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新型热超声倒装键合功率驱动系统的研究-机械电子工程专业论文
摘要热超声倒装键合作为前沿封装技术具有良好的发展前景。要实现高质量、高效率的热超声倒装键合加工,提供超声能量的功率驱动系统应具备频率自动跟踪与功率实时调节功能。本文在仔细分析热超声倒装键合功率驱动系统功能需求与现有研究的基础上,采用数字式控制技术研制了一种新型热超声倒装键合功率驱动系统。与传统锁相式功率驱动系统相比较,本功率驱动系统采用比例积分与数字式锁相环(PI+DPLL)的复合控制方式实现了锁频速度更快、锁频范围更广的频率自动跟踪,具备精度高、自我调整能力强、温度稳定性以及抗干扰性能好等优势;同时通过引进DDS技术,实现功率驱动系统的输出功率可实时调节,这是现有超声功率驱动设备所不具备的。本文主要工作与研究成果具体包括:j (1)根据机械与电的等效理论,’通过对换能器等效电路的电学特性分析,得出结论:超声振动系统的谐振状态可以用电压与电流的相位差大小及其前后关系来表征。并以此为依据,采用锁相原理实现对振动系统的谐振频率自动跟怡’Jl;泰o(2)建立锁相式频率跟踪系统数学模型,并对三阶锁相环路进行稳定性与跟踪特性研究,分析了传统锁相式频率跟踪的缺陷。对此,提出了基于PI与DPLL复合控制的频率跟踪控制方法。(3)确定功率驱动系统的总体策略,设计了以16位单片机MSP430F149为核心的硬件系统电路和软件控制模块,通过采用微处理器软件控制与硬件电路结合的方案,实现了功率实时控制、频率自动跟踪以及键合定时等一系列功能。(4)对系统进行了模块调试与整体性能测试。对硬件电路实验验证,就调试过程中发现的问题提出了相应的解决方法;对频率跟踪控制系统进行了测试验证,结果表明所设计的频率跟踪控制系统能够可靠、有效地发挥其作用;实际测试了功率驱动系统的功率实时调节效果,结果证明符合设计要求。关键词热超声倒装键合,功率驱动系统,锁相式频率跟踪,功率实时控制,PI+DPLLABSTRACTTobeanadvancingtechnologyincapsulation,thereisawelldevelopingforegroundforthethermosonicflip-chipbonding.Inordertoachievehighqualityandefficiencyofthermosonicflip-chipbonding,thepowersystemofsupplyingultrasonicneedstobeprovidedwiththefunctionoffrequencyself-trackingandreal-timepoweradjustment.Basingonanalyzingthefunctionaldemandsofthermosonicflip-chipbondingandtheexistingresearchworks,anew-stylepowersystemforthermosonicflip-chipbondingiSresearchedandmanufacturedwiththedigitalcontroltechnology.Comparedwiththeclassical,thepowersystemstudiedinthisthesishashightransfer speed,highprecision,strongabilityofself-adjustrnent,t11edigitalfrequency‘trackingsystemwithgoodtemperaturestabilityhndanti-jammingcapabilitybytheapplicationofPIandDPLL.What’Smore,itiSalsowiththefunctionofreal-timeadjustment,whichisnotexistedintheotherultrasonicpowersystem,achievedbyDDStechnology.Theprimaryworkandresearchresultsintroducedinthisthesisincluding:1.Accordingtothemechanicalelectricalequivalenttheoriesandtheanalysisoftheelectricalspecialityaboutthetransducer,wecanconcludethatthesyntonicamplitudeCanbeexpressedbythephaseofthevoltageandtheelectricity.Basedontheconclusion,frequencyself-trackingisachievedwiththeeleme
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