[发明专利]具有改良刚度的带凸缘的换能器

说明书

技术领域

本发明涉及一种换能器(transducer)，该换能器用于产生键合能量到感兴趣表面，例如超声波导线键合过程中的电子器件的键合盘。

背景技术

在电子器件的生产过程中，有时需要在载体上装配集成电路晶粒或芯片。在安装之后，通常通过使用键合导线，在芯片和载体之间形成电气连接。然后该产品被模塑成半导体封装件。通过使用换能器的超声波焊接，这些键合导线分别被贴附到芯片和载体的键合盘上，该换能器以超声波频率引起振动。

传统的换能器包括：产生超声波振动的压电元件、超声波放大角体(amplifying horn)、通常以毛细尖管(capillary)或楔刀(wedge)形式存在的键合工具。键合工具设置在放大角体的自由端，并一起被用于施加键合力到被焊接的元件上。

放大角体通常被提供有凸缘或其他形式的安装元件，通常当作为管状体(barrel)或环管(collar)，其允许换能器被安装到导线键合机器的键合头上，以在键合操作流程中根据需要在X、Y和Z轴上(以及在某些设计中也围绕旋转或θ轴轴线)移动。

当超声波换能器被集成到导线键合机器中时，由于涉及到很精细的导线和键合间距，所以超声波换能器以何种方式被安装到导线键合机器很重要。例如，如果超声波换能器是如此安装以致于来自换能器的振动被传递到安装托架，那么产生了超声波能量的损失。如果存在振动过大，那么换能器的特性，如其频谱特性可能改变，藉此影响了换能器的稳定性。而且，换能器的阻抗可能不期望地发生改变，使得其更难以控制。因此，将超声波换能器如此安装以致于超声波键合期间产生的振动和换能器本身相隔离，并尽可能地，将这些振动不传送到导线键合机器的其他地方，是重要的。

将换能器安装到键合机器上的一种方法是通过引入凸缘(flange)。另一种方法是将换能器夹持到键合机器上。

在凸缘式安装的超声波换能器的情况中，对导线键合机器的振动能被最小化的一种方式公开于一份美国专利中，其专利号为“6,135,339”，发明名称为“用于安装在超声波焊接设备，尤其是导线键合机上的带凸缘的超声波换能器”。该专利启示了：将凸缘安装在角体纵向振动的节点上，同时也形成具有足够长度的凸缘以致于为角体的径向振动引入节点，从而在所述的径向节点处定位安装点。这种超声波换能器被安装在这些径向节点位置，以便于在安装点处的振动是尽可能最低的，并藉此减小对安装有换能器的导线键合机器的振动的传递。在角体相同的振动节点位置仅仅设置有一对凸缘。

凸缘式安装的超声波换能器的另一个实例公开于又一份美国专利中，其专利号为“6,766,936”，发明名称为“换能器和使用该换能器的键合装置”。其描述了在放大角体的两侧设置有两对凸缘支架，该凸缘支架包含有固定部、连接部，该固定部从和换能器主体的振动节点相应的不少于两个位置处凸伸，该连接部将凸伸的固定部的末端彼此连接。

在前述的专利中，固定部设置在换能器主体的相邻的振动节点处，其等同于振荡波形的波长的一半。但是，前侧固定部到换能器末端的距离大于一个波长以外。问题是放大角体的悬挂部从前侧固定部和换能器非常长，悬挂部中导致较少的刚度。因此，通过使用更坚硬的材料或增加角体的横截面，角体的这个部位的刚度必须提高。否则，在键合时当换能器的末端遭受负载时，换能器的悬挂部将会出现明显的形变。

发明内容

本发明的目的在于寻求提供一种换能器，该换能器具有提高了的刚度，以在键合期间降低换能器末端的形变，从而避免现有的换能器一些前述的缺点。

因此，本发明提供一种换能器，该换能器包含有：角体，其被配置来在操作过程中沿着其长度方向传送振动，该振动是以包含有多个振动节点的振荡波形的形式；超声波发生器，其和角体的一个端部相连；键合工具，其和角体的相对的另一个端部相连以执行键合操作；第一凸缘结构，其沿着角体的长度方向设置在第一振动节点处，以装配该换能器；第二凸缘结构，其沿着角体的长度方向设置在第二振动节点处，以装配该换能器，该第二凸缘结构和第一凸缘结构分隔一段距离，该距离为至少两个连续的振动节点。

参阅后附的描述本发明实施例的附图，随后来详细描述本发明是很方便的。附图和相关的描述不能理解成是对本发明的限制，本发明的特点限定在权利要求书中。

附图说明

根据本发明所述的带凸缘的换能器的较佳实施例的范例现将参考附图加以描述，其中：

图1是根据本发明较佳实施例所述的带凸缘的换能器的立体示意图。

图2是带凸缘的换能器的平面示意图，其表明沿着换能器的长度方向变化的振动幅度曲线。