壓電超聲換能器是高頻熱超聲引線鍵合系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成之一,其動力學(xué)行為特性對鍵合連接可靠性與質(zhì)量有著顯著影響,因此換能器動力學(xué)行為特性與控制技術(shù)的研究具有重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值,本文以調(diào)節(jié)高頻超聲壓電換能器電氣與動力學(xué)行為特性、提高鍵合效率和質(zhì)量為目的,系統(tǒng)研究了換能器激振聲源系統(tǒng)、換能器電學(xué)特性及動力行為特性的影響因素及規(guī)律、換能器動態(tài)響應(yīng)特性及最優(yōu)裝配預(yù)緊力控制、換能器動態(tài)阻抗相位檢測方法,獲得成果如下:(1)基于DDS直接數(shù)字頻率合成技術(shù)并結(jié)合高性能STM32單片機(jī)、阻抗相位檢測電路、電流真有效值檢測電路、功率放大器研制了高頻超聲換能器激振聲源儀器;基于LabVIEW虛擬儀器技術(shù)開發(fā)了高頻換能器多傳感信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);搭建了面向熱超聲引線鍵合高頻壓電換能系統(tǒng)多傳感信息采集平臺實(shí)現(xiàn)換能器電流、振幅、阻抗相位等重要信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測以及大量數(shù)據(jù)的采集與存儲,該平臺在本課題研究過程中承擔(dān)了換能器所有的實(shí)驗(yàn)以及測試工作。(2)建立了壓電超聲換能器諧振頻率附近等效電路導(dǎo)納模型,歸納出基于阻抗相位反饋技術(shù)的換能器調(diào)諧理論依據(jù),考察了換能器裝配預(yù)緊力對換能器電學(xué)特性的影響規(guī)律。(3)基于壓電換能器等效電路模型建立了換能器動態(tài)響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,通過實(shí)驗(yàn)與模型仿真對比驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性,得到影響換能器動態(tài)響應(yīng)特性的三大關(guān)鍵因素:裝配預(yù)緊力、激勵信號強(qiáng)度及頻率。提出利用系統(tǒng)響應(yīng)性能評價(jià)指標(biāo)中的超調(diào)量以及調(diào)節(jié)時(shí)間并結(jié)合大量細(xì)致的實(shí)驗(yàn)來研究分析三大關(guān)鍵因素對換能器動態(tài)響應(yīng)特性的影響規(guī)律。(4)提出一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的換能器動態(tài)響應(yīng)特性控制方法,從而達(dá)到調(diào)節(jié)換能器諧振特性的目的;建立了一種基于隨機(jī)森林算法的換能器最優(yōu)裝配預(yù)緊力控制新方法,提高了換能器的能量利用效率;提出一種新的基于希爾伯特變換的換能器動態(tài)阻抗相位檢測方法,進(jìn)行了前期基礎(chǔ)性理論驗(yàn)證研究,并提出利用信號過零點(diǎn)搜索提高希爾伯特變換計(jì)算阻抗相位差的精度,將希爾伯特變換計(jì)算的阻抗相位差與相位檢測芯片的檢測結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證了希爾伯特變換計(jì)算阻抗相位差的可行性和準(zhǔn)確性。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB552
【部分圖文】：

微連接技術(shù)是微電子封裝的核心環(huán)節(jié)，其目的是使集成電路芯片上的焊盤與??引線框架或基板焊盤形成可靠的電氣連接，保證芯片輸入、輸出信息暢通。目前??主流的微連接技術(shù)有引線鍵合、載帶自動焊、倒裝封裝等［３］。圖１－１所示為幾種??代表性的微連接技術(shù)，其中引線鍵合技術(shù)是１Ｃ芯片微連接領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的??技術(shù)ｗ＿［８］。??ＷｂＳＳＪｍ?ｉｉＶｍｉｌ??（ａ）引線鍵合?（ｂ）載帶自動焊?（ｃ）倒裝封裝??圖１－１各微連接技術(shù)示意圖??引線鍵合技術(shù)是指利用熱、力、超聲能量耦合作用，將芯片的基板焊盤與外??接引線焊盤進(jìn)行電氣互連的工藝技術(shù)。如圖１－２所示為熱超聲引線鍵合流程圖，??首先金屬絲穿過劈刀小孔并在高壓電火花作用下端部熔成球狀；隨著劈刀的下??降，金屬球在一定壓力作用下與焊盤接觸，在超聲振動、鍵合壓力以及加熱熱量??的共同作用下使得金屬球與焊盤接觸面產(chǎn)生塑性變形，從而形成第一焊點(diǎn)；接著??劈刀上升并向著引線框焊盤方向移動；最后在在熱量、壓力以及超聲能量耦合作??１??

?天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文???程中溫度的動態(tài)變化情況；采用ＮＩ公司高性能數(shù)據(jù)采集模塊ＵＳＢ－６３６６并基于??ＬａｂＶＩＥＷ虛擬儀器技術(shù)平臺構(gòu)建換能器多傳感信息數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成換能器??工作過程中振幅、振幅、電流、電壓等重要信息的大量數(shù)據(jù)采集與存儲。??

—售??圖２－１高頻超聲壓電換能器多傳感信息同步采集平臺??２．３自主研制的柔性夾持結(jié)構(gòu)高頻超聲換能器??熱超聲鍵合工藝中廣泛采用的Ｓａｎｄｗｉｃｈ結(jié)構(gòu)壓電超聲換能器通常由壓電陶??瓷晶堆、機(jī)械變幅桿、后蓋板組成夾心式結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷晶片在功率超聲信號的??驅(qū)動下產(chǎn)生機(jī)械振動，利用機(jī)械變幅桿將機(jī)械振動放大產(chǎn)生精密制造所需的機(jī)械??能。目前市場上應(yīng)用最為廣泛的商用級別引線鍵合換能器其諧振頻率為１００ｋＨｚ，??研究表明，當(dāng)使用高頻超聲能量時(shí)，不僅能降低鍵合溫度，而且鍵合接觸面形成??所需的時(shí)間也顯著減小，并且高頻壓電換器由于涉及從微觀到宏觀許多時(shí)空尺度??上的運(yùn)動，將會出現(xiàn)許多新的復(fù)雜動力學(xué)行為特性，因此本文將對自主研制的??１１０ｋＨｚ柔性夾持高頻超聲換能器展開研究，如圖２－２所示，其中圖２－２（ａ）所示為??肋環(huán)柔性夾持高頻超聲壓電換能器
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本文編號：2849575