引线键合高频超声换能器的设计和键合头运动控制研究

论文摘要

旨在提高引线键合设备的速度、封装质量和超声能量的转化效率,本文针对引线键合用高频超声换能器设计方法和实验测试作了详尽研究,同时探讨了键合头运动控制系统的搭建和调试。全文工作和取得的成果如下:根据振动和波动理论建立聚能器和换能器的数学解析模型,推导出其频率方程,通过机电等效原理,建立了压电换能器系统的机电等效电路,为换能器拓扑模型的设计提供了理论依据。利用上述解析方法,求解出换能器的初始几何拓扑模型,借助有限元分析软件ANSYS对换能器的各组成部件以及换能器整体作谐振特性分析,并综合考虑各组成部件对换能器性能的影响规律,通过参数化建模方法进行优化设计,最终建立了压电换能器的最优模型。借助阻抗分析仪对所设计的压电换能器进行阻抗特性测试,结果表明,实验与有限元分析有很好的一致性。对引线键合头运动部件作动力学模态分析,提取其在一定频率范围内的振动形式,并深入探讨了这些振动形式对键合过程的影响,为键合头的结构优化和控制提供参考。搭建了由旋转音圈电机驱动的键合头运动系统,并利用ELMO驱动器软件Composer对键合头的自由旋转状态性能作了深入研究,得出键合头部运动系统的性能指标。以上工作对于推动引线键合设备发展,拓展其在集成电路制造业的应用具有重要意义。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 引线键合超声换能器的国内外研究状况
• 1.2.2 引线键合头的国内外研究状况
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 高频超声换能器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 超声换能器的设计理论和方法
• 2.3 压电陶瓷材料及其纵振模式
• 2.3.1 压电陶瓷材料及其重要参数
• 2.3.2 压电陶瓷纵振模式
• 2.4 超声换能器系统设计
• 2.4.1 纵振聚能器机电等效电路和频率方程
• 2.4.2 纵振换能器机电等效电路及其频率方程
• 2.4.3 纵振压电超声换能器系统设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 压电超声换能器仿真和优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 压电陶瓷有限元分析理论
• 3.3 高频超声换能器有限元仿真与优化
• 3.3.1 单片压电陶瓷圆环谐振特性分析
• 3.3.2 压电陶瓷晶堆谐振特性分析
• 3.3.3 半波长压电振子谐振特性分析和优化
• 3.3.4 聚能器谐振特性分析和优化
• 3.3.5 换能器系统谐振特性分析
• 3.3.6 预紧螺栓对换能器系统谐振特性影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 压电超声换能器实验测试
• 4.1 引言
• 4.2 压电换能器的导纳测试的原理
• 4.2.1 压电换能器的等效电路
• 4.2.2 压电换能器导纳测量的基本原理
• 4.3 压电换能器实验测试
• 4.3.1 单片压电陶瓷圆环的阻抗测试
• 4.3.2 压电超声换能器阻抗测试
• 4.4 本章小结
• 第五章 引线键合头动力学分析和控制
• 5.1 引言
• 5.2 引线键合头部结构
• 5.3 运动负载部件的动力学振动特性分析
• 5.4 音圈电机驱动的键合头部件控制
• 5.4.1 键合头主要运动控制系统的构成
• 5.4.2 运动控制系统硬件接线图
• 5.4.3 引线键合头运动特性研究
• 5.5 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢