超音波はんだ付け

超音波はんだ付け（ U /Sはんだ付け）は、超音波エネルギーを使用して、化学薬品を必要とせずに、ガラス、セラミック、複合材料、はんだ付けが難しい金属、従来の方法でははんだ付けできないその他の敏感な部品などの材料をはんだ付けするフラックスレスのはんだ付けプロセスです。

超音波はんだ付けは、太陽光発電や医療用形状記憶合金から特殊な電子部品やセンサー パッケージまで、金属やセラミックのはんだ付けにますます利用されています。1955 年以来、フラックスを使用せずにアルミニウムやその他の金属をはんだ付けするために使用されています。 ^{[引用が必要]}

超音波はんだ付けは、超音波溶接とは明らかに異なるプロセスです。超音波溶接は、超音波エネルギーを使用して、いかなる種類の充填材も追加せずに部品を接合しますが、超音波はんだ付けは、外部加熱を使用して充填金属材料、つまりはんだを溶かし、接合部を形成します。

超音波はんだ付けは、専用のはんだごてまたは専用のはんだポットを使用して行うことができます。どちらの場合も、プロセスは大量生産用に自動化することも、試作や修理作業用に手作業で行うこともできます。当初、超音波はんだ付けはアルミニウムとその他の金属の接合を目的としていましたが、活性はんだの出現により、現在でははるかに幅広い金属、セラミック、ガラスのはんだ付けが可能になりました。

超音波はんだ付けでは、超音波結合加熱はんだごて先端 (0.5〜10 mm) または超音波結合はんだ槽を使用します。これらの装置では、圧電結晶を使用して溶融はんだ層またはバッチで高周波 (20〜60 kHz) 音波を発生させ、溶融はんだ表面に形成される酸化物を機械的に破壊します。超音波はんだごての先端も加熱要素に結合され、圧電結晶は熱的に分離されているため、圧電要素の劣化を防止できます。超音波はんだごての先端は、20〜60 kHz で機械的に振動しながら加熱 (最大 450 °C) できます。このはんだごて先端は、溶融はんだプールで音響振動が誘発されるため、はんだフィラー金属を溶融できます。溶融はんだの振動とキャビテーションにより、はんだが濡れて多くの金属表面に付着します。

はんだ先端または超音波はんだポットによって生成される音響エネルギーは、溶融はんだのキャビテーションを介して作用し、はんだ層自体および接合される金属表面の酸化物層を機械的に破壊します。

溶融はんだプール内のキャビテーションは、多くの金属の酸化物を破壊するのに非常に効果的ですが、セラミックやガラスにはんだ付けする際には効果的ではありません。セラミックやガラス自体が酸化物または他の非金属化合物であり、ベース材料であるため破壊できないからです。ガラスやセラミックに直接はんだ付けする場合、超音波はんだ付けフィラー金属を In、Ti、Hf、Zr、希土類元素 (Ce、La、Lu) などの活性元素で変更する必要があります。これらの元素と合金化されたはんだは、ガラス/セラミック表面に直接作用して結合を形成するため、 活性はんだと呼ばれます。

超音波はんだ付けは、腐食性フラックスが閉じ込められるか、そうでなければ動作を妨害したり、クリーンな製造環境を汚染したりする可能性があるアセンブリの接合に指定されている活性はんだとの組み合わせで、クリーンでフラックスが不要なため、使用が拡大しています。また、異なる材料/金属/セラミック/ガラスが接合されています。表面に効果的に接着するには、活性はんだ自体の溶融時の新生酸化物を破壊する必要があり、超音波撹拌が適しています。

• Vianco, PT; Hosking, FM; Rejent, JA (1996). 「構造および電子アプリケーション向け超音波はんだ付け」。Welding Journal . 75 (11): 343-s から 355-s。
• Antonevich, J. (1976). 「超音波はんだ付けの基礎」.溶接ジャーナル. 55 (7): 200-s から 207-s.
• P. Vianco、AWSはんだ付けハンドブック、第3版、1999年、アメリカ出版

• soniKKs Ultrasonics Technology GmbH、ドイツ
• サンワ・コンポーネンツ・インターナショナル、米国
• EWI、オハイオ州、米国
• インジウムを使用したセラミックの超音波はんだ付け - ステップバイステップの画像による例示的なアプリケーション