CN204234308U - 一种带有凸缘结构的双频长换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带有凸缘结构的双频长换能器，包括变幅杆(1)、瓷嘴螺丝(2)、键合工具(3)、后盖板(4)、螺栓(5)、压电片(6)，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(5)将铜片(7)、压电片(6)与变幅杆(1)后端固定在一起，还包括第一凸缘结构(8)和第二凸缘结构(9)，前后设置在变幅杆(1)上，并位于换能器的两个工作频率的两个振动节点之间。与现有技术相比，本实用新型具有可用于多种频率、安装灵活等优点。

Description

一种带有凸缘结构的双频长换能器

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双频长换能器。

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。具有单一共振频率的换能器已经不能满足实际的需要，例如有时候引线框架的共振频率会和换能器的工作频率一致，换能器应具有两个或以上可使用的工作频率。长换能器是一种比较常用的设计，这里的长换能器是指具有三倍波长或两倍半波长。由于长换能器可以利用的节点很多，不同频率对应的节点位置是不一样的，安装在机器上既要保证换能器的刚度，又不影响超声性能，如何选择安装位置和设计凸缘结构成了一很关键的问题。

引线键合机所使用的超声换能器主要由变幅杆、压电片、后盖板、螺栓、铜片五部分组成，此外还有瓷嘴螺丝、键合工具和安装凸缘。压电片负责产生超声振动，实现电能到机械能的转换。铜片负责给充当压电片电极和提供电信号。变幅杆负责放大超声振动的幅度并实现系统的刚性，在变幅杆的前端有一个孔用来装键合工具，瓷嘴螺丝负责把他们锁在一起。后盖板和螺栓一起负责给压电片预紧力和固定压电片，实现稳定的超声输出。安装凸缘用来把换能器安装在机器上，通常我们把安装凸缘和变幅杆设计在一起。针对长换能器，超声振动包含多个振动节点，并且沿变幅杆长度方向以振荡波形的形式传递振动。为了保证系统的刚性，通常我们采用双安装凸缘。第一安装凸缘和第二安装凸缘都沿着变幅杆的长度方向设置，第二安装凸缘和第一安装凸缘分开一段距离。超声换能器通过第一安装凸缘和第二安装凸缘安装在机器上。

中国发明专利申请号为200710187837.1的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(一倍波长)。但是对于双频换能器，工作频率一和工作频率二的节点是完全不一样的。这种结构就不能满足两个频率同时工作。

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可用于多种频率、安装灵活的带有凸缘结构的双频长换能器。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种带有凸缘结构的双频长换能器，包括变幅杆、瓷嘴螺丝、键合工具、后盖板、螺栓、压电片，所述的变幅杆的前端安装键合工具；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铜片、压电片与变幅杆后端固定在一起，其特征在于，还包括第一凸缘结构和第二凸缘结构，前后设置在变幅杆上，并位于换能器的两个工作频率的两个振动节点之间。

所述的第一凸缘结构和第二凸缘结构靠近两个振动频率的振动节点。

所述的第一凸缘结构和第二凸缘结构为弯曲结构，具体为类似S型的结构来达到减弱超声振动传递的目的。

所述的换能器的两个工作频率中工作频率一位于120kHz～140kHz，工作频率二位于70kHz～80kHz。

所述的第一凸缘结构和第二凸缘结构之间的距离为工作频率一的0.5～1倍波长，或为小于工作频率二的半倍波长。

所述的第一凸缘结构上设有将换能器安装在机器上的第一安装孔，所述的第二凸缘结构上设有将换能器安装在机器上的第二安装孔。

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。

所述的换能器的频率可以为两个或以上。

本实用新型新型的凸缘结构有隔离超声振动的作用，同时又保证了换能器的刚度。对于双频或多频换能器，不同频率有不同的振动节点，想要把不同频率的节点设计成完全一样是非常困难的，大部分情况是不能实现的。为了使两个或多个频率都可以工作，凸缘结构不放在任何工作频率的振动节点处，而放在两个工作频率的振动节点之间并靠近两个工作频率的振动节点的地方，并采用弯曲凸缘结构来减少两个工作频率超声振动的传递。换能器产生的超声振动在振动节点位置为最小，但是在振动节点靠近的位置，超声振动也是比较小。尽管有微弱的超声振动通过凸缘结构传递出来，我们可以通过凸缘结构的弯曲设计来进一步减弱超声振动到安装位置的传递。因为凸缘结构有其自身的振动模态，所以同时也要保证安装孔在凸缘结构的位置是在靠近工作频率一在凸缘结构的振动节点和工作频率二在凸缘结构的振动节点的地方，从而使得换能器安装在机器上时，超声振动基本不会通过安装孔传递到引线键合机上，又不至于降低系统的刚度，保证了超声系统和键合机器的稳定性。由于采用该凸缘结构，双频换能器的两个工作频率和其阻抗变化可以控制在合理的范围内。

与现有技术相比，为了使两个频率都可以工作，本实用新型把凸缘结构不放在任何工作频率的振动节点处，而放在两个工作频率的振动节点之间并靠近两个工作频率的振动节点的地方，使得换能器可以用的空间增多。同时采用柔性凸缘结构来减少两个工作频率超声振动的传递。第一凸缘结构和第二凸缘结构的距离对于不用的工作频率是不一样的，该距离可以是工作频率一的半倍波长和一倍波长之间，也可以是工作频率二的少于半倍波长的距离。本实用新型采用了一个新型的凸缘结构来实现双频换能器的动态隔离换能器的超声振动到机器的传递，同时保证了换能器的刚度，使换能器可以稳定工作。本实用新型凸缘结构不局限于单频换能器，可以应用在双频或多频换能器上。由于不同的频率由自己的优势，使得换能器的性能增强。本实用新型没有限制第一安装凸缘和第二安装凸缘的距离，可以根据系统的要求选择合适的安装位置，使得安装的灵活性增加。

附图说明

图1为本实用新型换能器和凸缘结构立体示意图；

图2为本实用新型换能器工作频率一振动幅度变化曲线示意图。

图3为本实用新型换能器工作频率二振动幅度变化曲线示意图；

下面将结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步说明：

图1中标号所示：

1、变幅杆，1a、瓷嘴孔，2、瓷嘴螺丝，3、键合工具，4、后盖板，5、螺栓，6、压电片，7、铜片；

图2中标号所示：

8、第一凸缘结构，8a、第一安装孔，9、第二凸缘结构，9a、第二安装孔，10、工作频率一振动前节点，11、工作频率一振动后节点；

图3中标号所示：

12、工作频率二振动前节点，13、工作频率二振动后节点，14、第一凸缘结构放置处，15、第二凸缘结构放置处。

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。

实施例1

如图1～3所示，本实用新型的新型超声换能器主要由变幅杆1、后盖板4、螺栓5、压电片6、铜片7五部分组成，此外还有瓷嘴螺丝2、键合工具3、第一凸缘结构8和第二凸缘结构9。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5将铜片7、压电片6与变幅杆1后端固定在一起，第一凸缘结构8和第二凸缘结构9前后设置在变幅杆1上，并位于换能器的两个工作频率的两个振动节点之间。第一凸缘结构8和第二凸缘结构9为弯曲结构，具体为类似S型的结构来达到减弱超声振动传递的目的。

压电片6负责产生超声振动，实现电能到机械能的转换。铜片7负责给充当压电片电极和提供电信号。变幅杆1负责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。在变幅杆1的前端有一个瓷嘴孔1a用来装键合工具3，瓷嘴螺丝2负责把变幅杆1和键合工具3锁在一起。后盖板4和螺栓5一起负责固定压电片6，给压电片6初始的预紧力以实现稳定的超声输出。第一凸缘结构8和第二凸缘结构9和变幅杆1长在一起，用螺丝通过第一安装孔8a和第二安装孔9a来把换能器安装并固定在机器上。

图2表明当换能器处于工作频率一的使用状态时，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工作频率一振动前节点10和工作频率一振动后节点11。第一凸缘结构8和第二凸缘结构9分别靠近工作频率一振动前节点10和工作频率一振动后节点11。

图3表明当换能器处于工作频率二的使用状态时，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工作频率二振动前节点12和工作频率二振动后节点13。第一凸缘结构8和第二凸缘结构9分别靠近工作频率二振动前节点12和工作频率二振动后节点13。

其中工作频率二振动后节点13位于换能器马达上，不可能用来安装凸缘结构。本实用新型为了使工作频率一和工作频率二都可以工作，对于第一凸缘结构5，不放在两个工作频率的振动节点：工作频率一振动前节点10和工作频率二振动前节点12处，而放在两个工作频率的工作频率一振动前节点10和工作频率二振动前节点12之间靠近两个工作频率的振动节点的地方：第一凸缘结构放置处14，并采用柔性凸缘结构来减少两个工作频率超声振动的传递。

同样对于第二凸缘结构9，不放在两个振动节点：工作频率一振动后节点11和工作频率二振动后节点13处，而放在工作频率一振动后节点11和工作频率二振动后节点之间靠近两个工作频率的振动节点的地方：第二凸缘结构放置处15。

第一凸缘结构8和第二凸缘结构9的距离对于不用的工作频率是不一样的，该距离可以是工作频率一的半倍波长和一倍波长之间，也可以是工作频率二的少于半倍波长的距离(工作频率一位于120kHz～140kHz，工作频率二位于70kHz～80kHz)。安装孔在凸缘结构的位置第一安装孔8a和第二安装孔9a也是在靠近工作频率一在凸缘结构的振动节点和工作频率二在凸缘结构的振动节点的地方，从而使得换能器安装在机器上时，超声振动不会通过安装孔传递到引线键合机上，又不至于降低很多系统的刚度，保证了超声系统和键合机器的稳定性。

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。

所述的换能器的频率可以为两个或以上。

Claims (7)

1.一种带有凸缘结构的双频长换能器，包括变幅杆(1)、瓷嘴螺丝(2)、键合工具(3)、后盖板(4)、螺栓(5)、压电片(6)，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(5)将铜片(7)、压电片(6)与变幅杆(1)后端固定在一起，其特征在于，还包括第一凸缘结构(8)和第二凸缘结构(9)，前后设置在变幅杆(1)上，并位于换能器的两个工作频率的两个振动节点之间。

2.根据权利要求1所述的一种带有凸缘结构的双频长换能器，其特征在于，所述的第一凸缘结构(8)和第二凸缘结构(9)靠近两个振动频率的振动节点。

3.根据权利要求1所述的一种带有凸缘结构的双频长换能器，其特征在于，所述的第一凸缘结构(8)和第二凸缘结构(9)为弯曲结构。

4.根据权利要求1所述的一种带有凸缘结构的双频长换能器，其特征在于，所述的换能器的两个工作频率中工作频率一位于120kHz～140kHz，工作频率二位于70kHz～80kHz。

5.根据权利要求1所述的一种带有凸缘结构的双频长换能器，其特征在于，所述的第一凸缘结构(8)和第二凸缘结构(9)之间的距离为工作频率一的0.5～1倍波长，或为小于工作频率二的半倍波长。

6.根据权利要求1所述的一种带有凸缘结构的双频长换能器，其特征在于，所述的第一凸缘结构(8)上设有将换能器安装在机器上的第一安装孔(8a)，所述的第二凸缘结构(9)上设有将换能器安装在机器上的第二安装孔(9a)。

7.根据权利要求1所述的一种带有凸缘结构的双频长换能器，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。