熱超聲鍵合高頻換能系統(tǒng)設計與控制.pdf

1、壓電換能器及驅(qū)動系統(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)設計與驅(qū)動控制方法的研究具有重要學術(shù)和應用價值。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)動態(tài)設計理論，功率超聲激振信源、動態(tài)調(diào)諧控制策略、鍵合工藝溫控算法，獲得如下成果：
　　1.基于機電等效電路原理、有限元分析及模塊化設計思想，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)設計方法，降低了安裝環(huán)非柔性連接結(jié)構(gòu)對換能器縱振

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納模型，提出靜態(tài)電容、動態(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用時無需電端匹配的推斷；歸納出基于電流反饋技術(shù)、阻抗相位反饋技術(shù)實現(xiàn)超聲換能器動態(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)域交流信號電流真有效值及相位檢測技術(shù)、精密溫度測控技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)引入高頻熱超聲引線鍵合換能器驅(qū)動系統(tǒng)設計中，開發(fā)了以工業(yè)級高速AVR單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)，試驗表明驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)了高頻率分辨率、高品質(zhì)、高切換速率的功率超聲信號生成、高速壓電換能器電流真有效值、阻抗相位檢測、高速自適應調(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及相關(guān)功率超聲加工設備的研制奠定了良好的設計基礎。
　　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)的動態(tài)調(diào)諧控制算法設計中，提出了基于電流反饋、阻抗相位反饋檢測的快速調(diào)諧控制策略，并且通過閾值及頻率搜索域的自適應調(diào)節(jié)，提高了調(diào)諧搜索算法的效率，增強了嵌入式系統(tǒng)MCU對高頻換能系統(tǒng)調(diào)諧過程的干預能力，仿真及試驗結(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)辨識方法建立了熱超聲引線鍵合工藝溫升系統(tǒng)數(shù)學模型，設計了PID及模糊自適應PID溫