Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR102221010B1 - 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법 - Google Patents

초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102221010B1
KR102221010B1 KR1020190172091A KR20190172091A KR102221010B1 KR 102221010 B1 KR102221010 B1 KR 102221010B1 KR 1020190172091 A KR1020190172091 A KR 1020190172091A KR 20190172091 A KR20190172091 A KR 20190172091A KR 102221010 B1 KR102221010 B1 KR 102221010B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bonding
joined
ultrasonic
pressing
bonded
Prior art date
Application number
KR1020190172091A
Other languages
English (en)
Inventor
정승부
민경득
정광호
이충재
정학산
김재하
황병욱
김경열
Original Assignee
성균관대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 성균관대학교 산학협력단 filed Critical 성균관대학교 산학협력단
Priority to KR1020190172091A priority Critical patent/KR102221010B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102221010B1 publication Critical patent/KR102221010B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/12—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to investigating the properties, e.g. the weldability, of materials
    • B23K31/125—Weld quality monitoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/10—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating making use of vibrations, e.g. ultrasonic welding
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

본 발명은 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치는 상하로 적층되는 하부 피접합재와 상부 피접합재의 하부를 지지하는 지그; 상기 상부 피접합재의 상측에 배치되고, 하부 피접합재와 상부 피접합재의 접합부위에 초음파접합을 위한 진동을 제공하는 초음파 혼; 상기 초음파 혼의 상측에서 가압력을 제공하여 상기 접합부위에 미리 설정된 가압하중을 제공하는 가압부; 및 상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 초음파접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법 {Apparatus and method for evaluating the reliability of ultrasonic bonding}
본 발명은 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 접합 시 피접합재에 가해지는 가압하중의 변화를 분석하여 접합상태를 평가함으로써, 초음파 접합과 동시에 접합에 대한 실시간이면서도 비파괴적인 평가가 가능한 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 수많은 모듈이 전자, 자동차, 기타산업에 집적되어 적용됨에 따라, 전극이나 일반 구조체를 서로 이어주는 접합기술이 주목을 받고 있다.
다양한 접합기술 중 초음파 접합(초음파 용접(ultrasonic welding)이라고도 함)은 지그와 혼 사이에 피접합재를 물리고, 가압하면서 초음파 진동을 이용하여 접합시키는 방법을 일컫는 것으로, 주로 연강과 알루미늄, 플라스틱 등의 접합용으로 사용된다.
즉, 초음파접합은 대략 10~50kHz의 주파수에서의 초음파발진을 통한 기계적 진동 에너지를 피접합재에 인가하면, 접합부위에서 마찰에 의한 국소적인 가열이 일어나고, 결과적으로 피접합재의 재료의 이동이 발생하여 고상접합이 이루어진다. 이는 통상의 용접과 같은 접합법에서 행해지는 바와 같은 고온융착이나 제3재료의 첨가가 없는 용접이다.
초음파에너지는 피접합표면을 통상 혼(horn)이라 불리는 진동용접헤드와 접촉시킴으로써 인가된다. 이 혼이 피용접재의 상면을 충분한 힘으로 누른 상태에서 초음파 접합이 수행된다.
이와 같은 초음파접합의 방법에 대해서는 한국 특허 제10-0315049호(구리박의 초음파용접방법)와 같이 다양한 기술이 개시되고 있다.
하지만, 초음파접합은 다른 접합과는 달리 중간재를 사용하지 않고 비교적 큰 시편을 접합하는데 사용되므로 X-ray를 통한 접합신뢰성 분석이 어렵다.
일반적으로 초음파 접합 신뢰성 평가는 주로 상부 피접합재에 형성된 혼의 자국으로 판단하거나 전기전도도가 있는 피접합재의 경우 전기전도도로 판단한다.
하지만 혼의 자국을 이용한 평가방법은 혼의 상태를 대변할 수 있지만 시편의 산화상태나 표면상태 등을 고려하여 접합신뢰성을 판단할 수 있는 올바른 방법이 아니다. 즉, 피접합면의 접합면 조도에 따라 혼의 자국이 잘 형성된 경우에도 접합면이 완전히 접합되지 않아 피접합재간의 유격이 존재할 수 있는 경우가 있기 때문이다.
마찬가지로, 전기전도도를 이용한 평가방법으로는 피접합재끼리 닿아있는 부분(전기가 전도됨)과 떨어져 있는 부분(전기가 전도되지 않음)을 구분할 수 없기 때문에 접합부의 각 부위별을 모두 통합하여 정확한 접합신뢰성을 평가하기에는 무리가 있다.
따라서 초음파 접합 시, 접합과 동시에 실시간으로 평가가 가능하고 비파괴적으로 신뢰성을 평가하는 방법이 필요한 실정이다.
특허문헌 1. 대한민국 등록특허 제10-0315049호(1998년11월25일)
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초음파 접합 시, 피접합재에 가해지는 하중의 감소의 정도를 분석함으로써 접합과 동시에 실시간으로 평가가 가능하고 비파괴적으로 신뢰성을 평가할 수 있는 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 초음파 접합 작업과 동시에 접합 상태가 표시되어, 작업자나 관리자가 용접 품질을 실시간으로 인식할 수 있으므로, 작업자의 숙련도 향상에 크게 기여할 수 있는 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법을 제공함에 있다.
또한, 비파괴에 의해 접합 품질을 평가할 수 있어, 소재의 파손이 불필요하므로 재료비의 절감이 가능할 뿐만 아니라 접합부위의 전수검사가 가능한 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 상하로 적층되는 하부 피접합재와 상부 피접합재의 하부를 지지하는 지그; 상기 상부 피접합재의 상측에 배치되고, 하부 피접합재와 상부 피접합재의 접합부위에 초음파접합을 위한 진동을 제공하는 초음파 혼; 상기 초음파 혼의 상측에서 가압력을 제공하여 상기 접합부위에 미리 설정된 가압하중을 제공하는 가압부; 및 상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 초음파접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 측정부;를 포함하는 초음파 접합 신뢰성 평가 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 가압부는 가압축이 피접합재의 두께방향으로 이동하여 가압력을 제공하는 액추에이터로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측정부에서 측정되는 측정값을 시각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측정부는 상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 초음파 접합 전,후의 두께 변화에 따르는 가압하중의 변화량을 측정할 수 있도록 상기 하부 피접합재의 하부에 배치되는 하중측정센서로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측정부는 상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 초음파 접합 전,후의 두께 변화를 측정할 수 있는 거리측정센서로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 지그의 상측에 접합 대상이 되는 하부 피접합재와 상부 피접합재를 적층하고, 상기 상부 피접합재의 상측에 초음파 혼을 배치하는 준비단계; 상부 피접합재의 상부에 배치된 가압부를 이용해 상기 초음파 혼의 상측을 가압하여 하중을 인가하는 가압단계; 초음파 혼에 진동을 인가하여 상부 피접합재와 하부 피접합재를 접합하는 접합단계; 상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 측정단계; 및 상기 측정단계에서 측정된 두께 변화량을 통해 초음파접합부위의 접합신뢰성을 평가하는 평가단계;를 포함하는 초음파 접합 신뢰성 평가 방법에 의해서도 달성될 수 있다.
여기서, 상기 측정단계에서는 하중측정센서를 이용하여 초음파접합부위의 접합 전,후의 두께 변화에 따르는 가압하중의 변화를 측정하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 가압단계에서는 상기 초음파 혼에 목표 하중을 인가한 후, 최초 가압상태를 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 측정단계에서는 거리측정센서를 이용하여 초음파접합부위의 접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 초음파 접합 시, 피접합재에 가해지는 하중의 감소의 정도를 분석함으로써 접합과 동시에 실시간으로 평가가 가능하고 비파괴적으로 신뢰성을 평가할 수 있는 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법이 제공된다.
또한, 초음파 접합 작업과 동시에 접합 상태가 표시되어, 작업자나 관리자가 용접 품질을 실시간으로 인식할 수 있으므로, 작업자의 숙련도 향상에 크게 기여할 수 있는 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법이 제공된다.
또한, 비파괴에 의해 접합 품질을 평가할 수 있어, 소재의 파손이 불필요하므로 재료비의 절감이 가능할 뿐만 아니라 접합부위의 전수검사가 가능한 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치의 개략 구성도,
도 2는 본 발명에 따라 초음파접합 전,후의 접합부위를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명 초음파접합 신뢰성 평가 방법의 순서도이고,
도 4는 본 발명에 따라 초음파접합 후 변화된 하중과 전단강도의 값의 그래프이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치의 개략 구성도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중, 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치의 개략 구성도, 도 2는 본 발명에 따라 초음파접합 전,후의 접합부위를 나타낸 단면도이다.
상기 도면에 도시된 바와 같은 본 발명 초음파접합 신뢰성 평가 장치는 지그(110), 초음파 혼(120), 승강가이드(130), 가압부(140), 측정부(150) 및 표시부(153)를 포함한다.
상기 지그(110)는 초음파접합을 위해 상하로 적층되는 하부 피접합재(M1)와 상부 피접합재(M2)의 하부를 지지할 수 있는 평평한 플레이트 형태로 이루어지며, 상면에는 상기 하부 피접합재(M1)의 저면에 압입자국을 형성할 수 있는 요철부가 마련될 수 있다.
상기 초음파 혼(120)은 상기 상부 피접합재(M2)의 상측에 배치되고, 하부 피접합재(M1)와 상부 피접합재(M2)의 접합부위에 초음파접합을 위한 진동을 제공하는 것으로서, 상부 피접합재(M2)와 접촉하는 부위에는 접합부위에 진동을 효과적으로 전달하기 위해 상부 피접합재(M2)의 상면에 압입자국을 형성할 수 있는 요철부가 마련될 수 있다.
이러한 초음파 혼(120)은 초음파를 발생시키는 초음파 발진부(160) 및 초음파를 진동으로 변환시키는 트랜스듀서(170)와 연결되며, 상기 초음파 발진부(160) 및 트랜스듀서(170)는 초음파접합장치에 공통적으로 사용되는 공지의 구성이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
상기 초음파 혼(120)은 승강가이드(130)에 의해 상하로 이동 가능하게 배치되고, 가압부(140)에 의해 접합부위에 가압하중을 제공할 수 있게 된다.
상기 승강가이드(130)는 상하로 이격되는 상부 플레이트(131)와 하부 플레이트(132), 수직방향으로 배치되고 상기 상부 플레이트(131)와 하부 플레이트(132)를 연결하는 복수의 가이드 샤프트(133), 상기 상부 플레이트(131)와 하부 플레이트(132)의 사이영역에서 상기 가이드 샤프트(133)를 따라 상하로 이동 가능하게 배치되고 상기 초음파 혼(120)이 고정되는 승강 플레이트(134)를 포함하며, 상기 승강 플레이트(134)와 하부 플레이트(132)의 사이에는 상기 승강 플레이트(134)를 상측 방향으로 탄성지지하는 탄성부재(135)가 마련되며, 이러한 탄성부재(135)는 상기 가이드 샤프트(133)의 외주를 감싸 형태로 배치되는 코일 스프링으로 이루어질 수 있다.
상기 가압부(140)는 상기 초음파 혼(120)의 상측에서 가압력을 제공하여 상기 접합부위에 미리 설정된 가압하중을 제공하는 것으로서, 상기 상부 플레이트(131)에 고정되는 구동실린더로 이루어지며, 구동실린더의 가압로드(141)는 하부로 연장되어 상기 초음파 혼(120)이 고정되는 승강 플레이트(134)에 연결된다. 상기 구동실린더는 공압 실린더로 이루어지는 것으로서, 솔레노이드 밸브를 통해 에어 컴프레셔와 연결될 수 있다. 즉 상기 가압부(140)는 상기 솔레노이드 밸브에 의한 공압 제어를 통해 가압로드(141)의 승,하강이 이루어지도록 구성될 수 있다. 이러한 가압부(140)는 상기 초음파 혼(120)을 통해 접합부위에 목표 하중을 인가한 후, 접합이 이루어지는 동안 최초 가압상태를 일정하게 유지할 수 있도록 구성된다.
한편, 본 실시예에서는 상기 가압부(140)가 공압 실린더로 이루어지는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 유압 실린더나 기타 수직방향 하중을 제공하기 위한 다양한 형태의 액추에이터가 적용되는 것도 가능할 것이다.
상기 측정부(150)는 상기 지그(110)의 하부에서 상기 가압부(140)를 통해 제공되는 하중을 측정할 수 있는 하중측정센서(151)와, 상기 하중측정센서(151)에서 측정된 하중 값을 시각적으로 표시할 수 있는 표시부(153)를 포함한다. 상기 하중측정센서(151)는 상기 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 접합 전,후의 두께 변화에 따르는 가압하중의 변화를 측정할 수 있도록 구성된다.
이하, 본 발명의 초음파접합 신뢰성 평가 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
첨부도면 중, 도 3은 본 발명 초음파접합 신뢰성 평가 방법의 순서도이고, 도 4는 본 발명에 따라 초음파접합 후 변화된 하중과 전단강도의 값의 그래프이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명 초음파접합 신뢰성 평가 방법은 준비단계(S110), 가압단계(S120), 접합단계(S130), 측정단계(S140) 및 평가단계(S150)를 포함한다.
상기 준비단계(S110)에서는 지그(110)의 상측에 접합 대상이 되는 하부 피접합재(M1)와 상부 피접합재(M2)를 적층하고, 상기 상부 피접합재(M2)의 상측에 초음파 혼(120)을 배치한다. 지그(110)와 초음파 혼(120)은 초음파접합 장치를 구성하는 기본 구성이므로, 가압부(140)를 상승 구동하여 초음파 혼(120)을 상승시킨 상태에서, 지그(110)의 상측에 하부 피접합재(M1)와 상부 피접합재(M2)를 적층하고, 접합부위를 초음파 혼(120)과 지그(110) 사이영역에 위치시킨다.
이때, 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)는 접합면의 표면 조도에 의해 완전하게 밀착되지 않고 일정 간격 이격된 상태가 된다.(도 2의 (a)참조)
상기 가압단계(S120)에서는 상부 피접합재(M2)의 상부에 배치된 가압부(140)를 이용해 상기 초음파 혼(120)의 상측을 가압하여 하중을 인가하며, 상기 초음파 혼(120)에 목표 하중을 인가한 후, 최초 가압상태를 일정하게 유지한다. 예컨대, 가압부(140)의 가압로드(141)를 하강시켜 접합부위에 50kg의 가압력을 제공한다. 이때, 측정부(150)에서는 가압하중이 그대로 측정될 수 있다. 한편, 가압단계(S120)를 통해 접합부위에 제공되는 가압력은, 후술할 접합단계(S130)를 진행하는 동안 가압로드(141)의 하강 위치를 고정하여 최초 가압상태를 일정하게 유지할 수 있도록 하고, 측정단계(S140)가 완료된 이후에 가압로드(141)를 상승시켜 가압하중을 해제한다. 한편, 접합부위에 인가되는 가압하중은 가압로드(141)의 하강 위치에 의해 결정될 수 있으며, 이러한 가압로드(141)의 하강 위치는 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)를 구성하는 재료의 물성이나 두께에 따라 조절될 수 있을 것이다.
상기 접합단계(S130)에서는 상기 가압단계(S120)에서의 가압하에 초음파 혼(120)에 진동을 인가하여 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)를 접합한다.
이와 같이, 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)를 초음파접합하면, 상부 피접합재(M2)와 접촉하는 혼에는 상당한 거칠기를 갖는 작은 요철부가 마련되어 있어서, 상부 피접합재(M2)의 상면에 가압에 의한 압입자국을 남기게 되고, 접합부위에 가해지는 초음파 진동은 계면부근의 연한 재료의 금속 소성변형에 의한 가열로 가압하에서 접합부를 형성하게 된다. (도 2의 (b) 참조)
이때, 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)는 접합 전 접합면의 표면 조도에 따라 일정 간격 이격된 상태가 되므로, 접합 후에는 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 고상접합이 이루어짐에 따라 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 전체 두께가 접합 전에 비해 상대적으로 줄어들게 된다.
상기 측정단계(S140)에서는 하부 피접합재(M1)의 하부에 배치된 측정부(150)를 이용하여 상기 접합단계(S130) 후 가압단계(S120)에서 제공되는 가압에 의한 하중을 측정하는 것으로서, 상기 측정부(150)에서 측정되는 하중 값은 측정부(150)와 연결된 표시부(153)를 통해 실시간으로 표시될 수 있다.
상기와 같이, 접합단계(S130)에서는 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 접합부위가 고상접합됨에 따라 접합 전의 이격 간격이 완전히 없어지거나 감소하게 된다. 즉, 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1) 사이의 이격 간격이 줄어들수록 접합부위가 잘 접합된 것이므로 이격 간격이 줄어들수록 접합강도는 강하게 나타난다. 이때, 이격 간격이 줄어들게 되면 접합부위의 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 전체 높이가 줄어들면서 접합 전에 비해 상대적으로 약한 하중이 접합부위에 가해지게 된다.
따라서, 상기 측정단계(S140)에서는 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 초음파접합시 접합 전과 접합 후의 가압하중의 변화를 측정하고, 이를 이용하여 초음파접합부위의 접합신뢰성을 판단할 수 있다. 이와 같이 가압하중의 변화를 이용하는 경우 초음파접합과 동시에 실시간으로 불량여부를 판별할 수 있을 뿐만 아니라 비파괴적이므로 초음파접합 부위에 대한 전수검사가 가능하게 된다.
상기 평가단계(S150)에서는 상기 측정단계(S140)에서 측정된 하중을 이용하여 초음파접합에 대한 접합신뢰성을 평가할 수 있다.
예컨대, 상기와 같은 실시예의 결과물을 실험하기 위하여 금속접합에 통상적으로 사용되는 30kHz 주파수 대역의 초음파 발진기를 통하여 혼에 진동을 전달하는 방식으로 접합실험을 진행하였다.
초음파 인가 전 하중은 50kg으로 통일하였고, 접합시편의 재료는 파워 모듈용 구리(Cu, copper) 터미널과 구리기반의 세라믹기판의 접합으로 하였다.
접합시간은 1초로 고정하였고 12개의 피접합재에 대한 접합성능을 평가하기 위한 전단강도 실험을 한 후에 하중 감소량이 작은 피접합재부터 나열하여 도 4와 같은 실험 결과를 얻었다.
도 4는 초음파접합 후 변화된 하중과 전단강도의 값의 그래프를 나타낸 것으로서, 측정된 하중의 값이 낮아짐에 따라(하중 감소량이 클 수록) 전단강도의 값은 반비례하여 높아짐을 확인할 수 있다.
이와 같이, 일정한 피접합 대상을 반복적으로 초음파접합하는 경우에는, 목표로 하는 전단강도에 따라 양품과 불량품을 구분할 수 있는 기준 하중을 설정할 수 있다. 따라서, 측정단계(S140)에서 측정된 하중값과 미리 설정된 기준 하중값을 비교하여 초음파접합부위에 대한 양불판정이 가능하다.
다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치에 대하여 설명한다.
첨부도면 중, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파접합 신뢰성 평가 장치의 개략 구성도이다.
상술한 실시예에서는, 측정부(150)를 하중측정센서(151, 도 1 참조)로 구성하여 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 초음파접합 전,후의 두께 변화에 따르는 하중 변화량을 측정하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 도 5와 같이 측정부(150')를 거리측정센서(152)로 구성하고, 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 초음파접합 전,후의 두께 변화에 따르는 혼의 상하 변위량을 측정하는 것도 가능하다.
즉, 상술한 실시예에서 언급한 바와 같이, 접합 전후의 두께 변화가 큰 경우에는 전단강도가 높아지므로, 상기와 같이 측정부(150')를 통해 접합부위의 두께 변화를 측정함으로써 초음파접합 부위에 대한 접합신뢰성을 용이하게 파악할 수 있다.
예컨대, 도 5와 같이 거리측정센서(152)로 구성된 측정부(150')를 승강가이드(130)의 상부 플레이트(131)에 고정하면, 초음파 혼(120)을 향해 레이저 빔을 조사하고, 초음파 혼(120)에서 반사된 레이저 빔을 수신한 다음, 레이저 빔의 송,수신 시간차를 통해 초음파 혼(120)의 높이 변화를 정밀하게 측정할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 상기 측정부(150')를 승강가이드(130)에 고정하고 초음파 혼(120)의 상면을 레이저의 반사면으로 설정한 것으로 예를 들어 설명하였으나, 지그(110)의 상면 또는 지그(110)가 배치되는 베이스의 상면에 측정부(150')를 고정하고 초음파 혼(120)의 저면을 레이저 반사면으로 설정하는 것도 가능할 것이다.
이와 같이, 거리측정센서(152)로 측정부(150')를 구성하여 초음파접합부위의 접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 경우, 상부 피접합재(M2)와 하부 피접합재(M1)의 두께 변화량이 작게 검출되는 경우에는 전단강도가 낮게 나오는 것으로 판단하고, 두께 변화량이 크게 검출되는 경우에는 전단강도가 높게 나오는 것으로 판단할 수 있다.
따라서, 이러한 측정부(150')에서 측정된 거리 측정값을 통해 초음파접합부위의 접합신뢰도를 평가하는 것도 가능할 것이다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
110:지그, 120:초음파 혼, 130:승강가이드,
131:상부 플레이트, 132:하부 플레이트, 133:가이드 샤프트,
134:승강 플레이트, 135:탄성부재, 140:가압부,
141:가압로드, 150,150':측정부, 151:하중측정센서,
152:거리측정센서, 153:표시부, 160:초음파 발진부,
170:트랜스듀서, M1:하부 피접합재, M2:상부 피접합재

Claims (9)

  1. 상하로 적층되는 하부 피접합재와 상부 피접합재의 하부를 지지하는 지그;
    상기 상부 피접합재의 상측에 배치되고, 하부 피접합재와 상부 피접합재의 접합부위에 초음파접합을 위한 진동을 제공하는 초음파 혼;
    상기 초음파 혼의 상측에서 가압력을 제공하여 상기 접합부위에 미리 설정된 가압하중을 제공하는 가압부; 및
    상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 측정부;를 포함하고,
    상기 측정부는 상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 초음파 접합 전,후의 두께 변화에 따르는 가압하중의 변화량을 측정할 수 있도록 상기 하부 피접합재의 하부에 배치되는 하중측정센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 신뢰성 평가 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가압부는 가압축이 피접합재의 두께방향으로 이동하여 가압력을 제공하는 액추에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 신뢰성 평가 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 측정부에서 측정되는 측정값을 시각적으로 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 신뢰성 평가 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 지그의 상측에 접합 대상이 되는 하부 피접합재와 상부 피접합재를 적층하고, 상기 상부 피접합재의 상측에 초음파 혼을 배치하는 준비단계;
    상부 피접합재의 상부에 배치된 가압부를 이용해 상기 초음파 혼의 상측을 가압하여 하중을 인가하는 가압단계;
    초음파 혼에 진동을 인가하여 상부 피접합재와 하부 피접합재를 접합하는 접합단계;
    상기 상부 피접합재와 하부 피접합재의 접합 전,후의 두께 변화를 측정하는 측정단계; 및
    상기 측정단계에서 측정된 두께 변화량을 통해 초음파접합부위의 접합신뢰성을 평가하는 평가단계;를 포함하고,
    상기 측정단계에서는 하중측정센서를 이용하여 초음파접합부위의 접합 전,후의 두께 변화에 따르는 가압하중의 변화를 측정하는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 신뢰성 평가 방법.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 가압단계에서는 상기 초음파 혼에 목표 하중을 인가한 후, 최초 가압상태를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 초음파 접합 신뢰성 평가 방법.
  9. 삭제
KR1020190172091A 2019-12-20 2019-12-20 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법 KR102221010B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172091A KR102221010B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190172091A KR102221010B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102221010B1 true KR102221010B1 (ko) 2021-02-26

Family

ID=74687780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190172091A KR102221010B1 (ko) 2019-12-20 2019-12-20 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102221010B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068844A1 (ko) * 2021-10-21 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법
WO2024181801A1 (ko) * 2023-03-02 2024-09-06 주식회사 엘지에너지솔루션 용접 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001500792A (ja) * 1996-09-25 2001-01-23 エサブ アクチボラゲット 回転式摩擦溶接機
KR100315049B1 (ko) 1997-04-17 2002-11-18 미츠이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 구리박의초음파용접방법
KR100934241B1 (ko) * 2009-09-22 2009-12-28 서정석 자동높이조절 기능이 구비된 금속용착기
KR101466799B1 (ko) * 2013-12-18 2014-11-28 안동대학교 산학협력단 2세대 고온초전도 선재의 초음파용접 접합방법
KR20180130173A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 웰메이트(주) 전기저항용접의 실시간 모니터링 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001500792A (ja) * 1996-09-25 2001-01-23 エサブ アクチボラゲット 回転式摩擦溶接機
KR100315049B1 (ko) 1997-04-17 2002-11-18 미츠이 긴조쿠 고교 가부시키가이샤 구리박의초음파용접방법
KR100934241B1 (ko) * 2009-09-22 2009-12-28 서정석 자동높이조절 기능이 구비된 금속용착기
KR101466799B1 (ko) * 2013-12-18 2014-11-28 안동대학교 산학협력단 2세대 고온초전도 선재의 초음파용접 접합방법
KR20180130173A (ko) * 2017-05-29 2018-12-07 웰메이트(주) 전기저항용접의 실시간 모니터링 시스템 및 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023068844A1 (ko) * 2021-10-21 2023-04-27 주식회사 엘지에너지솔루션 용접 압력 제어 시스템, 이를 이용하는 용접 압력 제어 방법 및 이를 이용하는 용접대상물 두께 측정방법
WO2024181801A1 (ko) * 2023-03-02 2024-09-06 주식회사 엘지에너지솔루션 용접 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3469333B1 (en) Fixture for testing the shear performance of microcellular-foamed thermoplastic composite welds
JP6223535B2 (ja) 超音波溶接品質判断装置および方法
KR102221010B1 (ko) 초음파접합 신뢰성 평가 장치 및 방법
KR101079436B1 (ko) 마찰교반접합물의 검사 방법 및 검사 장치
US8215173B2 (en) UT method of identifying a stuck joint
KR101995418B1 (ko) 용접부의 비파괴 검사 자동화 시스템
JP2018513976A (ja) レーザー溶接部の検査用のフェーズドアレイシステム
JPH0582599A (ja) ボンデイング装置およびボンデイング部検査装置
KR102006806B1 (ko) 실시간 초음파 용접 품질 판단 시스템
JP5135694B2 (ja) 接合良否判定方法及び接合装置
KR20130036104A (ko) 초음파용접의 실시간 품질 측정방법
JP3772175B2 (ja) 超音波溶着装置
JPH06265529A (ja) スポット溶接部の評価方法及び装置
CN101639462B (zh) 靶材的检测方法
JP5919884B2 (ja) ドライ式超音波探傷検査装置とその方法
CN106862463B (zh) 冲铆装置和利用辅助冲制力的振动进行冲压铆接的冲铆方法
KR102569117B1 (ko) 이종 접합 부재 압축 및 굽힘 시험 장치
CN211905206U (zh) 一种应用于焊缝检测的探头固定式超声相控阵系统
KR100927249B1 (ko) 초음파를 이용한 레이저 용접부의 용입폭 측정방법
JP2023146170A (ja) スポット溶接部の検査方法
JP4614219B2 (ja) レーザ溶接継手の検査方法及び検査装置
JP3927190B2 (ja) 超音波溶着装置
KR102137370B1 (ko) 초음파 용접 품질 판단 장치 및 방법
JP2006126085A (ja) レーザ溶接継手の検査方法及び検査装置
CN109975133B (zh) 一种真空钎焊剪切强度检测方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20191220

PA0201 Request for examination
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20201211

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20210217

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20210222

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20210223

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20231227

Start annual number: 4

End annual number: 4