CN203886774U - 一种带凸缘结构的短换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带凸缘结构的短换能器，包括变幅杆(1)、瓷嘴螺丝(2)、键合工具(3)、后盖板(4)、压电片(5)，所述的变幅杆(1)的前端安装键合工具(3)；所述的瓷嘴螺丝(2)锁定变幅杆(1)和键合工具(3)；所述的后盖板(4)通过螺栓将压电片(5)与变幅杆(1)后端固定在一起，还包括安装凸缘(6)，该安装凸缘(6)为“L”或“S”型结构，设置在变幅杆(1)和压电片(5)之间。与现有技术相比，本实用新型具有机械性能好、操作方便等优点。

Description

一种带凸缘结构的短换能器

技术领域

本实用新型属于半导体封装设备领域，涉及引线键合机里一种带凸缘结构的短换能器。 

背景技术

在现代的引线键合机里，超声换能器对键合的质量起着至关重要的作用。在引线键合过程中，引线在热量、压力和超声能量的共同作用下，与焊盘金属发生原子间扩散达到键合的目的。根据引线不同，又可分为金线、铜线、银线、合金线、铝线键合等。超声系统作为键合设备的核心部件，由发生器、换能器和键合工具组成。其中发生器负责产生超声频率的电信号，换能器负责电能到机械能的转换作用，键合工具负责固定引线、传递压力和超声能量、拉弧等作用。换能器在整个系统中最为重要，通过调整换能器可以改变键合工具的振动轨迹、振动幅度和系统谐振频率。键合工具的振动幅度主要随超声功率的增大而增大，受键合力的影响很小，并且超声功率越大，达到最大键合强度的时间越短，反映出越快的键合速度。但是过大的超声功率会导致焊盘产生裂纹或硬化，降低键合强度。良好的自动键合机需要对超声振幅和键合时间等参数进行实时的监控。 

引线键合随着前端工艺的发展正朝着超精细键合和大键合面积的趋势发展，对换能器的要求也越来越高。短换能器的优越性越来越明显，可以提高系统刚度、稳定性、键合精度和减少热膨胀带来的不利影响。传统换能器一般是三倍波长设计，而短换能器可以减少到一倍波长。换能器是通过凸缘安装在机器上的。凸缘安装时，必须要用力锁紧以实现系统的刚性。通常凸缘都会放在换能器的节点上以减少锁紧对换能器超声性能的影响。由于短换能器可以利用的节点有限，如何安装在机器上成了一个很难又很关键的问题。 

申请号为200710187837.1的中国发明专利，公开了一种具有改良刚度的带凸缘的换能器，该换能器包含有：角体，其被配置来在操作过程中沿着其长度方向传 递振动，该振动是以包含有多个振动节点的振荡波形的形式；超声波发生器，其和角体的一个端部相连；键合工具，其和角体的相对的另一端部相连一执行键合操作；第一凸缘结构，其沿着角体的长度方向设置在第一振动节点处，以装配该换能器；第二凸缘结构，其沿着角体的长度方向设置在第二振动节点处，以装配该换能器，该第二凸缘结构和第一凸缘结构分隔一段距离，该距离为至少两个连续的振动节点。该发明专利采用双凸缘结构，虽然能较好的隔离超声振动，然而，其结构设计较为复杂，而且双凸缘结构与单凸缘结构相比，在换能器自身重量方面，则会较为明显地增加换能器整体结构的重量；同时，该发明所设计的双凸缘结构，第一凸缘结构与第二凸缘结构的位置相对固定，对于短换能器没有距离至少两个连续的振动节点的位置，也没有空间可以安装该双凸缘结构。。 

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带凸缘结构的短换能器结构。 

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种带凸缘结构的短换能器，包括变幅杆、瓷嘴螺丝、键合工具、后盖板、压电片，所述的变幅杆，用于放大超声振动的振幅并实现系统的刚性，其前端安装键合工具；所述的瓷嘴螺丝锁定变幅杆和键合工具；所述的后盖板通过螺栓将压电片与变幅杆后端固定在一起，还包括安装凸缘，该安装凸缘为“L”或“S”型结构，设置在变幅杆和压电片之间；所述的压电片用于产生超声振动，实现电能到机械能的转换。 

所述的安装凸缘设有将短换能器安装在机械上的安装孔。 

所述的安装凸缘上还设有狭槽。 

所述的变幅杆的前端设有用于安装键合工具的孔。 

上述换能器由变幅杆、瓷嘴螺丝、键合工具、后盖板，压电片共同组成想要的谐振频率。所述的短换能器有一个或多个工作频率，第一主频率位于120kHz～140kHz。所述的“L”或“S”型结构单独使用或与狭槽一起使用。 

所述的变幅杆的材质为铝合金、不锈钢、因瓦合金或钛合金中的一种。 

所述的压电片中间设置有作为电极的铜片。 

所述的后盖板的材质为铝、铝合金、铜中的一种。 

本实用新型设计的凸缘结构具有隔离超声振动的作用。换能器产生的超声振动不会通过该凸缘结构传递到引线键合机上，保证了超声系统和键合机器的稳定性。 

本实用新型采用了一个“L”或者“S”型结构结合一个狭槽来实现隔离超声振动的传递，使换能器产生的振动尽可能不传递到键合机上，又不至于降低很多系统的刚度。采用该凸缘结构，换能器的频率和阻抗变化可以控制在合理的范围内。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下特点： 

1.该凸缘结构可以像传统换能器那样连接在换能器的节点上，也可以连接在非节点位置上实现超声隔离； 

2.在引线键合机邦头部分，有很多组件，可利用空间小，而本实用新型受空间限制比较小，可以自由放在变幅杆可利用的位置上； 

3.本实用新型既没有明显增加换能器的重量，也没有降低换能器的刚度，机械加工性能比较方便。 

附图说明

图1为本实用新型换能器和“L”型凸缘立体结构示意图； 

图2为本实用新型换能器和“L”型凸缘平面结构和振动幅度变化曲线示意图； 

图3为本实用新型换能器和“S”型凸缘立体结构示意图； 

图中标识： 

1—变幅杆；1a—孔；2—瓷嘴螺丝；3—键合工具；4—后盖板；5—压电片； 

6—凸缘；6a—狭槽；6b—通孔；7—换能器前节点；8—换能器后节点。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。 

如图1～3所示，一种带凸缘结构的短换能器，包括变幅杆1、瓷嘴螺丝2、键合工具3、后盖板4、压电片5，所述的变幅杆1，用于放大超声振动的振幅并实现系统的刚性，其材质为铝合金、不锈钢、因瓦合金或钛合金中的一种，前端设有用于安装键合工具3的孔1a；所述的瓷嘴螺丝2锁定变幅杆1和键合工具3；所述的后盖板4通过螺栓将压电片5与变幅杆1后端固定在一起，该短换能器还包括安装凸缘6，所述的安装凸缘6为“L”或“S”型结构，设置在变幅杆1和压电片5之间，安装凸缘6设有将短换能器安装在机械上的安装孔6b，还设有狭槽6a；所述 的压电片5的中间设置作为电极的铜片，用于产生超声振动，实现电能到机械能的转换；所述的短换能器有一个或多个工作频率，第一主频率位于120kHz～140kHz；所述的安装凸缘6上的“L”或“S”型结构单独使用或与狭槽6a一起使用。 

本实用新型中，压电片5用于产生超声振动，实现电能到机械能的转换。变幅杆1用于传递并放大超声振动的幅度。换能器的刚性也主要由变幅杆1来实现。后盖板4用于固定压电片5，给压电片5初始的预紧力以实现稳定的超声输出。凸缘6和变幅杆1连接在一起，用螺丝通过通孔6b可以将换能器安装并固定在机器上。本实用新型采用的“L”或者“S”型结构结合狭槽6a来实现动态隔离换能器的超声振动，阻止超声振动向机器的传递，既避免了能量损失，又使换能器的频谱特性和阻抗不受外部的影响，使得换能器可以工作在稳定的状态。在实际使用中，既可以同时使用“L”或者“S”型结构和狭槽6a，也可以单独使用“L”或者“S”型结构来实现超声振动到键合机的隔离。 

图2表明当换能器处于使用状态时，沿着换能器的长度方向变化的振动幅度曲线。由超声波发生器所产生的波形具有振动幅度最小的振动节点分别为换能器前节点7和换能器后节点8。短换能器的第一主频率通常在120千赫兹到140千赫兹之间。换能器前节点7位于换能器的前部，这里空间非常有限，不方便设置安装凸缘6；换能器后节点8是压电片的驱动点，这里也不适于设置安装凸缘6。本实用新型不需要凸缘6放在节点上，可以放在适当的任意位置上，对使用提供了很大便利。 

图3表示短换能器带有“S”型结构的凸缘。该凸缘上有狭槽6a和通孔6b。为了方便螺丝通过通孔6b把换能器锁在机器上，该凸缘上还有一个切槽用来避开螺丝头。 

Claims (7)

1.一种带凸缘结构的短换能器，包括变幅杆(1)、瓷嘴螺丝(2)、键合工具(3)、后盖板(4)、压电片(5)，所述的变幅杆(1)的前端安装键合工具(3)；所述的瓷嘴螺丝(2)锁定变幅杆(1)和键合工具(3)；所述的后盖板(4)通过螺栓将压电片(5)与变幅杆(1)后端固定在一起，其特征在于，还包括安装凸缘(6)，该安装凸缘(6)为“L”或“S”型结构，设置在变幅杆(1)和压电片(5)之间。 

2.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的短换能器，其特征在于，所述的安装凸缘(6)设有将短换能器安装在机器上的安装孔(6b)。 

3.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的短换能器，其特征在于，所述的安装凸缘(6)上还设有狭槽(6a)。 

4.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的短换能器，其特征在于，所述的短换能器有一个或多个工作频率，第一主频率位于120kHz～140kHz。 

5.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的短换能器，其特征在于，所述的“L”或“S”型结构单独使用或与狭槽(6a)一起使用。 

6.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的短换能器，其特征在于，所述的变幅杆(1)的材质为铝合金、不锈钢、因瓦合金或钛合金中的一种。 

7.根据权利要求1所述的一种带凸缘结构的短换能器，其特征在于，所述的后盖板的材质为铝、铝合金、铜中的一种。