用于微电子封装的双向振动热超声换能器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于微电子封装的双向振动热超声换能器，其包括换能部分和聚能部分，所述换能部分包括后盖板、弯振压电陶瓷片组、间隔环、纵振压电陶瓷片组、安装环和前盖板；所述聚能部分包括变幅杆及设置在该变幅杆端部的键合装置，所述换能部分通过预紧螺栓与所述变幅杆相连接。采用半圆环压电陶瓷片与整圆环压电陶瓷片结合的方式，采用相同频率不同相位的正弦电压分别激励，实现热超声换能器的轴向振动与径向振动共同激发，满足热超声换能器双向振动的要求，有效解决一维纵向能量在键合时存在结合面不充分等问题，提升键合效果，确保键合点的可靠性，延长使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
用于微电子封装的双向振动热超声换能器
本技术涉及换能器
，特别涉及一种用于微电子封装的双向振动热超声换能器。
技术介绍
微电子封装技术作为集成电路产业发展的重要支柱，已经成为影响国民经济发展的关键因素之一。引线键合是一种使用细金属线，利用热、压力、超声波能量使得金属引线与基板焊盘紧密焊合，实现芯片与基板间的电气互连和芯片间的信息互通。引线键合以工艺实现简单、成本低廉、适用多种封装形式等优点而在连接方式中占主导地位，目前90％以上的管脚封装采用的均是引线键合连接。换能器作为热超声键合的核心执行机构，换能器的工作性能直接影响IC或LED芯片的键合/互连质量，在对键合速度与质量要求更高的工作场合影响更大，其发展现状与趋势一直成为领域内，尤其半导体装备公司和研究机构关注的对象。目前热超声换能器均为一维纵向超声能量加载模式，该种超声加载方式进行超声键合时，基板铝材料会沿单一方向挤出，造成不充分的结合面，这种不充分的结合面不仅导致键合强度下降，且严重影响键合点可靠性和寿命。此外，当键合速度增加时，某些键合点还会出现裂纹、空洞等不良现象，造成芯片封装的大量废品出现。鉴于此，本技术提出了一种用于微电子封装引线键合的双向振动热超声换能器，提出采用双向复合超声能量的加载模式来解决当前引线键合存在的问题。
技术实现思路
针对上述不足，本技术的目的在于，提供一种结构设计巧妙、合理，采用双向复合超声能量的加载模式来解决一维纵向能量在键合时存在结合面不充分等问题的用于微电子封装的双向振动热超声换能器。本技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种用于微电子封装的双向振动热超声换能器，其包括换能部分和聚能部分，所述换能部分包括后盖板、弯振压电陶瓷片组、间隔环、纵振压电陶瓷片组、安装环和前盖板；该前盖板、安装环、纵振压电陶瓷片组、间隔环、弯振压电陶瓷片组和后盖板按由前至后顺序依次叠置。所述聚能部分包括变幅杆及设置在该变幅杆端部的键合装置，所述换能部分通过预紧螺栓与所述变幅杆相连接，所述安装环位于轴向振动位移和弯向振动位移的共同节点处。所述弯振压电陶瓷片组包括至少两对半圆环压电陶瓷片，每一对半圆环压电陶瓷片对称设置在预紧螺栓的左右两侧，且对称设置的半圆环压电陶瓷片的极化方向相反；相邻两对半圆环压电陶瓷片的极化方向相反。所述纵振压电陶瓷片组包括至少两片整圆环压电陶瓷片，相邻两片整圆环压电陶瓷片的极化方向相反。作为本技术的进一步改进，相邻两对半圆环压电陶瓷片之间设有不锈钢圆环隔开。作为本技术的进一步改进，相邻两片整圆环压电陶瓷片之间设有不锈钢圆环隔开。作为本技术的进一步改进，所述预紧螺栓上套设有绝缘管。作为本技术的进一步改进，所述变幅杆和前盖板为一体连接结构。作为本技术的进一步改进，所述变幅杆沿轴线方向的外形轮廓为指数曲线型。作为本技术的进一步改进，所述半圆环压电陶瓷片和整圆环压电陶瓷片的材料系数为PZT-8。作为本技术的进一步改进，所述安装环的外形轮廓为方形，其的四个角部分别设有一安装孔。作为本技术的进一步改进，所述半圆环压电陶瓷片连接A相交流电压，所述整圆环压电陶瓷片连接B相交流电压，A、B相交流电压存在90°的相位差。本技术的有益效果为：本技术的结构设计巧妙，合理在结构上采用半圆环压电陶瓷片与整圆环压电陶瓷片结合的方式，半圆环压电陶瓷片与整圆环压电陶瓷片采用相同频率不同相位的正弦电压分别激励，利用压电陶瓷的逆压电效应，将超声频率的电信号转化为高频机械振动，实现热超声换能器的轴向振动与径向振动共同激发，然后通过聚能器传输并放大振动信号后将能量传递给键合装置，带动芯片和基板高速摩擦完成引线键合过程，满足热超声换能器双向振动的要求，有效解决一维纵向能量在键合时存在结合面不充分等问题，提升键合效果，确保键合点的可靠性，延长使用寿命。下面结合附图与实施例，对本技术进一步说明。附图说明图1是本技术的立体结构示意图。图2是本技术的剖视结构示意图。图3是本技术中弯振压电陶瓷片组和纵振压电陶瓷片组的结构示意图。图4是本技术的电极连接方式图。图5是本技术的周期振型变化图。具体实施方式实施例：见图1至图5，本技术提供的一种用于微电子封装的双向振动热超声换能器，其包括换能部分和聚能部分，所述换能部分包括后盖板1、弯振压电陶瓷片组2、间隔环3、纵振压电陶瓷片组4、安装环5和前盖板6；该前盖板6、安装环5、纵振压电陶瓷片组4、间隔环3、弯振压电陶瓷片组2和后盖板1按由前至后顺序依次叠置。所述聚能部分包括变幅杆7及设置在该变幅杆7端部的键合装置8，所述换能部分通过预紧螺栓9与所述变幅杆7相连接，所述安装环5位于轴向振动位移和弯向振动位移的共同节点处，可以有效减少机械耦合。所述弯振压电陶瓷片组2包括至少两对半圆环压电陶瓷片，每一对半圆环压电陶瓷片对称设置在预紧螺栓9的左右两侧，且对称设置的半圆环压电陶瓷片的极化方向相反；相邻两对半圆环压电陶瓷片的极化方向相反。所述纵振压电陶瓷片组4包括至少两片整圆环压电陶瓷片，相邻两片整圆环压电陶瓷片的极化方向相反。所述变幅杆7沿轴线方向的外形轮廓为指数曲线型。所述变幅杆7的表面粗糙度为0.8μm，有效减少超声能量的损耗与寄生模态的生成。较佳的，在相邻两对半圆环压电陶瓷片之间设有不锈钢圆环隔开。相邻两片整圆环压电陶瓷片之间设有不锈钢圆环隔开。在所述预紧螺栓9上套设有绝缘管。所述半圆环压电陶瓷片和整圆环压电陶瓷片的材料系数为PZT-8，压力性能好。所述变幅杆7和前盖板6为一体连接结构，通过整体材料加工而成的。而且后盖板1、不锈钢圆环、安装环5、前盖板6、变幅杆7、预紧螺栓9采用相同材质，减少装配对换能器性能的影响。本实施例中，所述安装环5的外形轮廓优选为方形，其的四个角部分别设有一安装孔，给安装使用带来方便。具体的，本实施例中，弯振压电陶瓷片组2采用四片半圆环形压电陶瓷片组成，两片一对；纵振压电陶瓷片组4采用两片整圆环形压电陶瓷片组成，与一块间隔环3和六片铜片电极隔片相安装。所述半圆环形压电陶瓷片和整圆环形压电陶瓷片外径优选为13.5mm，内孔直径优选为5mm，厚度优选为2.3mm。间隔环3的内外径分别优选为13.5mm和5mm，厚度为5mm。铜片电极的内径和外径分别优选为14mm和5mm。预紧螺钉的型号为10-32UNF，长度优选为30mm。前盖板6和后盖板1的内外径分别优选为13.5mm和5mm，厚度优选为10mm，圆槽直径优选为7mm，槽深5mm。安装环5优选为20mm方形块，厚度优选为4mm，四棱边均倒4mm圆角。变幅杆7的圆柱段轴向长度优选为18mm，直径优选为7.5mm。变幅杆7的锥形段轴向长度优选为30mm，小端面直径优选为5mm。参见图4，将所述半圆环压电陶瓷片连接A相交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于微电子封装的双向振动热超声换能器，其包括换能部分和聚能部分，其特征在于：所述换能部分包括后盖板、弯振压电陶瓷片组、间隔环、纵振压电陶瓷片组、安装环和前盖板；该前盖板、安装环、纵振压电陶瓷片组、间隔环、弯振压电陶瓷片组和后盖板按由前至后顺序依次叠置；所述聚能部分包括变幅杆及设置在该变幅杆端部的键合装置，所述换能部分通过预紧螺栓与所述变幅杆相连接，所述安装环位于轴向振动位移和弯向振动位移的共同节点处；所述弯振压电陶瓷片组包括至少两对半圆环压电陶瓷片，每一对半圆环压电陶瓷片对称设置在预紧螺栓的左右两侧，且对称设置的半圆环压电陶瓷片的极化方向相反；相邻两对半圆环压电陶瓷片的极化方向相反；所述纵振压电陶瓷片组包括至少两片整圆环压电陶瓷片，相邻两片整圆环压电陶瓷片的极化方向相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于微电子封装的双向振动热超声换能器，其包括换能部分和聚能部分，其特征在于：所述换能部分包括后盖板、弯振压电陶瓷片组、间隔环、纵振压电陶瓷片组、安装环和前盖板；该前盖板、安装环、纵振压电陶瓷片组、间隔环、弯振压电陶瓷片组和后盖板按由前至后顺序依次叠置；所述聚能部分包括变幅杆及设置在该变幅杆端部的键合装置，所述换能部分通过预紧螺栓与所述变幅杆相连接，所述安装环位于轴向振动位移和弯向振动位移的共同节点处；所述弯振压电陶瓷片组包括至少两对半圆环压电陶瓷片，每一对半圆环压电陶瓷片对称设置在预紧螺栓的左右两侧，且对称设置的半圆环压电陶瓷片的极化方向相反；相邻两对半圆环压电陶瓷片的极化方向相反；所述纵振压电陶瓷片组包括至少两片整圆环压电陶瓷片，相邻两片整圆环压电陶瓷片的极化方向相反。


2.根据权利要求1所述的用于微电子封装的双向振动热超声换...

【专利技术属性】
技术研发人员：隆志力，胡广豪，马文举，李祚华，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：新型
国别省市：广东;44