熱超聲鍵合高頻換能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制.pdf

1、壓電換能器及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是高頻熱超聲鍵合換能系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)成之一，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驅(qū)動(dòng)控制方法的研究具有重要學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。本文以改善高頻熱超聲引線鍵合效率與質(zhì)量為目的，系統(tǒng)地研究了高頻超聲換能器柔性解耦結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論，功率超聲激振信源、動(dòng)態(tài)調(diào)諧控制策略、鍵合工藝溫控算法，獲得如下成果：
　　1.基于機(jī)電等效電路原理、有限元分析及模塊化設(shè)計(jì)思想，提出了熱超聲引線鍵合高頻超聲換能器柔性解耦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，降低了安裝環(huán)非柔性連接結(jié)構(gòu)對(duì)換能器縱振

2、能量分布的影響，有效解決了換能器高頻域模態(tài)密集問(wèn)題。研制了工作頻率為125kHz的超聲換能器，考察了換能器超聲能量傳遞規(guī)律及其諧振特性。
　　2.建立了壓電換能器諧振頻率附近的等效電路導(dǎo)納模型，提出靜態(tài)電容、動(dòng)態(tài)電阻是影響高頻壓電換能器電端匹配特性、諧振特性的主要因素，證明了熱超聲引線鍵合壓電換能器應(yīng)用時(shí)無(wú)需電端匹配的推斷；歸納出基于電流反饋技術(shù)、阻抗相位反饋技術(shù)實(shí)現(xiàn)超聲換能器動(dòng)態(tài)調(diào)諧的依據(jù)及規(guī)律。
　　3.將DDS直接數(shù)字

3、頻率合成技術(shù)、射頻領(lǐng)域交流信號(hào)電流真有效值及相位檢測(cè)技術(shù)、精密溫度測(cè)控技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)引入高頻熱超聲引線鍵合換能器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，開(kāi)發(fā)了以工業(yè)級(jí)高速AVR單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)，試驗(yàn)表明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高頻率分辨率、高品質(zhì)、高切換速率的功率超聲信號(hào)生成、高速壓電換能器電流真有效值、阻抗相位檢測(cè)、高速自適應(yīng)調(diào)諧控制、精密溫度控制，高效率數(shù)據(jù)通訊，為高頻熱超聲引線鍵合樣機(jī)及相關(guān)功率超聲加工設(shè)備的研制奠定了良好的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
　　4.將

4、二分搜索、分支界限搜索等分治策略引入高頻超聲換能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)諧控制算法設(shè)計(jì)中，提出了基于電流反饋、阻抗相位反饋檢測(cè)的快速調(diào)諧控制策略，并且通過(guò)閾值及頻率搜索域的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，提高了調(diào)諧搜索算法的效率，增強(qiáng)了嵌入式系統(tǒng)MCU對(duì)高頻換能系統(tǒng)調(diào)諧過(guò)程的干預(yù)能力，仿真及試驗(yàn)結(jié)果表明基于相位反饋的二分搜索調(diào)諧控制算法具有更佳的諧振頻率搜索特性。
　　5.利用系統(tǒng)辨識(shí)方法建立了熱超聲引線鍵合工藝溫升系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了PID及模糊自適應(yīng)PID溫