초음파 금속용착기 Ultrasonic Metal Welding
초음파 금속용착기는 고주파 진동 에너지와 압력을 이용해 금속 부품을 융점 이하에서 접합하는 기술입니다.
전통적인 납땜, 레이저, 저항 용접 방식과 달리 소재 손상이 거의 없고 빠른 시간 내에 강한 전기적/기계적 접합이 가능합니다.
특히 배터리, 전장, 자동차, 태양광 산업에서 널리 활용됩니다.
주요 구성
- 제너레이터 (Generator): 전기에너지를 초음파 신호(20~40kHz)로 변환
- 컨버터 (Converter): 초음파 신호 → 기계적 진동 변환
- 부스터 (Booster): 진동을 증폭 또는 감쇠하여 적절한 진폭으로 조정
- 혼 (Sonotrode): 용착 대상물에 진동을 전달
- 앤빌 (Anvil): 하부 부품을 고정, 진동에 안정적으로 대응
동작 원리
- 두 금속 부품을 혼(Sonotrode)과 앤빌(Anvil) 사이에 고정
- 혼이 조립 방향으로 진동(수평진동)하며 부품 표면에 강한 마찰을 유도
- 진동과 압력의 결합으로 산화막이 제거되고, 재료 표면 간에 분자 결합이 발생
- 열은 발생하지만 융점 이하에서 용착이 이루어져 소재 손상 없음
- 결과적으로 강한 전기적 접합 및 기계적 결합 형성
주요 특징
| 구분 | 초음파 금속 용착 | 레이저 용접 | 저항 용접 |
| 열 발생 | 낮음 (융점 이하) | 높음 | 높음 |
| 공정속도 | 매우 빠름 | 중간 | 느림 |
| 전도성 확보 | 매우 우수 | 보통 | 좋음 |
| 이종 금속 접합 | 가능 | 가능 | 어려움 |
| 소재 손상 | 없음 | 있음 | 있음 |
| 공정 안정성 | 매우 우수 | 보통 | 보통 |
| 항목 | 설명 |
| 소재 손상 없음 | 열 변형 없이 금속만으로 접합 재료 본연의 특성 유지 |
| 초고속 접합 | 수ms~ 수 초내에 접합 완료 / 고속생산에 적합 |
| 이종 금속 접합 가능 | 구리+알루미늄, 니켈 등 다양한 조합 가능 |
| 전기 전도성 우수 | 산화막 제거와 분자결합으로 전기적 특성 뛰어남 |
| 친환경성 | 납, 플럭스, 가스 없이 접합가능 (REACH, RoHS 대응) |
| 자동화 최적화 | 컴팩트한 구조로 로봇 자동화 설비에 쉽게 통합가능 |
| 연속 용착 가능 | 롤투롤 접합이나 연속 라인에서도 적용 용이 |
| Industry 4.0 대응 | 통신 기능 내장 가능 (스마트 설비 연계) |
용착 가능한 재료
- - 비철금속 전반: 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 금(Au), 은(Ag)
- - 이종 금속 조합: Cu-Al / Ni-Al 등
- - 박판/호일/와이어류에 최적
- ※ 철(Fe) 계열은 어려움
용착 불가능한 재료
- - 철 계 재료(용접이 가능하더라도 고진폭 설비 필요)
- - 열경화성 수지
- - 고강도·고두께 금속 (기계적 한계)
주요 적용 산업 & 사례
- 전기·전자
- - PCB 패드 ↔ 전선 접합
- - 센서, 릴레이, 커넥터 접합
- - RF 커넥터 및 소형 단자 접합
- 배터리 산업
- - 2차전지 탭 접합 (Cu/Al foil)
- - 원통형/파우치형 셀 단자 접합
- - 음극/양극 탭 ↔ 버스바(Busbar)
- 자동차 산업
- 전장 모듈 내부 배선, 접지 단자
- 하니스 분기 연결부
- 태양광 산업
- - 버스바(Busbar) ↔ 전극선 접합
- - 고출력 태양광 모듈 제작
