全自动引线键合机数字化超声波发生器研究与设计

摘要

随着半导体产业的迅速发展，MEMS器件不断向着高集成度、高精度化方向发展，因此对封装技术提出了更高的要求。在MEMS封装工艺过程中引线键合技术是最为关键的技术，超声波发生器是热压超声引线键合设备中的核心部件，其主要作用是输出与超声波换能器相匹配的超声波信号，使换能器发生谐振，从而将电能转换为机械能，同时与热能、压力能相互作用，实现稳定可靠的引线连接。超声波发生器的性能决定着超声输出质量及由其驱动的换能器的能量转换效率，对键合质量有着非常重要的影响。
　　本课题以全自动引线键合机超声波发生器的研究和设计为目的，内容主要概括为以下几个方面：
　　（1）建立超声波换能器的等效谐振模型，根据集总参数研究其等效电路，并分析其串联谐振特性，为超声波发生器方案设计提供理论依据。
　　（2）根据超声波换能器的特性，设计超声波发生器硬件电路总体框图，确定各子模块具体功能及其电气连接方式，使其满足数字化超声波发生器的各项性能指标要求。
　　（3）根据引线键合工艺要求，分析超声波发生器的输出特性，建立锁相环实时跟踪电路，编写谐振频率扫描、谐振频率自动锁定以及与主机通信模块程序，实现稳定可靠的超声波输出。
　　（4）超声波发生器性能测试及总体调试及优化，测试各子模块功能，将其集成入全自动引线键合机，根据实际键合要求对性能进行优化，设计出满足高性能引线键合机需求的数字化超声波发生器。

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第一章 绪论

1.1 课题来源及研究意义

1.2 引线键合技术的国内外研究现状

1.3 超声波发生器国内外研究现状

1.4 本课题的主要研究内容

第二章 超声波换能器特性及等效电路分析

2.1 超声换能器的原理及结构

2.2 超声波换能器的电学特性

2.3 本章小结

第三章 超声波发生器总体方案设计

3.1 超声波发生器整体原理

3.2 超声波发生器硬件方案确定

3.3 本章小结

第四章 超声波发生器主要硬件设计

4.1 电源模块设计

4.2 DSP外围电路设计

4.3 FPGA外围电路设计

4.4 模拟电路设计

4.3 本章小结

第五章 超声波发生器软件设计及实验分析

5.1 串口通信调试

5.2 超声波换能器无负载状况下的谐振频率扫描

5.3 电压、电流相位锁定

5.4 功率调节

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢