[发明专利]包括调谐谐振器的超声换能器系统、包括该系统的设备和提供该系统的方法

说明书

提供了一种超声换能器系统。该超声换能器系统包括：换能器安装结构；换能器，其包括至少一个安装法兰，用于将换能器耦连到所述换能器安装结构；和调谐型谐振器，其具有预期的谐振频率，所述调谐型谐振器集成于所述换能器安装结构和所述至少一个安装法兰中的至少一个。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月18日提交的美国临时申请No.62/460,793的权益，该申请的内容以引用方式并入本申请。

技术领域

本发明涉及超声换能器系统，更具体地讲，涉及包括调谐型谐振器的改进的超声换能器系统，以及包括这种超声换能器系统的设备和使用这种系统的方法。

背景技术

超声换能器被用于各种应用场合。例如，这样的超声换能器被广泛应用于半导体封装设备，诸如自动焊线机(例如，球焊焊线机，平焊焊线机，条带焊线机，等等)和新一代封装机(例如，诸如热压键合机等倒装芯片键合机，等等)。

一种示例性传统焊线工序包括：(1)利用焊线工具在第一半导体元件(诸如半导体晶片)的键合位置上形成线环键合部；(2)将与键合部相连续的一段长度的线材从第一半导体元件延续到第二半导体元件(或支撑着第一半导体元件的基板，诸如引线框)；(3)利用该键合工具将线材键合到第二半导体元件(或基板)的键合位置，以形成线环的第二键合部；和(4)将线材从线材供应部断开，由此形成线环。当在(a)线环各端部和(b)各键合位置之间形成键合部时，超声换能器提供的超声能量被利用。

一种示例性倒装芯片键合工序包括：(1)将第一半导体元件(诸如半导体晶片)的第一导电结构与第二半导体元件的第二导电结构对正；(2)利用超声键合能量(并且可能借助热量和/或力)将第一半导体元件键合到第二半导体元件，使得相应成对的第一导电结构和第二导电结构被结合到一起(其中第一导电结构和第二导电结构之间的互连部可能包含有焊料)。

美国专利No.5,595,328(标题为“SELF ISOLATING ULTRASONIC TRANSDUCER”)；5,699,953(标题为“MULTI RESONANCE UNIBODY ULTRASONIC TRANSDUCER”)；5,884,834(标题为“MULTI-FREQUENCY ULTRASONIC WIRE BONDER AND METHOD”)；7,137,543(标题为“INTEGRATED FLEXURE MOUNT SCHEME FOR DYNAMIC ISOLATION OF ULTRASONICTRANSDUCERS”)；8,251,275(标题为“ULTRASONIC TRANSDUCERS FOR WIRE BONDING ANDMETHODS OF FORMING WIRE BONDS USING ULTRASONIC TRANSDUCERS”)；以及9,136,240(标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR BONDING SEMICONDUCTOR ELEMENTS”)涉及超声换能器，并且它们整体上以引用方式并入本申请。超声键合能量典型地利用超声换能器施加，其中键合工具附连于换能器。换能器典型地包括驱动器，诸如压电元件(例如，压电晶体，压电陶瓷，等等)堆叠。电能被施加到驱动器，并且电能被转化为机械能，由此将键合工具头以刮擦运动方式移动。

在使用这种换能器时，在安装结构的谐振频率与换能器的工作模式重合(或接近)的情况下，存在挑战。在配置成以多个频率工作的超声换能器方面，这种挑战尤其困难。也就是说，虽然某种换能器可能在第一工作模式(例如，高频模式)时能最佳地操作，但该换能器在第二工作模式(例如，低频模式)中可能存在关于阻抗稳定性的问题。例如，在第二工作模式中可能引起高阻抗，而高阻抗又导致各种现场问题(例如，超声调谐故障)。

因此，希望提供改进的超声换能器，用以结合何种应用场合使用，诸如半导体封装设备(例如，自动焊线机，新一代封装机，等等)。

发明内容