超音波溶着による異材接合技術

第1部 熱溶着メカニズムと接着性評価

(2020年4月10日 10:00〜13:45)

　高分子材料の接合技術は、機械的接合、接着接合及び熱溶着接合に分けられる。本講座では熱溶着接合に関する熱板接合、超音波接合、射出接合および高分子材料と金属材料の接合について、その接合条件、接合界面構造の形成メカニズムおよび接合強度と界面構造との相関性を説明する。

1. 接合、溶着技術について
2. 接合の分類・特徴
3. 主な接合方法とその接合原理
4. 熱溶着強度の評価方法
   1. 引っ張り試験
   2. 曲げ試験
   3. せん断試験
   4. 剥離試験
   5. 成形性試験
   6. 衝撃試験
5. 高分子材料の熱板接合
   1. 接合温度の影響
   2. 押し込み速5.度の影響
   3. 接合圧力の影響
6. 高分子材料の射出接合
   1. 射出速度の影響
   2. 射出温度の影響
   3. 金型温度の影響
7. 高分子材料の超音波接合
   1. 接合時間の影響
   2. 接合圧力の影響
8. 異種高分子材料の接合
   1. 非結晶性異種材料の接合
   2. 結晶性異種材料の接合
   3. 非結晶性と結晶性材料の接合
9. 高分子材料と金属材料の接合
   1. 金属の表面処理
   2. 孔食法による接合
   3. 陽極酸化法による接合
• 質疑応答

第2部 超音波接合によるアルミ・異種金属接合

(2020年4月10日 14:00〜17:00)

　超音波は、人には聞こえない周波数が20kHz以上の音波で、いろいろな分野で広く適用されています。例えば魚群探知機、治療などの超音波検査いわゆるエコー検査、超音波洗浄、殺菌などです。工業的には、切削・切断、ドリル加工、砥粒加工などに適用されています。接合・溶着でも、ICチップ、ハーネスなどの微小部品で使われつつあります。その中で、主に超音波接合に絞って説明したいと考えています。最近、超音波接合を用いて、パワーモジュール、フリップチップなどのように微細な金属部材を高精度で接合できるようにもなりつつあり、これからの接合技術だと考えられます。更に、今までは難しいと言われていた厚みのある材料にも超音波接合が適用できる目安が立っています (筆者らは、酸化膜が強固で接合が難しいアルミの超音波接合の研究をしています) 。アルミ合金やCFRPの超音波接合は新しい技術として、今後、軽量化が進む自動車関係、航空機関係、車両関係および電子部品などで広く適用されていくと考えられます。アルミ合金/鉄鋼などの異材超音波接合についてはまだ不明な点も多く、これからの新しい技術であると考えられます。アルミ合金などの金属やFRPの超音波接合について、更にはこれから必要になる異材接合について、基礎的な知識から、筆者が今まで超音波接合関係で研究してきた専門的な内容 (アルミ合金、鉄鋼/アルミ合金の異材) まで幅広く、現場の技術者も理解できるように分かりやすく、説明します。

1. 各種接合法
   1. 機械的接合法
   2. 冶金的接合法
2. 超音波接合の概要
   1. 金属の超音波接合
      1. 超音波接合装置
      2. 超音波接合の原理
      3. 超音波接合の実施例
         • 超音波ワイヤボンデイング
         • フリップチップ接合
         • ピンポイント接合
         • 薄板突合せ接合
         • 薄板T形接合
   2. 異種金属の超音波接合実施例
      1. アルミニウム合金/鉄鋼
      2. アルミニウム合金/銅
      3. チタン/銅
      4. チタン/銀
      5. チタン/ステンレス鋼
      6. セラミックス/金属
3. アルミニウム/鉄鋼の厚肉異種金属接合への超音波接合の応用
   1. はじめに
   2. ハイブリッド接合装置
   3. 超音波接合条件
      1. 接合温度、接合時間、加圧力、超音波振動の振幅
      2. インサート材の利用
         • 銀箔
         • 銅箔
         • チタン箔
   4. インサート材と接合強度との関係
      1. 銀箔インサート材が接合強度へ及ぼす影響
         • 超音波振動の効果
         • 接合温度が接合強度に及ぼす影響
         • アルミニウム側の共晶反応による接合メカニズム
         • 鉄鋼側の原子拡散による接合メカニズム
      2. 銅箔インサート材が接合強度に及ぼす影響
         • 超音波振動の効果
         • 接合温度が接合強度に及ぼす影響
         • アルミニウム側の共晶反応による接合メカニズム
         • 鉄鋼側の原子拡散による接合メカニズム
      3. チタン箔インサート材が接合強度に及ぼす影響
         • 超音波振動の効果
         • 接合温度が接合強度に及ぼす影響
         • アルミニウム側の原子拡散による接合メカニズム
         • 鉄鋼側の原子拡散による接合メカニズム
   5. インサート材の種類と接合強度
• 質疑応答