Effect of ultrasonic power on wedge bonding strength and interface microstructure

During the aluminum wire wedge bonding, the ultrasonic power and bonding strength were obtained. Based on those data, the relationship between ultrasonic power and bonding strength was studied. The results show that: 1) ultrasonic power is affected by ultrasonic power ratio and other uncontrolled factors such as asymmetric substrate quality, unstable restriction on the interface between wedge tool and aluminum wire; 2) when ultrasonic power is less than 1.0 W, increasing ultrasonic power leads to increasing bonding strength and decreasing failure bonding; on the contrary, when ultrasonic power is greater than 1.6 W, increasing power leads to decreasing bonding strength and increasing failure bonding; 3) only when ultrasonic power is between 1.0 W and 1.6 W, can stable and high yield bonding be reached. Finally, the microstructure of bonding interface was observed, and a ring-shaped bond pattern is founded in the center and friction scrape besides the ring area.

EFFECT OF ULTRASONIC POWER ON THE HEAVY ALUMINUM WEDGE BONDING STRENGTH

Eleven groups of wire bonding experiments are carried out on an experiment platform （restructured with a U3000 heavy aluminum wedge wire bonder）. Pure silicon aluminum wire （300 μm in diameter, 2.94-3.92 N in average pull force） and nickel coated aluminum substrates are used in the experiments. During the experiment process, only ultrasonic power rate parameter is changed and the other bonding parameters are kept as constant, The bonding force and time are 4.90 N and 100 ms respectively. After the bonding experiments, shear strength tests are carried out on the bonds as the bonding strength criterion. From those experiments and test results, some conclusions are obtained： In the small ultrasonic power rate conditions （about 20%-30%）, with the power increasing, the bonding strength enhances accordingly; However, in the large ultrasonic power rate conditions （about 45%-70%）, the bonding strength decreases accordingly and over bonding happens. Only when the ultrasonic power rate is in a moderate condition （about 35%-40%） can good and stabilized bonding strength be acquired.

Effect of ultrasonic power and bonding force on the bonding strength of copper ball bonds

Copper wire, serving as a cost-saving alternative to gold wire, has been used in many high-end thermosonic ball bonding applications. In this paper, the bond shear force, bond shear strength, and the ball bond diameter are adopted to evaluate the bonding quality. It is concluded that the ef/~cient ultrasonic power is needed to soften the ball to form the copper bonds with high bonding strength. However, excessive ultrasonic power would serve as a fatigue loading to weaken the bonding. Excessive or less bonding force would cause cratering in the silicon.

SiC功率模块引线键合参数优化与可靠性分析

在汽车电力电子器件开发技术中,功率模块正朝着小型化和高功率密度方向发展,而汽车动力装置的高频通断操作会增加键合线的疲劳失效风险。为了提高键合强度及可靠性,首先从键合原理角度出发,揭示键合参数在不同阶段的作用机理,利用单因素实验得到各参数的优化区间;然后通过数值计算与老化实验相结合的方法系统性研究了键合线材料对键合可靠性的影响。结果显示,Cu键合线的最高温度、最大等效应力均高于Al键合线,但受材料属性影响,Cu键合线的最大塑性应变仅为Al键合线的1/2,根据功率循环实验,其寿命约为Al键合线的4倍,并且Cu线键合质量分散性大,单根键合线脱落引起监测信号阶段性跃升的现象可以成为日常工作中的失效预警信号。

红外探测器芯片高可靠性键合工艺研究

金丝键合工艺广泛应用于红外探测器的封装环节。实验选用25μm金丝,基于正交试验法,根据键合拉力值确定键合的最佳工艺参数。通过优化超声压力、超声功率、超声时间及接触力等工艺参数组合,改善了键合引线的电气连接性能和连接强度,从而提高芯片系统的信号传输质量。提出的引线键合工艺参数组合适用于红外探测芯片的键合。

负载口独立双阀芯电液阀的结构优化

为研究负载口独立电液阀系统结构参数对主阀微动特性的影响,基于功率键合图理论,建立了电液阀系统状态空间方程,采用一阶灵敏度方法,分析了系统参数对主阀微动特性的影响规律;反馈控制系统的先导结构参数对主阀运动特性至关重要,以系统不产生自激振荡与最佳阻尼比为约束条件,对先导级死区宽度、阀口形式、进回油阀口匹配系数进行研究,实现了先导级主级最佳匹配。研究结果表明,对主阀微动特性影响较大的因素依次为主阀芯所受摩擦力、非弹簧控制腔液容、导阀入口到主阀控制腔管路液容(非弹簧侧)、主阀弹簧预紧力,对上述影响参数进行优化的同时,当导阀死区宽度δ≤0.25 mm,阀口形式为U形阀口,进回油阀口匹配系数η=0.53时,系统综合性能可得到有效提高。

机液并联驱动的工程钻机功率分配分析及工程试验

为实现工程钻机动力系统功率的合理分配,提出机液并联驱动系统的功率分配方式。通过分析该系统的工作原理,得出其传动部分的输出转速、转矩及总传动比的特性曲线;在此基础上,运用键合图理论建立系统功率键合图的物理模型,并推导出该系统的状态方程。基于系统功率流及能量的传递,辨识出系统的功率流及能量的传递由系统分配参数与外负载共同决定。通过构建系统各负载的数学模型,经数值计算得出各负载的关系曲线,结合AMESim软件对仿真模型进行数据分析及钻机工程试验,得出机液并联驱动系统在中高转速有着良好的输出特性,此时,系统的功耗低,钻机钻凿效率高。经分析,应用于钻机的机液并联驱动系统及功率分配方式可满足工程基础开挖的需求,同时为工程装备的动力系统设计提供理论支持和技术借鉴。

树脂渗透剂的制备及其后处理对3DP成型件抗压性能的影响

在利用三维粉末黏结(3DP)工艺成型标准圆柱件时,为了制备3DP工艺后处理环节所需的树脂渗透剂,以抗压强度为指标,利用响应面法中的Box-Behnken设计了实验方案,确定了优化配比方案。以此为后处理剂扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和抗压强度测试讨论了渗透参数(渗透次数、渗透方式以及渗透间隔时间)对3DP工艺成型件的抗压性能的影响。结果表明,制备的树脂渗透剂可有效改善成型件的抗压性能。在渗透处理时,采用浸润的渗透形式,通过多次浸润、渗透间隔时间逐次递增的方式,可以有效提高成形件的抗压性能。

计及磁链和电流的PMSM DTC系统中功率器件键合线老化监测方法

在闭环控制系统中,基于电参数的功率器件老化监测方法是电力电子可靠性领域的难点之一。以永磁同步电机直接转矩控制系统为例,研究基于磁链相图和电流的功率逆变器中功率器件老化状态的在线监测方法。首先,分析功率器件老化的特征,得到键合线老化引起通态电阻增加的结论;其次,研究得到功率器件键合线老化与磁链相图、直轴电流和三相电流峰值变化的关系,进而提出功率器件键合线老化的监测方法;最后,通过多组仿真实验验证了基于磁链相图和电流的在线监测方法均可实现功率逆变器中功率器件键合线老化状态的在线监测。其中,基于磁链相图的在线监测方法需要系统磁链出现一些波动时才易观测,此时功率器件处于失效状态,该方法并不可取;而基于三相电流的监测方法能够更为精确地监测功率器件老化状况,效果更为优越。

基于功率键合图理论的仿生馈能减震座椅设计

为有效衰减工程机械车辆的低频振动,设计了一种应用于重型车辆的馈能减震座椅.首先,模仿袋鼠下肢骨骼的多连杆串联结构设计“X”型减震结构;其次,利用功率键合图建立减震座椅模型,通过MATLAB/Simulink模块进行数值仿真;最后,采用SolidWorks建立三维模型,导入ADAMS进行运动仿真,并与数值仿真结果进行对比分析.仿真结果表明:振动频率越大,能量回收系统的输出功率越高;当振动频率为2 Hz时,峰值输出功率为0.75 W,能够为车辆内各传感器供电,进而实现减震和馈能.该设计为减震座椅的馈能特性研究提供了新思路.

阻尼孔对负载敏感液压系统动态特性分析

以负载敏感液压系统中的负载检测反馈控制回路为理论依据,结合实际工况,采用功率键合图建立两种不同工况下负载检测反馈控制回路的数学模型,得到液压回路的状态方程。在此基础上利用AMESim仿真软件建立系统的仿真模型,分析负载检测反馈控制回路中不同位置的阻尼孔直径对负载敏感液压系统动态特性的影响,为负载检测反馈控制回路中阻尼的设计选型提供理论支持。

舰载直升机电驱动助降装置及其关键特性分析

针对现役综合系留和转运系统(Aircraft Ship Integrated Secure and Traverse,ASIST)存在的捕获冲击力大、转运时系统能耗高的问题,设计舰载直升机电驱动助降装置。通过分析助降装置的工况得出助降装置在执行捕获与转运任务时的性能要求,据此给出电驱动助降装置传动系统的设计方案。基于功率键合图理论建立传动系统的动力学模型,并与液压驱动助降装置进行对比仿真实验。仿真结果表明:电驱动助降装置的捕获速度降低约92%,捕获时最大冲击力降低约94%,能够在21 kN的外负载作用下执行直升机转运任务,在执行转运任务时能耗降低约29%,该成果对于拓宽ASIST的使用范围、降低系统能耗具有重要意义;所引入的兼顾系统动态特性与能耗特性的建模方法,为其余复杂机械系统的动力学建模提供了参考。

核电系统用无机胶的研究进展

胶黏材料作为核电站关键材料之一,在核电应用中扮演着至关重要的角色。相较于传统的有机胶,无机胶因优异的高温稳定性、耐辐照性、耐候性及低成本效益,在核电领域的应用中显示出独特的优势。本文首先概述了无机胶的组成、结构、分类及基本特性,随后详细探讨了磷酸盐无机胶与硅酸盐无机胶的粘接机理、改性策略及性能增强方法。研究表明:通过优化填料、引入交联剂和调整固化剂等方法,可以有效提高无机胶的耐高温性能;而通过调整固化工艺、进行界面优化和引入抗氧化剂等措施,则能显著提升无机胶的耐辐照性。此外,文章还介绍了无机胶应用技术的创新,如预加载技术、固化温度的调控及粘接界面的特殊处理。本文为无机胶在核电系统中的应用提供了新的视角和策略参考,有助于核电领域胶黏技术的发展。

兆瓦级风电复材叶片二次粘接技术与粘接效能影响研究

风电叶片是组成风电发电机的重要组成部分,复合材料的叶片主要优点就是质量轻、耐气候和腐蚀性好,性能稳定好成型,适合塑造各种复杂造型的同时减少后续加工工艺。为提高复合材料叶片二次粘接效能,研究从基板材质方面,引用聚氨酯、环氧树脂和乙烯基酯3种材质的基板对粘接强度进行分析,得到不同固化程度的粘接强度并测试不同固化程度的结构胶粘接能力,结果表明结构胶固化程度增加带来粘接强度增加,同时结构胶固化强度超过一定范围后胶体本身呈现脆性,所以应适当增加固化程度。

TO-3封装器件键合丝热机械可靠性与寿命预测

为解决双芯片功率放大器的过电应力烧毁问题,对器件电路进行改进并探究其可靠性。首先,重新设计和制备基片上金属带线,并进行温度循环与拉力检测试验;然后,基于有限元方法在温度循环载荷作用下对键合丝应力应变分布情况进行了分析,并通过Coffin-Manson模型对器件的疲劳寿命进行预测分析。结果表明,高温下应力降低了3.23 MPa,低温下应力下降了97.7 MPa。改进后的器件寿命提高了11.6%,且经历过温度循环后仍满足最小键合拉力极限值要求。该研究结果可为复杂键合丝结构及寿命预测提供参考。

新型引流线搭接工具的研制与应用

供电过程中配电设备的损坏及检修过程中局部供电中断,使得人们生活中用电间断。为尽快恢复正常供电,更安全便捷地进行检修,设计了一种可伸缩、防电弧、一体化绝缘、适用性强、实时动态电流检测的新型绝缘引流线搭接工具。新型引流线的消弧功能利用张力弹簧实现快速接通和断开,根据绝缘罩利用空气快速灭弧原理,引流线金属夹具的自动绝缘防护能有效提升作业效率和作业安全。通过现场作业进行验证,证明新型装置能够满足作业时的要求和规范,提高了带电搭接引流线作业项目的质量和效率,相比传统引流线作业,效率可提高50%。

考虑不同灌浆效果的海上风电顶部灌浆桩基础竖向抗拔承载力数值研究

海上风电大直径钢管桩与导管架常用灌浆连接形成闭口桩,而现有闭口桩设计不考虑或是低估了灌浆段的承载力贡献,而且施工的不确定性可能导致灌浆体深度不足或是渗透性过大,因此研究不同灌浆效果对承载力的影响可为闭口桩设计提供参考。通过岩土数值软件ABAQUS设置水单元及调整灌浆段渗透性等方式模拟不同灌浆效果,并进行影响因素分析。模型采用修正剑桥本构,考虑黏土地层并引入黏结接触模拟灌浆段底部与土体的相互作用。结果表明,不同灌浆效果的荷载-位移曲线均存在明显拐点,灌浆不足和灌浆正常两种工况下的极限抗拔承载力基本一致,灌浆段的承载力分担比约占14.4%;而灌浆渗漏的极限抗拔承载力相比则存在明显差距,其主要来源于灌浆段部分。竖向抗拔承载力的影响因素分析结果表明,随着接触面刚度系数的增大,抗拔承载力也随之增大;随着长径比增大,抗拔承载力逐渐减小;桩壁厚度的影响并不能单纯以桩体内外径尺寸来评判。

考虑阈值电压漂移的SiC MOSFET功率循环寿命修正技术

在SiC MOSFET的功率循环测试(PCT)中,饱和压降主要表征键合线的老化状态,其值由导通电阻决定。SiC MOSFET的阈值电压漂移会在导通电阻中引入非键合线老化导致的芯片电阻增量,进而影响寿命判断。为了准确判定键合线失效,设计和搭建阈值电压漂移在线监测平台,并结合实测阈值电压漂移数据解耦出芯片电阻增量,进而对实测饱和压降进行补偿,实现对SiC MOSFET功率循环寿命的修正。结果表明,同一器件寿命修正前后的结果基本一致,阈值电压漂移主要影响PCT前期的饱和压降,对最终寿命判定结果没有影响。该研究成果可为SiC MOSFET封装可靠性测试提供参考。

基于阻性电流和护层电流的交叉互联电缆绝缘监测及诊断

长距离高压电缆采用三相金属护层交叉互联的接地方式减小金属护层中的感应电压,这种交叉互联方式给电缆绝缘在线监测及诊断带来了困惑。因此,提出一种基于阻性电流和护层电流分析的电缆绝缘在线监测及诊断方法,给出泄漏电流与护层电流分离的公式推导,并得到从泄漏电流中分离出阻性电流的计算公式。运用MATLAB/Simulink平台建立三相电缆的等效模型,对方法进行了仿真验证,同时搭建三相电缆实验模型,分别对交叉互联电缆绝缘劣化、护层回路开路、中间接头护层击穿这3类典型故障进行实验研究。结果表明:实现了对交叉互联后每一段电缆绝缘状况的在线监测及诊断;配合安装在同轴电缆上的电流传感器的测量电流,能够实现对金属护层开路、中间接头击穿故障的诊断;实现了对不同类型电缆故障的诊断及故障位置的确定,同时也验证了方法的正确性和可行性。