一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器的製造方法
2023-05-31 13:52:26
一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器的製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，包括變幅杆(1)、瓷嘴螺絲(2)、鍵合工具(3)、後蓋板(4)、螺栓(5)、壓電片(6)，所述的變幅杆(1)的前端安裝鍵合工具(3)；所述的瓷嘴螺絲(2)鎖定變幅杆(1)和鍵合工具(3)；所述的後蓋板(4)通過螺栓(5)將銅片(7)、壓電片(6)與變幅杆(1)後端固定在一起，還包括第一凸緣結構(8)和第二凸緣結構(9)，前後設置在變幅杆(1)上，並位於換能器的兩個工作頻率的兩個振動節點之間。與現有技術相比，本實用新型具有可用於多種頻率、安裝靈活等優點。
【專利說明】一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於半導體封裝設備領域，涉及引線鍵合機裡一種帶凸緣結構的雙頻長換能器。
【背景技術】
[0002]在現代的引線鍵合機裡，超聲換能器對鍵合的質量起著至關重要的作用。在引線鍵合過程中，引線在熱量、壓力和超聲能量的共同作用下，與焊盤金屬發生原子間擴散達到鍵合的目的。根據引線不同，又可分為金線、銅線、銀線、合金線、鋁線鍵合等。超聲系統作為鍵合設備的核心部件，由發生器、換能器和鍵合工具組成。其中發生器負責產生超聲頻率的電信號，換能器負責電能到機械能的轉換作用，鍵合工具負責固定引線、傳遞壓力和超聲能量、拉弧等作用。換能器在整個系統中最為重要，通過調整換能器可以改變鍵合工具的振動軌跡、振動幅度和系統諧振頻率。鍵合工具的振動幅度主要隨超聲功率的增大而增大，受鍵合力的影響很小。並且超聲功率越大，達到最大鍵合強度的時間越短，反映出越快的鍵合速度。但是過大的超聲功率會導致焊盤產生裂紋或硬化，降低鍵合強度。良好的自動鍵合機需要對超聲振幅和鍵合時間等參數進行實時的監控。
[0003]引線鍵合隨著前端工藝的發展正朝著超精細鍵合和大鍵合面積的趨勢發展，對換能器的要求也越來越高。具有單一共振頻率的換能器已經不能滿足實際的需要，例如有時候引線框架的共振頻率會和換能器的工作頻率一致，換能器應具有兩個或以上可使用的工作頻率。長換能器是一種比較常用的設計，這裡的長換能器是指具有三倍波長或兩倍半波長。由於長換能器可以利用的節點很多，不同頻率對應的節點位置是不一樣的，安裝在機器上既要保證換能器的剛度，又不影響超聲性能，如何選擇安裝位置和設計凸緣結構成了一很關鍵的問題。
[0004]引線鍵合機所使用的超聲換能器主要由變幅杆、壓電片、後蓋板、螺栓、銅片五部分組成，此外還有瓷嘴螺絲、鍵合工具和安裝凸緣。壓電片負責產生超聲振動，實現電能到機械能的轉換。銅片負責給充當壓電片電極和提供電信號。變幅杆負責放大超聲振動的幅度並實現系統的剛性，在變幅杆的前端有一個孔用來裝鍵合工具，瓷嘴螺絲負責把他們鎖在一起。後蓋板和螺栓一起負責給壓電片預緊力和固定壓電片，實現穩定的超聲輸出。安裝凸緣用來把換能器安裝在機器上，通常我們把安裝凸緣和變幅杆設計在一起。針對長換能器，超聲振動包含多個振動節點，並且沿變幅杆長度方向以振蕩波形的形式傳遞振動。為了保證系統的剛性，通常我們採用雙安裝凸緣。第一安裝凸緣和第二安裝凸緣都沿著變幅杆的長度方向設置，第二安裝凸緣和第一安裝凸緣分開一段距離。超聲換能器通過第一安裝凸緣和第二安裝凸緣安裝在機器上。
[0005]中國發明專利申請號為200710187837.1的公開了一種具有改良剛度的帶凸緣的換能器，該換能器包含有:角體，其被配置來在操作過程中沿著其長度方向傳遞振動，該振動是以包含有多個振動節點的振蕩波形的形式；超聲波發生器，其和角體的一個端部相連；鍵合工具，其和角體的相對的另一端部相連一執行鍵合操作；第一凸緣結構，其沿著角體的長度方向設置在第一振動節點處，以裝配該換能器；第二凸緣結構，其沿著角體的長度方向設置在第二振動節點處，以裝配該換能器，該第二凸緣結構和第一凸緣結構分隔一段距離，該距離為至少兩個連續的振動節點(一倍波長)。但是對於雙頻換能器，工作頻率一和工作頻率二的節點是完全不一樣的。這種結構就不能滿足兩個頻率同時工作。
【發明內容】
[0006]本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種可用於多種頻率、安裝靈活的帶有凸緣結構的雙頻長換能器。
[0007]本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現:一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，包括變幅杆、瓷嘴螺絲、鍵合工具、後蓋板、螺栓、壓電片，所述的變幅杆的前端安裝鍵合工具；所述的瓷嘴螺絲鎖定變幅杆和鍵合工具；所述的後蓋板通過螺栓將銅片、壓電片與變幅杆後端固定在一起，其特徵在於，還包括第一凸緣結構和第二凸緣結構，前後設置在變幅杆上，並位於換能器的兩個工作頻率的兩個振動節點之間。
[0008]所述的第一凸緣結構和第二凸緣結構靠近兩個振動頻率的振動節點。
[0009]所述的第一凸緣結構和第二凸緣結構為彎曲結構，具體為類似S型的結構來達到減弱超聲振動傳遞的目的。
[0010]所述的換能器的兩個工作頻率中工作頻率一位於120kHz?140kHz，工作頻率二位於 70kHz ?80kHz。
[0011]所述的第一凸緣結構和第二凸緣結構之間的距離為工作頻率一的0.5?I倍波長，或為小於工作頻率二的半倍波長。
[0012]所述的第一凸緣結構上設有將換能器安裝在機器上的第一安裝孔，所述的第二凸緣結構上設有將換能器安裝在機器上的第二安裝孔。
[0013]所述的變幅杆的材質為鋁合金、不鏽鋼、因瓦合金或鈦合金中的一種。
[0014]所述的換能器的頻率可以為兩個或以上。
[0015]本實用新型新型的凸緣結構有隔離超聲振動的作用，同時又保證了換能器的剛度。對於雙頻或多頻換能器，不同頻率有不同的振動節點，想要把不同頻率的節點設計成完全一樣是非常困難的，大部分情況是不能實現的。為了使兩個或多個頻率都可以工作，凸緣結構不放在任何工作頻率的振動節點處，而放在兩個工作頻率的振動節點之間並靠近兩個工作頻率的振動節點的地方，並採用彎曲凸緣結構來減少兩個工作頻率超聲振動的傳遞。換能器產生的超聲振動在振動節點位置為最小，但是在振動節點靠近的位置，超聲振動也是比較小。儘管有微弱的超聲振動通過凸緣結構傳遞出來，我們可以通過凸緣結構的彎曲設計來進一步減弱超聲振動到安裝位置的傳遞。因為凸緣結構有其自身的振動模態，所以同時也要保證安裝孔在凸緣結構的位置是在靠近工作頻率一在凸緣結構的振動節點和工作頻率二在凸緣結構的振動節點的地方，從而使得換能器安裝在機器上時，超聲振動基本不會通過安裝孔傳遞到引線鍵合機上，又不至於降低系統的剛度，保證了超聲系統和鍵合機器的穩定性。由於採用該凸緣結構，雙頻換能器的兩個工作頻率和其阻抗變化可以控制在合理的範圍內。
[0016]與現有技術相比，為了使兩個頻率都可以工作，本實用新型把凸緣結構不放在任何工作頻率的振動節點處，而放在兩個工作頻率的振動節點之間並靠近兩個工作頻率的振動節點的地方，使得換能器可以用的空間增多。同時採用柔性凸緣結構來減少兩個工作頻率超聲振動的傳遞。第一凸緣結構和第二凸緣結構的距離對於不用的工作頻率是不一樣的，該距離可以是工作頻率一的半倍波長和一倍波長之間，也可以是工作頻率二的少於半倍波長的距離。本實用新型採用了一個新型的凸緣結構來實現雙頻換能器的動態隔離換能器的超聲振動到機器的傳遞，同時保證了換能器的剛度，使換能器可以穩定工作。本實用新型凸緣結構不局限於單頻換能器，可以應用在雙頻或多頻換能器上。由於不同的頻率由自己的優勢，使得換能器的性能增強。本實用新型沒有限制第一安裝凸緣和第二安裝凸緣的距離，可以根據系統的要求選擇合適的安裝位置，使得安裝的靈活性增加。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型換能器和凸緣結構立體示意圖；
[0018]圖2為本實用新型換能器工作頻率一振動幅度變化曲線示意圖。
[0019]圖3為本實用新型換能器工作頻率二振動幅度變化曲線示意圖；
[0020]下面將結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步說明:
[0021]圖1中標號所示:
[0022]1、變幅杆，la、瓷嘴孔，2、瓷嘴螺絲，3、鍵合工具，4、後蓋板，5、螺栓，6、壓電片，7、
銅片；
[0023]圖2中標號所示:
[0024]8、第一凸緣結構，8a、第一安裝孔，9、第二凸緣結構，9a、第二安裝孔，10、工作頻率一振動前節點，11、工作頻率一振動後節點；
[0025]圖3中標號所示:
[0026]12、工作頻率二振動前節點，13、工作頻率二振動後節點，14、第一凸緣結構放置處，15、第二凸緣結構放置處。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0028]實施例1
[0029]如圖1?3所示，本實用新型的新型超聲換能器主要由變幅杆1、後蓋板4、螺栓5、壓電片6、銅片7五部分組成，此外還有瓷嘴螺絲2、鍵合工具3、第一凸緣結構8和第二凸緣結構9。所述的變幅杆I的前端安裝鍵合工具3 ;所述的瓷嘴螺絲2鎖定變幅杆I和鍵合工具3 ;所述的後蓋板4通過螺栓5將銅片7、壓電片6與變幅杆I後端固定在一起，第一凸緣結構8和第二凸緣結構9前後設置在變幅杆I上，並位於換能器的兩個工作頻率的兩個振動節點之間。第一凸緣結構8和第二凸緣結構9為彎曲結構，具體為類似S型的結構來達到減弱超聲振動傳遞的目的。
[0030]壓電片6負責產生超聲振動，實現電能到機械能的轉換。銅片7負責給充當壓電片電極和提供電信號。變幅杆I負責傳遞並放大超聲振動的幅度。換能器的剛性也主要由變幅杆I來實現。在變幅杆I的前端有一個瓷嘴孔Ia用來裝鍵合工具3，瓷嘴螺絲2負責把變幅杆I和鍵合工具3鎖在一起。後蓋板4和螺栓5 —起負責固定壓電片6，給壓電片6初始的預緊力以實現穩定的超聲輸出。第一凸緣結構8和第二凸緣結構9和變幅杆I長在一起，用螺絲通過第一安裝孔8a和第二安裝孔9a來把換能器安裝並固定在機器上。
[0031]圖2表明當換能器處於工作頻率一的使用狀態時，沿著換能器的長度方向變化的振動幅度曲線。由超聲波發生器所產生的波形具有振動幅度最小的振動節點分別為工作頻率一振動前節點10和工作頻率一振動後節點11。第一凸緣結構8和第二凸緣結構9分別靠近工作頻率一振動前節點10和工作頻率一振動後節點11。
[0032]圖3表明當換能器處於工作頻率二的使用狀態時，沿著換能器的長度方向變化的振動幅度曲線。由超聲波發生器所產生的波形具有振動幅度最小的振動節點分別為工作頻率二振動前節點12和工作頻率二振動後節點13。第一凸緣結構8和第二凸緣結構9分別靠近工作頻率二振動前節點12和工作頻率二振動後節點13。
[0033]其中工作頻率二振動後節點13位於換能器馬達上，不可能用來安裝凸緣結構。本實用新型為了使工作頻率一和工作頻率二都可以工作，對於第一凸緣結構5，不放在兩個工作頻率的振動節點:工作頻率一振動前節點10和工作頻率二振動前節點12處，而放在兩個工作頻率的工作頻率一振動前節點10和工作頻率二振動前節點12之間靠近兩個工作頻率的振動節點的地方:第一凸緣結構放置處14，並採用柔性凸緣結構來減少兩個工作頻率超聲振動的傳遞。
[0034]同樣對於第二凸緣結構9，不放在兩個振動節點:工作頻率一振動後節點11和工作頻率二振動後節點13處，而放在工作頻率一振動後節點11和工作頻率二振動後節點之間靠近兩個工作頻率的振動節點的地方:第二凸緣結構放置處15。
[0035]第一凸緣結構8和第二凸緣結構9的距離對於不用的工作頻率是不一樣的，該距離可以是工作頻率一的半倍波長和一倍波長之間，也可以是工作頻率二的少於半倍波長的距離(工作頻率一位於120kHz?140kHz，工作頻率二位於70kHz?80kHz)。安裝孔在凸緣結構的位置第一安裝孔8a和第二安裝孔9a也是在靠近工作頻率一在凸緣結構的振動節點和工作頻率二在凸緣結構的振動節點的地方，從而使得換能器安裝在機器上時，超聲振動不會通過安裝孔傳遞到引線鍵合機上，又不至於降低很多系統的剛度，保證了超聲系統和鍵合機器的穩定性。
[0036]變幅杆I的材質為鋁合金、不鏽鋼、因瓦合金或鈦合金中的一種。
[0037]所述的換能器的頻率可以為兩個或以上。
【權利要求】
1.一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，包括變幅杆瓷嘴螺絲(2^鍵合工具(3^後蓋板(4)、螺栓(5)、壓電片￠)，所述的變幅杆(1)的前端安裝鍵合工具(3)；所述的瓷嘴螺絲⑵鎖定變幅杆⑴和鍵合工具⑶；所述的後蓋板⑷通過螺栓⑶將銅片⑵、壓電片(6)與變幅杆(1)後端固定在一起，其特徵在於，還包括第一凸緣結構(8)和第二凸緣結構(9),前後設置在變幅杆(1)上，並位於換能器的兩個工作頻率的兩個振動節點之間。
2.根據權利要求1所述的一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，其特徵在於，所述的第一凸緣結構(8)和第二凸緣結構(9)靠近兩個振動頻率的振動節點。
3.根據權利要求1所述的一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，其特徵在於，所述的第一凸緣結構(8)和第二凸緣結構(9)為彎曲結構。
4.根據權利要求1所述的一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，其特徵在於，所述的換能器的兩個工作頻率中工作頻率一位於120紐2?140紐2，工作頻率二位於70紐2?80 紐2。
5.根據權利要求1所述的一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，其特徵在於，所述的第一凸緣結構(8)和第二凸緣結構(9)之間的距離為工作頻率一的0.5?1倍波長，或為小於工作頻率二的半倍波長。
6.根據權利要求1所述的一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，其特徵在於，所述的第一凸緣結構(8)上設有將換能器安裝在機器上的第一安裝孔(&!),所述的第二凸緣結構(9)上設有將換能器安裝在機器上的第二安裝孔(如
7.根據權利要求1所述的一種帶有凸緣結構的雙頻長換能器，其特徵在於，所述的變幅杆(1)的材質為鋁合金、不鏽鋼、因瓦合金或鈦合金中的一種。
【文檔編號】B06B1/06GK204234308SQ201420639753
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】李相超 申請人:上海相友超聲科技有限公司