熱超聲鍵合高頻換能系統(tǒng)設計與控制.pdf

1、壓電換能器及驅動系統(tǒng)是高頻熱超聲鍵合換能系統(tǒng)的關鍵構成之一，其結構設計與驅動控制方法的研究具有重要學術和應用價值。本文以改善高頻熱超聲引線鍵合效率與質量為目的，系統(tǒng)地研究了高頻超聲換能器柔性解耦結構動態(tài)設計理論，功率超聲激振信源、動態(tài)調諧控制策略、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構設計方法，降低了安裝環(huán)非柔性連接結構對換能器縱振

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、阻抗相位反饋技術實現(xiàn)超聲換能器動態(tài)調諧的依據及規(guī)律。
　　3.將DDS直接數(shù)字

3、頻率合成技術、射頻領域交流信號電流真有效值及相位檢測技術、精密溫度測控技術、虛擬儀器技術引入高頻熱超聲引線鍵合換能器驅動系統(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)，試驗表明驅動系統(tǒng)實現(xiàn)了高頻率分辨率、高品質、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、高速自適應調諧控制、精密溫度控制，高效率數(shù)據通訊，為高頻熱超聲引線鍵合樣機及相關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諧控制策略，并且通過閾值及頻率搜索域的自適應調節(jié)，提高了調諧搜索算法的效率，增強了嵌入式系統(tǒng)MCU對高頻換能系統(tǒng)調諧過程的干預能力，仿真及試驗結果表明基于相位反饋的二分搜索調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