超音波はんだ付けによるチタンの接合技術

チタンは高い融点と強い酸素親和性を持つため、接合時に表面へ酸化膜が形成されやすく、接合材との反応性やぬれ性が低下しやすいです。また、熱伝導率が低く、加熱による脆性相の生成リスクもあり、接合を複雑にします。さらに、チタン独特の高い比強度や強靭性は魅力的ですが、その反面、成形加工や接合工程では厳密な温度管理が求められ、作業工程が煩雑化してコスト増大を招きます。

具体的な接合手段としては、不活性ガス雰囲気下で行うTIG溶接や電子ビーム溶接、真空拡散接合などが挙げられますが、どれも高価な設備と高度な技術を要する点が課題です。これらの要因が重なり、チタンの接合は難易度が高いとされています。

超音波はんだ付けでは、溶融はんだに超音波振動を与えてキャビテーション効果を起こし、フラックスなしでもチタン表面の酸化膜や汚染物を物理的に除去できるため、濡れ性が向上して接合を容易に行えます。チタンは酸素と結びつきやすく表面に硬い酸化膜が形成されやすい一方、超音波による機械的エネルギーでそれらを除去し、溶融はんだが広がりやすくなります。

さらに比較的低温での接合が可能なため、チタン特有の脆性相生成や内部応力の発生を抑制しながら高信頼性の接合部を得られます。また、フラックスを使用しないことから洗浄工程が不要となり、工程コストや環境負荷を大幅に軽減できる点も大きな利点です。