본 연구에서는 다층 초박판 금속소재의 용접을 위한 40kHz 대역의 초음파 가공용 한파장 혼의 최적설계를 목적으로 촌의 출력부(팁)에서 최대 진폭을 가지는 혼을 설계 및 해석 하였다. 기존에 상용되는 초음파 용접용 혼의 측면에 혼의 진동진폭 균일도 향상을 위한 홈을 가공하였다. 설계를 이용하여 진동해석을 수행한 후 최적의 치수를 도출하였다. 개선된 혼의 팁에서 개선 전보다 더 높은 진폭이 발생하며 팁의 중앙과 외곽의 진폭 차 또한 감소하였다. 응력해석 결과 상용되는 기존의 혼 보다 응력 집중부의 최대응력이 약 30MPa 만큼 낮으므로 더 안전함을 확인 할 수 있다. 설계된 혼을 실제 제작하여 FFT분석을 수행한 결과 설계하고자 하였던 40,000Hz와 근접한 40,063Hz의 고유진동수를 얻을 수 있었고, 기존형태의 혼의 팁 진폭 간 표준편차인 0.507㎛와 비교하여 약 6배 개선된 0.083㎛의 진동 진폭 표준편차를 확인할 수 있었다. 또한 정사각형 팁의 형상에 따른 초음파 금속 용착 시 발생하는 마찰 열 해석을 위해 두께 10㎛의 구리 박판 2개와 1mm의 니켈 박판 1개를 삼차원 모델링 하여 열해석 툴을 이용하여 해석을 진행하였다. 온도 분포 해석 결과 모두 동일한 압력에서 진폭과 시간이 증가할 때 용착온도가 증가하는 경향을 보였으나, 동일 진폭에서 압력이 증가할 때는 변화가 미비한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 시간이 증가할 때 용착온도가 증가하는 경향은 같았다.