专利名称：一种双超声-高频感应复合精密微连接装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种微连接装置及方法，尤其是一种双超声-高频感应复合精密微连接装置及方法。
背景技术：
漆包线广泛应用于电子、电气、医疗器具和半导体的生产中(如传感器、变压器、线圈、绕组、植入电极、芯片互联引线等)，充当内部基础元件的一部分，或者作为元件内外连接的导体介质。当作为内外连接的介质时，漆包线的末端必须和金属终端(如插片、针、箔等)实现电接触，并满足一定的力学性能、导电性能和耐温度循环疲劳性能等要求。因此，在电子元器件、医疗器械、传感器等产品的生产制作中，涉及大量漆包线引出接点的精密微点焊。但是，常见的微连接方法直接焊接漆包线特别是耐高温漆包线均有不足。目前常见的漆包线微连接技术大致有以下几类:钎焊。钎焊是漆包线最常见的连接方法，它通过熔化低熔点的钎料将导线表面和基底充分润湿、包裹，冷却后形成接头。但是，用钎焊对漆包线进行焊接之前必须先将妨碍导电和危害接头可靠性的高分子漆膜去除，工序繁琐。并且在某些场合(如宇航电子、核电设施、植入性医疗器件)和高温动载荷条件下(如密封电机转子换向器)，由于钎焊容易发生脱落失效，对工件的氧化和污染也比较严重，这些场合不允许采用钎焊工艺。激光焊和激光软钎焊。两者都是利用激光能量将漆包线的绝缘层烧除后实现焊接，用激光作为焊接能源，热量集中、非接触，焊接时也不需要电子束焊的高真空环境，并且具有能同时除漆和焊接等优点，但激光焊接对焊件加工、组装、定位要求均很高，且焊接成本相对较高。它常用于片式或梁式引线的焊接，而不太适合细线间的焊接。热压焊。热压焊接是采用加热、加压的方法，使被焊金属间产生塑性变形，使表面交界处的原子相互扩散。同时在一定的压力下，两表面相互填充，产生弹性嵌合作用。最后使两者紧密结合成牢固的键接。热压焊接常用材料是铝-金、铝-铝、金-金、硅铝合金-铝、金锑合金-金等。由于热压焊的性质，需要被焊交界面清洁，氧化物或油污等将会影响焊接的质量。超声焊。超声焊主要用于IC芯片互连工艺中的引线键合，即用金线、铝线、或铜线在芯片和引线框架之间实现电连接。因为预热能使超声键合接头性能更好，所以热声键合是超声键合的主流。近年来随着超细间距(<25μπι)和层叠芯片的出现，为实现更密集的I/O引脚同时避免引线短路，漆包线被认为是金线的潜在取代物。超声热压可以实现漆包线的焊接，但是，绝缘漆残留等问题给漆包线替代传统金线带来了挑战。电阻微连接，也叫做微型电阻焊。它是利用电流流过工件和接触面时所产生的电阻热加热金属，然后在压力作用下完成焊接。为了克服绝缘漆对电阻焊电流路径的阻碍，必须设计特殊的焊头来除去绝缘漆。这些焊头的应用成功实现了部分漆包线(如直焊型漆包线)的连接，并且所获得的焊点具有较好的性能，但对于某些漆包线(如聚酯亚胺漆包线)连接，这种方法还存在不少问题。并且该连接方式不适合单面焊接，在连接空间方面受到很大的限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种可直接连接漆包线或其它有色金属甚至塑料的双超声-高频感应复合精密微连接装置；另外，本发明还提供了采用所述装置进行双超声-高频感应复合精密微连接的方法。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种双超声-高频感应复合精密微连接装置，其包括机架，设于所述机架上的驱动机构和传动机构；与所述传动机构连接的上超声振动系统；与所述上超声振动系统输出端连接的高频感应自热装置；所述上超声振动系统下方设有下超声振动系统；所述下超声振动系统上方设有工作台；所述上超声振动系统、高频感应自热装置和下超声振动系统连接有电源；所述驱动机构通过所述传动机构驱动上超声振动系统上下动作。所述双超声-高频感应复合精密微连接装置中，工作台用于放置待连接工件，所述机架上设置的驱动机构通过传动机构驱动所述上超声振动系统上下动作，由于上超声振动系统的输出端与高频感应自热装置连接，上超声振动系统的上下动作将带动所述高频感应自热装置同步进行上下动作。当所述高频感应自热装置向下动作时，高频感应自热装置以预定压力压紧工作台上待连接工件的上表面，当压力达到预设值时，触发上、下超声振动系统和高频感应自热装置开始工作，所述高频感应自热装置向待连接工件的接头处输入热能，所述上超声振动系统通过与其输出端连接的高频感应自热装置向待连接工件的接头处输入超声波振动，所述下超声振动系统通过其上方设置的工作台向待连接工件输入超声波振动，在热能和超声波振动的复合作用下，实现对待连接工件的精密微连接。使用时，可根据工件材料的不同，上、下超声振动系统同时向待连接工件提供超声波振动，即双超声模式，也可仅使用上、超声振动系统中的一个向待连接工件提供超声波振动，即上超声单声源模式或下超声单声源模式，两超声波的特征参数可以相同或不同。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接装置的优选实施方式，所述高频感应自热装置包括用于与待连接工件上表面接触的高频感应自热压头、环绕于所述高频感应自热压头的感应线圈以及用于实时采集温度信号反馈给电源的温度感应装置，所述感应线圈与所述上超声振动系统绝缘,所述高频感应自热压头与所述感应线圈相对静止。所述高频感应自热压头与上超声振动系统的输出端连接，当高频感应自热压头与待连接工件的上表面接触时，在感应线圈提供的交变磁场中感应发热，通过高频感应自热压头向待连接工件提供热能、超声波和连接所需的压力。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接装置的优选实施方式，所述上超声振动系统包括与电源连接的上超声振动系统换能器、与所述上超声振动系统换能器连接的上超声振动系统变幅杆，所述上超声振动系统变幅杆的输出端与高频感应自热装置连接。所述上超声振动系统变幅杆的输出端与高频感应自热装置的高频感应自热压头连接，所述上超声振动系统换能器将电能转换为超声波振动机械能，并通过与所述上超声振动系统变幅杆连接的高频感应自热压头输入到待连接工件的连接处。所述上超声振动系统变幅杆可在驱动机构和传动机构的共同作用实现上下动作，从而带动与其输出端连接的高频感应自热压头上下动作，实现高频感应自热压头向下动作压紧待连接工件以及连接完成后向上动作回到起始位置。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接装置的优选实施方式，所述下超声振动系统包括与电源连接的下超声振动系统换能器、与所述下超声振动系统换能器连接的下超声振动系统变幅杆，所述下超声振动系统变幅杆的输出端与所述工作台连接，所述下超声振动系统通过加持机构固定在底座上。使用时，所述工作台与待连接工件的下表面接触，所述下超声振动系统换能器将电能转化成超声振动机械能，并通过与所述下超声振动系统变幅杆输出端连接的工作台提供给工作台上的待连接工件连接处。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接装置的优选实施方式，所述上、下超声振动系统相互垂直。当所述上、下超声振动系统相互垂直时，其中一个超声振动系统可为待连接工件提供一维线性水平振动，另外一个超声振动系统可为待连接工件提供纵向振动，二者单独或结合使用，可为高频感应自热压头和工作台的振动提供一维线性水平振动、纵向振动、扭振或复合振动。另外，本发明的另一个目的在于提供一种采用上述所述装置进行双超声-高频感应复合精密微连接的方法，为实现此目的，本发明采取的技术方案为一种双超声-高频感应复合精密微连接方法，其包括以下步骤(I)启动电源，根据待连接工件材料和尺寸，预设连接参数；(2)将待连接工件置于高频感应自热压头和超声工作台之间；(3)高频感应自热压头从起始位置开始下行，以预定压力压紧待连接工件；(4)当压力达到预设值时，触发上、下超声振动系统和高频感应自热装置开始工作，分别向待连接工件接头处输入超声波振动和热能，在超声波振动和热能复合作用下实现对待连接工件的精密微连接；(5)连接结束，上、下超声振动系统和高频感应自热装置停止工作，高频感应自热压头回到起始位置，准备下一连接循环。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的优选实施方式，所述的高频感应自热压头和工作台的振动形式为一维线性水平振动、纵向振动、扭振或复合振动。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的优选实施方式，所述待连接工件为漆包线、裸铜线、裸铝线或薄金属片材。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的优选实施方式，所述步骤(4)中，超声波由上、下超声振动系统中的一个或者两个提供，形成上超声单声源模式、下超声单声源模式或双超声模式，所述双超声模式中的两超声波的特征参数相同或者不同。作为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的优选实施方式，所述步骤(I)中，预设的连接参数包括连接压力、连接温度及超声波相关特征参数，所述上、下超声振动系统各参数相互独立可调；所述步骤(2)中，高频感应自热压头的加热方式为电阻加热、感应加热、红外加热、激光加热或其他能源加热；所述步骤(3)中，加压驱动方式为弹簧随动加压、气动加压、液压加压或者伺服加压；压力加载形式为恒压、二级加载或者多级加载；所述步骤(4)中，在一个连接循环中，超声波的振幅是可调的，超声波是连续或者间断的，压力、热能和超声波振动的起始时刻和终止时刻相同或不同。与现有技术相比，本发明所述装置将双超声波振动和热能复合，既避免了单纯使用热能去除漆包线导致温度过高出现的熔断或损坏待连接工件的现象，也避免了普通超声热压焊容易脱焊和绝缘层去除不彻底等问题，能直接连接漆包线而无需提前去除绝缘层等任何前处理，提高了工作效率，降低了生产成本；本发明所述方法能实现对工件的单边焊接，大大减小了空间的限制，提高了焊接的灵活性；超声振动能自动清洁待连接工件表面氧化物，整个连接过程不会污染接头和周围环境，是一种高效、环保、经济可靠的微连接技术。
图1为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接装置的一种实施例的结构示意图。图2图1所示双超声-高频感应复合精密微连接装置中上超声振动系统与高频感应自热装置的结构示意图。图3为图1所示双超声-高频感应复合精密微连接装置中高频感应自热装置的工作状态示意图。图4为采用上超声单声源模式时上、下超声振动系统与高频感应自热装置的结构示意图。图5为采用下超声单声源模式时上、下超声振动系统与高频感应自热装置的结构示意图。图6为采用双超声模式时上、下超声振动系统与高频感应自热装置的结构示意图。图7为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的一种实施例的微连接参数示意图。图8为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的另一实施例的微连接参数示意图。图9为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的另一实施例的微连接参数示意图。图10为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的另一实施例的微连接参数示意图。图11为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的另一实施例的微连接参数示意图。图12为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的又一实施例的微连接参数示意图。图13为本发明所述双超声-高频感应复合精密微连接方法的再一实施例的微连接参数示意图。图中，10为机架、12为驱动机构、14为传动机构、20为上超声振动系统、22为上超声振动系统换能器、24为上超声振动系统变幅杆、30为高频感应自热装置、32为高频感应自热压头、34为感应线圈、36为温度感应装置、40为下超声振动系统、42为下超声振动系统换能器、44为下超声振动系统变幅杆、46为加持机构、48为底座、50为工作台、60为电源、62为导线、70为待连接工件。
具体实施例方式为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。一种双超声-高频感应复合精密微连接装置，如附图1所示，所述装置包括机架10，设于所述机架10上的驱动机构12和传动机构14 ;与所述传动机构14连接的上超声振动系统20 ;与所述上超声振动系统20输出端连接的高频感应自热装置30 ;所述上超声振动系统20下方设有下超声振动系统40 ;所述下超声振动系统40上方设有工作台50 ;所述上超声振动系统20、高频感应自热装置30和下超声振动系统40连接有电源60，所述驱动机构12通过所述传动机构14驱动上超声振动系统20上下动作。工作台50用于放置待连接工件70，所述上超声振动系统20可由驱动机构12和传动机构14的共同作用上下动作，由于上超声振动系统20的输出端与高频感应自热装置30连接，上超声振动系统20的上下动作将带动所述高频感应自热装置30同步进行上下动作。当所述高频感应自热装置30向下动作时，高频感应自热装置30以预定压力压紧工作台50上待连接工件70的上表面，当压力达到预设值时，触发上、下超声振动系统(20、40)和高频感应自热装置30开始工作，所述高频感应自热装置30向待连接工件70的接头处输入热能，所述上超声振动系统20通过与其输出端连接的高频感应自热装置30向待连接工件70的接头处输入超声波振动，所述下超声振动系统40通过其上方设置的工作台50向待连接工件70输入超声波振动，在热能和超声波振动的复合作用下，实现对待连接工件70的精密微连接。较佳地，如附图1和2所示，所述高频感应自热装置30包括用于与待连接工件70上表面接触的高频感应自热压头32、环绕于所述高频感应自热压头32的感应线圈34以及用于实时采集温度信号反馈给电源的温度感应装置36，所述感应线圈34与所述上超声振动系统20绝缘，所述高频感应自热压头32与所述感应线圈34相对静止。较佳地，如附图1和2所示，所述上超声振动系统20包括与电源60连接的上超声振动系统换能器22、与所述上超声振动系统换能器22连接的上超声振动系统变幅杆24,所述上超声振动系统变幅杆24的输出端与高频感应自热装置30连接。较佳地，如附图1所示，所述下超声振动系统40包括与电源60连接的下超声振动系统换能器42、与所述下超声振动系统换能器42连接的下超声振动系统变幅杆44，所述下超声振动系统变幅杆44的输出端与所述工作台50连接，所述下超声振动系统40通过加持机构46固定在底座48上。更佳地，如附图1所示，所述上、下超声振动系统(20、40)相互垂直。当所述上、下超声振动系统(20、40)相互垂直时，其中一个超声振动系统可为待连接工件70提供一维线性水平振动，另外一个超声振动系统可为待连接工件70提供纵向振动。所述上、下超声振动系统(20、40)可同时为待连接工件70提供超声波振动，即双超声模式，也可根据不同的待连接工件70材料，选择其中一个为待连接工件70提供超声波振动，即上超声单声源模式或下超声单声源模式。一种采用如上所述装置进行双超声-高频感应复合精密微连接方法，所述方法包括以下步骤(I)启动电源，根据待连接工件材料和尺寸，预设连接参数；(2)将待连接工件置于高频感应自热压头和超声工作台之间；(3)高频感应自热压头从起始位置开始下行，以预定压力压紧待连接工件；(4)当压力达到预设值时，触发上、下超声振动系统和高频感应自热装置开始工作，分别向待连接工件接头处输入超声波振动和热能，在超声波振动和热能复合作用下实现对待连接工件的精密微连接；(5)连接结束，上、下超声振动系统和高频感应自热装置停止工作，高频感应自热压头回到起始位置，准备下一连接循环。如附图3所示，使用时，首先启动电源60，根据待连接工件70的材料和尺寸，预设连接参数；然后将待连接工件70置于工作台50上，如附图3a所示；上超声振动系统20在驱动机构12和传动机构14的作用下开始下行，从而带动高频感应自热压头32从起始位置开始下行，如附图3b所示，以预定压力压紧工作台50上的待连接工件70，如附图3c所示，当压力达到预设值时，触发上超声振动系统20和高频感应自热装置30的控制端，使上超声振动系统20和高频感应自热压头32开始工作，分别向待连接工件70接头处输入超声波振动和热能，在超声波振动和高频感应热能的复合作用下实现对待连接工件70的精密微连接，如附图3d所示；连接结束后，上超声振动系统20和高频感应自热装置30停止工作，上超声振动系统20在驱动机构12和传动机构14的共同作用下开始上行，从而带动高频感应自热压头32上行回到起始位置，准备下一连接循环。如附图4、5和6所示，超声波可由上、下超声振动系统(20、40)中的一个或者两个提供，形成上超声单声源模式、下超声单声源模式或双超声模式，所述双超声模式中的两超声波的特征参数相同或者不同。所述的高频感应自热压头32和工作台50的振动形式可以为一维线性水平振动、纵向振动、扭振或复合振动。 所述步骤(I)中，预设的连接参数可以包括连接压力、连接温度及超声波相关特征参数，所述上、下超声振动系统各参数相互独立可调；所述步骤(2)中，高频感应自热压头的加热方式可以为电阻加热、感应加热、红外加热、激光加热或其他能源加热；所述步骤
(3)中，加压驱动方式可以为弹簧随动加压、气动加压、液压加压或者伺服加压；压力加载形式可为恒压、二级加载或者多级加载；所述步骤(4)中，在一个连接循环中，超声波的振幅可以是可调的，超声波可以连续，也可以间断，压力、热能和超声波振动的起始时刻和终止时刻可以相同，也可以不同。上述所述的待连接工件可以漆包线、裸铜线、裸铝线或薄金属片材。实施例1如图1至图7所示,一种双超声-高频感应复合精密微连接方法,具体实施步骤如下(I)启动电源，根据待连接工件材料和尺寸，预设连接参数；(2)将待连接工件置于连接装置的高频感应自热压头和工作台之间；(图3a)(3)高频感应自热压头从起始位置开始下行，以预定压力压紧待连接工件；(图3b)(4)当压力达到预设值时，触发上超声振动系统和高频感应自热装置的控制端，分别使超声振动系统和高频感应自热压头开始工作，向待连接接头处输入热能和超声波，在超声和高频感应热的复合作用下实现对工件的精密微连接；(图3c、图3d)(5)连接结束，上超声振动系统和高频感应自热装置停止工作，高频感应自热压头回到起始位置，准备下一连接循环。(图3e)(6)本实施例中，加压方式为弹簧随动加压，加热方式采用感应加热，温度感应装置采用红外检测，工作台振动形式为一维线性水平振动。所述步骤(I)中，待连接工件分别为漆包线和磷铜片。所述步骤(I)中，按图7所示的工作要求预设连接参数。连接参数包括连接压力、连接温度及超声波相关特征参数。预设加压模式为恒压模式，加热模式为恒温模式，超声加载模式为变幅加载模式。图7所示的工作过程具体如下预压阶段UtTt1):将待连接工件置于连接装置的高频感应自热压头和工作台之间；高频感应自热压头从起始位置开始下行，以预定压力压紧待连接工件；连接阶段(trt3):超声波、压力和热能通过如图7所示的预设参数复合作用于待连接处，其中tl时刻压力达到预压值，压力信号触发电源使高频感应自热装置和上超声振动系统的上超声振动系统换能器工作。时间段tl_t2 :高频感应自热压头温度保持不变；换能器发出的超声波分别经上超声振动系统变幅杆输出振幅为A1的超声波，传给高频感应自热压头作用于待连接工件连接处。时间段t2_t3 电源改变相关参数，使换能器发出的超声波分别经上超声振动系统变幅杆输出振幅为A2的超声波，传给高频感应自热压头作用于待连接处。时间段trt3 :连接压力保持F1不变；温度感应装置将信号反馈给电源，保持温度T恒定不变。复位阶段(t3_t4):高频感应自热压头上行至起始位置。本实施例中，接头的形成过程连接参数设置的具体情况结合图7予以说明如下首先，将预设连接参数，绝缘线和磷铜片置于连接装置的高频感应自热压头和工作台之间(图3a);弹簧压缩，经传动机构驱动高频感应自热压头下行，以预定压力压紧待绝缘线和磷铜片(图3b);当压力达到预定值时，触发电源，一路向感应线圈输入高频交变电流，产生磁场，高频感应自热压头感应发热，将热传导到待连接工件接头位置；另外一路激励上超声振动系统的上超声振动系统换能器，经上超声振动系统变幅杆传导给闻频感应自热压头，作用于待连接工件接头处。在压力、超声和热的共同作用下，绝缘层被熔化、清除(图3c);此时，绝缘线的导体部分裸露出来，与磷铜片接触，在压力、超声和热的共同作用下，经过复杂的变化，最终形成接头(图3d);触发延时结束，高频感应自热装置和上超声振动系统停止工作，高频感应自热压头上行至起始位置，准备开始下一个连接循环(图3e)。实施例2本实施例除下述特征外，其他结构和过程和实施例1相同加压方式为气动加压。所述步骤(I)中，待连接工件分别为铝线和铝片。所述步骤(I)中，按图8所示的工作要求预设连接参数，预设加压模式为二级加载模式，超声加载模式为恒振幅加载模式。
所述步骤(4)中，当压力达到预设值时，触发上、下超声振动系统和高频感应自热装置的控制端，向待连接接头处输入热能和两束超声波，实现对工件的精密微连接。本实施例中，结合图8对连接阶段(t1-t4)具体说明如下:时间段高频感应自热压头以一级加载压力值压紧铝线和铝片，在超声波作用下，待连接处接触界面的氧化膜等杂物迅速被破碎、排除界面外，形成洁净的接触面，并使接触面逐渐增大；时间段t2_t3:电源触发高频感应自热装置工作，给待连接处输入热能，与此同时，压力和超声波特性不变，初步形成连接层；时间段t3_t4:进入二级加载阶段，压力增大至F2。随着trt3连接工作的完成，接触面积越来越大，在压力F2、加热和超声波共同作用下形成牢固的接头。实施例3本实施例除下述特征外，其他结构和过程和实施例2相同:所述步骤(I)中，按图9所示的工作要求预设连接参数。所述步骤(4)中，当压力达到预设值时，触发上超声振动系统和高频感应自热装置的控制端，向待连接接头处输入热能和超声波，实现对工件的精密微连接。本实施例中，结合图9对连接阶段中时间段t3-t5具体说明如下:时间段t3_t4:进入二级加载阶段，压力增大至F2。随着trt3连接工作的完成，接触面积越来越大，接头基本形成。时间段〖3-〖4:超声振动系统停止工作，保持温度和压力不变，有利于接头界面处原子间从分扩散，形成牢 固接头。实施例4本实施例除下述特征外，其他结构和过程和实施例3相同:所述步骤(I)中，按图10所示的工作要求预设连接参数。本实施例中，结合图10对连接阶段中时间段ti_t5具体说明如下:时间段tl_t2:进入一级加载阶段，压力值为F1 ；自热装置在压力达到预设值开始工作。预热待连接工件，为后续连接过程做好准备；此时间段内超声振动系统不工作。时间段t2-t3:压力和温度保持不变；超声振动系统工作，促使接头形成。时间段t3_t4:进入二级加载阶段，压力值增大至F2 ;温度和超声振幅保持不变。随着连接的进行，接头处接触界面越来越大，压力的加大有利于接头界面处原子间的相互扩散。时间段t4_t5:压力和温度保持不变，超声振动系统停止工作，这有利于接头界面处原子间充分扩散，形成牢固接头。实施例5本实施例除下述特征外，其他结构和过程和实施例1相同:所述步骤(I)中，待连接工件分别为铝线和容易被热损伤的元器件的终端。所述步骤(I)中，按图11所示的工作要求预设连接参数。本实施例中，结合图11对连接阶段中时间段ti_t5具体说明如下:时间段trt2:进入一级加载阶段，压力值为F1 ;此时间段内高频感应自热装置不工作；超声振动系统在压力达到预设值时开始工作，向待连接处输入振幅为A1的超声波。由于工件已被热损伤，应尽量减少对待连接工件的热能输入；在超声波作用下，待连接处接触界面的氧化膜等杂物迅速被破碎、排除界面外，形成洁净的接触面，并使接触面逐渐增大；时间段t2_t3 :压力保持不变，高频感应自热装置开始工作，超声振动系统向待连接处输入振幅为A1的超声波。在压力，热能和超声波的共同作用下，待连接工件接触界面的微小凸起处将首先连接到一起，初步形成接头。时间段t3_t4 :进入二级加载阶段，压力值增大至F2 ;温度和超声振幅保持不变。随着连接的进行，接头处接触界面越来越大，压力的加大有利于接头界面处原子间的相互扩散。时间段t4-t5:压力和超声振幅保持不变，高频感应自热装置停止工作。减少对待连接工件的热能输入以避免对元器件的热损伤；超声波和压力的继续作用有利于接头界面处原子间充分扩散，形成牢固接头。实施例6本实施例除下述特征外，其他结构和过程和实施例5相同所述步骤(I)中，待连接工件分别为绝缘线和容易被热损伤的元器件的终端。所述步骤(I)中，按图12所示的工作要求预设连接参数。本实施例中，结合图12对连接阶段中时间段ti_t5具体说明如下时间段tl_t2 :进入一级加载阶段，压力值为F1 ;由于工件已被热损伤，应尽量减少对待连接工件的热能输入，此时间段内高频感应自热装置不工作；超声振动系统在压力达到预设值时开始工作，向待连接处输入大振幅的超声波。大振幅超声波作用，能使绝缘线的绝缘层破碎、清除，使绝缘线的导体部分裸露出来。时间段t2_t3:压力保持不变，高频感应自热装置开始工作，超声振动系统向待连接处输入振幅为A1的超声波。压力，热能和超声波的共同作用，一方面使绝缘层彻底清除，另一方面使待连接工件接触界面的微小凸起处首先连接到一起，初步形成接头。时间段t3_t4 :进入二级加载阶段，压力值增大至F2 ;温度和超声振幅保持不变。随着连接的进行，接头处接触界面越来越大，压力的加大有利于接头界面处原子间的相互扩散。时间段t4_t5:压力和温度保持不变，超声振幅增大到A2，这有利于接头界面处原子间充分扩散。时间段t5_t6 :压力和超声振幅保持不变，高频感应自热装置停止工作。减少对待连接工件的热能输入以避免对元器件的热损伤；超声波和压力再作用一段时间，形成牢固接头。实施例7本实施例除超声波间隔作用于待连接处外，其他结构和过程和实施例6相同。压力、温度和超声波作用的具体情况如图13所示。上述实施例说明中，图7至图13中的超声波波形仅为了说明超声波的作用形式，上、下超声振动系统发出的两超声波的特征参数可以相同，也可以不同。最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，凡是依据本发明的技术实质与原理所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种双超声-高频感应复合精密微连接装置，其特征在于，包括: 机架，设于所述机架上的驱动机构和传动机构； 与所述传动机构连接的上超声振动系统； 与所述上超声振动系统输出端连接的高频感应自热装置； 所述上超声振动系统下方设有下超声振动系统； 所述下超声振动系统上方设有工作台； 所述上超声振动系统、高频感应自热装置和下超声振动系统连接有电源；所述驱动机构通过所述传动机构驱动上超声振动系统上下动作。
2.如权利要求1所述的双超声-高频感应复合精密微连接装置，其特征在于，所述高频感应自热装置包括用于与待连接工件上表面接触的高频感应自热压头、环绕于所述高频感应自热压头的感应线圈以及用于实时采集温度信号反馈给电源的温度感应装置，所述感应线圈与所述上超声振动系统绝缘,所述高频感应自热压头与所述感应线圈相对静止。
3.如权利要求1所述的双超声-高频感应复合精密微连接装置，其特征在于，所述上超声振动系统包括与电源连接的上超声振动系统换能器、与所述上超声振动系统换能器连接的上超声振动系统变幅杆，所述上超声振动系统变幅杆的输出端与高频感应自热装置连接。
4.如权利要求1所述的双超声-高频感应复合精密微连接装置，其特征在于，所述下超声振动系统包括与电源连接的下超声振动系统换能器、与所述下超声振动系统换能器连接的下超声振动系统变幅杆，所述下超声振动系统变幅杆的输出端与所述工作台连接，所述下超声振动系统通过加持机构固定在底座上。
5.如权利要求1-4任一所述的双超声-高频感应复合精密微连接装置，其特征在于，所述上、下超声振动系统相互垂直。
6.一种采用如权利要求2所述装置进行双超声-高频感应复合精密微连接方法，其特征在于，包括以下步骤: (O启动电源，根据待连接工件材料和尺寸，预设连接参数； (2)将待连接工件置于高频感应自热压头和超声工作台之间； (3)高频感应自热压头从起始位置开始下行，以预定压力压紧待连接工件； (4)当压力达到预设值时，触发上、下超声振动系统和高频感应自热装置开始工作，分别向待连接工件接头处输入超声波振动和热能，在超声波振动和热能复合作用下实现对待连接工件的精密微连接； (5)连接结束，上、下超声振动系统和高频感应自热装置停止工作，高频感应自热压头回到起始位置，准备下一连接循环。
7.如权利要求6所述的双超声-高频感应复合精密微连接方法，其特征在于，所述的高频感应自热压头和工作台的振动形式为一维线性水平振动、纵向振动、扭振或复合振动。
8.如权利要求6所述的一种双超声-高频感应复合精密微连接方法，其特征在于，所述待连接工件为漆包线、裸铜线、裸铝线或薄金属片材。
9.如权利要求6所述的双超声-高频感应复合精密微连接方法，其特征在于，所述步骤(4)中，超声波由上、下超声振动系统中的一个或者两个提供，形成上超声单声源模式、下超声单声源模式或双超声模式，所述双超声模式中的两超声波的特征参数相同或者不同。
10.如权利要求6所述的双超声-高频感应复合精密微连接方法，其特征在于， 所述步骤(I)中，预设的连接参数包括:连接压力、连接温度及超声波相关特征参数，所述上、下超声振动系统各参数相互独立可调； 所述步骤(2)中，高频感应自热压头的加热方式为电阻加热、感应加热、红外加热、激光加热或其他能源加热； 所述步骤(3)中，加压驱动方式为弹簧随动加压、气动加压、液压加压或者伺服加压；压力加载形式为恒压、二级加载或者多级加载； 所述步骤(4)中，在一个连接循环中，超声波的振幅是可调的，超声波是连续或者间断的，压力、热能和超声 波振动的起始时刻和终止时刻相同或不同。
全文摘要
本发明公开一种双超声-高频感应复合精密微连接装置，所述装置包括机架，设于机架上的驱动机构和传动机构；与传动机构连接的上超声振动系统；与上超声振动系统输出端连接的高频感应自热装置；上超声振动系统下方设有下超声振动系统；下超声振动系统上方设有工作台；上超声振动系统、高频感应自热装置和下超声振动系统连接有电源。本发明所述装置将双超声波振动和热能复合，避免了单纯使用热能导致温度过高出现的熔断或损坏待连接工件的现象，也避免了普通超声热压焊容易脱焊和绝缘层去除不彻底的问题，提高了工作效率，降低了生产成本。同时，本发明还公开了采用所述装置进行双超声-高频感应复合精密微连接的方法。
文档编号B29C65/08GK103071910SQ20131001351
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者郭钟宁, 袁聪, 李远波, 张永俊, 邓宇, 黄志刚 申请人:广东工业大学