Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.21
no.1
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pp.70-75
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2012
The technique with ultrasonic vibration refers to the many industries. Especially Ultrasonic Connection Method is widely used for mobile battery, secondary battery, automobile components and also they recently started using it for terminal connecting of solar community battery. In this study, ultrasonic welding horn is analysed and designed with FEM, then manufactured based on it. Resonance frequency and amplitude of horn would be measured and compared with the designing result to judge the suitability. Al/Al specimen is welded by the manufactured horn and verify its performance via the weldability evaluation.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.13
no.3
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pp.53-60
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2004
We have developed and manufactured an experimental ultrasonic polishing machine with frequency of 20kHz at the power of vibration 1.7㎾ for effective ultrasonic polishing in processing of high hardness material. Design of the horn is performed by the FEM analysis. The following conclusions were empirically deduced through experimental results to clarify the major elements which affect the surface roughness during the ultrasonic process by following the experimental plans. The ultrasonic polishing machine has been developed in parts of structure part, ultrasonic generator, vibrator. We were able to process the high hardness material without difficulty as a result of ultrasonic polishing by utilizing the groove added step-type horn. Through analyzing by applying the experimental plans, the rotating speed of the horn was determined to be the major factor in influencing the surface roughness. In the case of ceramic, wafer, we were able to obtain good surface roughness when the feed rate and the ultrasonic output were higher. Because the load on slurry particle increases when the ultrasonic output is higher, the processed surface becomes worse in the case of optical glass.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.6
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pp.790-796
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2010
This paper designed the horn of half-wave needed for Ultrasonic meta) welding. The horn has to be designed and manufactured accurately, because measurements such as the shape, length, mass and etc. have effects on the resonant frequency and the vibration mode. Designed horn of half-wave has the feature of 40,000Hz of nature frequency, and maximizes vibration range in the Tip by resonance in the frequency of ultrasonic wave machine. In this study, we calculated and analyzed the natural frequency to find the optimal design of the horn that amplified the amplitude about double by the modal analysis and harmonic analysis using ANSYS. And we did FFT analysis of the manufactured horn.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.8
no.3
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pp.55-63
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1991
Transforming small ultrasonic energy into large mechanical energy is the essential feature of ultrasonic vibration in various application fields. This energy amplification can be obtained by achieving resonance condition between booster or tool horn and transducer. When it has uniform section with small sectional area, one dimensional analysis provides good estimation of the natural frequency of the horn. But, for arbitrary shape of horn, one dimensional analysis can no longer be applied. At present, designing tool horn whose natural frequency is identical to that of transducer requires serveral stages of trial and error in actual manufacturing process. In this paper, frequency analysis program is developed to easily predict the natural frequency of ultrasonic vibration cutting tool with axisymmetry and 3- dimensional shape using finite element method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.2
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pp.282-287
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2010
This paper gives a description of an experimental study of the ultrasonic welding of metals. In ultrasonic metal welding, high frequency vibrations are combined with pressure to join two materials together quickly and securely, without producing significant amount of heat. Ultrasonic metal welder consists of Transducer, Booster, and horn that are designed very accurately to get the natural frequencies and vibration mode. In this study, The horn was designed and analyzed the natural frequency by the modal analysis and harmonic analysis. And using a fiber optic sensor, we measured the amplitude and analyzed the Fast Fourier Transformed result. Using the horn, Ultrasonic metal welding between Cu sheet and Cu sheet of 0.1mm thickness was accomplished under the optimal conditions of static pressure 0.15MPa, vibration amplitude 30% and welding time of 0.28s. This result can be used for ultrasonic metal welding in manufacturing industry.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.2
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pp.55-61
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2013
The horn is a key part of the ultrasonic welder. As the shape, mass and material of a horn have effects on the resonant frequency and the vibration mode in ultrasonic welding, a horn has to be designed and manufactured accurately. In this study, 40kHz band horn was designed and manufactured through the vibration mode and finite element analysis. A result of modal analysis showed that the natural frequency of the horn was 39,794Hz, and the frequency response by a harmonic response analysis was 39,800Hz - close to the intended frequency, 40kHz. In addition, weldability of the developed horn was estimated by welding of two Ni sheets and tensile-shear test of welded samples. It was shown the developed horn could be used in metal sheet welding.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.12
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pp.652-658
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2016
In this paper, the theoretical research and simulation using the Finite Element Method (FEM) to design and form a micro-pattern for an ultrasonic horn is described. The present method is based on an initial design estimate obtained by FEM analysis. The natural and resonant frequencies required for the ultrasonic tool horn used for forming the fine pattern were predicted by finite element analysis. FEM analysis using ANSYS S/W was used to predict the resonant frequency for the optimum technical design of the ultrasonic horn vibration mode shape. When electrical power is supplied to the ultrasonic transducer, it is converted into mechanical movement energy, leading to vibration. The RFID TAG becomes the pattern formed on the insulating sheet by using the longitudinal vibration energy of the ultrasonic tool horn. The FEM analysis result is then incorporated into the optimal design and manufacturing of the ultrasonic tool horn.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.9
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pp.1-11
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2022
Recently, there has been continuous technological development in the semiconductor industry, and semiconductor manufacturing technologies are being advanced and highly integrated. For this reason, ceramic material having excellent heat resistance, wear resistance, and conductivity are used as components in semiconductor manufacturing. Among them, the probe card's space transformer is used as ceramic material to prevent electronic signal noise during the electrical die sorting of semiconductor function testing. However, implementing a bulk-type space transformer with a thickness of 5.6 mm or more is challenging, and thus it is produced in a structure with a stacked ceramic film. The stacked space transformer has low productivity because it is difficult to ensure hole clogging and a precise shape. In this research, an ultrasonic horn is designed to manufacture a bulk-type ceramic space transformer through ultrasonic drilling. Vibration characteristics were analyzed according to the ultrasonic horn, and the natural frequency was measured.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.11
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pp.38-45
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1996
In recent years, ultrasonic has been widely applied in measurement and industrial fields and its application range has been expanded as a result of continuous research and development. Wire Bonding Machine, an instrument fabricating semi-conductor, makes use of ultrasonic bonding method. Specially, the method utilizes the longitudinal vibration of ultrasonic transducer composed of piezoelectric vibrator and horn. This work investigates the design conditions affecting the dynamic characteristics through the theretical and experimental analysis. It conducts separately the system identification of piezoelectric vibrator in time domain and the modal analysis of horn in frequency domain. The integrated modeling is conducted via a combbination of dynamic identification of piezoelectric vibrator and theroretical analysis of horn. Then comparison is made for theroretical and experimental results of the dynamic characteristics of the ultrasonic transducer comprised of piezoelectric vibrator and horn. Form the results of the comparison we develop the design technique of ultrasonic transducer using dynamic characteristics analysis and propose the possibility of ultrasonic bonding considering the optimal conditions for the longitudinal vibration of ultrasonic transducer and other conditions.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.8
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pp.879-886
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2012
The ultrasonic horn used for bonding of flip chip has been designed to vibrate at a natural frequency. The ultrasonic horn must be manufactured accurately in physical terms, because the small change of mechanical properties may result in the significant change of natural frequency. Therefore, tight tolerance is inevitable to keep the natural frequency in acceptable range. However, since tightening of the tolerance increases the manufacturing cost significantly, trade-off between the cost and accuracy is necessary. In this research, an attempt was made to design the ultra sonic horn within acceptable natural frequency while the manufacturing cost was kept as low as possible. For this purpose, among the 18 tolerances of physical terms of the ultrasonic horn, the most important 4 factors were selected using Taguchi method. The equation to relate those main factors and the natural frequency was made using response surface method. Finally, optimal design scheme for minimum manufacturing cost without a loss of performance was determined using SQP method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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