[发明专利]基于PSO算法及PID控制的超声键合频率跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于PSO算法及PID控制的超声键合频率跟踪方法，采用基于惯性权重递减的PSO算法的PID参数自整定，从而利用MCU中的PID控制部分跟踪超声换能器的谐振频率，并利用可编辑的电压轨迹加载方式给超声发生器供能，整个过程实现自动化，克服了传统PID控制器参数整定需要大量的时间以及经验的不足。而且，相比传统PID参数整定方法对被控参数稳定性的要求，本发明可以实现对被控参数变化时的自动整定，并且采用可编辑的电压轨迹加载方式给超声发生器供能，更好的跟踪换能器的谐振频率变化，不断的调整驱动频率，能够稳定能量输出，使换能器工作在谐振频率状态，有效延长超声换能器的寿命。

技术领域

本发明涉及超声键合频率跟踪技术领域，特别涉及一种基于PSO算法及 PID控制的超声键合频率跟踪方法。

背景技术

随着电子产业的不断发展，微电子制造行业在全球经济增长中起到了非常 重要的作用，是影响国家利益和安全的战略性和基础性产业。其中，对于一系 列以集成电路IC为代表的智能制造技术在人民日常生活中的作用也不断提高。 随着芯片的体积不断减小，相应的集成度变得越来越高，不断朝着低成本的趋 势发展，芯片的封装技术也就显得极其重要，向着高度集成和高性能方向发展 已成为必然的趋势，芯片封装技术的好坏，将直接影响到芯片的性能和市场售 价。

芯片互连是电子封装技术的重要一环，其主要目的就是将芯片与焊盘用金 属细丝连接并封装在基板上的一种微连接技术。引线键合由于它的焊点精度比 较高，可靠性强，操作上比较容易实现自动化等特点使其成为微连接领域最常 用的技术，此外，还有倒装焊，载带自动焊等技术也是较为常见的芯片互联技 术。

引线键合是芯片封装中关键的一个环节，随着电子封装产业的发展，对于 芯片体积和性能的要求越来越高，超高密度和超细间距成为未来键合发展的必 然趋势，对键合过程的稳定性以及超声能量的控制提出更高的挑战。目前用于 引线键合的超声发生器存在超声能量输出模式单一、频率跟踪速度慢、精度差 等问题。

随着科技水平的提高，实际工业领域中对于键合的要求也越来越高。未来 的键合向更高密度与更细间距发展，对键合过程的稳定性以及超声能量的控制 提出更高的挑战。当前行业内使用的超声发生器，其驱动频率为60～138kHz 范围，施加的超声能量不稳定对实现微小焊点的金属间原子扩散能力不足，即 导致其键合强度不够，引线截面宽度与厚度之比不高，即可靠性差。超声键合 能量的稳定性与超声发生器频率跟踪的性能和能量的加载模式密切相关。超声 发生器驱动换能器键合时，若施加在换能器两端的电压电流信号的相位差较 大，会导致换能器阻抗变化剧烈，不仅会使超声能量输出不稳定还会缩短换能器寿命，必须设计有效的频率跟踪方法，并且频率跟踪的速度和精度对于键合 性能的稳定影响很大。其次，引线键合的过程分为多个阶段，每个阶段换能器 的负载都会发生变化，相应地，超声键合系统也应该根据键合阶段的不同，也 就是负载的不同，施加不同的超声能量。因此，对于超声键合系统中频率跟踪 方法的设计以及超声能量的加载模式很有必要。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种基于PSO算法及PID控制的 超声键合频率跟踪方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种基于PSO算法及PID控制的超声键合频率跟踪方法，其包括以下步骤：

(1)由上位机设置好一个初始的启动频率并发送给MCU，MCU控制超声发生 器给予超声换能器这个启动频率；

(2)超声换能器的电压和电流信号经过有效值采集电路被转换为有效值， 并反馈到MCU上计算出键合实时阻抗并传递至上位机；

(3)超声换能器的电压和电流经过反馈电路被转换为方波后反馈到MCU上， 由MCU计算出电压与电流信号的相位差并传递至上位机；