塑料超声波焊接及其用于聚合物MEMS器件键合的研究进展

为了解决当前聚合物MEMS器件键合技术中存在的问题,将塑料超声波焊接技术引入聚合物微器件键合领域,从而形成了一种新的MEMS键合工艺--超声波键合.目前广泛应用于聚合物加工的塑料超声波焊接技术具有不需要焊剂和外部热源、对焊件破坏轻、焊接时间短、焊接影响区域小等优点,超声波聚合物MEMS器件键合是塑料超声波焊接技术从宏观器件到微观器件的一次应用范围上的拓宽.简述了塑料超声波焊接和MEMS器件超声波键合技术的国内外研究发展现状.采用MEMS加工工艺制作了带有键合接头的PMMA微流控芯片,并利用超声波塑料焊接机实现了高强度密封键合试验.然而,与宏观器件的焊接相比超声波MEMS键合存在着因结构微型化而产生的特殊技术问题,文章对这些问题进行了讨论.     

超声波振动拔管换能器的设计

介绍了超声波振动拔管的原理，以及超声波振动拔管换能器的设计情况。     

超声波振动拔管换能器的设计（续）

介绍了超声波振动拔管的原理，以及超声波振动拔管换能器的设计情况。     

浅谈扫描电路及其应用

目前超声探伤中使用最广泛的是A型显示脉冲探伤仪,它通过探头向工件周期性地发射不连续且频率不变的超声波,根据超声波在工件中的传播时间及回波幅度判断其有无缺陷和缺陷位置及大小。超声波传播时间的记录是通过扫描电路实现的。     

超声波功率谱技术无损区分GCr15SiMn钢显微组织的探讨

分析了GCr15SiMn钢不同热处理组织的超声波归一化功率谱，对于正火，退火和高温回火组织，40％－50％脉冲回波能量均集中在8.28125MHz。其中正火和退火组织在中低频段的能量分布相差较小；而对于低温回火组织，超过50％的能量集中在1.09375MHz中，高频段的能量分布相差较大，分析认为，超声波在不同组织中传播时的散射不同，导致超声波在不同频率上的干涉，可能是造成上述现象的主要原因，利用该方法有望实现显微组织的超声无损区分。     

铝合金／钛合金超声波点焊热-机耦合分析

超声波焊接技术是一种通过施加压力和高频剪切运动来实现材料固态连接的方法。利用超声波焊接技术进行金属间的焊接能在低于金属熔点的温度下实现良好的冶金连接。因此可以应用于冶金性能差异较大的异种金属的焊接。本文针对超声波焊接过程中温度瞬间变化的特点，利用超声波焊接界面反应机理的研究结果，建立了超声波焊接铝钛异种合金的二维有限元模型。通过有限元数值模拟的方法得到了超声波焊接过程中瞬态温度和应力分布。为超声波焊接工艺的优化和制定提供了理论依据。     

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.     

Al/Zn-3Al/Al超声波辅助钎焊接头焊合率及显微组织

采用固定间隙超声波辅助无钎剂钎焊方法制备了Al/Zn-3Al/Al钎焊接头,并研究了超声振动时间、超声振动功率以及钎焊温度对接头焊合率和显微组织的影响. 结果表明,液相钎料与母材间的冶金结合首先发生在接头的边角处,随着超声振动时间的延长或功率的增加,冶金结合区域逐步向接头的中心蔓延;当超声振动功率高于210 W,超声振动时间长于2 s时,接头能获得优良的焊合率;接头的钎缝层主要由Zn-Al共晶相和α-Al相组成,升高钎焊温度或延长超声振动时间均会增加钎缝层中α-Al相的含量,其机制主要归因于超声空化效应对母材的溶蚀作用.     

超声波椭圆振动加工技术的研究进展

超声波椭圆振动加工是功率超声加工技术的重要分支之一,在硬脆性材料加工方面具有非常广阔的应用前景。综述了超声波椭圆振动加工系统的研究进展和超声波椭圆振动加工技术在车削、镗削、钻削、铣削、磨削、化学机械抛光、砂轮修整、表面滚压与焊接等方面的最新应用,最后对超声波椭圆振动加工技术的发展方向提出了一些建议。     

超声波及钎料成分对氧化铝/铜钎焊效果的影响

焊接前采用超声波浴去除氧化铝表面杂物,然后利用超声波振动使钎料润湿焊缝将氧化铝与铜进行钎焊连接.所用钎料为含铝量(ω<,Al>分别为0%、5%、10%的ZN-Al合金和含锡量(ω<,Sn>)分别为0%、30%、60%、91%的Zn-Sn合金.通过测量接头强度、硬度和分析接头界面的微观组织形态,结果表明,超声波可以加快钎料的润湿性,并可以通过改变钎料中成分配比来改善焊件连接性能.     

Bonding mechanism of ultrasonic wedge bonding of copper wire on Au/Ni/Cu substrate

The ultrasonic wedge bonding with d 25 μm copper wire was achieved on Au/Ni plated Cu substrate at ambient temperature. Ultrasonic wedge bonding mechanism was investigated by using SEM/EDX, pull test, shear test and microhardness test. The results show that the thinning of the Au layer occurs directly below the center of the bonding tool with the bonding power increasing. The interdiffusion between copper wire and Au metallization during the wedge bonding is assumed negligible, and the wedge bonding is achieved by wear action induced by ultrasonic vibration. The ultrasonic power contributes to enhance the deformation of copper wire due to ultrasonic softening effect which is then followed by the strain hardening of the copper wedge bonding.     

Temperature effect in thermosonic wire bonding

1 Introduction Currently, thermosonic wire bonding and flip chip bonding are the main electrical packaging types in first level IC chip manufacture domain. Wire bonding is simple and somewhat mature, and nowadays it holds 75% in all electrical packaging …     

Perspectives offered by combining a laser beam with arc welding procedures

Summary

With regard to the fact that, during Cu wire stitch bonding of copper lead frames, the wire deformation strongly affects the bondability and strength of the bonds obtained, this paper describes an investigation of the wire deformation being varied through variation in the initial capillary tip load and capillary tip load during application of ultrasonic vibration as well as the bondability and bond strength then obtained. When stitch bonding with soft copper wire is performed by the two‐step load control method, which has a higher initial capillary tip load and a lower capillary tip load during the second stage, the range of action of the material being worked under ultrasonic vibration can be widened, the deformation during the working time of ultrasonic vibration can be suppressed, the ultrasonic energy can make a greater contribution to bonding, and a higher bond strength can be obtained. The results obtained in this study suggest that, during wire bonding by the two‐step load control method, the optimum capillary tip load is obtained. Within the presently adopted experimental range, the optimum values are a capillary tip load of 1.4 N before the application of ultrasonic vibration and a capillary tip load of 0.4 N during ultrasonic vibration.     

超声键合换能系统的非稳态特性试验

测得超声键合振动系统的输入电流、电压,用激光多普勒测速仪测得换能杆系统的响应速度,研究了超声引线键合工艺中超声振动系统的非稳态动力学特性.据此对超声加卸载过程分段,进行频谱分析和非稳态特性建模,并研究了相关的试验方法.结果表明,振动系统拟共振态腹点的速度均方值可作为系统机械能的等效量,供系统动力学特性试验研究;快速键合时系统惯性使功率源的开关不等同于键合机超声振动系统的启停.这些均有助于键合机换能系统的工艺建模和优化.     

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。     

电极丝超声振动的低速走丝电火花线切割加工研究

研究了低速走丝电火花线切割加工中附加超声振动后电极丝的高频振动对加工性能的影响。建立了描述超声振动下的电极丝振动的数学模型，并进行了计算机模拟分析。实验表明，电极丝附加超声振动可以改善极间放电状态，提高加工效率，减少断丝率，降低加工表面粗糙度值。     

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.     

圆柱定子直线超声波电机定子机电耦合模型研究

利用Hamilton能量变分原理对圆柱定子直线超声波电机定子进行建模.根据电机定子的振动模态,推导出电机定子的机电能量系统,并通过对能量的变分,导出电机定子的运动方程,建立圆柱定子直线超声波电机定子机电能量转换模型.利用Matlab/Simulink仿真模块对机电能量转换模型进行求解,分析振幅和驱动频率的关系以及启动过...     

超声波焊接振动问题的数值仿真方法

针对电子元气件在超声波焊接后出现的失效问题,研究用数值仿真的方法来进行建模分析.首先,根据超声波工作机理,简化焊接系统模型,提出适合仿真的加载方法和能量转化形式.然后,根据上述假设,建立热-力耦合数值仿真模型,以计算得到的温度场结果分析模型的可行性.最后,以手机电池焊接装配为例,建立三维有限元模型,利用得到的仿真结果分析振动,提出减振措施并做试验验证.     

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.