本實用新型涉及功率超聲鍵合領(lǐng)域，尤其是涉及一種粗鋁絲鍵合超聲換能器。

背景技術(shù)：

引線鍵合是半導體封裝中芯片內(nèi)部連線的主要技術(shù)。在現(xiàn)代的引線鍵合機里，超聲系統(tǒng)作為鍵合設(shè)備的核心部件，對鍵合質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。超聲系統(tǒng)由超聲發(fā)生器、超聲換能器和鍵合工具組成，其中超聲發(fā)生器負責產(chǎn)生超聲頻率的電信號，超聲換能器負責電能到機械能的轉(zhuǎn)換，鍵合工具負責固定引線、拉線弧、傳遞壓力和超聲能量等作用。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)生原子間相互擴散達到鍵合的目的。引線鍵合根據(jù)引線不同，可分為金線、銅線、銀線、合金線、鋁絲等鍵合，其中鋁絲鍵合又可分為細鋁絲、粗鋁絲、鋁帶等鍵合。由于粗鋁絲和鋁帶能夠承載較大的電流，因而這兩種鍵合廣泛應(yīng)用于大功率器件的封裝，并且這兩種鍵合所需要的超聲系統(tǒng)是一樣的。粗鋁絲主要用于封裝大、中功率三極管、可控硅、場效應(yīng)管、大電流二極管以及IGBT等半導體功率器件。和粗鋁絲相比，鋁帶擁有更好的導電性能和更小的接觸電阻，主要用于大電流、高頻率的IGBT、FRED等模塊產(chǎn)品。近幾年，由于特斯拉工藝受到認可，粗鋁絲鍵合工藝又被引用到新能源汽車領(lǐng)域用于電池組之間的連線，這個新應(yīng)用給粗鋁絲鍵合帶來極大的發(fā)展空間。

和普通引線鍵合相比，粗鋁絲鍵合在焊線過程中不需要特別的加熱和高壓打火，超聲系統(tǒng)就顯得尤其重要，其中鍵合功率和鍵合力是兩個最主要的參數(shù)。普通引線鍵合引線直徑為0.01-0.05mm,一般超聲功率小于3W；而粗鋁絲鍵合線經(jīng)為0.1-0.6mm,這就需要粗鋁絲鍵合的超聲換能器有更大的功率，一般為30-80W，而且所需的鍵合力也比普通引線鍵合大10倍左右。另外,普通引線鍵合的鍵合工具為長度11.1mm直徑1.586mm的瓷嘴，而粗鋁絲鍵合的鍵合工具為長度63.6mm直徑3.175mm的劈刀，這些對超聲換能器有特殊的要求。超聲換能器是整個超聲系統(tǒng)的核心，通過調(diào)整超聲換能器的設(shè)計可以改變鍵合工具的振動軌跡、振動幅度、振動模態(tài)和諧振頻率。鍵合工具的振動幅度主要隨超聲換能器的功率增大而增大，受鍵合力的影響很小。通常超聲換能器的功率越大，達到最大鍵合強度的時間越短，但是過大的超聲功率會造成過鍵合導致焊盤產(chǎn)生裂紋或硬化，從而降低了鍵合強度，這就需要對超聲換能器的功率、振動幅度和振動模態(tài)進行精準控制。隨得小功率的電子元件慢慢集成化，大功率的電子元件也漸漸模塊化，以及新能源汽車對三元電池組的大量需求，粗鋁絲鍵合的應(yīng)用越來越廣，對鍵合質(zhì)量的要求也越來越高。

然而，國內(nèi)生產(chǎn)的粗鋁絲鍵合超聲換能器只能做一些低端的產(chǎn)品，已經(jīng)不能滿足市場對鍵合質(zhì)量和鍵合穩(wěn)定性的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實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鍵合質(zhì)量高、鍵合穩(wěn)定性強的粗鋁絲鍵合超聲換能器。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本實用新型提供了一種粗鋁絲鍵合超聲換能器，包括設(shè)有鍵合工具的變幅桿、安裝環(huán)以及超聲馬達，所述安裝環(huán)安裝在變幅桿上，用來把粗鋁絲鍵合超聲換能器安裝在機器上，所述的變幅桿與超聲馬達相連，變幅桿把超聲馬達的機械振動的振幅放大并把振動轉(zhuǎn)給鍵合工具，鍵合工具進一步放大機械振動的振幅，鍵合工具的尖端則把振動直接作用在粗鋁絲或鋁帶上進行鍵合。

本實用新型用于粗鋁絲和鋁帶鍵合，整體共同組成的諧振頻率和共振模態(tài)能滿足粗鋁絲鍵合對半導體封裝中大功率器件的芯片內(nèi)部連線和新能源汽車中電池組之間的連線要求。此外，變幅桿負責實現(xiàn)粗鋁絲鍵合超聲換能器的剛性。

作為優(yōu)選，所述超聲馬達包括前蓋板、壓電片、銅片、后蓋板以及螺栓，所述前蓋板用于連接變幅桿，壓電片和銅片相間裝配在前蓋板和后蓋板之間，并用螺栓壓緊固定。

超聲馬達形成粗鋁絲鍵合超聲換能器的振子，負責把電信號轉(zhuǎn)換成所需頻率的機械振動。壓電片負責按給定的電信號產(chǎn)生超聲振動，實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換；銅片負責充當壓電片電極和提供給壓電片電信號。前蓋板和后蓋板負責固定壓電片，螺栓負責鎖緊后蓋板，把壓電片鎖在前蓋板上，給壓電片足夠的預(yù)緊力，實現(xiàn)穩(wěn)定的超聲輸出。

作為優(yōu)選，所述變幅桿和前蓋板是一個整體，且前蓋板為圓形，直徑在12.0-15.0mm之間。如此設(shè)計，保證了超聲傳輸?shù)姆€(wěn)定性，增強了超聲傳輸?shù)男省?/p>

作為優(yōu)選，所述壓電片的數(shù)量為六，厚度在2.0-2.5mm之間，外徑在12.0-15.0mm之間。如此設(shè)計，保證了超聲換能器可以插產(chǎn)生粗鋁絲鍵合所需要的功率，既能有較低的阻抗，同時又兼顧壓電片的自身承受力。

作為優(yōu)選，所述變幅桿和后蓋板都采用不銹鋼金屬材料。

作為優(yōu)選，所述鍵合工具為劈刀，通過頂絲把劈刀鎖在變幅桿上。

作為優(yōu)選，所述鍵合工具可以為特制的底部為方塊形狀或圓柱形狀的鍵合工具，可在貼片機上進行固晶鍵合，也可以進行其他應(yīng)用。固晶鍵合的工藝具體為：先在芯片下植球，特制的鍵合工具把超聲直接加在芯片上，融化下面的植球就形成了固晶鍵合。

作為優(yōu)選，所述安裝環(huán)和變幅桿是一個整體，安裝環(huán)的外徑在15.7-16.0mm之間，內(nèi)徑在13.0-14.0mm之間，長度在6.8-7.8mm之間。安裝環(huán)和變幅桿固定在一起，用來把粗鋁絲鍵合超聲換能器安裝在機器上，并保證粗鋁絲鍵合超聲換能器的剛性，以保證超聲換能器在較大的鍵合力作用下的穩(wěn)定性，從而保證了鍵合過程的穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，所述安裝環(huán)和變幅桿的連接在振動節(jié)點或其附近。如此設(shè)計，安裝環(huán)能隔離變幅桿的機械振動，盡可能減少振動轉(zhuǎn)遞到機器上。

作為優(yōu)選，所述粗鋁絲鍵合超聲換能器的總長度在66-69mm之間，且工作頻率在57-65kHz之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：

1、本實用新型采用優(yōu)化的超聲馬達設(shè)計，使超聲換能器能有較低的阻抗8-12歐姆和較大的輸出功率，可以增加電能到機械能的轉(zhuǎn)換效率，從而增強了實際的粗鋁絲鍵合效率。

2、本實用新型通過設(shè)計優(yōu)化使超聲換能器有比較精準的共振模態(tài)，可以保證超聲換能器輸出的穩(wěn)定性，從而保證粗鋁絲鍵合過程的穩(wěn)定性,沒有明顯的虛焊和過焊。

3、本實用新型的安裝環(huán)既能保證粗鋁絲鍵合超聲換能器的剛度，又能隔離機械振動的傳遞，從而保證換了粗鋁絲鍵合超聲換能器鎖在機器上工作的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中：1-變幅桿，2-前蓋板，3-壓電片，4-銅片，5-后蓋板，6-螺栓，7-安裝環(huán)，8-頂絲，9-劈刀，10-底部為方塊形狀的鍵合工具。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。本實施例以本實用新型技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例1：

如圖1所示，本實施例用于粗鋁絲和鋁帶鍵合，其結(jié)構(gòu)主要包括變幅桿1、前蓋板2、壓電片3、銅片4、后蓋板5、螺栓6以及安裝環(huán)7，此外變幅桿1上還設(shè)有頂絲8和劈刀9。壓電片3負責按給定的電信號產(chǎn)生機械振動，實現(xiàn)電能到機械能的轉(zhuǎn)換。6片壓電片3保證了超聲換能器可以產(chǎn)生粗鋁絲鍵合所需要的能量，本實施例既能有較低的阻抗，同時又兼顧壓電片的自身承受力。銅片4負責充當壓電片3的電極和提供給壓電片3電信號。壓電片3和銅片4相間裝配在前蓋板和后蓋板之間，螺栓6負責鎖緊后蓋板5，把壓電片3和銅片4鎖在前蓋板2上，給壓電片3足夠的預(yù)緊力，實現(xiàn)穩(wěn)定的超聲輸出。前蓋板2、壓電片3、銅片4、后蓋板5和螺栓6共同組成超聲馬達，負責把電信號轉(zhuǎn)換成所需頻率的機械振動，形成本實施例的振子。變幅桿1負責把超聲馬達的機械振動的振幅放大并把振動轉(zhuǎn)給劈刀9，劈刀9進一步放大機械振動的振幅，劈刀9尖則把振動直接作用在粗鋁絲或鋁帶上進行鍵合。同時，變幅桿1也要實現(xiàn)本實施例的剛性。

在本實施例中，前蓋板2和變幅桿1是一個整體，不是分開的兩個部件，保證了超聲傳輸?shù)姆€(wěn)定性，增強了超聲傳輸?shù)男?。在變幅桿1的前端有一個孔用來裝劈刀9，頂絲8負責把劈刀9鎖在變幅桿1上。安裝環(huán)7和變幅桿1固定在一起，用來把本實施例安裝在機器上。為了保證本實施例的剛性，隔離變幅桿1的機械振動，盡可能減少振動轉(zhuǎn)遞到機器上，因此安裝環(huán)7要放置在振動節(jié)點附近。安裝環(huán)7和變副桿1也是一個整體，不是分開的兩個部件，通過優(yōu)化設(shè)計既能保證本實施例有足夠的剛度以應(yīng)付鍵合工程中較大的鍵合力，又能隔離機械振動從變副桿1到機器的傳遞，從而保證了鍵合過程的穩(wěn)定性。

總之，由變幅桿1、頂絲8、劈刀9、前蓋板2、壓電片3、銅片4、后蓋板5和螺栓6共同組成所需要的諧振頻率和共振模態(tài)，能滿足粗鋁絲鍵合對半導體封裝中大功率器件的芯片內(nèi)部連線和新能源汽車中電池組之間的連線要求。本實施例通過優(yōu)化設(shè)計增強了電能到機械能的轉(zhuǎn)換效率和超聲馬達工作的穩(wěn)定性。

實施例2：

本實施例提供的粗鋁絲鍵合超聲換能器的結(jié)構(gòu)跟實施例1一樣，其不同之處在于：

如圖2所示，鍵合工具為底部為底部為方塊形狀的鍵合工具10，可以在貼片機上進行固晶鍵合。其工藝具體為：先在芯片下植球，底部為方塊形狀的鍵合工具10把超聲直接加在芯片上，融化下面的植球就形成了固晶鍵合。

實施例3：

本實施例提供的粗鋁絲鍵合超聲換能器的結(jié)構(gòu)和其他內(nèi)容跟實施例2一樣，其不同之處在于：

鍵合工具為底部為圓柱形狀的鍵合工具。