超音波はんだ付けによるセラミック接合技術

セラミックは金属に比べ化学的に安定しており、表面酸化膜や汚染物を通常のフラックスで除去しにくく、一般的なはんだ付けだとはんだが十分に濡れないため接合が困難です。また、高温加熱が必要な拡散接合や溶融ろう付けでは、異なる熱膨張係数の差により界面に大きな応力が発生し、クラックが生じやすくなります。

さらに脆性材料ゆえに、加工や締め付けによっても亀裂が入りやすく、接合プロセスでの温度制御と表面処理管理が不可欠です。また、通常フラックスを用いたろう付けでは残渣やガスの発生が問題となり、接合部の品質に影響を及ぼすこともあります。そこでセラミックを確実に接合するには、適切な表面活性化や低温プロセスを導入することが重要です。

超音波はんだ付けは、フラックスを使用せずともセラミック表面を濡れやすくする点で有効です。溶融はんだに超音波振動を与えることで、キャビテーション効果により酸化膜や汚染物を物理的に除去し、表面を活性化します。これにより低温でも強固な接合界面が形成され、異なる熱膨張係数を有する材料との接合においても、応力集中を抑えながら安定した接合が実現可能となります。

また、フラックス残渣による汚染やガスの発生を防ぎ、接合部の品質や信頼性を高めるメリットもあります。さらに、超音波を利用したプロセスは比較的簡易な装置で行え、環境負荷の低減や工程コストの抑制にもつながる点で注目されています。加えて、化学的に安定なセラミックでも、機械的エネルギーを活用することで濡れ性を向上させられるため、多様な用途への適用が期待されています。

※多孔質の場合は、はんだ付け出来ない場合もあります。