引线键合具有工艺简单、成本低、封装形式多样化等特点,在管脚封装中处于主导地位。超声换能器是引线键合工艺的核心执行机构,其能量传递过程及动力学特性直接决定着封装的整体质量。当前引线键合换能器超声能量为一维纵向加载模式,该种超声加载方式会造成不充分的结合面,不但导致键合强度下降,而且严重影响键合点可靠性和寿命。本文采用整圆环与半圆环压电陶瓷片分别激励的方式,产生轴向纵振和水平弯振复合的超声振动代替传统单一的轴向振动。研制了一种用于引线键合工艺的纵弯复合双向超声能量加载模式的压电换能器,该换能器可提高超声能量的转化效率进而改善封装质量。主要研究内容如下:基于超声一维纵振理论、等效动力学及电学模型,构建了双向换能器纵向振动的整体等效电路,推导出换能器纵振结构尺寸。根据双向换能器纵振结构的电阻抗数学模型,利用MATLAB编程计算得到了其纵振结构的阻抗特性。采用双向换能器纵振与弯振结构一体化的设计方法,使用有限元分析软件,确定半圆环弯振陶瓷片在双向换能器中的装配位置,得到了双向换能器整体结构的初始尺寸。采用ANSYS模态分析得到了双向换能器纵振和弯振模态的谐振频率及振型。采用频率灵敏度法,得到双向换能器各零件尺寸参数对谐振频率的影响规律,完成了其结构与尺寸优化,实现了纵振模态与弯振模态的简并,及双向换能器纵、弯谐振节点位置与安装环位置的完全重合。利用谐响应分析得到双向换能器末端不同频率下各个方向的振幅变化曲线,验证了另一方向俯仰振动对双向换能器纵向振动和弯曲振动的影响极小。采用阻抗分析仪对样机的阻抗特性进行了测试,测试结果与有限元仿真分析结果基本一致。采用超声驱动器、激光多普勒测振仪、信号放大器等仪器设备搭建了双向换能器的振动测试平台,获得了双向换能器纵振和弯振振幅。测试了不同驱动电压下双向换能器的振幅,发现纵振与弯振振幅均随驱动电压的增加呈近似线性上升趋势。进行双向换能器键合效果对比试验,根据试验焊点形貌、结合面等因素判断,证明了双向换能器键合质量优于传统一维的键合质量。所做双向换能器键合机理的研究与结构设计,对引线键合工艺的提高具有创新性的意义。