JP5149894B2 - Simulation method, simulation program, and simulation apparatus for ultrasonic bonding between metals - Google Patents

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Description

本発明は、金属間の超音波接合のシミュレーション方法、シミュレーション・プログラム、および、シミュレーション装置に関する。   The present invention relates to a method for simulating ultrasonic bonding between metals, a simulation program, and a simulation apparatus.

同種または異種の金属同士を接合させる場合、溶接など温度を上げることで金属表面を溶かし接合させる技術がある。
一方で、高速で振動する負荷を金属間の接合部分に与えることで、金属間結合を引き起こさせて同種または異種の金属同士を接合させる技術(超音波接合技術)もある。本発明は後者に属する。
When joining the same kind or different kinds of metals, there is a technique for melting and joining the metal surfaces by increasing the temperature such as welding.
On the other hand, there is also a technique (ultrasonic bonding technique) in which the same or different metals are bonded to each other by causing a metal-to-metal bond by applying a load that vibrates at high speed to the bonding portion between the metals. The present invention belongs to the latter.

通常知られている金属の物性値は、数m/secの速度で金属を引っ張る等して測定されたものである。したがって、超音波接合技術の1つである超音波カシメの場合などのように、ボールを数十kHzでつついて接合させる部位に衝突させて異種の金属同士を接合させる場合の物性値(このような物性のことを「高速歪み速度依存性物性」という)は測定データとして入手できない。このため、接合強度(「緩みトルク」、「カシメトルク」ともいう)や、接合される金属の変形量(反り量)をシミュレーションすることができないという問題がある。   Normally known physical property values of metals are measured by pulling metals at a speed of several m / sec. Therefore, as in the case of ultrasonic caulking, which is one of the ultrasonic bonding techniques, the physical property values in the case where different kinds of metals are bonded to each other by causing the ball to collide with the portion to be bonded at several tens of kHz (such as this) Such physical properties are referred to as “high-speed strain rate-dependent physical properties”). For this reason, there is a problem that it is impossible to simulate the joining strength (also referred to as “loosening torque” or “caulking torque”) and the deformation amount (warpage amount) of the metal to be joined.

超音波カシメを使用する利点として、通常のボールカシメに比べて、金属同士の接合強度が大きい点や、金属の変形量(反り量)が小さくなる点が挙げられる。しかし、例えば現状のシミュレーションでは、通常のボールカシメの方が超音波カシメより大きな接合強度が得られてしまい、実測されている現象がシミュレーションでは再現できないという問題がある。なお、「通常のボールカシメ」とは、金属同士の接合部分に、1回だけボールを衝突させてカシメる(変形させる)技術である。   Advantages of using ultrasonic caulking include that the bonding strength between metals is large and that the amount of deformation (warpage) of the metal is small compared to normal ball caulking. However, for example, in the current simulation, there is a problem that the normal ball caulking can obtain a larger bonding strength than the ultrasonic caulking, and the actually measured phenomenon cannot be reproduced by the simulation. Note that “normal ball caulking” is a technique in which a ball collides (deforms) only once with a metal-joined portion.

なお、超音波接合に関する技術とは異なるが特許文献1では、はんだ接合部の信頼性(強度)を評価する技術が示されている。
WO2006/100741 「電子パッケージ評価装置、電子パッケージ最適化装置及び電子パッケージ評価プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」
Although different from the technique related to ultrasonic bonding, Patent Document 1 discloses a technique for evaluating the reliability (strength) of a solder joint.
WO 2006/100741 “Electronic Package Evaluation Device, Electronic Package Optimization Device, and Computer-Readable Recording Medium Recording Electronic Package Evaluation Program”

本発明は、金属同士を超音波接合する場合において、接合強度を高精度にシミュレーションすることが可能な金属間の超音波接合のシミュレーション方法、シミュレーション・プログラム、および、シミュレーション装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a simulation method, a simulation program, and a simulation apparatus for ultrasonic bonding between metals capable of simulating bonding strength with high accuracy in ultrasonic bonding between metals. And

本発明の第1態様の超音波接合のシミュレーション方法は、第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションを実行する超音波接合シミュレーション方法である。この方法は、前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出ステップと、応力に基づく変位により、他方の金属に入り込んだ節点数を算出する接合節点数算出ステップと、前記他方の金属に入り込んだ節点が存在する場合に、高速歪み速度領域における前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を、他方の金属に入り込んだ節点数と対応付けて記憶する仮想摩擦係数記憶部を基に、その他方の金属に入り込んだ節点の数に対応する、高速歪み速度領域における前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を取得する仮想摩擦係数取得ステップと、を備える。   The simulation method for ultrasonic bonding according to the first aspect of the present invention is an ultrasonic bonding simulation method for executing a simulation for ultrasonic bonding of a first metal and a second metal. In this method, a stress calculating step for calculating stress at each point in the first and second metal elements at each time, and a joint node for calculating the number of nodes entering the other metal by displacement based on the stress. In the case where there is a node entering the other metal in the score calculation step, the friction coefficient between the first and second metals in the high-speed strain rate region is associated with the number of nodes entering the other metal. Based on the virtual friction coefficient storage unit that stores the virtual friction coefficient, the virtual friction coefficient for obtaining the friction coefficient between the first and second metals in the high-speed strain rate region corresponding to the number of nodes entering the other metal An acquisition step.

ここで、高速な振動が負荷として金属間の接合部分に加えられ、一方の金属(第1の金属)のある範囲が他方の金属(第2の金属)内に入り込んだような場合に、その一方の金属のある範囲に含まれる節点の数に応じて、第1および第2の金属間の摩擦係数が取得される。よって、その摩擦係数に比例する緩みトルクなどの接合強度を高精度にシミュレーションすることができる。   Here, when a high-speed vibration is applied as a load to the joint between the metals, and a certain range of one metal (first metal) enters the other metal (second metal), The coefficient of friction between the first and second metals is acquired according to the number of nodes included in a certain range of one metal. Therefore, the joining strength such as the loosening torque proportional to the friction coefficient can be simulated with high accuracy.

本発明の第2態様の超音波接合のシミュレーション方法は、第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションを実行する超音波接合シミュレーション方法である。この方法は、前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出ステップと、応力に基づく変位により、他方の金属に入り込んだ節点数を算出する接合節点数算出ステップと、前記他方の金属に入り込んだ節点が含まれる要素の面において、その面内の他方の金属に入り込んだ各節点の応力の絶対値の和を、その面内の他方の金属に入り込んだ節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する接触圧力平均値算出ステップ、を備える。   The simulation method for ultrasonic bonding according to the second aspect of the present invention is an ultrasonic bonding simulation method for executing a simulation for ultrasonic bonding of a first metal and a second metal. In this method, a stress calculating step for calculating stress at each point in the first and second metal elements at each time, and a joint node for calculating the number of nodes entering the other metal by displacement based on the stress. In the score calculation step and the surface of the element including the node entering the other metal, the sum of the absolute values of the stresses of the nodes entering the other metal in the surface is added to the other metal in the surface. A contact pressure average value calculating step of calculating a contact pressure average value by dividing by the number of entering nodes;

ここで、高速な振動が負荷として金属間の接合部分に加えられ、一方の金属(第1の金属)が局所的に他方の金属(第2の金属)内に入り込んだような場合に、その一方の金属の局所的な範囲に含まれる応力の値が大きい節点についてだけ平均をとって接触圧力平均値を算出している。よって、その接触圧力平均値に比例する緩みトルクなどの接合強度を高精度にシミュレーションすることができる。   Here, when high-speed vibration is applied as a load to the joint between the metals, and one metal (first metal) locally enters the other metal (second metal), The contact pressure average value is calculated by averaging only the nodes having a large stress value included in the local range of one metal. Therefore, it is possible to simulate the bonding strength such as the loosening torque proportional to the contact pressure average value with high accuracy.

本発明によれば、金属同士を超音波接合する場合において、接合強度を高精度にシミュレーションすることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when joining metals mutually ultrasonically, it becomes possible to simulate joining strength with high precision.

シミュレーション対象となる、2つの金属、それらの接合部分に周期的に衝突させられるボール、そのボールを周期的につつくホーンを示した図である。It is the figure which showed two metal used as a simulation object, the ball | bowl collided periodically with those junction parts, and the horn which periodically plucks the ball | bowl. アームとベースプレートとの接合部分をより詳細に示した断面図(その1)である。It is sectional drawing (the 1) which showed the junction part of an arm and a baseplate in detail. アームとベースプレートとの接合部分をより詳細に示した断面図(その2)である。It is sectional drawing (the 2) which showed the junction part of an arm and a baseplate in detail. 本発明の一実施形態に係る金属間の超音波接合シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the ultrasonic bonding simulation apparatus between the metals which concern on one Embodiment of this invention. 応力−歪み曲線を示した図である。It is the figure which showed the stress-strain curve. 金属上に設定された要素の一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the element set on the metal. 接合領域の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of a joining area | region. 他方の要素内に入り込んだ節点の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the node which entered in the other element. 図4の仮想摩擦係数データのデータ構造を示す図である。It is a figure which shows the data structure of the virtual friction coefficient data of FIG. ベースプレートの各要素の各点に生じる応力の算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the calculation process of the stress which arises in each point of each element of a baseplate. シミュレーション結果の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a simulation result. 記憶媒体例を示す図である。It is a figure which shows the example of a storage medium.

以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、以下では超音波を用いて金属をカシメる(変形する)技術について説明するが、本発明は、超音波を使用して同種または異種の金属を接合させる、それ以外の技術(ワイヤーボンディング等)にも適用可能である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In the following, a technique for crimping (deforming) a metal using ultrasonic waves will be described. However, the present invention uses other techniques (such as wire bonding) for joining the same or different metals using ultrasonic waves. ) Is also applicable.

図1は、シミュレーション対象となる、2つの金属、それらの接合部分に周期的に衝突させられるボール、そのボールを周期的につつくホーンを示した図である。
図1に示す例では、アーム(アルミニウム)と、ベースプレート(ステンレス)とを超音波接合技術を使用して接合する。
FIG. 1 is a diagram illustrating two metals to be simulated, a ball that is periodically collided with a joint portion thereof, and a horn that periodically pricks the ball.
In the example shown in FIG. 1, an arm (aluminum) and a base plate (stainless steel) are joined using an ultrasonic joining technique.

ホーン1はボール2を予め定められた周波数(通常数十kHz)でつつく。アームのボス部(穴部)の内径はボール径より大きく、アーム3がボール2と接触することはない。
図2および図3は、アームとベースプレートとの接合部分をより詳細に示した断面図である。
The horn 1 picks up the ball 2 at a predetermined frequency (usually several tens of kHz). The inner diameter of the boss part (hole part) of the arm is larger than the ball diameter, and the arm 3 does not contact the ball 2.
2 and 3 are cross-sectional views showing the joint portion between the arm and the base plate in more detail.

図2に示すように、ベースプレート4の突起部がホーン1でつつかれたボール2と衝突を繰り返すことで、図3に示すように、ベースプレート4の突起部のある範囲がアーム3に入り込み、2つの金属、すなわち、ベースプレート4とアーム3とが接合される。このときに、金属間化合物(この例では、アルミニウムとステンレスの合金)が生成される。そして、超音波カシメによる金属同士の接合が、通常のボールカシメによる金属同士の接合より大きな接合強度を持つ原因の1つは、カシメるプロセスにおいて、この金属間化合物が生成される点にあるといわれる。   As shown in FIG. 2, the protrusion of the base plate 4 repeatedly collides with the ball 2 picked up by the horn 1, so that a certain area of the protrusion of the base plate 4 enters the arm 3 as shown in FIG. Two metals, that is, the base plate 4 and the arm 3 are joined. At this time, an intermetallic compound (in this example, an alloy of aluminum and stainless steel) is generated. One of the reasons why the joining of metals by ultrasonic caulking has a larger joining strength than the joining of metals by ordinary ball caulking is that this intermetallic compound is generated in the caulking process. Is called.

図4は、本発明の一実施形態に係る金属間の超音波接合シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
図4に示すように、超音波接合シミュレーション装置10は、入力データ11を入力してシミュレーションを実行するシミュレーション実行部21を備える。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an ultrasonic welding simulation apparatus between metals according to an embodiment of the present invention.
As illustrated in FIG. 4, the ultrasonic bonding simulation apparatus 10 includes a simulation execution unit 21 that inputs input data 11 and executes a simulation.

入力データ11は、物性データ12、仮想摩擦係数データ13、条件データ14、形状データ(モデルデータ)15、接合領域データ16、判定データ17によって構成される。   The input data 11 includes physical property data 12, virtual friction coefficient data 13, condition data 14, shape data (model data) 15, joint region data 16, and determination data 17.

なお、本実施形態では、ベースプレート(ステンレス)4が専らボール2によって周期的につつかれるため、ベースプレート4の変位が問題となる。このため、物性データ12には、ベースプレート4すなわちステンレスにおける応力と歪みの関係(応力−歪み曲線)が保持される。   In the present embodiment, since the base plate (stainless steel) 4 is periodically periodically swung by the balls 2, the displacement of the base plate 4 becomes a problem. For this reason, the physical property data 12 holds the relationship between stress and strain (stress-strain curve) in the base plate 4, that is, stainless steel.

図5は、応力−歪み曲線を示した図である。
図5の曲線は、金属等の剛体をある速度で引っ張ったときの、応力と歪みの関係を示したものである。図中において、降伏点は臨界的な点であり、例えば、歪みがその降伏点の値以下であれば、その剛体は元の形状に戻ることができる。通常、降伏点までの曲線は一定の勾配を持った直線である。この直線の勾配はヤング率として知られている。降伏点以降の曲線部分はS−S曲線と呼ばれる。
FIG. 5 is a diagram showing a stress-strain curve.
The curve in FIG. 5 shows the relationship between stress and strain when a rigid body such as a metal is pulled at a certain speed. In the figure, the yield point is a critical point. For example, if the strain is equal to or less than the value of the yield point, the rigid body can return to its original shape. Usually, the curve to the yield point is a straight line with a certain gradient. The slope of this straight line is known as the Young's modulus. The curve portion after the yield point is called the SS curve.

降伏点以降の実測を行うことが可能なのは、10m/sec程度の引っ張り速度までであるといわれている。したがって、それ以上の引っ張り速度に対する物性値をシミュレーションで使用したい場合は、何らかの方法で値を見積もる必要がある。   It is said that the actual measurement after the yield point can be performed up to a pulling speed of about 10 m / sec. Therefore, when it is desired to use a physical property value for a higher pulling speed in the simulation, it is necessary to estimate the value by some method.

高速の引っ張り速度の領域において、歪み速度εから動的降伏強度σと静的降伏強度σの比(σ/σ)を求める際には、次のクーパー・シモンズ(Cowper-Symonds)の構成式を使用する。
σ/σ)=1+(ε/D)1/P
ここで、D、Pは金属の種別によって既知の定数である。
When the ratio of the dynamic yield strength σ d and the static yield strength σ Sd / σ S ) is determined from the strain rate ε in the region of high tensile speed, the following Cooper-Symonds Is used.
σ d / σ S ) = 1 + (ε / D) 1 / P
Here, D and P are known constants depending on the type of metal.

なお、実際には、ボール2に数十kHzでベースプレート4をつつかせた場合の現象をシミュレーションしているので、上述の引っ張り速度がいくつであるという議論とは関係ないはずである。しかし、この分野の専門家によって、次のようなことが指摘されており、本シミュレーションも、その指摘内容に基づいて実行される。
・通常のボールカシメの応力−歪み曲線は、引っ張り速度0.5m/secの場合の応力−歪み曲線に近い。
・10kHzまたは20kHzの周波数をボールに与えて、金属をつつかせた場合の応力−歪み曲線は、引っ張り速度5m/secの場合の応力−歪み曲線に近い。
・40kHzの周波数をボールに与えて、金属をつつかせた場合の応力−歪み曲線は、引っ張り速度20m/secの場合の応力−歪み曲線に近い。
Actually, since the phenomenon is simulated when the base plate 4 is held on the ball 2 at several tens of kHz, it should not be related to the above-described argument of the pulling speed. However, the following points have been pointed out by experts in this field, and this simulation is also executed based on the pointed-out contents.
-The stress-strain curve of normal ball caulking is close to the stress-strain curve when the tensile speed is 0.5 m / sec.
-The stress-strain curve when the metal is bent by applying a frequency of 10 kHz or 20 kHz to the ball is close to the stress-strain curve when the tensile speed is 5 m / sec.
The stress-strain curve when the ball is given a frequency of 40 kHz and the metal is bent is close to the stress-strain curve when the tensile speed is 20 m / sec.

したがって、(再び図4の説明に戻ると)条件データ14中で指定する超音波の周波数をいくらにするかによって、対応する引っ張り速度の応力−歪み曲線が物性データ12に設定されることになる。   Accordingly, the stress-strain curve corresponding to the pulling speed is set in the physical property data 12 depending on the frequency of the ultrasonic wave designated in the condition data 14 (returning to the description of FIG. 4). .

条件データ14は、超音波印加条件、および、摩擦係数を指定している。
超音波印加条件とは、ホーン1をどの程度の速度で振動させてボールをつつかせるかを指定するものである。周波数、振幅、(ホーンの)送り速度の項目を指定することにより、超音波印加条件を指定することができる。
The condition data 14 designates an ultrasonic wave application condition and a friction coefficient.
The ultrasonic wave application condition specifies how fast the horn 1 is vibrated and the ball is picked up. By designating the items of frequency, amplitude, and feed rate (of the horn), the ultrasonic application conditions can be designated.

本実施形態の場合、ボール2とアーム3が直接接触することがないため、摩擦係数には、ボール2とベースプレート4の摩擦係数、アーム3とベースプレート4の摩擦係数を指定することになる。なお、ボール2とベースプレート4の摩擦係数はシミュレーションを通して固定値である。しかし、アーム3とベースプレート4とは時間の経過にしたがい接合されていくので、ボール2とベースプレート4の摩擦係数は変化する。ここでは、アーム3とベースプレート4の摩擦係数の初期値(例えば0.1)を与えている。   In this embodiment, since the ball 2 and the arm 3 are not in direct contact, the friction coefficient of the ball 2 and the base plate 4 and the friction coefficient of the arm 3 and the base plate 4 are specified. The friction coefficient between the ball 2 and the base plate 4 is a fixed value through simulation. However, since the arm 3 and the base plate 4 are joined with the passage of time, the friction coefficient between the ball 2 and the base plate 4 changes. Here, an initial value (for example, 0.1) of the friction coefficient between the arm 3 and the base plate 4 is given.

形状データ(モデルデータ)15は、シミュレーション対象となる2種の金属の形状を示すデータである。このデータは、各金属上に設定された要素、要素上の各点(節点、要素中心)を含んでいる。   The shape data (model data) 15 is data indicating the shapes of two types of metals to be simulated. This data includes an element set on each metal and each point (node, element center) on the element.

図6は、金属上に設定された要素の一例を示す斜視図である。
図6に示される要素は、立方体であり、要素中心と、立方体の各頂点に位置する節点と、立方体の各辺の中点に位置する節点とを有している。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of an element set on a metal.
The element shown in FIG. 6 is a cube, and has an element center, a node located at each vertex of the cube, and a node located at the midpoint of each side of the cube.

図4の接合領域データ16は、アームの要素と接触しそうなベースプレートの要素(アームの要素と接合されそうなベースプレートの要素)を定義したデータである。例えば、図7では、斜線部に含まれる要素の面がそのような領域として定義される。すなわち、図6に示す要素のうちで、アームの要素と向き合うような位置にくる面が接合領域として定義される。   The joint area data 16 in FIG. 4 is data defining base plate elements that are likely to contact the arm elements (base plate elements that are likely to be joined to the arm elements). For example, in FIG. 7, the surface of the element included in the shaded area is defined as such a region. That is, among the elements shown in FIG. 6, a surface that is positioned so as to face the arm element is defined as a joining region.

判定データ17には、接合強度(緩みトルク、カシメトルク)や、変形量(反り量)の閾値が指定される。例えば、接合強度が接合強度の閾値より小さい場合や、変形量が変形量の閾値より大きい場合は、条件や形状が不適切であったとして、条件や形状を変更してシミュレーションをやり直すことになる。   In the determination data 17, a threshold value of the bonding strength (loosening torque, caulking torque) and the deformation amount (warpage amount) is designated. For example, if the bonding strength is smaller than the bonding strength threshold or if the deformation amount is larger than the deformation amount threshold, it is assumed that the condition or shape is inappropriate, and the simulation is restarted by changing the condition or shape. .

なお、図6に示すように、当初は立方体の形状をしていた、アーム側や、ベースプレート側の要素も、計算が進むにつれて応力の作用により変形し、例えば、アームの要素と向き合うようなベースプレートの面において、図8に示すように、ある時刻に、そのベースプレートの面の節点がアームの要素内に入り込むことがある。   As shown in FIG. 6, the elements on the arm side and the base plate side, which were initially in the shape of a cube, are also deformed by the action of stress as the calculation proceeds, for example, a base plate that faces the elements of the arm. In this plane, as shown in FIG. 8, at a certain time, the node of the plane of the base plate may enter the element of the arm.

このような点は、他方の要素内に入り込んだ節点として、本実施形態ではカウントされる。例えば、図8では、点Pが他方の要素内に入り込んだ節点としてカウントされる。
図4の仮想摩擦係数データ13は、図9に示すように、他方の要素内に入り込んだ節点の数と、アーム3とベースプレート4の(高速歪み速度領域における)摩擦係数とを対応付けたデータである。
Such a point is counted as a node entering the other element in the present embodiment. For example, in FIG. 8, the point P is counted as a node entering the other element.
As shown in FIG. 9, the virtual friction coefficient data 13 in FIG. 4 is data in which the number of nodes entering the other element is associated with the friction coefficients (in the high-speed strain rate region) of the arm 3 and the base plate 4. It is.

ここで、「高速歪み速度領域」とは、高速な周波数(数十kHz)で振動するボールが負荷として金属同士の接合部分に作用した場合を意味する。
図9では、他方の要素内に入り込んだ節点数の範囲に対して、アーム3とベースプレート4の(高速歪み速度領域における)摩擦係数が示されている。他方の要素内に入り込んだ節点数が増せば、この摩擦係数の値も大きくなる。
Here, the “high-speed strain speed region” means a case where a ball that vibrates at a high frequency (several tens of kHz) acts as a load on a joint portion between metals.
In FIG. 9, the friction coefficient (in the high-speed strain rate region) of the arm 3 and the base plate 4 is shown with respect to the range of the number of nodes entering the other element. As the number of nodes entering the other element increases, the value of this friction coefficient also increases.

図4のシミュレーション実行部21は、例えば有限要素法による計算プログラムによって実現される。そして、応力算出部22、変位算出部23、接合節点数算出部24、仮想摩擦係数取得部25、接触圧力平均値算出部26、を必要な回数だけ実行させる実行基盤である。   The simulation execution unit 21 in FIG. 4 is realized by a calculation program using, for example, a finite element method. And it is the execution base which makes the stress calculation part 22, the displacement calculation part 23, the joint node number calculation part 24, the virtual friction coefficient acquisition part 25, and the contact pressure average value calculation part 26 execute as many times as necessary.

応力算出部22は、アーム3およびベースプレート4の各要素における各点の応力を各時刻で算出する。変位算出部23は、応力と歪みとの関係を記憶する物性データ12を基に、応力算出部22によって算出された応力値に対応する、アーム3およびベースプレート4の要素の変位を算出する。接合節点数算出部24は、算出された変位に基づいて、アーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点の数を算出する。   The stress calculation unit 22 calculates the stress at each point in each element of the arm 3 and the base plate 4 at each time. The displacement calculation unit 23 calculates the displacement of the elements of the arm 3 and the base plate 4 corresponding to the stress value calculated by the stress calculation unit 22 based on the physical property data 12 that stores the relationship between stress and strain. The joint node number calculation unit 24 calculates the number of nodes of the elements of the base plate 4 that have entered the elements of the arm 3 based on the calculated displacement.

仮想摩擦係数取得部25は、アーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点が存在する場合に、仮想摩擦係数データ13を基に、そのアーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点の数に対応する、高速歪み速度領域におけるアーム3とベースプレート4の摩擦係数を取得する。   The virtual friction coefficient acquisition unit 25, when there is a node of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3, based on the virtual friction coefficient data 13, the node of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3 The coefficient of friction between the arm 3 and the base plate 4 in the high-speed strain rate region corresponding to the number of.

接触圧力平均値算出部26は、アーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点が存在する場合に、アーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点が含まれるベースプレート4の要素の面において、その面内のアーム3の要素に入り込んだ各節点の応力の絶対値の和を、その面内のアーム3の要素に入り込んだ節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する。   The contact pressure average value calculation unit 26, when there is a node of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3, includes a node of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3 , The contact pressure average value is calculated by dividing the sum of the absolute values of the stresses of the nodes entering the element of the arm 3 in the plane by the number of nodes entering the element of the arm 3 in the plane.

図10は、ベースプレート4の各要素の各点に生じる応力の算出処理のフローチャートである。算出された応力を基に、接合強度(緩みトルク)や、ベースプレート4の変形量(反り量)も算出される。この処理は、図4の超音波接合シミュレーション装置10によって実行される。   FIG. 10 is a flowchart of a process for calculating the stress generated at each point of each element of the base plate 4. Based on the calculated stress, the bonding strength (loosening torque) and the deformation amount (warpage amount) of the base plate 4 are also calculated. This process is executed by the ultrasonic bonding simulation apparatus 10 of FIG.

図10において、ステップS1で、応力算出部22によって、現在時刻におけるアーム3およびベースプレート4の各要素における各点の応力(ベクトル量)が算出される。
そして、ステップS2で、算出された応力(ベクトル量)を基に、要素の各点の変位(ベクトル量)が、変位算出部23によって算出される。また、変形量算出部27によって、算出された変位(ベクトル量)に基づいてベースプレートの反り量(スカラー量)が算出される。
In FIG. 10, in step S <b> 1, the stress calculation unit 22 calculates the stress (vector amount) at each point in each element of the arm 3 and the base plate 4 at the current time.
In step S <b> 2, based on the calculated stress (vector amount), the displacement calculation unit 23 calculates the displacement (vector amount) of each point of the element. Further, the deformation amount calculation unit 27 calculates the warp amount (scalar amount) of the base plate based on the calculated displacement (vector amount).

ステップS3では、接合節点数算出部24によって、算出された変位(ベクトル量)に基づいて、アーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点の数が算出されるとともに、その節点数が「0」より大きいかどうかが判定される。   In step S <b> 3, the number of nodes of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3 is calculated by the joint node number calculation unit 24 based on the calculated displacement (vector amount), and the number of nodes is “ It is determined whether it is greater than "0".

ステップS3でアーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点数が「0」より大きいと判定された場合、ステップS4で、仮想摩擦係数取得部25によって、仮想摩擦係数データ13を基に、そのアーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点数に対応する、高速歪み速度領域におけるアーム3とベースプレート4の摩擦係数が取得される。   If it is determined in step S3 that the number of nodes of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3 is greater than “0”, in step S4, the virtual friction coefficient acquisition unit 25 uses the virtual friction coefficient data 13 as a basis. The friction coefficient between the arm 3 and the base plate 4 in the high-speed strain rate region corresponding to the number of nodes of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3 is acquired.

そして、ステップS5で、接触圧力平均値算出部26によって、アーム3の要素に入り込んだベースプレート4の要素の節点が含まれるベースプレート4の要素の面において、その面内のアーム3の要素に入り込んだ各節点の応力の絶対値の和を、その面内のアーム3の要素に入り込んだ節点数で割ることで接触圧力平均値が算出される。なお、ステップS4およびS5はいずれが先に実行されてもよい。   In step S5, the contact pressure average value calculation unit 26 enters the element of the arm 3 in the plane of the element of the base plate 4 including the node of the element of the base plate 4 that has entered the element of the arm 3. The contact pressure average value is calculated by dividing the sum of the absolute values of the stresses at the respective nodes by the number of nodes that have entered the elements of the arm 3 in the plane. Note that either of steps S4 and S5 may be executed first.

ステップS6では、シミュレーション実行部21によって、計算終了であるかどうかが判定される。
ステップS6で計算終了ではないと判定された場合、ステップS1に戻り、現在時刻の応力値(ベクトル量)、等を用いて、次の時刻の応力(ベクトル量)等が計算される。
In step S6, the simulation execution unit 21 determines whether or not the calculation is finished.
If it is determined in step S6 that the calculation is not completed, the process returns to step S1, and the stress (vector quantity) at the next time is calculated using the stress value (vector quantity) at the current time.

ステップS6で計算終了であると判定された場合、ステップS7において、緩みトルク算出部28によって、アーム3とベースプレート4の接合強度を示す緩みトルクが算出される。   When it is determined in step S6 that the calculation has been completed, in step S7, the loosening torque calculating unit 28 calculates a loosening torque indicating the joint strength between the arm 3 and the base plate 4.

なお、このステップS7の後に、算出されたベースプレートの反り量、緩みトルク、を判定データ17に保持される、それぞれの閾値と比較して比較結果を出力する処理を追加することもできる。   In addition, the process which outputs the comparison result compared with each threshold value hold | maintained in the determination data 17 can also be added after this step S7.

続いて、図10のステップS7で実行される緩みトルクの算出処理についてより詳細に説明する。
下記(1)式より、接触力を求める。
接触力 = 接触面積×2×(接触力合計÷接触面数) ・・・(1)
そして、下記(2)式より、緩みトルクを求める。
緩みトルク = 接触力×仮想摩擦係数×カシメ半径 ・・・(2)
ここで、接触面数は、アーム3に接触しているベースプレート4の要素の面数、接触面積は、アーム3に接触しているベースプレート4の要素の面のどれだけの割合が実際にアーム3に接触しているかを示す量、接触力合計は、アーム3に接触しているベースプレート4の要素のすべての面の接触力の合計、カシメ半径はボス部の半径である。
Next, the loose torque calculation process executed in step S7 of FIG. 10 will be described in more detail.
The contact force is obtained from the following equation (1).
Contact force = contact area x 2 x (total contact force / number of contact surfaces) (1)
Then, the loosening torque is obtained from the following equation (2).
Loosening torque = Contact force x Virtual friction coefficient x Caulking radius (2)
Here, the number of contact surfaces is the number of surfaces of the elements of the base plate 4 that are in contact with the arm 3, and the contact area is the proportion of the surface of the elements of the base plate 4 that is in contact with the arms 3 that is actually The total amount of contact force is the sum of contact forces of all surfaces of the elements of the base plate 4 that are in contact with the arm 3, and the caulking radius is the radius of the boss portion.

例えば、次のデータに対しては、接触力、緩みトルクはそれぞれ次のように計算される。
接触面積:0.831
接触面数:204
接触力合計:12393
仮想摩擦係数:0.1
カシメ半径:1.14
接触力 = 100.97(N)
緩みトルク = 11.51(N・mm)
図11は、シミュレーション結果の一例を示す図である。
For example, for the following data, the contact force and the loosening torque are calculated as follows.
Contact area: 0.831
Number of contact surfaces: 204
Total contact force: 12393
Virtual coefficient of friction: 0.1
Caulking radius: 1.14
Contact force = 100.97 (N)
Loosening torque = 11.51 (N · mm)
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a simulation result.

図11では、仮想摩擦係数の値を「0.1」、「0.2」、「0.3」としたときの緩みトルク、Bp(ベースプレート)反り量等が求められている。
なお、接触圧力平均は、接触力合計を接触面数で割ったもの(接触力合計÷接触面数)である。
In FIG. 11, the loosening torque, the Bp (base plate) warpage amount, and the like when the virtual friction coefficient values are “0.1”, “0.2”, and “0.3” are obtained.
The average contact pressure is obtained by dividing the total contact force by the number of contact surfaces (total contact force / number of contact surfaces).

図11に示すように、仮想摩擦係数の値を上げても、上記(1)式で計算結果として算出される接触力は略一定である。しかし、緩みトルクは、上記(2)式に示されるように、仮想摩擦係数に比例しているため、仮想摩擦係数の値を上げると、緩みトルクの値も大きくなる。仮想摩擦係数が増すため、ベースプレートが動きにくくなるので、Bp反り量は若干小さくなる。なお、(1)式と(2)式を併せて参照すると、緩みトルクは、接触圧力平均に比例するということもできる。   As shown in FIG. 11, even if the value of the virtual friction coefficient is increased, the contact force calculated as a calculation result by the above equation (1) is substantially constant. However, since the loosening torque is proportional to the virtual friction coefficient as shown in the above equation (2), increasing the value of the virtual friction coefficient increases the value of the loosening torque. Since the virtual friction coefficient increases, the base plate becomes difficult to move, so the amount of Bp warpage is slightly reduced. In addition, when the expressions (1) and (2) are referred to together, it can be said that the loosening torque is proportional to the contact pressure average.

なお、以上では、図1に示すようなアームとベースプレートを例にとって説明を行った。アームとベースプレートの場合、図2に示すように、アームにベースプレートがなだらかにくっついて、なだらかな突起部を形成している。このような場合、節点が他方の要素内に局所的に入り込むことはなく、上述した本実施形態の接触圧力平均値の算出方法と、従来の接触圧力平均値の算出方法では、算出結果に大きな差異を生まない。   In the above description, the arm and the base plate as shown in FIG. 1 are taken as an example. In the case of the arm and the base plate, as shown in FIG. 2, the base plate is gently attached to the arm to form a gentle protrusion. In such a case, the node does not enter the other element locally, and the calculation result of the contact pressure average value of the present embodiment described above and the conventional calculation method of the contact pressure average value have a large calculation result. Does not make a difference.

しかし、金属間の接合部分において、出っ張る度合いが大きな突起部が当初から形成されている場合がある。このような場合、節点が他方の要素内に局所的に入り込み、上述した本実施形態の接触圧力平均値の算出方法が、従来の接触圧力平均値の算出方法より算出結果を大きくできる。   However, there may be a case where a protruding portion having a large degree of protrusion is formed from the beginning in the joint portion between the metals. In such a case, the node locally enters the other element, and the calculation method of the contact pressure average value of the present embodiment described above can increase the calculation result compared to the conventional calculation method of the contact pressure average value.

すなわち、本実施形態の接触圧力平均値の算出方法によれば、他方の要素内に局所的に入り込んだ節点についてのみ応力の平均をとるので、応力値が大きい節点についてのみ平均をとっていることになり、接触圧力平均の値を大きくすることができる。   That is, according to the calculation method of the contact pressure average value of the present embodiment, since the stress is averaged only for the nodes that have locally entered the other element, only the nodes having a large stress value are averaged. Thus, the average value of the contact pressure can be increased.

したがって、金属間の接合部分において、出っ張る度合いが大きな突起部が形成されている場合にも、超音波接合により一方の金属が他方の金属内に局所的に入り込むことで接合強度が大きくなることをシミュレーションできる。   Therefore, even in the case where a protruding part with a large degree of protrusion is formed at the joint part between the metals, the joining strength is increased by locally entering one metal into the other metal by ultrasonic joining. Can be simulated.

図12は、記憶媒体例を示す図である。
本発明における金属間の超音波接合のシミュレーション処理は、情報処理装置41によって実現することが可能である。本発明の処理のためのプログラムやデータは、情報処理装置41の記憶装置45から情報処理装置41のメモリにロードして実行することも、可搬型記憶媒体43から情報処理装置41のメモリにロードして実行することも、外部記憶装置42からネットワーク46を介して情報処理装置41のメモリにロードして実行することも可能である。
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a storage medium.
The simulation process of ultrasonic bonding between metals in the present invention can be realized by the information processing apparatus 41. The program and data for the processing of the present invention can be loaded from the storage device 45 of the information processing device 41 to the memory of the information processing device 41 and executed, or loaded from the portable storage medium 43 to the memory of the information processing device 41. It is also possible to execute it by loading it into the memory of the information processing device 41 from the external storage device 42 via the network 46.

Claims (8)

第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションを実行する超音波接合シミュレーション方法において、
前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出ステップと、
応力に基づく変位により、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出する接合節点数算出ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が存在する場合に、高速に振動するボールが負荷として前記第1の金属と前記第2の金属の接合部分に作用するときの前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数と対応付けて記憶する仮想摩擦係数記憶部を基に、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点の数に対応する、前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を取得する仮想摩擦係数取得ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が含まれる要素の面において、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の各節点の応力の絶対値の和を、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する接触圧力平均値算出ステップと、
取得した摩擦係数と算出した接触圧力平均値とに基づいて緩みトルクを算出するステップと、を備えることを特徴とする超音波接合シミュレーション方法。
In the ultrasonic bonding simulation method for executing simulation for ultrasonic bonding of the first metal and the second metal,
A stress calculating step of calculating stress at each point in the first and second metal elements at each time;
A joining node number calculating step of calculating the number of nodes of the first metal that has entered the second metal by displacement based on stress;
When there is a node of the first metal that has entered the second metal, the ball that vibrates at high speed acts as a load on the joint between the first metal and the second metal . Based on a virtual friction coefficient storage unit that stores the friction coefficient between 1 and the second metal in association with the number of nodes of the first metal that has entered the second metal, a virtual friction coefficient acquisition step corresponding to the number of the first metal of the node, and acquires the previous SL friction coefficient between the first and the second metal which has entered,
Sum of absolute values of stresses of the nodes of the first metal that have entered the second metal in the plane of the element including the node of the first metal that has entered the second metal. A contact pressure average value calculating step of calculating a contact pressure average value by dividing by the number of nodes of the first metal that has entered the second metal in the plane;
And a step of calculating a loosening torque based on the acquired friction coefficient and the calculated average value of contact pressure .
第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションを実行する超音波接合シミュレーション方法において、
前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出ステップと、
応力に基づく変位により、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出する接合節点数算出ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が含まれる要素の面において、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の各節点の応力の絶対値の和を、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する接触圧力平均値算出ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が存在する場合に、高速に振動するボールが負荷として前記第1の金属と前記第2の金属の接合部分に作用するときの前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数と対応付けて記憶する仮想摩擦係数記憶部を基に、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点の数に対応する、前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を取得する仮想摩擦係数取得ステップと、
算出した接触圧力平均値と取得した摩擦係数とに基づいて緩みトルクを算出するステップと、を備えることを特徴とする超音波接合シミュレーション方法。
In the ultrasonic bonding simulation method for executing simulation for ultrasonic bonding of the first metal and the second metal,
A stress calculating step of calculating stress at each point in the first and second metal elements at each time;
A joining node number calculating step of calculating the number of nodes of the first metal that has entered the second metal by displacement based on stress;
Sum of absolute values of stresses of the nodes of the first metal that have entered the second metal in the plane of the element including the node of the first metal that has entered the second metal. A contact pressure average value calculating step of calculating a contact pressure average value by dividing by the number of nodes of the first metal that has entered the second metal in the plane;
When there is a node of the first metal that has entered the second metal, the ball that vibrates at high speed acts as a load on the joint between the first metal and the second metal. Based on a virtual friction coefficient storage unit that stores the friction coefficient between 1 and the second metal in association with the number of nodes of the first metal that has entered the second metal, A virtual friction coefficient obtaining step for obtaining a friction coefficient between the first metal and the second metal corresponding to the number of nodes of the first metal that have entered;
A step of calculating a loosening torque based on the calculated contact pressure average value and the acquired friction coefficient, and an ultrasonic bonding simulation method comprising:
前記第1および前記第2の金属における、応力と歪みとの関係を記憶する物性データ記憶部を基に、前記応力算出部によって算出された応力値に対応する、前記第1および前記第2の金属の要素の変位を算出する変位算出ステップ、をさらに備え、
前記接合節点数算出ステップにおいて、算出された変位に基づいて、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出することを特徴とする請求項1記載の超音波接合シミュレーション方法。
Based on the physical property data storage unit that stores the relationship between stress and strain in the first and second metals, the first and second corresponding to the stress value calculated by the stress calculation unit. A displacement calculating step of calculating a displacement of the metal element;
2. The ultrasonic bonding simulation method according to claim 1, wherein, in the step of calculating the number of joint nodes, the number of nodes of the first metal that has entered the second metal is calculated based on the calculated displacement. .
第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションをコンピュータに実行させる超音波接合シミュレーション・プログラムにおいて、
前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出ステップと、
応力に基づく変位により、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出する接合節点数算出ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が存在する場合に、高速に振動するボールが負荷として前記第1の金属と前記第2の金属の接合部分に作用するときの前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数と対応付けて記憶する前記コンピュータの第1記憶部を基に、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点の数に対応する、前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を取得する仮想摩擦係数取得ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が含まれる要素の面において、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の各節点の応力の絶対値の和を、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する接触圧力平均値算出ステップと、
取得した摩擦係数と算出した接触圧力平均値とに基づいて緩みトルクを算出するステップと、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする超音波接合シミュレーション・プログラム。
In an ultrasonic bonding simulation program for causing a computer to execute a simulation for ultrasonic bonding of a first metal and a second metal,
A stress calculating step of calculating stress at each point in the first and second metal elements at each time;
A joining node number calculating step of calculating the number of nodes of the first metal that has entered the second metal by displacement based on stress;
When there is a node of the first metal that has entered the second metal, the ball that vibrates at high speed acts as a load on the joint between the first metal and the second metal . The second coefficient of friction between the first metal and the second metal is stored in association with the number of nodes of the first metal that has entered the second metal. It corresponds to the number of nodes of the first metal that enters the metal, and prior Symbol virtual friction coefficient acquisition step of acquiring the coefficient of friction between the first and the second metal,
Sum of absolute values of stresses of the nodes of the first metal that have entered the second metal in the plane of the element including the node of the first metal that has entered the second metal. A contact pressure average value calculating step of calculating a contact pressure average value by dividing by the number of nodes of the first metal that has entered the second metal in the plane;
An ultrasonic welding simulation program that causes the computer to execute a step of calculating a loosening torque based on the acquired friction coefficient and the calculated average value of contact pressure .
第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションをコンピュータに実行させる超音波接合シミュレーション・プログラムにおいて、
前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出ステップと、
応力に基づく変位により、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出する接合節点数算出ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が含まれる要素の面において、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の各節点の応力の絶対値の和を、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する接触圧力平均値算出ステップと、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が存在する場合に、高速に振動するボールが負荷として前記第1の金属と前記第2の金属の接合部分に作用するときの前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数と対応付けて記憶する前記コンピュータの第1記憶部を基に、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点の数に対応する、前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を取得する仮想摩擦係数取得ステップと、
算出した接触圧力平均値と取得した摩擦係数とに基づいて緩みトルクを算出するステップと、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする超音波接合シミュレーション・プログラム。
In an ultrasonic bonding simulation program for causing a computer to execute a simulation for ultrasonic bonding of a first metal and a second metal,
A stress calculating step of calculating stress at each point in the first and second metal elements at each time;
A joining node number calculating step of calculating the number of nodes of the first metal that has entered the second metal by displacement based on stress;
Sum of absolute values of stresses of the nodes of the first metal that have entered the second metal in the plane of the element including the node of the first metal that has entered the second metal. A contact pressure average value calculating step of calculating a contact pressure average value by dividing by the number of nodes of the first metal that has entered the second metal in the plane;
When there is a node of the first metal that has entered the second metal, the ball that vibrates at high speed acts as a load on the joint between the first metal and the second metal. The second coefficient of friction between the first metal and the second metal is stored in association with the number of nodes of the first metal that has entered the second metal. A virtual friction coefficient obtaining step for obtaining a friction coefficient between the first metal and the second metal corresponding to the number of nodes of the first metal that have entered the metal;
An ultrasonic joining simulation program that causes the computer to execute a step of calculating a loosening torque based on the calculated contact pressure average value and the acquired friction coefficient .
前記超音波接合シミュレーション・プログラムは、前記第1および前記第2の金属における、応力と歪みとの関係を記憶する前記コンピュータの第2記憶部を基に、前記応力算出部によって算出された応力値に対応する、前記第1および前記第2の金属の要素の変位を算出する変位算出ステップ、を前記コンピュータにさらに実行させ、
前記接合節点数算出ステップにおいて、算出された変位に基づいて、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出することを特徴とする請求項4記載の超音波接合シミュレーション・プログラム。
The ultrasonic bonding simulation program stores the stress value calculated by the stress calculation unit based on a second storage unit of the computer that stores a relationship between stress and strain in the first and second metals. A displacement calculating step of calculating a displacement of the first and second metal elements corresponding to
5. The ultrasonic joining simulation according to claim 4, wherein, in the joining node number calculating step, the number of nodes of the first metal that has entered the second metal is calculated based on the calculated displacement. program.
第1の金属と、第2の金属とを超音波接合するシミュレーションを実行する超音波接合シミュレーション装置において、
金属に与える超音波の印加条件、および、前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数の初期値を記憶する解析条件データ記憶部と、
前記第1および前記第2の金属の形状を示すモデルデータ、および、そのモデル上に定義された要素に関するデータを記憶するモデルデータ記憶部と、
定義された要素のうちで、前記第2の金属と接触しそうな面を定義する情報を記憶する接触領域定義情報記憶部と、
高速に振動するボールが負荷として前記第1の金属と前記第2の金属の接合部分に作用するときの前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を、前記接触しそうな面に含まれる節点のうちで、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数と対応付けて記憶する仮想摩擦係数記憶部と、
前記第1および前記第2の金属の要素における各点の応力を各時刻で算出する応力算出部と、
応力に基づく変位により、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出する接合節点数算出部と、
前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点が存在する場合に、前記仮想摩擦係数記憶部を基に、該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点の数に対応する、前記第1および前記第2の金属間の摩擦係数を取得する仮想摩擦係数取得部と、
前記第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点が含まれる要素の面において、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の各節点の応力の絶対値の和を、その面内の該第2の金属に入り込んだ該第1の金属の節点数で割ることで接触圧力平均値を算出する接触圧力平均値算出部と、
取得した摩擦係数と算出した接触圧力平均値とに基づいて緩みトルクを算出する接合強度算出部と、を備えることを特徴とする超音波接合シミュレーション装置。
In the ultrasonic bonding simulation apparatus for executing a simulation for ultrasonic bonding of the first metal and the second metal,
An application condition of ultrasonic waves applied to the metal, and an analysis condition data storage unit that stores an initial value of a friction coefficient between the first and second metals;
A model data storage unit for storing model data indicating the shapes of the first and second metals, and data relating to elements defined on the model;
Among the defined elements, a contact area definition information storage unit that stores information that defines a surface that is likely to come into contact with the second metal;
A friction coefficient between the first metal and the second metal when a ball that vibrates at a high speed acts as a load on a joint between the first metal and the second metal is included in the surface that is likely to contact. Among the nodes, a virtual friction coefficient storage unit that stores the number of nodes of the first metal that has entered the second metal in association with the number of nodes;
A stress calculator that calculates stress at each point in the first and second metal elements at each time;
A joint node number calculation unit for calculating the number of nodes of the first metal that has entered the second metal by displacement based on stress;
Corresponding to the number of nodes of the first metal that have entered the second metal based on the virtual friction coefficient storage section when there are nodes of the first metal that have entered the second metal. to a virtual friction coefficient acquisition unit that acquires the previous SL friction coefficient between the first and the second metal,
Sum of absolute values of stresses of the nodes of the first metal that have entered the second metal in the plane of the element including the node of the first metal that has entered the second metal A contact pressure average value calculating unit that calculates a contact pressure average value by dividing the first metal by the number of nodes of the first metal that has entered the second metal in the plane;
An ultrasonic bonding simulation apparatus comprising: a bonding strength calculating unit that calculates a loosening torque based on the acquired friction coefficient and the calculated average contact pressure value .
前記第1および前記第2の金属における、応力と歪みとの関係を記憶する物性データ記憶部と、
前記物性データ記憶部を基に、前記応力算出部によって算出された応力値に対応する、前記第1および前記第2の金属の要素の変位を算出する変位算出部と、をさらに備え、
前記接合節点数算出部は、算出された変位に基づいて、前記第2の金属に入り込んだ前記第1の金属の節点数を算出することを特徴とする請求項記載の超音波接合シミュレーション装置。
A physical property data storage unit for storing a relationship between stress and strain in the first and second metals;
A displacement calculator that calculates the displacement of the first and second metal elements corresponding to the stress value calculated by the stress calculator based on the physical property data storage unit;
The ultrasonic joining simulation apparatus according to claim 7, wherein the joining node number calculating unit calculates the number of nodes of the first metal that has entered the second metal based on the calculated displacement. .
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