引线键合高频超声换能系统的研究

论文摘要

本文以提高引线键合设备的性能、封装质量和超声能量的利用率为目标,针对引线键合用高频超声换能器的设计方法、材质选择以及匹配驱动电路的设计做了较为详尽的研究。全文工作及所取得成果如下:1.基于振动和波动理论,运用机电等效原理构建了聚能器和换能器各组成部分的数学模型以及压电换能系统的机电等效电路,并建立了硬铝、不锈钢和钛合金三种材质超声换能器的初始模型。2.针对上述三种材质超声换能器的初始模型,利用有限元分析软件ANSYS对其各组成部分及整体进行优化设计,得到三种材质超声换能器的最优模型,并对此三种优化模型做了整体谐振特性对比分析,最终得出硬铝超声换能器性能最佳,钛合金以及不锈钢超声换能器次之的结论。3.基于锁相环集成芯片CD4046设计了具有频率跟踪锁相、滤波、功率放大等功能的超声换能器驱动电路,同时对超声换能器的匹配做了较为详尽的研究,并得出对于小功率(一般不大于10W)超声换能器可不予匹配的结论。4.借助阻抗分析仪和激光多普勒测振仪对三种材质的超声换能器进行测试分析,其结果与有限元分析相一致,验证了硬铝超声换能器性能最佳的结论。以上工作为引线键合设备的研制奠定了一定的基础,同时也为超声换能系统的相关研究提供了一些方法和实验经验。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 引线键合超声换能器的国内外研究现状
• 1.2.2 引线键合超声换能系统的匹配与驱动
• 1.3 本文主要内容
• 第二章 高频超声换能器的设计
• 2.1 引言
• 2.2 超声换能器设计方法概述
• 2.3 压电陶瓷材料及其振动模式
• 2.3.1 压电陶瓷材料及其重要参数
• 2.3.2 压电陶瓷的振动模式
• 2.4 超声换能器系统设计
• 2.4.1 等效电路法基本原理
• 2.4.2 超声换能器系统各部分等效电路
• 2.4.3 超声换能器系统阻抗/导纳模型
• 2.4.4 超声换能系统各部分材料的选择与模型数值求解
• 2.5 本章小结
• 第三章 高频超声换能器的优化设计及仿真
• 3.1 引言
• 3.2 高频超声换能器有限元模型的建立
• 3.3 高频超声换能器的优化设计与有限元仿真
• 3.4 三种材质高频超声换能器动力学特性对比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 高频超声换能器的电路匹配及其驱动电路设计
• 4.1 引言
• 4.2 高频超声换能器匹配驱动电路的组成
• 4.3 高频超声换能器的电路匹配
• 4.3.1 高频超声换能器电路匹配的作用
• 4.3.2 高频超声换能器电路匹配的方法
• 4.3.3 串联匹配原理
• 4.3.4 高频超声换能器电路匹配实验
• 4.4 高频超声换能器的驱动电路设计
• 4.4.1 频率跟踪电路综述
• 4.4.2 信号发生及频率跟踪电路设计
• 4.4.3 其他相关电路设计
• 4.5 高频超声换能器驱动电路实验分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 高频超声换能系统实验测试
• 5.1 引言
• 5.2 超声换能器导纳测试的原理
• 5.3 超声换能系统测试实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢