柯昌锵

（广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006）

焊线机超声波发生器数字化频率跟踪系统设计*

柯昌锵

（广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006）

焊线机超声引线键合过程中，由于温度、压力、环境等因素的变化会导致超声换能器的谐振频率发生漂移。在分析超声换能器电特性的基础上，阐述了阻抗相位反馈调谐的原理以及基于FPGA的数字化频率跟踪系统的设计，与传统的方法相比，系统跟踪响应速度快，跟踪实时性好，而且跟踪频率范围宽，具有较强的实用性。

超声波发生器；FPGA；频率跟踪；数字鉴相器

0 引言

焊线机超声引线键合技术是指利用热、力、超声能量的耦合作用，通过超声振动和劈刀压力，将半导体芯片与焊盘、基板或电子封装外壳引脚用金属丝相连接的工艺技术[1]。工作时超声波发生器发出的电功率信号驱动压电陶瓷，压电陶瓷将电功率信号转换成机械振动，振动经变幅杆和劈刀传输，放大以后作用在键合界面上[2]。

焊线机工作中超声换能器随着温度、压力、环境等因素的变化会导致其谐振频率发生漂移，而谐振频率的漂移将使换能器的工作效率降低，甚至会损坏换能器元件[3]，为了使系统输出功率最大，损耗最小，应使系统工作在谐振状态下。焊线机超声波发生器的好坏直接影响到焊接质量，要保证高效、可靠的焊线质量，超声波发生器的工作频率必须能跟随换能器的谐振频率。传统的模拟锁相环对电路集成化和数字化形成了制约，因此设计数字化自动跟踪谐振频率系统，对超声波换能器高效、稳定的运行具有重要的现实意义。……