超音波はんだ付け – 超硬合金と鋼のフラックスを使用しない接合

超音波はんだ付けは、従来の方法に代わる、よりクリーンで効率的な方法として、超硬合金の接合方法に革新をもたらしています。この先進技術は、高強度の超音波を印加することで、酸化物を分解して接合を可能にするために一般的に使用される有毒なフラックスを不要にします。炭化タングステンのような接合が難しい材料に特に効果的な超音波はんだ付けは、健康リスクと環境への影響を低減しながら、接合強度を向上させます。この革新的な手法は、超硬合金と鋼の強固で信頼性の高い接合を必要とする産業に、新たな可能性を開いています。

はんだ付け用超音波処理装置UIP1000hdT

RIF研究所は、精密性と出力で知られる1000ワットのプローブ型超音波処理装置Hielscher UIP1000hdTを使用して、画期的なはんだ付けの成果を達成しました。この最先端の装置は高強度の超音波を発生させ、キャビテーションなどの先進的なプロセスによって酸化物を効果的に分解し、材料の濡れ性を向上させます。堅牢な設計により厳しい条件下でも安定した性能を確保し、使いやすいタッチスクリーンインターフェースとプログラム可能な設定によって、主要なパラメータを精密に制御できます。信頼性と再現性のある結果を提供できるUIP1000hdTは、超音波支援はんだ付けを含む最先端の研究や産業用途に欠かせないツールです。

革新的で持続可能な製造ソリューションを追求する中で、RIF研究・技術移転研究所（ドイツ、ドルトムント）は、超硬合金と鋼を接合する超音波支援はんだ付けで画期的な成果を達成しました。この最先端の手法は、有毒なフラックスを不要にし、優れた接合性能を維持しながら、健康と環境の両面に利点をもたらします。

超硬合金のはんだ付けにおける課題

炭化タングステンなどの超硬合金は、その構造的特性と化学的挙動により、はんだ付けが非常に難しいことで知られています。従来の鋼とのはんだ付けは、主に次の二つの要因によって妨げられます。

• 熱膨張の差： はんだ付け工程で超硬合金と鋼の膨張率が一致しないと、接合部の健全性が損なわれる可能性があります。
• 酸化物の形成： はんだ付け中に金属表面に酸化物層が自然に形成され、濡れを妨げて接合強度を低下させます。

これらの課題に対処するため、従来のはんだ付け方法は、化学的侵食性の強いフラックスに大きく依存しています。しかし、こうしたフラックスは重大な健康リスクをもたらし、時間の経過とともに材料を損傷する可能性があります。真空はんだ付けや保護ガス中でのはんだ付けなどの代替方法は効果的ですが、設備費が高く、処理時間も長くなります。

超音波による解決策：フラックスを使用しないはんだ付け

超音波支援はんだ付けは、画期的な代替方法です。すでに軽金属に使用されているこの方法は、超音波を利用して、より低い温度ではんだ付け性能を向上させます。

超音波はんだ付けの仕組み

はんだ付け工程に超音波を印加すると、キャビテーションと呼ばれる現象が発生します。これは、はんだ内に微細な気泡が形成され、高圧・高温下で崩壊する現象です。この内向きの爆縮作用には、次のような利点があります。

• 金属表面の酸化物層を破砕し、除去します。
• 酸化物の破片をはんだ接合部全体に分散させます。
• はんだによる超硬合金の濡れ性を向上させます。

超音波はんだ付けは、フラックスを不要にすることで化学的危険性を大幅に低減しながら、高品質な接合を実現します。

先進的なはんだ付け技術

RIF研究所では、研究者がHielscherの超音波処理装置UIP1000hdTを使用して、超硬合金と鋼の接合用途に向けて超音波はんだ付けを最適化しました。主な進歩は次のとおりです。

• 専用のはんだ付けステーション： 接合する部材を誘導加熱しながら、超音波を精密に印加する専用設備です。
• プロセス監視： 高度な計測・制御システムにより、鋼と超硬合金のさまざまな組み合わせで再現性のある結果を確保します。
• 徹底した試験： はんだ付け接合部に厳格な非破壊画像検査と機械試験を実施し、強度と信頼性を検証します。

綿密な実験を通じて、RIF研究所は、はんだ付け温度や超音波の作動時間など、重要なプロセスパラメータを特定しました。その結果は目覚ましいものでした。

• 強度の向上： 超音波はんだ付けにより、最大368 MPaの強度を持つ接合部が得られました – フラックスも超音波も使用しないはんだ付け（106 MPa）と比較して347%の増加です。
• 競争力のある性能： 超音波はんだ付けで得られた接合強度は、フラックスを使用する従来の方法に匹敵します。

RIFの第一線の研究者であるHenrik Ulitzkaは、これらの知見の重要性を次のように強調しました。
「私たちの試験により、プロセスパラメータが決定的な影響を及ぼすことが明らかになりました。温度と超音波の作動時間を微調整することで、超硬合金と鋼の接合における超音波はんだ付けの可能性を最大限に引き出しました。」

超音波はんだ付けの未来

フラックスを使用せずに強固な接合部を形成できるHielscherのはんだ付け用超音波処理装置は、自動車から航空宇宙に至る産業にとって、有望な進歩をもたらします。
RIF研究所の取り組みは、革新と持続可能性が両立できることを示し、はんだ付け技術の新たな基準を打ち立てています。

設計、製造、コンサルティング – ドイツ製の品質

Hielscherの超音波処理装置は、最高の品質と設計基準で広く知られています。堅牢性と操作の容易さにより、当社の超音波処理装置を産業設備に円滑に組み込むことができます。Hielscherの超音波処理装置は、過酷な条件や厳しい環境にも容易に対応します。

Hielscher UltrasonicsはISO認証企業であり、最先端技術と使いやすさを備えた高性能な超音波処理装置に特に力を入れています。もちろん、Hielscherの超音波処理装置はCEに適合し、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。