TW201116354A - Ultrasonic transducers for wire bonding and methods of forming wire bonds using ultrasonic transducers - Google Patents

Ultrasonic transducers for wire bonding and methods of forming wire bonds using ultrasonic transducers Download PDF

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Dominick A Deangelis
Gary W Schulze
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Kulicke & Soffa Ind Inc
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Description

201116354 六、發明說明： I：發明所屬之技術領域3 相關申請案之交互參照 此申請案主張2009年8月12日提出申請的美國臨時申 請案第61/233,237號案之權益，其内容在此併入本文以為參 考資料。 發明領域 本發明與一引線接合機之操作有關，且更特定地是與 改進的超音波換能器及與引線接合之形成相關聯的操作超 音波換能器之方法有關。 c先前技術;1 發明背景 在半導體元件之加工及封裝中，引線接合仍舊是在一 封裝内的二位置之間（例如，一半導體晶粒之一晶粒墊座與 一導線架之一導線之間）提供電氣互連之主要方法。更特別 地是，使用一引線接合器（亦稱為一引線接合機），線弧在將 被電氣互連的個別位置之間形成。引線接合機也可用以形 成導電凸塊（凸塊可與、或可不與線弧共同使用）。 一示範性的習知引線接合順序包括：（1)在一延伸自一 接合工具的引線一端上形成一線尾結球；（2)使用該線尾結 球在一半導體晶粒之一晶粒墊座上形成一第一接合；（3)在 該晶粒墊座與一導線架之一導線之間延伸一段呈預定形狀 的引線；（4)將該引線縫焊至該導線架之該導線；及(5)切斷 該引線。在形成⑻線弧之端點與(b)接合位置（例如，一晶粒 201116354 墊座、一導線等）之間的接合中，不同類型的接合能量可被 使用，包括，例如，超音波能量、熱超音波能量、熱壓縮 能量等。
美國專利第5,595,328號案（名稱為「SELF ISOLATING ULTRASONIC TRANSDUCER」）；第5,699,953號案(名稱為 「 MULTI RESONANCE UNIBODY ULTRASONIC TRANSDUCER」）；第 5,884,834 號案（名稱為
「MULTI-FREQUENCY ULTRASONIC WIRE BONDER AND
METHOD」）：及第 7,137,543 號案（名稱為「INTEGRATED
FLEXURE MOUNT SCHEME FOR DYNAMIC ISOLATION OF ULTRASONIC TRANSDUCERS」）與超音波換能器有關且以 上申請案之全部内容在此併入本文以為參考資料。超音波 接合能量典型地使用一其中附接有接合工具的超音波換能 器來施加。該換能器通常包括一驅動機，諸如，一壓電元 件(例如，壓電晶體、壓電料等）疊堆。電能施加給驅動機， 且轉換電此成為機械能，從而以一刷磨動作移動接入工具 尖端《此接合工具尖端的刷磨動作通常為沿著換能器之縱 軸的線性移動。 提供與引線接合機共同使用的改進的換能器，及使用 換能器形成引線接合之改進方法將是所期待的。 丨【明内】 發明概要 依據本發明之-示範性實施例，—種使用—搞合至一 換能器的接合X具來形成1線接合的方法被提供:該方 201116354 法包括以下步驟：（i)施加一第一頻率的電能給該換能器之 一驅動機；及(2)在施加該第一頻率的電能的同時施加一第 二頻率的電能給該驅動機，該第一頻率與該第二頻率彼此 不同。 依據本發明之另一示範性實施例，另一種使用一耦合 至一換能器的接合工具來形成一引線接合的方法被提供。 該方法包括以下步驟：（1)施加一第一頻率的電能給該換能 器之一驅動機以在一第一方向上驅動該接合工具之一尖 端；及(2)施加一第二頻率的電能給該驅動機以在一第二方 向上驅動該接合工具之一尖端，該第一方向不同於該第二 方向。 依據本發明之另一示範性實施例，一在一引線接合操 作中使用的換能器被提供。該換能器包括一經配置以支撐 一接合工具的細長本體部分。該換能器還包括一用以提供 振動給該細長本體部分的驅動機，該驅動機包括複數個壓 電元件，各該複數個壓電元件被分成至少二彼此電氣隔離 的區域。 依據本發明之另一示範性實施例，一在一引線接合操 作中使用的換能器被提供。該換能器包括一經配置以支撐 一接合工具的細長本體部分。該換能器還包括一用以提供 振動給該細長本體部分的驅動機，該驅動機經配置以接收 電能及提供該接合工具之一尖端之一非線性刷磨。 依據本發明之另一示範性實施例，一在一引線接合操 作中使用的換能器被提供。該換能器包括一經配置以支撐 201116354 一接合工具的細長本體部分。該換能器還包括一用以提供 振動給該細長本體部分的驅動機，該驅動機包括至少一經 配置以在電能施加之後在一第一方向上變形的壓電元件， 及至少一經配置以在電能施加之後在一第二方向上變形的 壓電元件，該第一方向與第二方向彼此不同。 軋式簡單說明 本發明從以下詳細說明獲最佳理解當結合所附圖式閱 讀時。需強調的是，依據慣例，圖式之各種不同特徵未依 比例來繪製。相反，爲了清晰起見，各種不同特徵之尺寸 被任意變形或縮小。圖式中包括下列諸圖： 第1圖是有助於解釋本發明之各種不同的示範性實施 例的一引線接合機之一換能器及相關組件之一立體圖； 第2A-2B圖是依據本發明之一示範性實施例，使用在一 換能器中的一壓電元件之立體正視圖及後視圖； 第2C圖是第2A-2B圖之壓電元件之一正視圖； 第2D圖是依據本發明之一示範性實施例，與一換能器 共同使用的一薄片電極之一正視圖； 第3A-3C圖及第4A圖是依據本發明之示範性實施例， 使用在一換能器中的壓電元件疊堆之方塊圖； 第4B圖是使用依據本發明之示範性實施例的一換能器 被引線接合的元件之一部分之一方塊圖； 第4 C圖包括依據本發明之示範性實施例可用於換能器 之壓電元件的複數個方塊圖； 第4D-4J圖是依據本發明之示範性實施例，可用於一換 201116354 g中之壓電元件疊堆的方塊圖； 第5A-5B圖曰 疋依據本發明之一示範性實施例，可使用在 -換能器中的另1電元件疊堆之視圖； 第6A-6B圖β ._ 弋依據本發明之其他示範性實施例，可使用 在一換能器中的—ρ 第7Α-7,Θ電元件疊堆之其他組態之二視圖；且 HIrff 疋依據本發明之示範性實施例的接合工具 “之刷磨圖形之圏式。 【實施冷式】 發明詳細說明 /或言=發的Itt&quot;線接合操作共同使用的換能器之操作及 施例，-引線接Γ改良有關。依據本發明之某些示範性實 同時運作(即雷％ 次-以上模式 之m動棬、 或二以上頻率同時施加於該換能器 施加多個頻率可導致接合工具之輪生 刷磨。例如，非線性振動圖形可以是—李沙古 ::::型圖形’諸如，一_形、1圓形圖形二 致為：。刷磨圖形可以是平面的(即在接合高度上是大 ‘、千面）或二維的（即在接合高度上為非平面）。 :广換能器的一示範性技術係分割壓電元件(例 = 之個別電極’從而在每一元件中形成至少二電氣隔離 00例如，利用分割作用，壓電元件疊堆可 、 頻率下提供有效的激勵以密切配合獨立的振動=乍 例如，-搖擺彎曲模式在接合工具之尖 合機之—X軸的刷磨，且一縱向模式在接A 、‘、 0工具之尖端產生 201116354 而提供一維的獨立或 合機之，的刷磨。該換能器也可僅藉由在 此編模式/頻率練一者下運作 連續移動。 透過本文所提供的本發明之某些示範性實施例，多向 的（即非線‘_振動職能量施加給接合卫具之尖端’從而 導致鄰接於焊接表面的接合區域較少變形或被間接損傷。 相較於習知技術’多向刷磨動作可能導致在X及Y接合平面 方向上產生更均勻的焊球，以及就—特定焊球尺寸而言更 高的單位面積抗剪強度。多向刷磨動作還可能在對刷磨方 向上對墊座_損傷(例如，尤其是㈣上的銅線接合)尤其 敏感的引線接合應用方面有益。也就是說，使用多向刷磨， 墊座濺開可更平均地分佈到弓丨線接合(例如，球焊)周圍。 此外，本發明之某些示範性實施例在多數個方向中的 一選擇方向上提供獨立的一維振動能量，以便例如與元件 幾何結構，諸如，引線或引腳對齊。藉由提供這樣的依接 合位置而定的所欲方向（例如，依接合位置之形狀而定來選 擇方向）上的一維振動能量而與元件幾何結構，諸如，引線 或引腳對齊’易於提供更連貫的能量遞送，且易於減少來 自一特定元件的諧振效應。 現在參照第1圖’超音波換能器100之一立體圖被提供 (其中換能器100具有一沿軸「A」延伸的細長本體部分）。 換能器100包括用以安裝換能器100至一引線接合機之一接 合頭的安裝凸緣l〇2a及102b。壓電元件104a、l〇4b、104c、 104d(例如，壓電晶體、壓電陶瓷等）在一由換能器10〇之本 201116354 體部分界定的一孔中排列成一疊堆。壓電元件]04a、104b、 104c及104d之疊堆是一用於換能器100的驅動機。該等元件 被導電薄片電極106a、106b ' l〇6c及106d隔開。—特定頻 率的電能施加給端子l〇8a及108b(例如，108a是一正極端子 且108b是一負極端子）’從而施加電能給薄片電極1〇6&amp;、 106b、106c及106d。該特定頻率的電能施加使元件膨脹及 收縮，從而導致接合工具11〇之尖端11〇3沿軸「A」（例如， 一引線接合機之Y軸)刷磨。然而，在某些應用中，相對於 一習知的單向（Y軸)刷磨，期望在為換能器選擇多方向刷磨 方面具有更多靈活性。在其他應用中，期望依接合位置（例 如，接合墊、導線等）之形狀/組態而定來改變刷磨方向。儘 管第1圖繪示一具有一用以容置驅動機（晶體疊堆）的孔的 「單件」型換能器，除此之外，本發明之教示還可應用於 其他換能器設計，諸如，「角狀」型換能器（例如，其中驅 動機被提供在遠離接合工具尖端的換能器本體之一端）。 第2A圖是元件2〇4a之一立體正視圖，且第2B圖是元件 2〇4a—立體後視圖。元件2〇4a之前表面為正電極(例如，— 由—材料(諸如’舉例來說’除了其他材料以外，還有銀、 錄)形成的導電電極）’且元件2〇4a之後表面為一負電極。對 照於第1圖中所繪示的元件l〇4a、i〇4b、l〇4c及104d，元件 2〇4a之正電極被凹口/凹槽2〇4a3分為兩部分，且元件2〇知 之負電極被凹口/凹槽2〇4b3分為兩部分。因此，正電極被 分成兩個電氣隔離區204al&amp;204a2，且負電極被分成兩個 電氣隔離區204bl及2〇4b2。因此，電能可透過二電氣隔離 201116354 路徑（即介於區域204al與204bl之間的一第一路徑，及介於 區域204a2與204b2之間的一第二路徑)施加給元件。在下文 中將加以解釋的是，壓電元件分成電氣隔離區使得多個頻 率之電能的施加能在一特定時間被施加給驅動機，從而在 一接合工具之尖端產生一所欲刷磨動作。 第2C圖是元件204a之一正視圖。第2D圖是電極206a之 一正視圖，電極206a可定位於一換能器之一孔中的一疊堆 中相鄰的壓電元件之間。類似於元件204a，薄片電極206a 被分成二電氣隔離區。在第2D圖中，一絕緣區2〇6a3將導電 區206al與導電區206a2分開。 第3 A圖是一俯視方塊圖，繪示一可排列在一換能器之 一孔中的壓電元件疊堆（類似於第1圖中的換能器1〇〇之孔 中的元件104a、104b、104c及104d之排列）。該疊堆包括第 2A-2C圖中的元件204a，及三個類似元件2〇4b、204c及 204d。元件204a、204b、204c及204d中之每一元件各自的 電極如同每一元件之中央區域處所繪示地被劃分。該疊堆 還包括第2D圖中的薄片電極206a，以及薄片電極2〇6b、 206c、206d及206e。在此特定組態中，僅正薄片電極被分 裂（即206a及206c)，且負薄片電極全部電氣接合在一起(例 如，接地）。第3B及3C圖是第3A圖之疊堆可如何連接至電 信號之二不同範例。特別參照第圖’ 一第—頻率η電搞 合至該疊堆之右手部分，而第二頻率電耦合至該疊堆之 左手部分。當然，Π及f2可以是給予該應用、換能器及所欲 刷磨的任何所欲頻率。Π及f2之示範性頻率為U5Khz及 10 201116354 120Khz。如第3B圖中所示者，頻率fl之正連接(+fl)電辆合 至薄片電極206a及206c之右手部分。同樣，頻率fl之負連接 (-fl)電柄合至薄片電極2〇6b、206d及206e。頻率f2之正連接 (+f2)電耦合至薄片電極206a及206c之左手部分。同樣，頻 率f2之負連接(-f2)電耦合至薄片電極206b、206d及206e。藉 由同時施加此二頻率fl、f2給各自的壓電元件區，一非線性 刷磨在耦合至換能器的接合工具尖端被施加。 第3 C圖是第3 A圖之晶體疊堆之另一不範性組態。對g孕 於第3B圖，頻率fl及f2(+fl/f2、-fl/f2)經由電極施加給該等 晶體之左手區域及右手區域。頻率為fl及f2的此等電信號被 同時施加，然而，信號之相位組態可被改變以得到所欲结 果。例如，在壓電元件之二區域（即左手及右手區域)上頻率 為fl的信號可能是彼此同相的；然而，在該等元件之二區 域（即左手及右手區域）上頻率為f2的信號可能是彼此反相 的（例如，彼此相位相差180度）以得到所欲結果。如同第3B 圖，此組態可提供接合工具之尖端的一非線性刷磨，諸如 一李沙育型刷磨動作。 第4 A圖繪示一換能器中的壓電元件之另一示範性組 態。在此範例中’該等元件被提供成使得它們在不同的方 向上變形(例如’膨脹、失真、扭曲等）。在此範例中，元件 404a及404b(第4A圖中的上面二個壓電元件）變形使得它們 共同提供了接合工具之尖端在一第一方向（例如，y方向（γ 向移動）)上之一刷磨，且元件404c及404d(第4A圖中的下面 二個壓電元件）經配置以提供接合工具之尖端在一不同於 201116354 該第一方向的第二方向（例如 磨。施加於壓電元件組之頻率 或它們可以是相同的。 ，X方向（X向移動）)上之一刷 (即頻率fl及f2)可以是不同的 在以下《於第4Α_4ί圖财適用於其他圖式）的說明 應理解的疋特义方向上的壓電元件變形（例如，膨 I失真等定等同於接合工具之尖端在此方向上的刷 磨。而是’使用在不同方向上變形的壓電元件(例如，結合 其他特徵’諸如，分妓電元件，分《電元件電極等）有 效地使換能器能夠在所欲模式下運作。例如，藉由施加一 換能器（此換能器之-單—驅動機)㈣有的二譜振頻率的 電能，該接合卫具尖端之—所欲非雜刷磨動作可被實 現。應瞭解的是二諧振頻率的電能可施加給該驅動機之不 同部分(例如，在不同方向上變形的元件)，如本文所說明及 描述者。 在所繪示的範例中，上方二壓電元件共同提供該接合 工具尖端之一Υ向刷磨（即沿第1圖中所示的軸「Α」），而下 方二壓電元件共同提供該接合卫具线之—又向刷磨（即垂 直於第1圖中所示的軸「Α」）。應理解的是在此範例中，元 件404a可此自身不&amp;供丫向刷磨，但是元件4〇如及4〇413可共 同有效地激發該換能器之Y向刷磨振動模式。此外，應理解 的是刷磨方向不限於X向及Y向（其中X方向與γ方向彼此垂 直）而是可以是任意兩個彼此不同的方向。當然，在許多習 知的引線接合應用中，一晶粒上的接合墊及一導線架上的 相對應的導線易於沿著X軸及Y軸中的任一軸而對準，所以 12 201116354 這樣的-配置可能是尤為理想的t, 第4B圖、..曰不不範性半導體元件4川(例如，一半 『°、一導線架410等)之-部分。元件包括-第 數排成一列的接合位置41 复 等）及一第二複數排成-（例如，接合墊恤、導線咖 .仃' 大體垂直於接合位置4l〇a之歹,j =合位置概(例如，接合塾働、導線4娜等）。從第j 圖Γ以清楚看出，接合位置他、娜之形狀不是方形， 而疋矩形。在這樣的—情况下可能需要使用依特定接合 立置之形狀而定的刷磨動作在接合位置410a、4職上: 5:線接合。也就是說’當接合-部分引線到接合位置= ^例如，形成-線弧之1線接合，諸如，該線弧之—第 一接合或1二接合）’可能想要配置該換能器以使其提供 接合工具尖端沿γ軸的刷磨(例如，參見圖例)。同樣：合接 合一部分引線到接合位置彻b時，可能需要配置該換:器 以使其k供接合工具尖端沿X軸的刷磨。 ° 當然’接合位置之形狀不是改變刷磨方向的唯一理 由。另-不範性理由與晶粒墊座賤開或相關問題有關。熟 於此技者將理解的是，半導體元件製造者繼續努力減小2 件尺寸，且正因如此，他們努力減小接合位置之間(例如疋 相鄰的晶粒墊座之間）的間隔。然、而，以此方式減小接合位 置之間的間隔增加了糾電氣短路的難關的可能性。 這樣的塾座_致短路之可紐，在例如當鋼線被用以形 成弓丨線接合時由於銅之加工硬化的緣故而變得更糟。再次 參照第侧，當接合-部分引線到接合位置41Ga^，可= 13 201116354 需要配置該換能器以提供接合工具尖端沿Y軸之刷磨，使得 該:刷磨不在一相鄰接合位置410a的方向上（接合位置410a沿 X軸排成一列）’從而降低墊座濺開在相鄰接合位置41〇a處 的可能性。同樣，當接合一部分引線到接合位置41〇b時， 藉由配置該換能器以使其提供接合工具尖端沿χ軸之刷 磨，使得該刷磨不在一相鄰接合位置41〇b的方向上(接合位 置410b沿Y軸排列成一行），降低了墊座濺開在相鄰接合位 置410b處的可能性。 現在參照第4A圖中的電氣連接，第一頻率衍之正連接 提供給元件404a與404b之間的正電極（即第4A圖中標記為 406a的電極），且第一頻率fl之負連接提供給元件4〇如及 404b之負電極（即藉由接合負電極至地線）。同樣，第二頻率 f2之正連接提供給元件4〇4c與4〇4d之間的正電極（即第4A 圖中標記為406c的電極）’且第二頻率f2之負連接提供給元 件404c及404d之負電極（即藉由接合負電極至地線）。當然， 二頻率之負連接可接合在-起，且接地，如所繪示者（即對 電極406b、406d及406e的連接可接合在一起，且若需要的 話耦合至地線）。 在第4A圖中，頻率信號fl被標記為^，且頻率信號f2 被‘。己為βΤ2，其中「T」為時^這是因為頻率為〇及〇 的電信號可以不是同時施加。當‘然，該等信號可能同時施 加’但是在目前描述的範例中’它們是被連續施加的，如 將在下文之操作順序中所描述者。 現在-示範性非限制性操作順序針對第4Α圖而加以描 201116354 述。在此不範性應用中’讓我們假定我們正在接合一習知 的晶粒(接合墊圍繞該晶粒外圍呈方形配置）之間的線弧。在 這樣的一範例中，線弧可在二方向中的一方向上，也就是 說’沿X轴或γ轴延伸。可能希望沿X轴形成的線弧之引線 接合（例如’第—接合及/或第二接合）隨著一 X軸刷磨（X MOTION)而形成’且沿γ轴形成的線弧之引線接合隨著一 γ 軸刷磨（Y MOTION)而形成。現在參照第4Α圖，當沿Υ軸形 成第一組線弧時’頻率為fl的電能在了丨時刻（即Πτι)施加。 如上文所描述者’此電能施加如想望地引起接合工具尖端 之Y向刷磨。在該第一組線弧形成之後，第二組線弧將沿X 軸形成。在此第二組線弧形成過程中，頻率為乜的電能在 T2時刻（即f2TZ)施加。如上文所描述者，此電能施加如想望 地引起接合工具尖端之X軸刷磨。儘管此範例已與分別沿X 軸及Y軸形成的兩組線弧相關聯而加以描述，其他選替方式 也被考慮。例如，多於兩組線弧可形成（例如，使用fl沿γ 軸形成第一線弧，接著使用f2沿X軸形成線弧，再次使用fi 沿Y軸形成線弧，等）。而且，工具尖端刷磨之方向可能不 僅限於X軸或Y軸刷磨。例如，附加的或不同的刷磨是可能 的（例如，藉由提供以相同頻率或不同頻率在不同方向上變 形的晶體以產生附加的或不同的工具尖端刷磨方向）。 而且’在一單一引線接合(例如，一球焊、一縫焊等） 形成期間，沿一個方向以上的刷磨可被加以應用。例如， 在形成相同的引線接合期間，沿X軸的刷磨可被使用，之後 爲沿Y轴之刷磨。當然，其他刷磨方向也被考慮。 15 201116354 應理解的是用以產生第一刷磨及第二刷磨的壓番_ 雙％件 之順序可能不同於第4A圖中所繪示的那樣。更特別地是， 在;第4八圖中，上方二元件(404A、404B)共同產生Y軸刷磨， 且下方二元件(404C、404D)產生X軸刷磨。然而，本發明未 如此設限。壓電元件之任何組合可用以產生所欲刷磨（例 如，第一元件及第三元件可產生一第一刷磨，而第二元件 及第四元件可產生一不同的第二刷磨）。同樣，不同數目的 壓電元件可被提供在換能器中。 此外’雖然未在第4A圖中繪示，若欲得到一特定結果， 則第4A圖之組態中的壓電元件電極可如同第3a圖中所示 的元件204a、204b、204c、240d被分裂。而且，在τΐ=Τ2 的情況下’多個頻率的電能可同時被施加（而不是順序施 加）。而且，多個頻率的電能可施加給每一組晶體，在某些 頻率之間有相移或無相移。 如上文依據第4Α圖所提供者，一特定壓電元件疊堆（其 中s亥疊堆疋诸如第1圖中的換能器1 〇〇的一換能器之一單一 驅動機）中的壓電元件被提供以使得它們在不同方向上變 形。第4C圖繪示四個元件42〇、422、424及426。元件420 是繪示僅供參考的一非激勵狀態壓電元件。元件422是一在 y方向上變形(例如，沿-引線接合機之γ轴在y方向上膨服) 的壓電S件，且因此在電能施加㈣，該元件在y方向上變 形而包括變形區域422a及422b。元件424是一在向上變 形（例如，沿一引線接合機之X軸在又方向上膨_壓電^ 件，且因此在電能施加期間，該元件在χ方向上變形而包括 16 201116354 變形區域424a及424b。元件426是一在一XY剪切方向上變 形（例如，在一引線接合機之ΧΥ剪切方向上變形）的壓電元 件，且因此在電能施加期間，該元件在ΧΥ剪切方向上變形 而包括變形區域426a及426b。元件426還繪示一示範性極性 及由元件426中的一箭頭標示的一相對應的XY剪切變形方 向。熟於此技者將瞭解的是，在不同方向上變形的壓電元 件可組合在一換能器之一單一驅動機中（例如，一單一壓電 元件疊堆中）。爲了提供所欲效果(例如，接合工具尖端之一 特定的非線性刷磨，為形成某些引線接合而在一第一方向 上產生的選擇性的線性刷磨，且為形成其他引線接合而在 一第二方向上產生的選擇性的線性刷磨），各種不同特徵可 被改變，例如：換能器設計；一包括在不同方向上變形的 壓電元件的驅動機；同時施加多個頻率給驅動機壓電元 件；連續施加多個頻率；分裂壓電元件電極；等。 第4D-4J圖繪示多個組合了在不同方向上變形的壓電 元件的示範性組態。在第4D-4J圖中，標記為「Y」的壓電 元件是經配置以在y方向上變形的元件，且標記為「XY SHEAR」的壓電元件是經配置以在XY剪切方向上變形的元 件。除非另外指出，否則在第4D-4J圖中所繪示的任何範例 中，頻率為fl及f2的電能可根據需要而被同時、單獨及/或 連續提供以實現所欲接合工具尖端刷磨。第4D-4J圖中所繪 示的壓電元件疊堆組態可被加以使用，例如，實現一所欲 非線性工具尖端刷磨、一選擇性線性工具尖端刷磨（在同一 引線接合中，對某些接合位置沿X軸刷磨，且對其他接合位 17 201116354 置沿Y軸刷磨，沿x與y方向中的一方向連續刷磨，且接著沿 X與y方向中的另一方向連續刷磨）等。 第4D圖繪示一在一包括由元件434a(在XY剪切方向上 變形的一壓電元件）、元件434b(在Y方向上變形的一壓電元 件）、元件434c(在Y方向上變形的一壓電元件）及元件 434d(在XY剪切方向上變形的一壓電元件）組成的一疊堆的 換能器中使用的驅動機，其中元件434a、434b被薄片電極 436a隔開；元件434b、434c被薄片電極436b隔開；元件 434c、434d被薄片電極436c隔開；薄片電極436d與元件434d 相鄰；且薄片電極436e與元件434a相鄰。頻率fl、f2之正連 接（+fl/f2)提供給元件434a及434b之正電極（即第4D圖中被 標記為436a的薄片電極）及元件434c及434d之正電極（即第 4D圖中被標記為436c的薄片電極）。頻率fl、f2之負連接 (-fl/f2)提供給元件434a、434b、434c及434d之負電極（即第 4D圖中被標記為436b、436d及436e的薄片電極），且可依需 要接地。依需要’頻率為fl及f2的電能可依需要而被同時、 單獨及/或連續提供，以實現所欲接合工具尖端刷磨。第4D 圖中所繪示的壓電元件疊堆組態可被加以使用，例如，實 現一所欲非線性工具尖端刷磨、一選擇性線性工具尖端刷 磨（即對某些接合位置沿X軸刷磨，且對其他接合位置沿y軸 刷磨）等。 第4E圖繪示在一包括由壓電元件444a、444b、444c及 444d組成的一疊堆的換能器中使用的一驅動機，其中元件 444a、444b被薄片電極446a隔開；元件444b、444c被薄片 18 201116354 電極446b隔開；元件444c、444d被薄片電極446〇隔開；薄 片電極446d與元件444d相鄰；且薄片電極446e與元件444a 相鄰。元件444b、444c的電極被分裂，且薄片電極446b為 一分裂薄片電極。頻率f 1、f2之正連接(+f i/f2)提供給薄片 電極446a、446c。頻率fl、f2之負連接提供給電極446d、 446e、薄片電極446b之左手部分，及薄片電極446b之右手 部分，其中負連接可根據需要接地。在這樣的一範例中， 薄片電極446b是以允許從壓電元件之任—端流入的獨立電 流流動的個別地線被分裂。 第4F圖繪示在一包括由壓電元件454a、454b、454c及 454d組成的一疊堆的換能器中使用的一驅動機，其中元件 454a、454b被薄片電極456a隔開；元件454b、454c被薄片 電極456b隔開；元件454c、454d被薄片電極456c隔開；薄 片電極456d與元件454d相鄰；且薄片電極456e與元件454a 相鄰。元件454b、454c的電極被分裂，且薄片電極456b為 一分裂電極。頻率fl、f2之正連接(+fi/f2)提供給薄片電極 456a、456c及分裂薄片電極456b之右手部分。頻率fi、f2 之負連接（-fl/fl2)提供給薄片電極456d、456e及薄片電極 456b之左手部分，其中負連接可依需要接地。在此一範例 中，元件454c之右側（正及負）電極之短路大致消除7fl/f2 模式之輸出。 儘管所描述之實施例至此已包括一驅動機疊堆中的4 個壓電元件(例如，壓電晶體、壓電陶瓷等），本發明並未如 此設限。實際上，任何數目的元件可包括在一驅動機中， 19 201116354 如特定應用中所需要的。在第4G-4J圖中，八個壓電元件設 提供在每一驅動機疊堆中。在第4G-4J圖中，無一元件的電 極徠分裂，且無一電極被分裂；然而，應理解的是在本發 明之某些實施態樣中，依需要此種元件的電極可被分裂， 且此種電極可被分裂。 第4G圖繪示在一包括由壓電元件464a、464b、464c、 464d、464e、464f、464g及464h組成的一疊堆的換能器中 使用的一驅動機。元件464a、464b被薄片電極466a隔開； 元件464b、464c被薄片電極466b隔開；元件464c、464d被 薄片電極466c隔開；元件464d、464e被薄片電極466d隔開； 元件464e、464f被薄片電極466e隔開；元件464f、464g被薄 片電極466f隔開；元件464g、46牝被薄片電極466g隔開； 薄片電極466h與元件464h相鄰；且薄片電極466i與元件464a 相鄰。頻率fl、f2之正連接(+fl/f2)提供給薄片電極466a、 466c、466e及466g。頻率fl、f2之負連接(-fl/f2)提供給薄片 電極466b、4d6d、466f、466h及466i，其中負連接可依需要 接地。 第4H圖繪示在一包括由壓電元件474a、474b、474c、 474d、474e、474f、474g及474h組成的一疊堆的換能器中 使用的一驅動機。元件474a、474b被薄片電極476a隔開； 元件474b、474c被薄片電極476b隔開；元件474c、474d被 薄片電極476c隔開；元件474d、474e被薄片電極476d隔開； 元件474e、474f被薄片電極476e隔開；元件474f、474g被薄 片電極476f隔開；元件474g、474h被薄片電極476g隔開； 20 201116354 薄片電極476h與元件474h相鄰；且薄片電極476i與元件474a 相鄰。頻率f卜f2之正連接（+fi/f2)提供給薄片電極476Aa、 476c、476e及476g。頻率fl、Ώ之負連接(+_fi/f2)供給薄片 電極476b、476d、476f、476h及476i，其中負連接可依需要 接地。 第41圖繪示在一使用在包括由壓電元件484a、484b、 484c、484d、484e、484f、484g及484h組成的一疊堆之換能 器中使用的一驅動機。元件484a、484b被薄片電極486a隔 開；元件484b ' 484c被薄片電極486b隔開；元件484c、484d 被薄片電極486c隔開；元件484d、484e被薄片電極486d隔 開；元件484e、484f被薄片電極486e隔開；元件484f、484g 被薄片電極486f隔開；元件484g、484h被薄片電極486g隔 開；薄片電極486h與元件484h相鄰；且薄片電極486i與元 件484a相鄰。頻率fl、f2之正連接(+fl/f2)提供給薄片電極 486a、486c、486e及486g。頻率fl、f2之負連接(-fl/f2)提供 給薄片電極48613、486(1、486卜48611及486卜其中負連接可 依需要接地。 第4J圖繪示在一使用在包括由壓電元件494a、494b、 494c、494d、494e、494f、494g及494h組成的一疊堆之換能 器中的一驅動機。元件494a、494b被薄片電極496a隔開； 元件494b、494c被薄片電極496b隔開；元件494c、494d被 薄片電極496c隔開；元件494d、494e被薄片電極4%d隔開； 元件494e、494f被薄片電極496e隔開；元件494f、494g被薄 片電極496f隔開；元件494g、494h被薄片電極496g隔開； 21 201116354 薄片電極496h與元件494h相鄰；且薄片電極4%i與元件49如 相鄰。頻率fl之正連接(+fl)提供給電極49如及仍㉔。頻率口 之正連接(+f2)提供給薄片電極496c及496e。頻率fl、f2之負 連接（fl/f2)k供給薄片電極496b、496d、496f、496h&amp;496i， 其中負連接可依需要接地。 本發明之某些層面已與具有分裂電極(諸如第2八_2(：：圖 及第3A-3C圖）的壓電元件相關聯而加以描述但壓電元件 本雖未被分裂。然而’在本發明之某些示範性實施例中， 整個壓電元件本體可被分裂成二(或二以上)塊。例如，在第 5A-5B圖中所提供的圖示中，每—壓電元件已被分裂（如每 元件上的貫中央線所標示者）。也就是說，元件3〇如已被 分為3〇4al及3〇4a2，冑。此外，每-元件之左手部分已被 「翻轉」過來。例如’元件部分3Q4al(及元件部分3〇4Μ、 304cl及304dl)已被翻轉。因此，從第5A圖中的極性標記 (「+」與「-」符號)看，清楚的是每一壓電元件之右手部分 相較於每-元件之左手部分被反轉。第沾圖還繪示針對第 5A圖之疊堆之—示範性f氣連接，藉此似此正連接 (+fl/f2)耦合至二薄片電極(3〇6a、3〇6c)，而fi及乜之負連接 (-fl/f2)搞合至其他電極(若需要的話，經由—接地連接粞 合至鳩、編及職）。因此，在此範例中，二頻率的電 能被同時提供。無論如何，第5A__中所繪示的組態提供 一非線性刷磨給接合工具尖端。 第6A及6B®為結合了某些前述概念的本發明其他示 fef生實施例。特別參照第6八圖，上方二壓電元件是被分裂 22 201116354 的（左手部分被翻轉）。一第一頻率fl(例如，115kHz)被施加 且在一第一方向上（例如，沿X軸）產生一工具尖_端刷磨。下 方二壓電元件為標準元件（即它們未被分裂，且它們的電極 未被分裂），且一第二頻率f2(例如，120kHz)被施加且在一 第二方向上（例如，沿Y軸）產生一工具尖端刷磨。此配置可 能具有某些益處，例如，其完全解耦Π及f2模式（即反電動 勢(EMF)在每一情況下抵消）。更特別地是，當上部以頻率 fl驅動，下方壓電元件在Π下將不會產生一反電動勢電荷， 因為當晶體之左側變形而與壓電元件之右側異相時電荷抵 消。當底部以頻率f2驅動時，由於左側與右側同相移動時 電荷抵消，在f2下的反電動勢在頂部二壓電元件中抵消。 第6B圖是又一示範性組態。在第6B圖中，上方壓電元 件如在第6A圖中一般被分裂，且現在下方二壓電元件具有 分裂電極（如同在第2A-2C及3A-3C圖中一般）。此外，第三 及第四壓電元件之間的電極被分裂（即具有二電氣隔離 區）。當然，第6B圖僅為本發明之教示之多個變化中的一變 化。 第7A-7C圖繪示由本發明之一換能器/運作技術產生的 一接合工具尖端之非線性刷磨圖形。如上文所述者，本發 明之各種不同的示範性實施例被導向提供接合工具尖端之 一非線性刷磨。一李沙育刷磨圖形是此一刷磨圖形之一範 例且可包括圓形刷磨圖形、橢圓形刷磨圖形或網目形刷磨 圖形。當然，其他非線性刷磨圖形也被考慮。 本發明主要是與四或八壓電元件組成並對其施加二頻 23 201116354 率（例如’ flM2 ’或颜2)的-壓電疊堆相關聯地加以描 述。應理解的是不同疊堆配置（具有更多或更少壓電元件) 及不同頻率（例如，多於二電信號，諸如，包括—頻率為f3 的第三信號)也被考慮。 本發明之各種不同層面與「分裂」壓電元件及分裂壓 電元件「電極」相關聯而加以描述。應理解的是結構(例如， 壓電元件、壓電元件電極、薄片電極等）可以在實體上改變 (例如，切割）以提供所欲電氣隔離。然而，分裂可以其他方 式提供’諸如，當結構被首次製造而成時，它們可能具有 所欲電氣隔離區。而且，熟於此技者將理解的是，壓電元 件之「極化」（例如，給予元件極性，例如，藉由施加一相 對較高的電壓，諸如，2,000伏特）可在元件分裂或元件電極 分裂之前、期間或之後完成。 儘管本發明已主要關聯於提供一接合工具尖端之非線 性刷磨，以及用以提供一接合工具尖端之選擇性線性刷磨 的換能器而加以描述，本發明未限制於此。本發明之某此 教示尤其可與下列相關聯被使用：（1)具有非平面組件的刷 磨動作（例如，至少一部分動作不在XY平面上，而是沿著垂 直的Z軸-參見例如第1圖中的圖註）；及(2)接合工具尖端之 扭曲/旋轉動作（有或沒有刷磨動作）。 儘管本發明之某些示範性實施例已與分裂成兩塊的壓 電元件(例如，晶體、陶瓷等）、分裂成兩塊的壓電元件電極， 及分裂成兩塊的薄片電極(例如，薄片）相關聯而加以描述， 應理解的是這些中的任一者可被分為二或二以上區域。也 24 201116354 就疋說，麼電凡件、麼電元件電極及薄片電極可依需要在 特定應用申被書！/分A _十 刀為—或二以上電氣隔離區。 儘官本發明已相關於使用在化線接合機令的超音波換 能器以圖錢明及描述，本發明未如此錄。例如，本發 明教f (例如，包括壓電元件組態、分裂元件、分裂元件電 極、豐堆配置等）可應用在供利用於許多應用（諸如，超音波 成像、超音波㈣^、超音波焊接^、超音波馬達等）中的 任一種應用的超音波換能器。 儘官本發明依據特定實施例而以圖式說明及描述，本 發明不欲限於所示之細節。反之，在申請專利範圍之範圍 與等效範圍内可在細節上做出各種不同的修改而不背離本 發明。 【圖式簡單說明】 第1圖是有助於解釋本發明之各種不同的示範性實施 例的一引線接合機之一換能器及相關組件之一立體圖； 第2A-2B圖是依據本發明之·不範性貫施例，使用在一 換能器中的一壓電元件之立體正視圖及後視圖； 第2C圖是第2A-2B圖之壓電元件之一正視圖； 第2D圖是依據本發明之一示範性實施例，與一換能器 共同使用的一薄片電極之一正視圖； 第3A-3C圖及第4A圖是依據本發明之示範性實施例， 使用在一換能器中的壓電元件疊堆之方塊圖； 第4 B圖是使用依據本發明之示範性實施例的一換能器 被引線接合的元件之一部分之一方塊圖； 25 !!； 201116354 第4C圖包括依據本發明之示範性實施例可用於換能器 之壓電元件的複數個方塊圖； 第4D-4J圖是依據本發明之示範性實施例，可用於一換 能器中之壓電元件疊堆的方塊圖； 第5A-5B圖是依據本發明之一示範性實施例，可使用在 一換能器中的另一壓電元件疊堆之視圖； 第6A-6B圖是依據本發明之其他示範性實施例，可使用 在一換能器中的一壓電元件疊堆之其他組態之二視圖；且 第7A-7C圖是依據本發明之示範性實施例的接合工具 尖端之刷磨圖形之圖式。 ί主要元件符號說明】 100...超音波換能器/換能器 lQ2a、102b…安裝凸緣 104a〜104d、444a〜444d、454a~454d、464a~464h、474a~474h、 484a〜484h、494a〜494h...壓電元件/元件 lQ6a~106d...導電薄片電極/薄片電極 l〇8a、108b...端子 lQ8a__.端子/正極端子 l〇8b…端子/負極端子 110…接合工具 110a...尖端 204a〜204d、404a〜404d、420~426、434a~434d...元件
I 2〇4a 卜 204a2、204ta、204b2...電氣隔離區 / 區域 204a3、204b3...凹口 /凹槽 26 201116354 206a〜206e···薄片電極 206a...電極/薄片電極 206al、206a2·.·導電區域 206a3...絕緣區 304a~304d…元件 304al〜a2、304bl~b2、304cl~c2、304dl~d2.··元件部分 306b、306d、306e、406a~406e··.電極 410...示範性半導體元件/半導體晶粒/導線架/元件 410a、410b…接合位置/接合墊/導線 422a、422b、424a、424b、426a、426b...變形區域 306a、306c、436a〜436e、446a~446e、456a~456e、466a~466i、 476a〜476i、486a~486i、496a〜496i...薄片電極 496a、496g、446d、446e…薄片電極/電極 fl、f2…頻率/頻率信號 Π...第一頻率/頻率/頻率信號 f2...第二頻率/頻率/頻率信號 flT1、f2T2…頻率信號 A...軸 27

Claims (1)

  1. 201116354 七、申請專利範圍： 1. -種使用，合至-引線接合機之—換能器的接合工 具來形成—引線接合之方法，該換能器包括-驅動機， .該方法包含以下步驟： ⑴施加-第-頻率的電能給該驅動機；及 (2)在施加該第-頻率的該電能的同時施加一第二 頻率的電能給魅動機，該第—鮮與該第二頻率彼此 不同。 2. 如申請專利範圍第i項所述之方法，其中步驟⑴包括施 加大約115kHZ的第-頻率的電能給該驅動機。 3. 如申請專利第丨項所述之方法，其中步驟(2)包括施 加大約12GkHz的第二頻率的電能給該驅動機。 (如申請專利範圍第i項所述之方法，其中步驟⑴包括施 加該大約115kHz的第-頻率的電能給該驅動機，且步驟 ⑵包括施加該大約12_2的第二頻率的電能給該驅動 機。 5·如申請專利第丨項所述之方法，進—步包含使該驅 動機包括複數侧電元件，各該複數纏電元件被分成 至少一彼此電氣隔離的區域的步驟。 6·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中步驟⑴包括施 加該第一頻率的電能給各該複數個壓電元件之該至少 二區域中的一第一區域’且步驟(2)包括施加該第二料 的電能給各該複數㈣電元件之該至少二區域中的一 第一·區域。 28 201116354 如申請專利範圍第5項所述之方法，其中步驟⑴包括施 加該第一解及該第二_的電能給各該複數個壓電 π件m v _區域中的—第—區域，歸驟⑵包括施 加該第-頻率及該第二頻率的電能給各該複數爐電 元件之該至少二區域中的—第二區域。 8. 如申請專利_第7項所叙方法，其中施加給該第一 區域及該第二區域的該第—頻率的電能彼此同相，且施 加給該第-區域及該第二區域的該第二頻率的電能彼 此異相。 i如申請專利範圍第i項所述之方法，其中施加該第一頻 率及該第二頻率的電能給該驅動機導致由該接合工具 之一尖端產生一非線性刷磨。 10.如申請專利範圍第！項所述之方法，其中該驅動機包括 至少一經配置以在電能施加之時在一第一方向上變形 的塵電元件’及至少—經配置以在電能施加之時在一第 二方向上變形的Μ元件，該第_方向與第二方向彼此 不同。 其中該第一方向為 方向為沿著該引線 lh如申請專利範圍第10項所述之方法， 沿著該引線接合機之一 X軸且該第二 接合機之一γ軸。 方向 12‘如申請專利第1G項所述之方法，其中該第—方向為 沿著該引線接合機之-X軸且該第二方向為—χγ剪切 ’其中該第一方向為 13.如申請專利範圍第10項所述之方法 29 201116354 沿著該引線接合機之一γ軸且該第二方向為一χγ剪切 方向。 14.如申請專利範圍第1〇項所述之方法’其中該至少一壓電 π件經配置以當施加該第一頻率的電能時在該第一方 向上變形’且該至少-壓電元件經配置以當施加該第二 頻率的電能時在一第二方向上變形。 a如申請專利範圍㈣項所述之方法，其中該至少一經配 置以在該第-方向上變形的壓電元件之變形導致一接 合工具尖端沿該引線接合機之_χ轴之—刷磨，且該至 夕經配置以在该第二方向上變形的壓電元件之變形 導致-接合工具尖端沿該引線接合機之一υ轴之一刷 磨。 6’-種使用_搞合至—引線接合機之—換能器的接合 具來形成-引線接合之方法，該舰心括—驅動機 該方法包含以下步驟： ⑴施加-第-頻率的電能給該驅動機以在一第 方向上驅動該接合工具之一尖端；及 (2)施加一第二頻率的電能給該驅動機以在一第 方向上驅動該接合工具之一尖端，該第一方向不同心 第二方向。 如_料利範_16销叙方法，其帽難動齡 加第-頻率的電能與對該驅動機施加該第二頻率㈣ 能是同時發生。 18·如申料利朗第16销述之方法，其中賴驅動機之 30 201116354 施加該第一頻率的電能與對該驅動機施加該第二頻率 的電能不是同時發生。 19. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中步驟（1)包括施 加該大約115kHz的第一頻率的電能給該驅動機。 20. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中步驟包括施 加該大約120kHz的第二頻率的電能給該驅動機。 21‘如申請專利範圍第16項所述之方法，其中步驟（1)包括施 加該大約115kHz的第一頻率的電能給該驅動機，且步驟 (2)包括施加該大約！ 20kHz的第二頻率的電能給該驅動 機。 22.如申請專利範圍第16項所述之方法，其中步驟⑴中的該 電能施加導致該接合工具之尖端產生大致沿該引線接 合機之-X軸之-刷磨，且其中步驟(2)中的該電能施加 導致該接合工具之尖端產生大致沿該引線接合機之一γ 轴之一刷磨。 技如申請專利範圍第16項所述之方法，其中進—步包含使 該驅動機包括複數㈣電元件，各該複數個壓電元件被 分成至少二彼此電氣隔離之區域的步驟。 24·如申請專利範圍第23項所述之方法，其中步驟⑴包括施 加該第一頻率的電能給各該複數個壓電元件之該至少 二區域中的ϋ域，且步驟(2)包括施加該第二頻率 的電能給各該複數個壓電元件之該至少二區域中的一 第-區域D 25.如申請專利範圍第23項所述之方法，其中步驟⑴包括施 31 201116354 加該第一頻率及該第_ ^ 一μ , 弟—頻率的電能給各該複數個壓電 兀件之該至少二區域中的— 第—區域，且步驟(2)包括施 加δ亥第一頻率及該第_ 弟—頻率的電能給各該複數個壓電 疋件之該至少二區域中的-第二區域。 26·如申物咖第25項所述之方法，其中施加給該第- 區域及該第二區域的該第-頻率的電能彼此同相，且施 加給該第一區域及該第二區域的該第二頻率㈣能彼 此異相。 27·如申請專利範圍第16項所述之方法，其讀該驅動機之 β亥第-頻率及該第二頻率的電能施加導致由該接合工 具之一尖端產生一非線性刷磨。 饥如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該驅動機包括 至少-經配置以在施加該第—頻率的電能之時在一第 —方向上變形的壓電元件’及至少-經配置以在施加該 第二頻率的電能之時在該第二方向上變形的壓電元 件，該第一方向與該第二方向彼此不同。 29·如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該第一方向為 沿著該引線接合機之-X轴且該第二方向為沿著該引線 接合機之一 Υ軸。 30·如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該第一方向為 沿著該引線接合機之一X軸且該第二方向為一χγ剪切 方向。 31.如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該第一方向為 /σ著該引線接合機之一 Υ軸且該第二方向為一χγ剪切 32 201116354 方向。 32. —種供使用在一引線接合操作中的換能器，該換能器包 含： (a) —經配置以支撐一接合工具的細長本體部分；及 (b) —用以提供振動給該細長本體部分的驅動機，該 驅動機包括複數個壓電元件，各該等複數個壓電元件被 分成至少二彼此電氣隔離的區域。 33. 如申請專利範圍第32項所述之換能器，其中一第一頻率 的電能經配置以施加給各該複數個壓電元件之該至少 二區域中的一第一區域，且一第二頻率的電能經配置以 施加給各該複數個壓電元件之該至少二區域中的一第 二區域。 34. 如申請專利範圍第33項所述之換能器，其中施加該第一 頻率及該第二頻率的電能給該驅動機導致由該接合工 具之一尖端產生一非線性刷磨。 35. 如申請專利範圍第33項所述之換能器，其中該第一頻率 是大約115kHz且該第二頻率是大約120kHz。 36. 如申請專利範圍第33項所述之換能器，其中施加該第一 頻率的電能給該第一區域導致該接合工具之一尖端在 一第一方向上的刷磨，且其中施加該第二頻率的電能給 該第二區域導致該接合工具之一尖端在一第二方向上 的刷磨，該第一方向不同於該第二方向。 37. 如申請專利範圍第36項所述之換能器，其中該第一方向 沿一引線接合機之一X軸延伸，且該第二方向沿該引線 33 201116354 接合機之一 γ軸延伸。 38. 如申請專利範圍第36項所述之換能器，其中該第一方向 大致平行於該換能器之一縱軸延伸，且該第二方向大致 ，垂直於該換能器之該縱軸延伸。 39. 如申請專利範圍第36項所述之換能器，其中該第一方向 大致垂直於該第二方向。 40. 如申請專利範圍第32項所述之換能器，其中一第一頻率 及一第二頻率的電能經配置以施加給各該複數個壓電 元件之該至少二區域中的一第一區域，且該第一頻率及 1亥第二頻率的電能經配置以施加給各該複數個壓電元 件之該至少二區域中的一第二區域。 41. 如申請專利範圍第40項所述之換能器，其中施加給該第 一區域及該第二區域的該第一頻率的電能彼此同相，且 施加給該第一區域及該第二區域的該第二頻率的電能 彼此異相。 42. 如申請專利範圍第32項所述之換能器，其中該本體部分 界定一驅動機孔，且該等複數個壓電元件定位於該驅動 機孔中。 43. 如申請專利範圍第32項所述之換能器，其中該等複數個 壓電元件包括至少一經配置以在電能施加之時在一第 一方向上變形的壓電元件，及至少一經配置以在電能施 加之時在一第二方向上變形的壓電元件，該第一方向與 第二方向彼此不同。 44. 一種在一引線接合操作中使用的換能器，該換能器包 34 201116354 含： (a) —經配置以支撐一接合工具的細長本體部分；及 (b) —用以提供振動給該細長本體部分的驅動機，該 驅動機經配置以接收電能及提供該接合工具之一尖端 的一非線性刷磨。 45. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該驅動機包 括複數個壓電元件，各該複數個壓電元件分為至少二彼 此電氣隔離的區域。 46. 如申請專利範圍第45項所述之換能器，其中一第一頻率 的電能經配置以施加給各該複數個壓電元件之該至少 二區域中的一第一區域，且一第二頻率的電能經配置以 施加給各該複數個壓電元件之該至少二區域中的一第 二區域。 47. 如申請專利範圍第46項所述之換能器，其中該第一頻率 是大約115kHz且該第二頻率是大約120kHz。 48. 如申請專利範圍第46項所述之換能器，其中（1)施加該 第一頻率的電能給該第一區域，而未施加該第二頻率的 電能給該第二區域，導致該接合工具之尖端在一第一方 向上產生一刷磨，（2)施加該第二頻率的電能給該第二 區域，而未施加該第一頻率的電能給該第一區域，導致 該接合工具之尖端在一第二方向上產生一刷磨，該第一 方向不同於該第二方向，及（3)施加該第一頻率的電能 給該第一區域且施加該第二頻率的電能給該第二區 域，導致該接合工具之尖端產生非線性刷磨。 35 201116354 49. 如申請專利範圍第48項所述之換能器，其中該第一方向 沿一引線接合機之一X軸延伸，且該第二方向沿該引線 接合機之一 Y軸延伸。 50. 如申請專利範圍第48項所述之換能器，其中該第一方向 大致平行於該換能器之一縱軸延伸，且該第二方向大致 垂直於該換能器之該縱軸延伸。 51. 如申請專利範圍第48項所述之換能器，其中該第一方向 大致垂直於該第二方向。 52. 如申請專利範圍第48項所述之換能器，其中一第一頻率 ，及一第二頻率的電能經配置以施加給各該複數個壓電 元件之該至少二區域中的一第一區域，且該第一頻率及 該第二頻率的電能經配置以施加給各該複數個壓電元 件之該至少二區域中的一第二區域。 53. 如申請專利範圍第52項所述之換能器，其中施加給該第 一區域及該第二區域的該第一頻率的電能是彼此同 相，且施加給該第一區域及該第二區域的該第二頻率的 電能是彼此異相。 54. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該非線性刷 磨遵循一李沙育(Lissajous)圖形。 55. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該非線性刷 磨遵循一圓形圖形。 56. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該非線性刷 磨遵循一橢圓形圖形。 57. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該非線性刷 36 201116354 磨遵循一網目形圖形。 58. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該驅動機包 括至少一經配置以在電能施加之時在一第一方向上變 形的壓電元件，及至少一經配置以在電能施加之時在一 第二方向上變形的壓電元件，該第一方向與第二方向彼 此不同。 59. 如申請專利範圍第58項所述之換能器，其中該第一方向 為沿一引線接合機之一 X軸且該第二方向為沿該引線接 合機之一 Y軸。 60. 如申請專利範圍第58項所述之換能器，其中該第一方向 為沿著一引線接合機之一 X軸且該第二方向為一 XY剪 切方向。 61. 如申請專利範圍第58項所述之換能器，其中該第一方向 為沿著一引線接合機之一 Y軸且該第二方向為一 XY剪 切方向。 62. 如申請專利範圍第58項所述之換能器，其中該至少一經 配置以在該第一方向上變形的壓電元件在一第一頻率 的電能被施加之時在該第一方向上變形，且該至少一經 配置以在該第二方向上變形的壓電元件在一第二頻率 的電能被施加之時在該第二方向上變形，該第一頻率不 同於該第二頻率。 63. 如申請專利範圍第44項所述之換能器，其中該本體部分 界定一驅動機孔，且該等複數個壓電元件定位於該驅動 機孔中。 37 201116354 64. —種供使用在一引線接合操作中的換能器，該換能器包 含： (a) —經配置以支撐一接合工具的細長本體部分；及 (b) —用以提供振動給該細長本體部分的驅動機，該 驅動機包括至少一經配置以在電能施加之時在一第一 方向上變形的壓電元件，及至少一經配置以在電能施加 之時在一第二方向上變形的壓電元件，該第一方向與第 二方向彼此不同。 65. 如申請專利範圍第64項所述之換能器，其中該至少一經 ,配置以在該第一方向上變形的壓電元件在一第一頻率 的電能被施加之時在該第一方向上變形，且該至少一經 配置以在該第二方向上變形的壓電元件在一第二頻率 的電能被施加之時在該第二方向上變形，該第一頻率不 同於該第二頻率。 66. 如申請專利範圍第64項所述之換能器，其中該第一方向 為沿著一引線接合機之一X軸且該第二方向為沿著該引 線接合機之一Y軸。 67. 如申請專利範圍第64項所述之換能器，其中該第一方向 為沿著一引線接合機之一X軸且該第二方向為一XY剪 切方向。 68. 如申請專利範圍第64項所述之換能器，其中該第一方向 為沿著一引線接合機之一Y軸且該第二方向為一XY剪 切方向。 69. 如申請專利範圍第65項所述之換能器，其中該第一頻率 38 201116354 是大約115kHz且該第二頻率是大約120kHz。 70. 如申請專利範圍第65項所述之換能器，其中（1)施加該第 一頻率的電能，而未施加該第二頻率的電能，導致該接 合工具之尖端在一第一方向上產生一刷磨，（2)施加該第 二頻率的電能，而未施加該第一頻率的電能，導致該接 合工具之尖端在一第二方向上產生一刷磨，該第一方向 不同於該第二方向，及(3)施加該第一頻率及該第二頻率 的電能導致該接合工具之尖端產生非線性刷磨。 71. 如申請專利範圍第70項所述之換能器，其中該刷磨之該 第一方向沿一引線接合機之一X軸延伸，且該刷磨之該 第二方向沿該引線接合機之一Y軸延伸。 72. 如申請專利範圍第70項所述之換能器，其中該刷磨之該 第一方向大致平行於該換能器之一縱軸延伸，且該刷磨 之該第二方向大致垂直於該換能器之該縱軸延伸。 73. 如申請專利範圍第70項所述之換能器，其中該刷磨之該 第一方向大致垂直於該刷磨之該第二方向。 74. 如申請專利範圍第64項所述之換能器，其中該第一方向 與第二方向大致彼此垂直。 75. 如申請專利範圍第64項所述之換能器，其中該本體部分 界定一驅動機孔，且該等複數個壓電元件定位於該驅動 機孔中。 39
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