复杂等问题,阐述了表面微结构的内容和研究现状,论述了国内外超声切削、磨削、表面强化等方法的加工原理及超声振动加工表面微结构特性的试验研究方法,归纳了超声振动条件下表面粗糙度、表面微观形貌的建模方法及其特点,讨论了实验回归建模、数值解析建模和神经网络建模的研究进展,并预测了国内外超声振动表面加工的新技术领域和发展方向,对改善高性能难加工材料的表面微结构特性具有重要意义。     

Ultrasonic elliptical vibration transducer driven by single actuator and its application in precision cutting

The ultrasonic elliptical vibration cutting has been successfully applied to precision cutting due to its superior performances, such as low cutting force, high quality surface finish and long tool life. This paper presented an asymmetrical structural model of the ultrasonic elliptical vibration transducer with only the longitudinal excitation. Based on the modal and static analysis with finite element method, various parameters of the model were modified to meet the needs of the vibration modality and the inherent frequency. A cutting system of the ultrasonic elliptical vibration driven by single longitudinal actuator was developed and the effect of the transducer amplitude and cutting depth on the cutting force was studied in detail. A part with surface roughness of R_a 0.08 μm was achieved. The results showed that the ultrasonic elliptical vibration transducer can be designed rationally with finite element method and single driven ultrasonic elliptical vibration machining can be used in precision cutting.     

引线键合中多向超声波能量传输特性研究

引线键合主要是采用超声波热键合技术，而超声波振动传播和能量传递是超声波键合设备中一个非常关键和复杂的问题。利用波在弹性体中传播的机理，给出超声波聚能杆和劈刀的振动传递特性，利用多普勒振动计PSV-300-F(1．5MHz)测量了振动位移和速度，证实了理论分析结果，并对双向垂直传输超声波能焊具的性能进行了研究，阐明垂直双向加载是一种高效的传能模型。     

Development of novel ultrasonic transducers for microelectronics packaging

Novel high-frequency ultrasonic transducers have been developed in order to provide faster, more repeatable and stronger microelectronics bonding technology, and fine-pitch packaging can be accomplished by these transducers. The analytical model of the transducer system is established on the basis of electromechanical equivalent circuitry theory, vibration theory and wave theory, which lays the foundation for determining the initial topological information of the ultrasonic transducer. By use of finite element method (FEM), the dynamic characteristics of components are investigated. The resonance frequency, vibration displacement nodes and rule of ultrasonic energy transmission are acquired by making modal and harmonic analysis. Through optimum design by considering the piezoelectric effect, the dimensions of ultrasonic transducer have been gained finally. The prototyped transducer is tested through the impedance analyzer and laser Doppler vibrometer, which proves remarkable resemblance with the theory and FEM. The experimental results also show that there are no undesirable vibration modes around the working frequency, thus it becomes convenient for the vibration control.     

45钢超声振动钻削加工机理及其试验研究

通过超声振动加工技术对45钢进行钻削加工试验,研究超声振动加工技术的钻削机理、加工孔的表面微观形貌、切屑形态,以及超声振幅和主轴转速对加工孔表面粗糙度的影响规律。结果表明:在普通车床CA6140上利用超声振动发生器、换能器、变幅杆连接钻头对45钢进行钻削,可实现传统钻削加工与超声振动钻削加工的良好结合,有效改善孔内表面的形貌,降低表面粗糙度值,且切屑形态规整;同时,超声振幅控制在20μm最佳,主轴转速在320~400 r/min范围内的加工效果较好。     

超声椭圆振动切削技术及装置应用研究现状及进展

首先,阐述了超声椭圆振动切削技术、原理及其装置特点,着重论述了装置各构成部分的特点及其主要应用类型与材料。其次,分析了国内外学者在双激励、单激励方式下实现纵弯、纵扭、双弯曲和弯扭等复合超声振动装置结构设计及其优化方面的研究成果与进展,并且比较了超声椭圆振动切削与传统加工在加工性能、工件表面质量和加工精度等方面的加工优势与适用范围,以及不同超声振动装置在各切削加工中所能获得的加工效果。最后,对超声椭圆振动切削装置的发展趋势进行了总结和展望,指出该装置发展将朝着结合能场的方向发展。     

功率超声双振动头对A356铝合金半固态组织的影响

使用自制的交错式功率超声双振动头装置,处理A356铝合金流动熔体获得半固态浆料,研究了1000和1500W超声换能器前后排布流道、不同浇注温度和不同流道倾斜角度对A356熔体处理所获半固态组织的影响规律。结果表明,双振头斜流道对晶粒有细化作用,不同的倾斜角度对A356半固态组织细化程度不同。施振温度为620℃,流道倾斜角度为40°时,初生相晶粒最为细小,球化效果最好。     

超声振动辅助微塑性成形系统设计与开发

针对微塑性成形工艺过程对位移、力等参数精确控制的要求,分析了超声振动辅助成形系统的设计要点,提出了关键设计参数。超声振动辅助微塑性成形系统由机床本体系统、超声振动系统和伺服控制系统等主要单元组成。机床本体设计参考四柱液压机结构形式,采用两端固支梁和压杆的简化模型,计算得到主要结构尺寸,并用ABAQUS验证其刚度。通过选用匹配的超声发生器和换能器,满足成形过程中的超声振动要求,利用理想变截面杆纵振波动方程设计变幅杆结构,并用ABAQUS进行变幅杆模态分析,确保设计振幅满足要求。伺服控制系统采用可编程多轴控制器PMAC卡控制伺服电机,通过光栅尺和力传感器反馈实现高精度的位置及成形压力控制。通过测试证明在纯铜压缩试验中叠加超声振动,成形压力显著降低,成形精度达到4μm。     

基于非线性超声调制频谱识别铝合金板材的疲劳裂纹

基于非线性超声调制频谱法,对航空铝合金板材中的疲劳裂纹识别进行研究;以两个不同频率的超声兰姆波为激励信号.依靠超声换能器、波形发生器和激光测振仪等,对含有疲劳裂纹和无损伤的2024-T351铝合金薄板试样进行对比实验;分别采用时域、频域和时频域联合法分析非线性超声波在铝合金薄板试样中传播的响应信号.结果表明:非线性声学特征即调制频谱及三阶谐波可作为识别2024-T351铝合金板材介质中疲劳裂纹的判据,通过对试样表面进行扫描,建立调制频谱的峰值幅度与位移的关系,据此可确定样板中疲劳裂纹的位置和轮廓,这为航空铝合金板材疲劳裂纹的识别提供更多技术支撑.     

声速差计算方法及其在对外加非均匀应力评价中的应用

为了研究超声波对7050铝合金非均匀应力场的响应规律，利用Abaqus有限元软件计算不同应变状态下试样中的非均匀应力场，再根据声弹性理论计算得到该模型中试样复杂应力场对应的声速极差。为验证仿真的准确性，对7050?T7451铝合金试样施加同等程度应变的的外加应力，通过超声扫查获得超声速度分布图。结果发现，仿真和超声法获得的应力分布结果都符合应力分布的一般规律，超声法表征结果与仿真表征结果具有相关性，但是由于超声法评价的是样品全厚度方向应力的叠加效果，所以二者又存在一定的差异性。非均匀应力场仿真所得声速极差与实测较为一致，声速差异与外加变形量具有非线性递增关系，二者所得的变形量与声速极差曲线基本一致。