壓電超聲換能器是高頻熱超聲引線鍵合系統(tǒng)中的關鍵組成之一,其動力學行為特性對鍵合連接可靠性與質量有著顯著影響,因此換能器動力學行為特性與控制技術的研究具有重要學術和應用價值,本文以調(diào)節(jié)高頻超聲壓電換能器電氣與動力學行為特性、提高鍵合效率和質量為目的,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)響應特性及最優(yōu)裝配預緊力控制、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)字頻率合成技術并結合高性能STM32單片機、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現(xiàn)換能器電流、振幅、阻抗相位等重要信息的實時監(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了換能器所有的實驗以及測試工作。(2)建立了壓電超聲換能器諧振頻率附近等效電路導納模型,歸納出基于阻抗相位反饋技術的換能器調(diào)諧理論依據(jù),考察了換能器裝配預緊力對換能器電學特性的影響規(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)響應的數(shù)學模型,通過實驗與模型仿真對比驗證了數(shù)學模型的準確性,得到影響換能器動態(tài)響應特性的三大關鍵因素:裝配預緊力、激勵信號強度及頻率。提出利用系統(tǒng)響應性能評價指標中的超調(diào)量以及調(diào)節(jié)時間并結合大量細致的實驗來研究分析三大關鍵因素對換能器動態(tài)響應特性的影響規(guī)律。(4)提出一種基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡算法的換能器動態(tài)響應特性控制方法,從而達到調(diào)節(jié)換能器諧振特性的目的;建立了一種基于隨機森林算法的換能器最優(yōu)裝配預緊力控制新方法,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,進行了前期基礎性理論驗證研究,并提出利用信號過零點搜索提高希爾伯特變換計算阻抗相位差的精度,將希爾伯特變換計算的阻抗相位差與相位檢測芯片的檢測結果進行對比,驗證了希爾伯特變換計算阻抗相位差的可行性和準確性。
【學位單位】：天津工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB552
【部分圖文】：

微連接技術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，其中引線鍵合技術是１Ｃ芯片微連接領域應用最為廣泛的??技術ｗ＿［８］。??ＷｂＳＳＪｍ?ｉｉＶｍｉｌ??（ａ）引線鍵合?（ｂ）載帶自動焊?（ｃ）倒裝封裝??圖１－１各微連接技術示意圖??引線鍵合技術是指利用熱、力、超聲能量耦合作用，將芯片的基板焊盤與外??接引線焊盤進行電氣互連的工藝技術。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；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)大學碩士學位論文???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虛擬儀器技術平臺構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構高頻超聲換能器??熱超聲鍵合工藝中廣泛采用的Ｓａｎｄｗｉｃｈ結構壓電超聲換能器通常由壓電陶??瓷晶堆、機械變幅桿、后蓋板組成夾心式結構，壓電陶瓷晶片在功率超聲信號的??驅動下產(chǎn)生機械振動，利用機械變幅桿將機械振動放大產(chǎn)生精密制造所需的機械??能。目前市場上應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，當使用高頻超聲能量時，不僅能降低鍵合溫度，而且鍵合接觸面形成??所需的時間也顯著減小，并且高頻壓電換器由于涉及從微觀到宏觀許多時空尺度??上的運動，將會出現(xiàn)許多新的復雜動力學行為特性，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