一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，包括變幅桿(1)、瓷嘴螺絲(2)、鍵合工具(3)、后蓋板(4)、螺栓(5)、壓電片(6)，所述的變幅桿(1)的前端安裝鍵合工具(3)；所述的瓷嘴螺絲(2)鎖定變幅桿(1)和鍵合工具(3)；所述的后蓋板(4)通過螺栓(5)將銅片(7)、壓電片(6)與變幅桿(1)后端固定在一起，還包括第一凸緣結(jié)構(gòu)(8)和第二凸緣結(jié)構(gòu)(9)，前后設(shè)置在變幅桿(1)上，并位于換能器的兩個工作頻率的兩個振動節(jié)點(diǎn)之間。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有可用于多種頻率、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體封裝設(shè)備領(lǐng)域，涉及引線鍵合機(jī)里一種帶凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代的引線鍵合機(jī)里，超聲換能器對鍵合的質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在引線鍵合過程中，引線在熱量、壓力和超聲能量的共同作用下，與焊盤金屬發(fā)生原子間擴(kuò)散達(dá)到鍵合的目的。根據(jù)引線不同，又可分為金線、銅線、銀線、合金線、鋁線鍵合等。超聲系統(tǒng)作為鍵合設(shè)備的核心部件，由發(fā)生器、換能器和鍵合工具組成。其中發(fā)生器負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲頻率的電信號，換能器負(fù)責(zé)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換作用，鍵合工具負(fù)責(zé)固定引線、傳遞壓力和超聲能量、拉弧等作用。換能器在整個系統(tǒng)中最為重要，通過調(diào)整換能器可以改變鍵合工具的振動軌跡、振動幅度和系統(tǒng)諧振頻率。鍵合工具的振動幅度主要隨超聲功率的增大而增大，受鍵合力的影響很小。并且超聲功率越大，達(dá)到最大鍵合強(qiáng)度的時(shí)間越短，反映出越快的鍵合速度。但是過大的超聲功率會導(dǎo)致焊盤產(chǎn)生裂紋或硬化，降低鍵合強(qiáng)度。良好的自動鍵合機(jī)需要對超聲振幅和鍵合時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。
[0003]引線鍵合隨著前端工藝的發(fā)展正朝著超精細(xì)鍵合和大鍵合面積的趨勢發(fā)展，對換能器的要求也越來越高。具有單一共振頻率的換能器已經(jīng)不能滿足實(shí)際的需要，例如有時(shí)候引線框架的共振頻率會和換能器的工作頻率一致，換能器應(yīng)具有兩個或以上可使用的工作頻率。長換能器是一種比較常用的設(shè)計(jì)，這里的長換能器是指具有三倍波長或兩倍半波長。由于長換能器可以利用的節(jié)點(diǎn)很多，不同頻率對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置是不一樣的，安裝在機(jī)器上既要保證換能器的剛度，又不影響超聲性能，如何選擇安裝位置和設(shè)計(jì)凸緣結(jié)構(gòu)成了一很關(guān)鍵的問題。
[0004]引線鍵合機(jī)所使用的超聲換能器主要由變幅桿、壓電片、后蓋板、螺栓、銅片五部分組成，此外還有瓷嘴螺絲、鍵合工具和安裝凸緣。壓電片負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲振動，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。銅片負(fù)責(zé)給充當(dāng)壓電片電極和提供電信號。變幅桿負(fù)責(zé)放大超聲振動的幅度并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的剛性，在變幅桿的前端有一個孔用來裝鍵合工具，瓷嘴螺絲負(fù)責(zé)把他們鎖在一起。后蓋板和螺栓一起負(fù)責(zé)給壓電片預(yù)緊力和固定壓電片，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超聲輸出。安裝凸緣用來把換能器安裝在機(jī)器上，通常我們把安裝凸緣和變幅桿設(shè)計(jì)在一起。針對長換能器，超聲振動包含多個振動節(jié)點(diǎn)，并且沿變幅桿長度方向以振蕩波形的形式傳遞振動。為了保證系統(tǒng)的剛性，通常我們采用雙安裝凸緣。第一安裝凸緣和第二安裝凸緣都沿著變幅桿的長度方向設(shè)置，第二安裝凸緣和第一安裝凸緣分開一段距離。超聲換能器通過第一安裝凸緣和第二安裝凸緣安裝在機(jī)器上。
[0005]中國發(fā)明專利申請?zhí)枮?00710187837.1的公開了一種具有改良剛度的帶凸緣的換能器，該換能器包含有:角體，其被配置來在操作過程中沿著其長度方向傳遞振動，該振動是以包含有多個振動節(jié)點(diǎn)的振蕩波形的形式；超聲波發(fā)生器，其和角體的一個端部相連；鍵合工具，其和角體的相對的另一端部相連一執(zhí)行鍵合操作；第一凸緣結(jié)構(gòu)，其沿著角體的長度方向設(shè)置在第一振動節(jié)點(diǎn)處，以裝配該換能器；第二凸緣結(jié)構(gòu)，其沿著角體的長度方向設(shè)置在第二振動節(jié)點(diǎn)處，以裝配該換能器，該第二凸緣結(jié)構(gòu)和第一凸緣結(jié)構(gòu)分隔一段距離，該距離為至少兩個連續(xù)的振動節(jié)點(diǎn)(一倍波長)。但是對于雙頻換能器，工作頻率一和工作頻率二的節(jié)點(diǎn)是完全不一樣的。這種結(jié)構(gòu)就不能滿足兩個頻率同時(shí)工作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可用于多種頻率、安裝靈活的帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器。
[0007]本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，包括變幅桿、瓷嘴螺絲、鍵合工具、后蓋板、螺栓、壓電片，所述的變幅桿的前端安裝鍵合工具；所述的瓷嘴螺絲鎖定變幅桿和鍵合工具；所述的后蓋板通過螺栓將銅片、壓電片與變幅桿后端固定在一起，其特征在于，還包括第一凸緣結(jié)構(gòu)和第二凸緣結(jié)構(gòu)，前后設(shè)置在變幅桿上，并位于換能器的兩個工作頻率的兩個振動節(jié)點(diǎn)之間。
[0008]所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)和第二凸緣結(jié)構(gòu)靠近兩個振動頻率的振動節(jié)點(diǎn)。
[0009]所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)和第二凸緣結(jié)構(gòu)為彎曲結(jié)構(gòu)，具體為類似S型的結(jié)構(gòu)來達(dá)到減弱超聲振動傳遞的目的。
[0010]所述的換能器的兩個工作頻率中工作頻率一位于120kHz?140kHz，工作頻率二位于 70kHz ?80kHz。
[0011]所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)和第二凸緣結(jié)構(gòu)之間的距離為工作頻率一的0.5?I倍波長，或?yàn)樾∮诠ぷ黝l率二的半倍波長。
[0012]所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)上設(shè)有將換能器安裝在機(jī)器上的第一安裝孔，所述的第二凸緣結(jié)構(gòu)上設(shè)有將換能器安裝在機(jī)器上的第二安裝孔。
[0013]所述的變幅桿的材質(zhì)為鋁合金、不銹鋼、因瓦合金或鈦合金中的一種。
[0014]所述的換能器的頻率可以為兩個或以上。
[0015]本實(shí)用新型新型的凸緣結(jié)構(gòu)有隔離超聲振動的作用，同時(shí)又保證了換能器的剛度。對于雙頻或多頻換能器，不同頻率有不同的振動節(jié)點(diǎn)，想要把不同頻率的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)成完全一樣是非常困難的，大部分情況是不能實(shí)現(xiàn)的。為了使兩個或多個頻率都可以工作，凸緣結(jié)構(gòu)不放在任何工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)處，而放在兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)之間并靠近兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)的地方，并采用彎曲凸緣結(jié)構(gòu)來減少兩個工作頻率超聲振動的傳遞。換能器產(chǎn)生的超聲振動在振動節(jié)點(diǎn)位置為最小，但是在振動節(jié)點(diǎn)靠近的位置，超聲振動也是比較小。盡管有微弱的超聲振動通過凸緣結(jié)構(gòu)傳遞出來，我們可以通過凸緣結(jié)構(gòu)的彎曲設(shè)計(jì)來進(jìn)一步減弱超聲振動到安裝位置的傳遞。因?yàn)橥咕壗Y(jié)構(gòu)有其自身的振動模態(tài)，所以同時(shí)也要保證安裝孔在凸緣結(jié)構(gòu)的位置是在靠近工作頻率一在凸緣結(jié)構(gòu)的振動節(jié)點(diǎn)和工作頻率二在凸緣結(jié)構(gòu)的振動節(jié)點(diǎn)的地方，從而使得換能器安裝在機(jī)器上時(shí)，超聲振動基本不會通過安裝孔傳遞到引線鍵合機(jī)上，又不至于降低系統(tǒng)的剛度，保證了超聲系統(tǒng)和鍵合機(jī)器的穩(wěn)定性。由于采用該凸緣結(jié)構(gòu)，雙頻換能器的兩個工作頻率和其阻抗變化可以控制在合理的范圍內(nèi)。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，為了使兩個頻率都可以工作，本實(shí)用新型把凸緣結(jié)構(gòu)不放在任何工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)處，而放在兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)之間并靠近兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)的地方，使得換能器可以用的空間增多。同時(shí)采用柔性凸緣結(jié)構(gòu)來減少兩個工作頻率超聲振動的傳遞。第一凸緣結(jié)構(gòu)和第二凸緣結(jié)構(gòu)的距離對于不用的工作頻率是不一樣的，該距離可以是工作頻率一的半倍波長和一倍波長之間，也可以是工作頻率二的少于半倍波長的距離。本實(shí)用新型采用了一個新型的凸緣結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雙頻換能器的動態(tài)隔離換能器的超聲振動到機(jī)器的傳遞，同時(shí)保證了換能器的剛度，使換能器可以穩(wěn)定工作。本實(shí)用新型凸緣結(jié)構(gòu)不局限于單頻換能器，可以應(yīng)用在雙頻或多頻換能器上。由于不同的頻率由自己的優(yōu)勢，使得換能器的性能增強(qiáng)。本實(shí)用新型沒有限制第一安裝凸緣和第二安裝凸緣的距離，可以根據(jù)系統(tǒng)的要求選擇合適的安裝位置，使得安裝的靈活性增加。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本實(shí)用新型換能器和凸緣結(jié)構(gòu)立體示意圖；
[0018]圖2為本實(shí)用新型換能器工作頻率一振動幅度變化曲線示意圖。
[0019]圖3為本實(shí)用新型換能器工作頻率二振動幅度變化曲線示意圖；
[0020]下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明:
[0021]圖1中標(biāo)號所示:
[0022]1、變幅桿，la、瓷嘴孔，2、瓷嘴螺絲，3、鍵合工具，4、后蓋板，5、螺栓，6、壓電片，7、
銅片；
[0023]圖2中標(biāo)號所示:
[0024]8、第一凸緣結(jié)構(gòu)，8a、第一安裝孔，9、第二凸緣結(jié)構(gòu)，9a、第二安裝孔，10、工作頻率一振動前節(jié)點(diǎn)，11、工作頻率一振動后節(jié)點(diǎn)；
[0025]圖3中標(biāo)號所示:
[0026]12、工作頻率二振動前節(jié)點(diǎn)，13、工作頻率二振動后節(jié)點(diǎn)，14、第一凸緣結(jié)構(gòu)放置處，15、第二凸緣結(jié)構(gòu)放置處。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]實(shí)施例1
[0029]如圖1?3所示，本實(shí)用新型的新型超聲換能器主要由變幅桿1、后蓋板4、螺栓5、壓電片6、銅片7五部分組成，此外還有瓷嘴螺絲2、鍵合工具3、第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9。所述的變幅桿I的前端安裝鍵合工具3 ;所述的瓷嘴螺絲2鎖定變幅桿I和鍵合工具3 ;所述的后蓋板4通過螺栓5將銅片7、壓電片6與變幅桿I后端固定在一起，第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9前后設(shè)置在變幅桿I上，并位于換能器的兩個工作頻率的兩個振動節(jié)點(diǎn)之間。第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9為彎曲結(jié)構(gòu)，具體為類似S型的結(jié)構(gòu)來達(dá)到減弱超聲振動傳遞的目的。
[0030]壓電片6負(fù)責(zé)產(chǎn)生超聲振動，實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。銅片7負(fù)責(zé)給充當(dāng)壓電片電極和提供電信號。變幅桿I負(fù)責(zé)傳遞并放大超聲振動的幅度。換能器的剛性也主要由變幅桿I來實(shí)現(xiàn)。在變幅桿I的前端有一個瓷嘴孔Ia用來裝鍵合工具3，瓷嘴螺絲2負(fù)責(zé)把變幅桿I和鍵合工具3鎖在一起。后蓋板4和螺栓5 —起負(fù)責(zé)固定壓電片6，給壓電片6初始的預(yù)緊力以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的超聲輸出。第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9和變幅桿I長在一起，用螺絲通過第一安裝孔8a和第二安裝孔9a來把換能器安裝并固定在機(jī)器上。
[0031]圖2表明當(dāng)換能器處于工作頻率一的使用狀態(tài)時(shí)，沿著換能器的長度方向變化的振動幅度曲線。由超聲波發(fā)生器所產(chǎn)生的波形具有振動幅度最小的振動節(jié)點(diǎn)分別為工作頻率一振動前節(jié)點(diǎn)10和工作頻率一振動后節(jié)點(diǎn)11。第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9分別靠近工作頻率一振動前節(jié)點(diǎn)10和工作頻率一振動后節(jié)點(diǎn)11。
[0032]圖3表明當(dāng)換能器處于工作頻率二的使用狀態(tài)時(shí)，沿著換能器的長度方向變化的振動幅度曲線。由超聲波發(fā)生器所產(chǎn)生的波形具有振動幅度最小的振動節(jié)點(diǎn)分別為工作頻率二振動前節(jié)點(diǎn)12和工作頻率二振動后節(jié)點(diǎn)13。第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9分別靠近工作頻率二振動前節(jié)點(diǎn)12和工作頻率二振動后節(jié)點(diǎn)13。
[0033]其中工作頻率二振動后節(jié)點(diǎn)13位于換能器馬達(dá)上，不可能用來安裝凸緣結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型為了使工作頻率一和工作頻率二都可以工作，對于第一凸緣結(jié)構(gòu)5，不放在兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn):工作頻率一振動前節(jié)點(diǎn)10和工作頻率二振動前節(jié)點(diǎn)12處，而放在兩個工作頻率的工作頻率一振動前節(jié)點(diǎn)10和工作頻率二振動前節(jié)點(diǎn)12之間靠近兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)的地方:第一凸緣結(jié)構(gòu)放置處14，并采用柔性凸緣結(jié)構(gòu)來減少兩個工作頻率超聲振動的傳遞。
[0034]同樣對于第二凸緣結(jié)構(gòu)9，不放在兩個振動節(jié)點(diǎn):工作頻率一振動后節(jié)點(diǎn)11和工作頻率二振動后節(jié)點(diǎn)13處，而放在工作頻率一振動后節(jié)點(diǎn)11和工作頻率二振動后節(jié)點(diǎn)之間靠近兩個工作頻率的振動節(jié)點(diǎn)的地方:第二凸緣結(jié)構(gòu)放置處15。
[0035]第一凸緣結(jié)構(gòu)8和第二凸緣結(jié)構(gòu)9的距離對于不用的工作頻率是不一樣的，該距離可以是工作頻率一的半倍波長和一倍波長之間，也可以是工作頻率二的少于半倍波長的距離(工作頻率一位于120kHz?140kHz，工作頻率二位于70kHz?80kHz)。安裝孔在凸緣結(jié)構(gòu)的位置第一安裝孔8a和第二安裝孔9a也是在靠近工作頻率一在凸緣結(jié)構(gòu)的振動節(jié)點(diǎn)和工作頻率二在凸緣結(jié)構(gòu)的振動節(jié)點(diǎn)的地方，從而使得換能器安裝在機(jī)器上時(shí)，超聲振動不會通過安裝孔傳遞到引線鍵合機(jī)上，又不至于降低很多系統(tǒng)的剛度，保證了超聲系統(tǒng)和鍵合機(jī)器的穩(wěn)定性。
[0036]變幅桿I的材質(zhì)為鋁合金、不銹鋼、因瓦合金或鈦合金中的一種。
[0037]所述的換能器的頻率可以為兩個或以上。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，包括變幅桿瓷嘴螺絲(2^鍵合工具(3^后蓋板(4)、螺栓(5)、壓電片￠)，所述的變幅桿(1)的前端安裝鍵合工具(3)；所述的瓷嘴螺絲⑵鎖定變幅桿⑴和鍵合工具⑶；所述的后蓋板⑷通過螺栓⑶將銅片⑵、壓電片(6)與變幅桿(1)后端固定在一起，其特征在于，還包括第一凸緣結(jié)構(gòu)(8)和第二凸緣結(jié)構(gòu)(9),前后設(shè)置在變幅桿(1)上，并位于換能器的兩個工作頻率的兩個振動節(jié)點(diǎn)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，其特征在于，所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)(8)和第二凸緣結(jié)構(gòu)(9)靠近兩個振動頻率的振動節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，其特征在于，所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)(8)和第二凸緣結(jié)構(gòu)(9)為彎曲結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，其特征在于，所述的換能器的兩個工作頻率中工作頻率一位于120紐2?140紐2，工作頻率二位于70紐2?80 紐2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，其特征在于，所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)(8)和第二凸緣結(jié)構(gòu)(9)之間的距離為工作頻率一的0.5?1倍波長，或?yàn)樾∮诠ぷ黝l率二的半倍波長。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，其特征在于，所述的第一凸緣結(jié)構(gòu)(8)上設(shè)有將換能器安裝在機(jī)器上的第一安裝孔(&!),所述的第二凸緣結(jié)構(gòu)(9)上設(shè)有將換能器安裝在機(jī)器上的第二安裝孔(如
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有凸緣結(jié)構(gòu)的雙頻長換能器，其特征在于，所述的變幅桿(1)的材質(zhì)為鋁合金、不銹鋼、因瓦合金或鈦合金中的一種。
【文檔編號】B06B1/06GK204234308SQ201420639753
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】李相超 申請人:上海相友超聲科技有限公司