粗铝丝键合超声换能器制造技术

本实用新型专利技术涉及功率超声键合领域，尤其是涉及一种粗铝丝键合超声换能器，包括设有键合工具的变幅杆、安装环以及超声马达，所述安装环安装在变幅杆上，用来把超声换能器安装在机器上，所述的变幅杆与超声马达相连，变幅杆把超声马达的机械振动的振幅放大并把振动转给键合工具，键合工具进一步放大机械振动的振幅，键合工具的尖端则把振动直接作用在粗铝丝或铝带上进行键合。所述超声马达包括前盖板、压电片、铜片、后盖板以及螺栓，所述前盖板用于连接变幅杆，压电片和铜片相间装配在前盖板和后盖板之间，并用螺栓压紧固定。与现有技术相比，本实用新型专利技术增强了实际的粗铝丝键合效率，保证了粗铝丝键合过程的稳定性。

Coarse aluminum wire bonding ultrasonic transducer

The utility model relates to a power ultrasonic bonding field, especially relates to a thick aluminum wire bonding ultrasonic transducer, including a horn, a bonding tool mounting ring and ultrasonic motor, the mounting ring is arranged on the horn, used the ultrasonic transducer installed on the machine, the horn is connected with ultrasonic motor, variable amplitude rod ultrasonic motor vibration amplitude amplification and vibration to the bonding tool, a bonding tool to further enlarge the amplitude of mechanical vibration, the tip of a bonding tool is a direct role in the vibration of thick aluminum wire or aluminium strip for bonding. The ultrasonic motor comprises a front cover, a piezoelectric film, sheet, back cover plate and bolt, the front cover plate for connecting the horn, piezoelectric and copper and is installed between the front cover plate and a back, and is fixed by the clamping bolt. Compared with the prior art, the utility model enhances the actual bonding efficiency of the coarse aluminum wire, and ensures the stability of the bonding process of the coarse aluminum wire.

【技术实现步骤摘要】
粗铝丝键合超声换能器
本技术涉及功率超声键合领域，尤其是涉及一种粗铝丝键合超声换能器。
技术介绍
引线键合是半导体封装中芯片内部连线的主要技术。在现代的引线键合机里，超声系统作为键合设备的核心部件，对键合质量起着至关重要的作用。超声系统由超声发生器、超声换能器和键合工具组成，其中超声发生器负责产生超声频率的电信号，超声换能器负责电能到机械能的转换，键合工具负责固定引线、拉线弧、传递压力和超声能量等作用。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相互扩散达到键合的目的。引线键合根据引线不同，可分为金线、铜线、银线、合金线、铝丝等键合，其中铝丝键合又可分为细铝丝、粗铝丝、铝带等键合。由于粗铝丝和铝带能够承载较大的电流，因而这两种键合广泛应用于大功率器件的封装，并且这两种键合所需要的超声系统是一样的。粗铝丝主要用于封装大、中功率三极管、可控硅、场效应管、大电流二极管以及IGBT等半导体功率器件。和粗铝丝相比，铝带拥有更好的导电性能和更小的接触电阻，主要用于大电流、高频率的IGBT、FRED等模块产品。近几年，由于特斯拉工艺受到认可，粗铝丝键合工艺又被引用到新能源汽车领域用于电池组之间的连线，这个新应用给粗铝丝键合带来极大的发展空间。和普通引线键合相比，粗铝丝键合在焊线过程中不需要特别的加热和高压打火，超声系统就显得尤其重要，其中键合功率和键合力是两个最主要的参数。普通引线键合引线直径为0.01-0.05mm,一般超声功率小于3W；而粗铝丝键合线经为0.1-0.6mm,这就需要粗铝丝键合的超声换能器有更大的功率，一般为30-80W，而且所需的键合力也比普通引线键合大10倍左右。另外,普通引线键合的键合工具为长度11.1mm直径1.586mm的瓷嘴，而粗铝丝键合的键合工具为长度63.6mm直径3.175mm的劈刀，这些对超声换能器有特殊的要求。超声换能器是整个超声系统的核心，通过调整超声换能器的设计可以改变键合工具的振动轨迹、振动幅度、振动模态和谐振频率。键合工具的振动幅度主要随超声换能器的功率增大而增大，受键合力的影响很小。通常超声换能器的功率越大，达到最大键合强度的时间越短，但是过大的超声功率会造成过键合导致焊盘产生裂纹或硬化，从而降低了键合强度，这就需要对超声换能器的功率、振动幅度和振动模态进行精准控制。随得小功率的电子元件慢慢集成化，大功率的电子元件也渐渐模块化，以及新能源汽车对三元电池组的大量需求，粗铝丝键合的应用越来越广，对键合质量的要求也越来越高。然而，国内生产的粗铝丝键合超声换能器只能做一些低端的产品，已经不能满足市场对键合质量和键合稳定性的要求。
技术实现思路
本技术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键合质量高、键合稳定性强的粗铝丝键合超声换能器。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本技术提供了一种粗铝丝键合超声换能器，包括设有键合工具的变幅杆、安装环以及超声马达，所述安装环安装在变幅杆上，用来把粗铝丝键合超声换能器安装在机器上，所述的变幅杆与超声马达相连，变幅杆把超声马达的机械振动的振幅放大并把振动转给键合工具，键合工具进一步放大机械振动的振幅，键合工具的尖端则把振动直接作用在粗铝丝或铝带上进行键合。本技术用于粗铝丝和铝带键合，整体共同组成的谐振频率和共振模态能满足粗铝丝键合对半导体封装中大功率器件的芯片内部连线和新能源汽车中电池组之间的连线要求。此外，变幅杆负责实现粗铝丝键合超声换能器的刚性。作为优选，所述超声马达包括前盖板、压电片、铜片、后盖板以及螺栓，所述前盖板用于连接变幅杆，压电片和铜片相间装配在前盖板和后盖板之间，并用螺栓压紧固定。超声马达形成粗铝丝键合超声换能器的振子，负责把电信号转换成所需频率的机械振动。压电片负责按给定的电信号产生超声振动，实现电能到机械能的转换；铜片负责充当压电片电极和提供给压电片电信号。前盖板和后盖板负责固定压电片，螺栓负责锁紧后盖板，把压电片锁在前盖板上，给压电片足够的预紧力，实现稳定的超声输出。作为优选，所述变幅杆和前盖板是一个整体，且前盖板为圆形，直径在12.0-15.0mm之间。如此设计，保证了超声传输的稳定性，增强了超声传输的效率。作为优选，所述压电片的数量为六，厚度在2.0-2.5mm之间，外径在12.0-15.0mm之间。如此设计，保证了超声换能器可以插产生粗铝丝键合所需要的功率，既能有较低的阻抗，同时又兼顾压电片的自身承受力。作为优选，所述变幅杆和后盖板都采用不锈钢金属材料。作为优选，所述键合工具为劈刀，通过顶丝把劈刀锁在变幅杆上。作为优选，所述键合工具可以为特制的底部为方块形状或圆柱形状的键合工具，可在贴片机上进行固晶键合，也可以进行其他应用。固晶键合的工艺具体为：先在芯片下植球，特制的键合工具把超声直接加在芯片上，融化下面的植球就形成了固晶键合。作为优选，所述安装环和变幅杆是一个整体，安装环的外径在15.7-16.0mm之间，内径在13.0-14.0mm之间，长度在6.8-7.8mm之间。安装环和变幅杆固定在一起，用来把粗铝丝键合超声换能器安装在机器上，并保证粗铝丝键合超声换能器的刚性，以保证超声换能器在较大的键合力作用下的稳定性，从而保证了键合过程的稳定性。作为优选，所述安装环和变幅杆的连接在振动节点或其附近。如此设计，安装环能隔离变幅杆的机械振动，尽可能减少振动转递到机器上。作为优选，所述粗铝丝键合超声换能器的总长度在66-69mm之间，且工作频率在57-65kHz之间。与现有技术相比，本技术具有以下优点：1、本技术采用优化的超声马达设计，使超声换能器能有较低的阻抗8-12欧姆和较大的输出功率，可以增加电能到机械能的转换效率，从而增强了实际的粗铝丝键合效率。2、本技术通过设计优化使超声换能器有比较精准的共振模态，可以保证超声换能器输出的稳定性，从而保证粗铝丝键合过程的稳定性,没有明显的虚焊和过焊。3、本技术的安装环既能保证粗铝丝键合超声换能器的刚度，又能隔离机械振动的传递，从而保证换了粗铝丝键合超声换能器锁在机器上工作的稳定性。附图说明图1为实施例1的结构示意图；图2为实施例2的结构示意图；附图中：1-变幅杆，2-前盖板，3-压电片，4-铜片，5-后盖板，6-螺栓，7-安装环，8-顶丝，9-劈刀，10-底部为方块形状的键合工具。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：如图1所示，本实施例用于粗铝丝和铝带键合，其结构主要包括变幅杆1、前盖板2、压电片3、铜片4、后盖板5、螺栓6以及安装环7，此外变幅杆1上还设有顶丝8和劈刀9。压电片3负责按给定的电信号产生机械振动，实现电能到机械能的转换。6片压电片3保证了超声换能器可以产生粗铝丝键合所需要的能量，本实施例既能有较低的阻抗，同时又兼顾压电片的自身承受力。铜片4负责充当压电片3的电极和提供给压电片3电信号。压电片3和铜片4相间装配在前盖板和后盖板之间，螺栓6负责锁紧后盖板5，把压电片3和铜片4锁在前盖板2上，给压电片3足够的预紧力，实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种粗铝丝键合超声换能器，其特征在于：包括设有键合工具的变幅杆、安装环以及超声马达，所述安装环安装在变幅杆上，所述的变幅杆与超声马达相连，变幅杆把超声马达的机械振动的振幅放大并把振动转给键合工具，键合工具进一步放大机械振动的振幅，键合工具的尖端则把振动直接作用在粗铝丝或铝带上进行键合。

【技术特征摘要】
1.一种粗铝丝键合超声换能器，其特征在于：包括设有键合工具的变幅杆、安装环以及超声马达，所述安装环安装在变幅杆上，所述的变幅杆与超声马达相连，变幅杆把超声马达的机械振动的振幅放大并把振动转给键合工具，键合工具进一步放大机械振动的振幅，键合工具的尖端则把振动直接作用在粗铝丝或铝带上进行键合。2.根据权利要求1所述的粗铝丝键合超声换能器，其特征在于：所述超声马达包括前盖板、压电片、铜片、后盖板以及螺栓，所述前盖板用于连接变幅杆，压电片和铜片相间装配在前盖板和后盖板之间，并用螺栓压紧固定。3.根据权利要求2所述的粗铝丝键合超声换能器，其特征在于：所述变幅杆和前盖板是一个整体，且前盖板为圆形，直径在12.0-15.0mm之间。4.根据权利要求2所述的粗铝丝键合超声换能器，其特征在于：所述压电片的数量为六，厚度在2.0-2.5mm之间，外径在12.0-15.0m...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相超，
申请(专利权)人：上海相友超声科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31