(57)【要約】  ニオブチタン合金で作られた第１部材を第２部材に接合する方法が提供される。本方法は、第１部材と第２部材のそれぞれの表面を互いに当接させて、その間に接合部を形成する段階と、接合部で少なくとも第１部材の表面に溶融活性はんだを提供し、溶融活性はんだを熱的に活性化する段階と、溶融活性はんだを機械的に撹拌して、溶融はんだを第１及び第２部材に付着させ、第１及び第２を結び付ける溶融はんだ連続体を形成する段階と、連続体を固化させ、結果的に第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、を含む。【選択図】図１
2020519448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブチタン合金で作られた第１部材を、第２部材に接合する方法であって、
前記第１部材及び第２部材のそれぞれの表面を互いに当接させて、その間に接合部を形成する段階と、
前記接合部で少なくとも前記第１部材の表面に溶融活性はんだを提供し、前記溶融活性はんだを熱的に活性化する段階と、
前記溶融活性はんだを機械的に撹拌して、前記溶融活性はんだを前記第１及び第２部材に付着させ、前記第１及び第２部材を結び付ける溶融活性はんだの連続体を形成する段階と、
前記連続体を固化させて前記第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１及び第２部材のそれぞれの表面を互いに当接させる前に、前記溶融活性はんだが少なくとも前記第１部材の表面に提供され熱的に活性化され、熱的に活性化された前記溶融活性はんだは、前記第１部材の表面上で機械的に撹拌され、前記溶融活性はんだが前記第１部材の表面に付着されて前記第１部材のコーティング表面が提供される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ニオブチタン合金で作られた第１部材を、第２部材に接合する方法であって、
前記第１部材の表面に熱的に活性化された溶融活性はんだを提供し、熱的に活性化された前記溶融活性はんだを機械的に撹拌して、前記溶融活性はんだを前記第１部材の表面に付着させ、前記第１部材のコーティング表面を提供する段階と、
前記第１部材と前記第２部材を互いに当接させて、前記溶融活性はんだを機械的に撹拌して、前記溶融活性はんだを前記第２部材の表面に付着させ、前記第１及び第２部材の表面を結び付ける溶融活性はんだの連続体を形成する段階と、
前記連続体を固化させて前記第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、
を含む、方法。
【請求項４】
前記第１部材の前記コーティング表面を提供する段階と前記第１及び第２部材のそれぞれの表面を当接させる段階との間で、前記溶融活性はんだを固化させる段階と、
前記それぞれの表面を当接させた後に、前記溶融活性はんだを再溶融させる段階と、をさらに含む、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記表面が当接する際に、別の溶融活性はんだが前記第１及び第２部材のそれぞれの表面に提供される、請求項２、３又は４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記第２部材の表面を錫又は錫はんだ合金でコーティングする段階をさらに含む、請求項２〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記第２部材の表面を錫又は錫はんだ合金でコーティングする段階が、前記第２部材の表面を錫又は錫はんだ合金で電気めっきする段階、又は、前記第２部材の表面に溶融錫又は錫はんだ合金を提供する段階を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２部材の表面に溶融活性はんだを提供し、前記溶融活性はんだを機械的に撹拌して、前記溶融活性はんだを前記第２部材の表面に付着させ、前記第２部材のコーティング表面を提供する段階をさらに含む、請求項２〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記第２部材の表面に溶融活性はんだとして提供される前記溶融活性はんだは、前記第１部材の表面にコーティングされた前記溶融活性はんだと同じ溶融活性はんだである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２部材の前記コーティング表面を提供する段階と前記第１及び第２部材のそれぞれの表面を当接させる段階との間で、前記第２部材の表面に提供された前記溶融活性はんだを固化させる段階と、
前記それぞれの表面を当接した後に、前記第２のはんだを再溶融させる段階と、
をさらに含む、請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記少なくとも第１部材の表面に前記溶融活性はんだを提供し、前記溶融活性はんだを熱的に活性化する段階は、前記第１部材及び第２部材のそれぞれの表面が互いに当接した後に実行されることにより、前記第１及び第２部材の前記接合部に前記溶融活性はんだを提供し、前記溶融活性はんだを熱的に活性化する、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ニオブチタン合金で作られた第１部材を、第２部材に接合する方法であって、
前記第１部材及び前記第２部材を互いに当接させ、その間に接合部を形成する段階と、
前記第１及び第２部材の前記接合部に溶融活性はんだを提供し、前記溶融活性はんだを熱的に活性化する段階と、
熱的に活性化された前記溶融活性はんだを機械的に撹拌して、前記溶融活性はんだを前記第１及び第２部材に付着させ、前記第１及び第２部材を結び付ける溶融活性はんだの連続体を形成する段階と、
前記連続体を固化させて前記第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記第１及び第２部材が当接している間、前記第１及び第２部材のそれぞれの表面を前記溶融活性はんだの溶融温度より低い温度に温める段階をさらに含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
機械的な撹拌は、前記溶融活性はんだに機械的運動を引き起こすために、超音波を使用して提供される、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２部材のそれぞれの表面が当接するときに提供される機械的な撹拌は、少なくとも部分的に互いに接触する前記それぞれの表面の動きによって提供される、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
互いに接触する前記それぞれの表面の動きは、相対的回転運動である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記溶融活性はんだは、錫と、銀、チタン、セリウム、ガリウム及びマグネシウムのうちの少なくとも１つとを含む合金である、請求項１〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記溶融活性はんだは、錫、銀、チタン、セリウム、ガリウム及びマグネシウムを含む合金である、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１部材は、同軸ケーブルの中心導体及び／又は外側ジャケットである、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記第２部材は、同軸ケーブルコネクタである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの部材がニオブチタン合金で作られた、２つの部材の間にはんだ接合を形成するのに使用される活性はんだ。
【請求項２２】
前記活性はんだは、錫及び銀と、チタン、セリウム、ガリウム及びマグネシウムのうちの少なくとも１つとを含む合金である、請求項２１に記載の活性はんだ。
【請求項２３】
前記活性はんだは、錫、銀、チタン、セリウム、ガリウム及びマグネシウムを含む合金である、請求項２２に記載の活性はんだ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、活性はんだを使用してニオブチタン合金で作られた部材を他の部材に接合する方法に関する。これは、結果として生じるはんだ接合が極低温用途で使用されることを意図する。
【背景技術】
【０００２】
極低温用途では、超伝導体又は超伝導体と「通常の」金属（すなわち、非超伝導金属又は金属合金）との間の接合がしばしば必要とされる。超伝導体に使用される超伝導材料は、金属又は金属合金である場合が多い。超伝導材料は、プレート、シート、リボン、ワイヤ、チューブ、又は同軸ケーブルを含む、多くの異なる形で使用することができる。超伝導体が使用される例示的な用途は、磁石、大電流導体、電磁遮蔽、及び信号伝送を含む。
【０００３】
信号伝送の例として、希釈冷凍機などの極低温冷凍機では、冷却対象と冷凍機外部との間でデータを転送する必要がある。そのため、冷却対象と冷凍機外部との間でデータ転送機能を提供するためにケーブルが使用される。
【０００４】
このような冷凍機は、一般的に、物理的な構造に対して多くのステージ又はレベルを有する。非使用時、すべてのレベルは、周囲温度と同じ温度であるが、使用時、レベル間で温度が異なり、レベルが冷却対象により近づくほど温度が低下する。従って、使用目的で冷却され、使用後に暖めることができるように、冷凍機の中で温度サイクルが存在する。
【０００５】
周囲環境と冷却対象との間の熱損失を最小にするために、冷却対象と室温の周囲環境との間の信号伝送用ケーブルは、冷凍機のあらゆるステージで熱的に固定される。一部の用途において、冷凍機の異なるレベルにおいて、減衰器又は他のデバイスを挿入することができる。
【０００６】
加えて、各レベルの間で温度が異なり、例えば構造要素及び半剛体ケーブルに異なる材料が使用されるので、それぞれの異なる熱膨張量に起因して、異なる材料間に応力が生じる。構造要素の応力と同様に、熱膨張は、はんだ合金などの何らかの接合「充填」材にも応力を生じさせる。
【０００７】
従って、このような冷凍機のステージ／レベル構造、及びデータ転送ラインが相互作用する部品と熱平衡に至る（一般に「熱化」と呼ばれる）必要性により、冷却対象と冷凍機外部との間のデータ転送ラインをもたらす単一ケーブルを有することはまれである。代わりに、データ転送ラインをもたらす複数のケーブルが存在し、各ケーブルは、隣接するステージ／レベル間の接合部で熱的に固定される。一般的に、ケーブルは、高周波信号伝送用の同軸ケーブルである。
【０００８】
各同軸ケーブルは、各端部が同軸コネクタで終端して同軸ケーブル組立体を形成する。ステージ／レベル間の接合部において、各同軸ケーブル組立体は、データ転送ラインを熱平衡化するための減衰器の有無にかかわらず隔壁アダプターに接続される。
【０００９】
データ信号を１つの同軸ケーブルから次の同軸ケーブルに確実に送ることができるように、同軸ケーブル組立体の製造時、ケーブルとコネクタとの間の接続部の一部として、同軸ケーブルと同軸コネクタとの間にはんだ接合が形成される。はんだ接合は、ケーブルとコネクタとの間の強固で堅牢な接続部を形成するためにも使用され、これは異なる材料間の熱収縮の不一致並びに冷凍機の振動によって応力が生じるので有用である。また、はんだ接合は、良好な熱的特性及び電気的特性を提供し、伝送ラインの不連続性による反射／帰還信号電力の損失が小さい（一般に「反射損失」と呼ばれる）。
【００１０】
信号ラインの同軸ケーブルの材料によっては、信号強度が減衰する可能性がある。データ伝送ラインに沿って無線周波数（ＲＦ）減衰器を挿入することで、信号強度のさらなる低下が生じる可能性がある。全減衰量は、通常「挿入損失」と呼ばれる。
【００１１】
挿入損失を低減するため、冷却対象に最も近いステージでの同軸ケーブルの信号伝送部は、ニオブチタン合金で作られている。これは、一般的に、これらのステージが冷凍機の使用時に局所温度が４ケルビン（Ｋ）未満のステージであり、ニオブチタン合金がこれらの温度で超伝導であるためである（ニオブチタンの臨界温度（Ｔｃ）は、約９．３Ｋ）。超伝導の場合、ニオブチタン同軸ケーブルの伝送損失は著しく低減しつつ、同時にラインの熱伝導率は低いままであり、熱損失を最小限にする。従って、これらのニオブチタン合金の特性は、通常の金属（つまり、非超伝導金属又は金属合金）の等価物に勝る大きな利点である。
【００１２】
しかしながら、同軸ケーブルにニオブチタン合金を使用すると、同軸ケーブルとコネクタとの間のはんだ接合に関する問題が生じる。これは、ニオブチタン合金が表面酸化物を有するためであり、この表面酸化物は、酸化物を除去するために侵食性フラックスを施工する場合でも、はんだ合金を使用して濡らすことが難しい。従って、接合部は、非ニオブチタン合金で作られた同軸ケーブルとコネクタとの間に形成されたはんだ接合部以上に著しく機能不全になる。熱伝導を最小限に抑えながら、挿入損失を最小限に抑える必要性に起因して同軸ケーブルに代替材料を使用することは実用的ではないので、ケーブルをコネクタに接続する代替手段が必要とされる。
【００１３】
本発明を開発する際に多くの可能性のある代替手法を評価した。このような代替手法の１つは、ニオブチタン合金で作られた同軸ケーブルをニッケル又は金の層で電気めっきすることであり、その結果、ニッケル／金層をコネクタにはんだ付けできる。しかしながら、この手法は、ニッケル層とニオブチタン層との間の接合部が機能不全になり、接合部全体の機能不全を引き起こすので適さないことが分かった。
【００１４】
更なる２つの手法を試験した。最初の手法は、銅スリーブ及びベリリウム銅合金で作られたチューブを同軸ケーブルに圧着し、次に、ベリリウム銅合金チューブ（同軸ケーブルの外層としての）を金メッキベリリウム銅合金コネクタにはんだ付けすることに基づいたハイブリッドプロセスであった。これにより、従来の方法を上回って接合強度が向上した。しかしながら、接合部の引張強度は依然として低いので、接合部が機能不全になるリスクに起因して信頼性が低かった。
【００１５】
第２の更なる手法は、標準圧着接合であった。これには、同軸ケーブルの裸線の周りにコネクタを配置して、コネクタが変形してワイヤをしっかりつかんで電気的接触を行うようにコネクタを圧縮することを含んでいた。次に、コネクタ端部のコレットを同軸ケーブル上に配置し、コレット上のナットを締めることによって電気接続を達成した。この技術は、室温では良好に機能するが、コネクタが４Ｋほど低い温度を含む広範の温度にわたって機能する必要がある用途にはあまり適していない。
【００１６】
圧着接合が適切な物理的接合並びに導電性接合を形成するように、例えば電磁気遮蔽用途では、圧着接合のコネクタ部分は同軸ケーブルの外側スリーブの周囲にも配置される。しかしながら、外側スリーブの周囲で変形させるためにコネクタに加えられる圧縮は、ケーブルを変形させて同軸ケーブルの誘電体の直径の変動を引き起こす。同軸ケーブルの長さに沿った誘電体の直径の何らかの変動は、ケーブルの他の特性とともにＲＦ特性の劣化を引き起こし、ケーブルの性能に悪影響をもたらす。
【００１７】
圧着接合の使用に関するさらなる問題は、大きなサイズ及び信頼性に起因する。希釈冷凍機では、追加のデータ伝送ラインの必要性が高く、すなわち、さらなる同軸ケーブルが必要とされる。これは、希釈冷凍機が使用されている用途が、量子計算及びかなりのデータ量を生成する他の用途に広がっているためである。コネクタの限られたスペース及び所望の高密度化により、ケーブル及びコネクタの直径は、コネクタシステムの占有面積及び同軸ケーブル組立体から生じる熱負荷を最小にするように減少させる必要がある。小型の同軸ケーブル及び大きなコネクタ占有面積は、圧着接合をあまり好ましくないものにする。
【００１８】
また、ろう付けや溶接など、圧着よりもはんだ付けにより類似した他の接合技術は、このような技術に必要な温度が同軸ケーブルの非金属部分（例えば、誘電体）を破壊するので不適切である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
これらの接合に関する問題は、ニオブチタン合金を使用する必要性が中心にある。これらは、公知のはんだ付け技術及びはんだ接合には不適切である。しかしながら、はんだ付けの公知の代替方法も適切な信頼性をもたらさないか、又は性能に悪影響を及ぼす。従って、ニオブチタン合金で作られた部材と別の部材との間の信頼性の高い接合及び接合部を形成する方法が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の第１の態様によれば、ニオブチタン合金で作られた第１部材を第２部材に接合する方法が提供され、本方法は、第１部材と第２部材のそれぞれの表面を互いに当接させて、その間に接合部を形成する段階と、接合部で少なくとも第１部材の表面に溶融活性はんだを提供し、溶融活性はんだを熱的に活性化する段階と、溶融活性はんだを機械的に撹拌（agitation）して、溶融はんだを第１及び第２部材に付着させ、第１及び第２を結び付ける溶融はんだ連続体を形成する段階と、連続体を固化させ、結果的に第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、を含む。
【００２１】
この方法で作り出されたはんだ接合は、従来のはんだ接合及び圧着接合よりも信頼性が高いことが見出されている。これは、第１部材と第２部材との間に作り出されたはんだ接合が、室温及び約７７Ｋの両方で、公知のはんだ接合及び圧着接合より３〜５倍大きい引張強度を有することが見出されたためである。加えて、活性はんだがフラックスを必要としないので、はんだ接合はフラックスレスプロセスで作り出すことができる。これは、フラックスに依存するプロセスを使用して作り出されたはんだ接合よりも故障率が低いことを意味するが、それは、これらのプロセスで残されたフラックス残留物が、作り出されたはんだ接合及び隣接する領域を侵食する侵食性化学特性を有し、洗い落とすのが難しいからである。フラックスを洗い落とすことができない例は、接合のすべて又は一部を可視化できない隠れた接合部である。腐食作用は、接合が湿気にさらされている場合に特によく見られる。しかしながら、侵食性フラックスを使用した場合でも、ニオブチタン合金を濡らすことはできない。
【００２２】
さらに、第１及び第２部材の物理的寸法は、圧着プロセスが実行された場合のように、はんだ付けプロセスによる影響を受けない。これにより、電気的特性及びＲＦ特性は損なわれないままとすることができる。加えて、はんだ接合は、構成要素間の熱サイクル及び熱的不整合に対する応答性が改善されており、結果的にこのようなはんだ接合の故障率が低下することが見出されている。
【００２３】
加えて、はんだを使用することで、プロセス中に使用される温度は、例えば溶接又はろう付けで使用される温度よりも低い。これにより、第１及び第２部材と熱的に接触する、又ははんだ自体と接触した状態になる他の構成要素に損傷を与える可能性が制限される。これは、溶接の場合のように一方又は両方の部材を（部分的に）溶融して接合を形成するか、又は、ろう付けの場合のように酸化物層を溶かすか溶融させることに代わって、接合が、第１部材及び第２部材の各表面上に存在する何らかの酸化物を破壊する化学反応に依存して作られること、及び接合を形成するためにファンデルワールス力に依存して作られることを意味する。従って、このことは、はんだ付けを、接合される部材の劣化を制限する侵食性の低いプロセスとするので、接合される部材の元の形状を保持して元の特性を維持すること、又は少なくとも接合の形成プロセスによる影響をそうでない場合よりも小さくすることができる。
【００２４】
上記の方法は、活性はんだ付けを使用する。「活性はんだ付け」という用語は、ニオブチタン合金などの、表面酸化物を容易に形成する基材をはんだ合金で濡らすことを可能にするプロセスの組み合わせを意味することを意図する。これは、はんだ合金を反応温度にするための熱活性化のステップと、はんだ合金と対象基材の表面酸化物との化学反応ステップと、機械式デバイスの超音波を使用して、液体活性はんだ表面を撹拌して、液体活性はんだ表面に浮かぶ何らかの酸化皮膜（「ドロス」とも呼ばれる）を破壊するステップと、を含むことができる。はんだの反応温度は、はんだ成分のうちの少なくとも１つがはんだの外部の成分と反応することのできる温度と見なすことができる。化学反応は、（反応を開始することができる）チタン、セリウム、ガリウム、及びマグネシウムのうちの少なくとも１つをはんだ合金に含有することで達成することができる。撹拌によって引き起こされるドロス破壊は、基材表面を未酸化はんだ合金に晒し、結果的に、基材表面ははんだ合金で濡れることになる。
【００２５】
従来のはんだ（つまり、「活性」はんだではない、はんだ）に使用されるプロセスは、別個の化学フラックスを使用するか、又は、はんだ中に化学フラックスが組み込まれている。これらのフラックスは、従来のはんだ合金組成の一部ではなく、基材上の表面酸化物を破壊するための活性はんだ付けには必要ない。実際、活性はんだ付けプロセスの代わりにフラックスを使用するはんだ付け技術の使用は、ニオブチタン合金をはんだで濡らすことを可能にするには不十分である。
【００２６】
第１の態様による方法を適用する少なくとも２つの代替方法がある。第１の代替案では、一般的に、少なくとも第１部材の表面に溶融活性はんだが提供され、第１及び第２部材のそれぞれの表面が互いに当接する前に熱的に活性化され、熱的に活性化された溶融はんだは、第１部材の表面で機械的に撹拌され、活性はんだを第１部材の表面に付着させ、結果的に第１部材のコーティング表面を提供するようになっている。
【００２７】
第１の代替案は、第１部材と第２部材との間にはんだ接合部を形成するための２段階プロセスを提供する。これにより、第１部材と第２部材の各々を別々に準備することができ、各部材にはんだを正確に適用することができる。
【００２８】
第２の代替案では、一般的に、少なくとも第１部材の表面に溶融活性はんだを提供して溶融活性はんだを熱的に活性化することは、第１部材及び第２部材のそれぞれの表面が互いに当接した後に実行され、結果的に、第１及び第２部材の接合部で溶融活性はんだ及び溶融活性はんだの熱活性化を提供する。
【００２９】
第２の代替案は、第１部材と第２部材との間にはんだ接合を形成するための１段階プロセスを提供する。従って、これは、全ての構成要素が単一の場所に同時に存在して、はんだの施工及び加熱が多段階プロセスよりも単純であり、その結果、プロセスを実行するのに要する時間が短くなるので、大量生産に適したプロセスである。
【００３０】
好ましくは、溶融活性はんだが少なくとも第１部材の表面に提供される前に、第１及び第２部材の各々は加熱される。これにより、溶融活性はんだは、第１及び第２部材の上をより容易に流れることができ、溶融活性はんだが提供される場所から離れて伝達される熱量が低減する。
【００３１】
本発明の第２の態様によれば、ニオブチタン合金で作られた第１部材を第２部材に接合する方法が提供され、本方法は、第１部材の表面に熱的に活性化された溶融活性はんだを提供し、熱的に活性化された活性はんだを機械的に撹拌して、活性はんだを第１部材の表面に付着させ、結果的に第１部材のコーティング表面を提供する段階と、第１部材と第２部材を互いに当接させて、溶融活性はんだを機械的に撹拌して、溶融活性はんだを第２部材の表面に付着させ、第１及び第２部材の表面を結び付ける溶融はんだ連続体を形成する段階と、連続体を固化させ、結果的に第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、を含む。これは、前述の第１の代替案に対応する。このため、これは第１の代替案と同じ利点を有する。
【００３２】
第１の代替案又は第２の態様によれば、溶融活性はんだは、第１部材の表面上にコーティングされると、溶融したままにすることができる。一般的に、プロセスは、第１部材のコーティング表面を提供する段階と、第１及び第２部材のそれぞれの表面を当接させる段階との間に溶融活性はんだを固化させる段階と、それぞれの表面を当接させた後に活性はんだを再溶融する段階とをさらに含む。溶融活性はんだが固化すると、これは酸化から保護された錫メッキニオブチタン合金表面をもたらす。これにより、異なる時点及び／又は別の場所で第２部材に接合させるために、第１部材を準備することが可能になり、プロセスの異なるステップを、供給者及び接合の生産者などの異なる当事者によって実行することができる。加えて、第１部材にコーティングされ、第２部材に接合される間にはんだを固化させることにより、介入期間中のはんだ汚染の可能性が低下する。
【００３３】
第１部材の表面上にコーティングされたはんだのみを使用して、第１部材と第２部材との間にはんだ接合を形成することが可能である。しかしながら、より多くのはんだを必要とする場合がある。従って、溶融活性はんだは、表面が当接した場合に、第１及び第２部材のそれぞれの表面にさらに提供することができる。これにより、適切なはんだ接合は、このようなはんだ接合を提供するのに十分に新鮮な、第１部材上にコーティングされた活性はんだが存在しない場合に形成することができる。
【００３４】
第２部材の表面（第１部材のコーティング表面に当接する）は、何らかの前処理を施すことなく、第１部材のコーティング表面に単純に当接することができる。しかしながら、一般的に、この方法は、第２部材の表面に溶融活性はんだを提供する段階と、溶融はんだを機械的に撹拌し、はんだに第２部材の表面に付着させて、結果的に第２部材のコーティング表面を提供するようになっている段階とをさらに含む。これは、この表面が当接する場合に、第１及び第２部材のそれぞれの表面に追加の溶融はんだを提供する段階に追加すること、又はその代替案とすることができる。これにより、はんだ接合を形成するために使用できる追加のはんだが提供され、第１部材の表面と当接する前に第２部材の表面をコーティングすることができる。これは、第１及び第２部材の各々がはんだで事前にコーティングされ、結果的に各々が２つの部材が接合される前にはんだと良好に結合するので、はんだ接合をより信頼性の高いものにする。
【００３５】
前述のように、一般的に、第２部材の表面に提供される溶融はんだは活性はんだであり、第２部材の表面に溶融はんだを提供し、さらに、溶融はんだを機械的に撹拌する段階を含み、機械的撹拌は、活性はんだを表面に付着させる。しかしながら、第２部材の表面が非活性はんだで事前に錫メッキされて、表面の濡れを促進するためにフラックスが使用される場合、この接合を作り出すために使用された何らかの潜在的なフラックス残留物（いわゆる「クリーンでない」フラックスによって残された何らかの残留物を含む）は、２つの錫メッキされた表面が当接する前に除去される必要がある。対照的に、第２部材をコーティングするために、活性はんだを使用することにより、第２部材が適切な材料で作られている場合にはフラックスは不要であり、除去されるフラックス残留物はないことになり、第１及び第２部材の接合をより効率的にする。
【００３６】
溶融活性はんだを第２部材の表面に提供して、はんだを第２部材の表面に付着させて、結果的に第２部材のコーティング表面を提供するようになっている段階の代替案として又はその前に、本方法は、第２部材の表面を錫又は錫はんだ合金でコーティングする段階をさらに含むことができる。錫又は錫はんだ合金が第２部材の表面にコーティングされると、これは「錫めっき」表面を形成する。コーティングは、第２部材の表面に錫又は錫はんだ合金を付着させるために、錫又は錫はんだ合金で第２部材の表面を電気めっきすることで、又は、第２部材の表面に錫又は錫はんだ合金を付着させるために、第２部材の表面に溶融錫又は錫はんだ合金を提供することで実現することができる。これにより、第２部材の表面を事前に錫メッキすることが可能になる（つまり、フラックスレスプロセスにより錫又は錫はんだ合金で錫メッキして、第２部材の表面にフラックスレスコーティングを施すことが可能になる）。錫又は錫はんだ合金で第２部材の表面をコーティングする何らかのフラックスレスをベースにしたプロセスは、別の代替案として適用することができる。
【００３７】
第２部材の表面に溶融はんだとして提供される活性はんだは、第１部材の表面をコーティングするために使用されるものとは別の活性はんだとすることができる。しかしながら、一般的に、第２部材の表面に溶融はんだとして提供される活性はんだは、第１部材の表面にコーティングされた活性はんだと同じ活性はんだである。これは、第１部材及び第２部材の各々の表面上のはんだコーティングが、それぞれの他の部材上のはんだコーティングと完全に適合することになることを意味する。これは、第１及び第２部材のそれぞれの表面にコーティングされたはんだ間の何らかの不適合性によりはんだ接合が弱くなるのを防ぐ。
【００３８】
第２部材の表面上にコーティングされた溶融はんだは、第２部材の表面上にコーティングされると溶融したままにすることができる。しかしながら、一般的に、本方法は、第２部材の表面に提供された溶融はんだを、第２部材のコーティング表面を提供する段階と第１及び第２部材のそれぞれの表面を当接させる段階との間で固化させる段階と、それぞれの表面を当接させた後に第２のはんだを再溶融する段階とをさらに含む。これは、第１及び第２部材のそれぞれの表面を互いに当接させる前に、第１部材の表面上にコーティングされた溶融はんだを固化させるのと同じ利点を有する。従って、これらの利点は、異なる時点及び／又は別の場所で第１部材に接合させるために、第２部材を準備することが可能になることであり、プロセスは、供給者及び接合の生産者などの異なる当事者によって実行することができることを意味する。加えて、第２部材にはんだをコーティングして第１部材に接合するまでの間に、はんだを固化させると、その期間中のはんだ汚染の可能性が低下する。
【００３９】
本発明の第３の態様によれば、ニオブチタン合金で作られた第１部材を第２部材に接合する方法が提供され、本方法は、第１部材及び第２部材を互いに当接させ、その間に接合部を形成する段階と、第１及び第２部材の接合部に溶融活性はんだを提供し、溶融活性はんだを熱的に活性化させる段階と、熱的に活性化された溶融活性はんだを機械的に撹拌して、溶融はんだを前記第１及び第２部材に付着させ、第１及び第２部材を結び付ける溶融はんだ連続体を形成する段階と、連続体を固化させ、結果的に第１及び第２部材の間にはんだ接合を形成する段階と、を含む。これは、前述の第２の代替案に対応する。このため、これは第２の代替案と同じ利点を有する。
【００４０】
第１の態様、第１の代替案、第２の代替案、第２の態様、又は第３の態様に関して、第１及び第２部材は、当接時には周囲温度とすることができるが（すなわち、加熱又は冷却されていない）、一般的に、本方法は、表面が当接されている間に、第１及び第２部材のそれぞれの表面を活性はんだの溶融温度以下の温度に加温する段階をさらに含む。これにより、接合領域から離れて伝達される熱量が低減し、超音波撹拌の有無にかかわらず、はんだごてを使用して追加の熱を加え、はんだを溶融させて熱的に活性化させる場合、はんだは、それぞれの表面の上を容易に流れることができる。同じ理由で、第１部材及び／又は第２部材は、第１の代替案及び第２の態様で示されるようにコーティングされている場合に加熱することができる。いずれの状況においても、加温は、第１及び第２部材の予熱をもたらす。加温は、熱風を第１及び第２部材の上を通過させることにより実現することができる。
【００４１】
機械的撹拌は、溶融活性はんだ上に形成された酸化物のドロス皮膜を破壊することができる何らかの供給源又はプロセスによって提供することができる。一般的に、機械的撹拌は、溶融活性はんだの機械的運動を引き起こすために超音波を使用して提供され、好ましくは、超音波は、超音波はんだごてによりもたらされる。超音波供給源から超音波の形態で機械的撹拌を提供することにより、煩雑な機械装置を必要とせずに機械的撹拌を簡単に行うことができる。
【００４２】
超音波により提供される機械的撹拌、並びに溶融活性はんだ上に形成された酸化物のドロス皮膜を破壊することができる何らかの供給源又はプロセスから提供できる機械的撹拌に代えて又はそれに加えて、第１及び第２部材のそれぞれの表面が当接するときに提供される機械的な撹拌は、少なくとも部分的にそれぞれの表面の相対運動によって提供することができる。これは、外部供給源によって機械的撹拌を提供する必要がないことを意味する。これによって、当接面の間に機械的撹拌を提供するために当接面を分離する必要がなく、結果的に、各々の面上にコーティングされた溶融はんだは、互いに最接近したそれぞれの面の各部分で結合することができる。これにより、当接面がすぐ近くに保たれるので改善されたはんだ接合がもたらされる。さらに、これは、機械的撹拌を作り出すために追加の機器を必要としないことを意味する。
【００４３】
互いに対する当接面の運動は、このような運動を作り出すことができる何らかの形態で提供することができるが、一般的に、互いに対するそれぞれの面の運動は、相対回転運動である。これにより、第１及び第２部材の各々の相対位置は、機械的撹拌を提供する間でも同じ位置に保つことができる。
【００４４】
活性はんだは、第１部材のニオブチタン合金の表面上に形成される酸化物層を還元することができる元素を含む。従って、これを達成できる何らかの活性はんだが使用に適している。しかしながら、一般的に、活性はんだは、錫、及び銀、チタン、セリウム、ガリウム、及びマグネシウムのうちの少なくとも１つを含有する合金である。銀、チタン、セリウム、ガリウム、及びマグネシウムのうちの１つ以上に加えて又はその代わりに、銅、ビスマスなどの他の元素の組み合わせを使用することもできる。好ましくは、活性はんだは、錫、銀、チタン、セリウム、ガリウム及びマグネシウムを含有する合金である。活性はんだのこれらの元素の組み合わせは、ニオブチタン合金の表面上の酸化物を破壊するのに最も効果的であることが分かっている。
【００４５】
第１部材は、別の要素にはんだ付けされることになるニオブチタン合金で作られた何らかの要素とすることができる。しかし、一般的に、第１部材は、同軸ケーブルのコア及び／又はシールドである。これにより、コア及び／又はシールドがニオブチタン合金で作られた場合、希釈冷凍機などの極低温冷凍機並びに他の用途装置の同軸ケーブルを別の部材にはんだ付けすることができる。
【００４６】
第２部材は、第１の要素がはんだ付けされる何らかの要素とすることができるが、一般的には、第２部材は、同軸ケーブルコネクタである。これにより、ニオブチタン合金で作られたコア及び／又はシールドを備えた同軸ケーブルは、他の同軸ケーブルと共にデータ伝送ラインを形成すること、及び／又は、データ供給源又はデータ記録装置に接続したりすることができる。
【００４７】
信号伝送ラインの実施例では、第２部材は、同軸ケーブルコネクタとすることができる。同軸ケーブルコネクタの中心ピンは、銅、ベリリウム銅、ステンレス鋼、コバール又は真鍮とすることができる。コネクタ本体は、銅、ベリリウム銅、ステンレス鋼、真鍮、銅錫合金、又はＲＦ同軸ケーブルコネクタの形成に適した任意の他の材料とすることができる。加えて、第２部材は、金又はニッケル上の金メッキでコーティングすることもできる。コネクタの他の選択肢は、銀の上にフラッシュホワイトブロンズのコーティングを施した銅スズ合金である。
【００４８】
任意の金属材料（ステンレス鋼又はアルミニウムなどのはんだ付けが困難な材料を含む）又はセラミック材料は、第１の態様のプロセスを使用して第２部材に使用することができる。
【００４９】
本発明の第４の態様によれば、少なくとも１つの部材がニオブチタン合金で作られた２つの部材の間にはんだ接合を形成するのに活性はんだを使用することが提供されている。
【００５０】
２つの部材間のはんだ接合を形成するのに活性はんだを使用することは、少なくとも一方がニオブチタン合金で作られており、強固なはんだ接合が、ニオブチタン合金で作られた要素と別の要素との間に作り出すのを可能にする。これは、活性はんだがニオブチタン合金上の酸化物層を還元できるためである。従って、前述のように、活性はんだを使用して、このような要素のためのより信頼性の高いはんだ接合を形成することができる。
接合方法の実施例は、添付の図面を参照して、以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】例示的な接合方法のフローチャートを示す。
【図２】図１の例示的な接合方法のサブプロセスのフローチャートを示す。
【図３】図１の例示的な接合方法の第２のサブプロセスのフローチャートを示す。
【図４】第２の例示的な接合方法のフローチャートを示す。
【図５】図1の例示的な接合方法の用途のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
ここで、例示的な接合方法のうちの１つの実施例の説明と併せて、接合方法の２つの実施例を説明する。
【００５３】
ここで図１を参照すると、第１の例示的な接合方法のプロセスが概して１で示されている。
【００５４】
図１に示すプロセスは、２段階のプロセスである。このプロセスの第１の段階は、ステップ１０においてニオブチタン合金で作られた第１部材の表面を活性はんだでコーティングし、ステップ１１において第２部材の表面の各々をはんだでコーティングすることである。これは、通常、「錫メッキ」と呼ばれる。
【００５５】
第１部材の表面をコーティングするために実行されるプロセスは、図２の１００で概して示される。このプロセスは、ステップ１０１において、活性はんだをその接合温度に加熱することを含む。以下に説明されるように、接合温度は、はんだの溶融温度よりも高い温度であり、反応性元素の反応性が十分に高く、はんだが接触するようになる酸化物と反応する温度である。これは、活性はんだの熱活性化と呼ばれる。
【００５６】
活性はんだが溶融する際に、はんだ及びはんだ内の反応性元素は、空気と接触するとすぐに酸化する。反応性元素の酸化は、「ドロス」と呼ばれる溶融活性はんだの周囲に皮膜を形成し、溶融はんだの周囲に、シールを形成する。ステップ１０２において、皮膜を破壊するために、溶融活性はんだに対して機械的撹拌が行われる。このステップは、はんだが施工される第１部材の表面で実行される。これにより、皮膜が破壊されると、溶融活性はんだは、この表面上を流れることができる。
【００５７】
この時点で溶融活性はんだが熱的に活性化されるので、活性はんだ内の活性元素は、酸化還元反応で第１部材の表面上の酸化物と反応する。これにより、第１部材の表面上の酸化物が還元し、残った未酸化表面がはんだにさらされる。これにより、溶融活性はんだが第１部材の表面を濡らし、はんだをこの表面に付着させることができる。
【００５８】
このように溶融活性はんだが第１部材の表面に付着すると、ステップ１０３において、溶融活性はんだは冷却される。これは、はんだをその溶融温度以上の温度に維持していた熱源を取り除くことにより達成される。これにより、はんだは融解温度以下の温度に冷却され、結果的に固化する。
【００５９】
第２部材の表面をコーティングするために実行されるプロセスは、概して図３の１１０で示される。第２部材の表面をコーティングするために、はんだは、第２部材の表面で加熱されて溶融する（ステップ１１１）。
【００６０】
第２部材は、ニオブチタン合金で作られることが意図されていないが、はんだ接合部を形成するためには、いかなるはんだも、融点よりも摂氏約２０度（°Ｃ）から約５０°Ｃだけ高い必要がある。これは、はんだの接合温度と呼ばれる。従って、第２部材の表面をコーティングする次のステップは、はんだをその接合温度まで加熱し、溶融はんだを第２部材の表面上で流すステップである（ステップ１１２）。第１部材の表面をコーティングするプロセス内の対応するステップと同様に、これにより、溶融はんだが第２部材の表面を濡らし、結果的にはんだをこの表面に付着させる。
【００６１】
溶融はんだを機械的に撹拌するステップは、第２部材の表面をコーティングするために使用された溶融はんだが活性はんだである場合にのみ実行する必要がある。この実施例が該当するが、非活性はんだ（つまり、組成に活性元素を含まないはんだ）を代替はんだとして使用できる。非活性はんだが使用される場合、このステップは随意的である。しかしながら、その結果、はんだが第２部材の表面を濡らすためには、活性はんだの活性元素の代わりにフラックスが必要となる。
【００６２】
さらに第１部材の表面をコーティングするプロセスと並行して、溶融はんだが冷却される（ステップ１１３）。同様に、これは、はんだをその溶融温度より高い温度に維持する熱源を取り除くことにより達成され、結果的に、はんだは冷却されて固化することができる。
【００６３】
代替の実施例では、はんだが第２部材の表面に施工される前に、又は、はんだを第２部材の表面に施工する代わりに、錫又は錫合金が第２部材の表面上に電気めっきされ、表面が予備はんだされる。
【００６４】
図１の１に示した接合方法に戻ると、第１部材と第２部材のそれぞれの表面がはんだでコーティングされると、プロセスの第１の段階が完了し、プロセスの第２の段階が始まる。第２の段階は、各コーティング表面を接合することを含む。これは、多くのステップを含み、第１のステップでは、第１部材と第２部材が当接され接合部を形成し（ステップ１２）、この接合部では、第１及び第２部材が、これらの間の接合部に近接する各部材のコーティング表面で接触する。
【００６５】
第１及び第２部材が相互に当接すると、熱は、第１部材及び第２部材に加えられ、各部材をその上にコーティングされたはんだの溶融温度より低い温度に加熱する（ステップ１３）。
【００６６】
次に、コーティング表面の各々のコーティングがさらに加熱され、はんだを再溶融する（ステップ１４）。コーティング表面にコーティングされたはんだの量に応じて、より多くのはんだが必要又は有用であると考えられる場合、第１及び第２部材の間の接合部に追加の溶融活性はんだが施工される（図示せず）。この実施例では、全てのはんだ（第１及び第２部材の各々にコーティングされたはんだ、並びに何らかの追加のはんだ）は、同じ活性はんだである。しかしながら、１又は２以上の異なるはんだを使用する場合、各はんだは、混和性であるか、又は少なくとも他のはんだの各々と適合性がある必要がある。
【００６７】
しかしながら、前述のように、活性はんだが使用される場合、ニオブチタン合金上の表面酸化物と反応するだけでなく、大気中の酸素とも反応することになり、その結果、はんだの表面上に酸化物が形成され、「ドロス」皮膜を形成することになる。従って、機械的撹拌が再び溶融はんだに加えられる（ステップ１５）。これによって、ドロス皮膜が破壊され、第１部材と第２部材の各々のコーティング表面上の（未酸化）溶融はんだが接触して融合し、溶融はんだ連続体を形成することができる。
【００６８】
溶融はんだ連続体は、溶融はんだが融合すると第１部材及び第２部材の各々の表面に付着し続けるので、第１部材と第２部材との間の結び付きをもたらす。これが達成されると、溶融はんだは、再び冷却されて（ステップ１６）はんだが固化し、第１部材と第２部材との間のはんだ接合を形成する。各々のコーティングプロセスと同様に、これは、熱源を取り除くことにより達成され、結果的に、はんだはその溶融温度以下に冷却されて固化する。
【００６９】
前述のように、非活性はんだが第２部材の表面をコーティングするために使用されている場合、フラックスが使用される。従って、溶融活性はんだに機械的撹拌が加えられる前に、何らかのフラックス残留物を除去する追加のステップが必要になる。これにより、溶融はんだ連続体にフラックス残留物が存在して、結果として生じたはんだ接合が潜在的に弱くなるのを回避することができる。
【００７０】
図１に示すプロセスは、それぞれの部材の表面が錫メッキされてから接合されるので２段階のプロセスである。ここで図４を参照すると、第２の例示的な接合方法のプロセスが概して２で示されている。図１に示されるプロセスのような２段階プロセスの代わりに、図４に示されるプロセスは、１段階プロセスである。
【００７１】
一般的に言えば、図４に示すプロセスは、プロセス全体が単一の接合プロセスで実行することができるので１段階プロセスである。これは、それぞれの部材の表面に錫メッキを用いる、図１に示されるプロセスのように事前準備されるプロセスに含まれる何らかの構成要素の代わりである。
【００７２】
図４に示すプロセスの詳細を参照すると、ニオブチタン合金で作られた第１部材の表面及び第２部材の表面を当接させる（ステップ２０）。これにより、第１部材と第２部材との間に接合部がもたらされる。次に、溶融活性はんだをこの接合部に施し、溶融活性はんだが熱的に活性化するようにその接合温度まで加熱する（ステップ２１）。
【００７３】
接合部に溶融活性はんだを施すことにより、溶融活性はんだが接合部、すなわち接触状態の第１及び第２部材の各表面の間に施されるか、又は溶融活性はんだが第１部材と第２部材との間の接合部の周囲の少なくとも１つの部位に施されることを意味することが意図される。
【００７４】
溶融活性はんだが熱的に活性化されると、熱的に活性化された溶融はんだが機械的に撹拌される（ステップ２２）。これにより、活性はんだが加熱される場合に活性元素が酸化する際にはんだ上に形成されるドロス皮膜が破壊される。皮膜が破壊すると、溶融活性はんだは、第１及び第２部材の各々の上を流れる。これにより、その上をはんだが流れる第２部材の表面がはんだで濡れらされる。溶融活性はんだは、熱的に活性化されるため、溶融活性はんだは、図２に示したプロセスに関して前述したのと同じプロセスによって、その上をはんだが流れる第１部材の表面も濡らす。また、溶融活性はんだが第１部材と第２部材との間の接合部の周囲にのみ施された場合、機械的撹拌によって、溶融活性はんだは、第１部材と第２部材との間の接合部に流入する。
【００７５】
これは、溶融活性はんだが第１及び第２部材の各々に付着し、溶融はんだ連続体を形成し、結果的に第１部材と第２部材とを結び付けることにつながる。溶融はんだ連続体が形成されると、溶融はんだは冷却させられる（ステップ２３）。これは、溶融活性はんだをその溶融温度より高い温度に維持している熱源を取り除くことにより達成される。これにより、活性はんだが固化すると、第１部材と第２部材の間にはんだ接合が形成される。
【００７６】
接合方法の励磁的適用
ここで図５を参照すると、ニオブチタン合金で作られた第１部材と第２部材との間にはんだ接合を形成する実施例を概して３で示す。
【００７７】
しかしながら、最初に、同軸ケーブルの詳細を提示する。同軸ケーブルは、中心導体又はコアを有し、その周囲に誘電体が設けられた標準構造を有する。誘電体の周囲には外側ジャケット又はシールドが設けられている。前述のように、コア及びシールドの各々はニオブチタン合金で作られている。一般的な誘電体は、ポリテトラフルオロエチレン（一般に「ＰＴＦＥ」と略される）であるが、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）及び液晶ポリマー（ＬＣＰ）などの他の誘電体も使用することもできる。
【００７８】
図５に示すプロセスは、同軸ケーブルの中心導体とコネクタの中心ピンとの間にはんだ接合を形成することを目的としており、第２のステップにおいて、同軸ケーブルの外側ジャケットと同軸コネクタのコネクタ本体との間にはんだ接合を形成する。
【００７９】
一実施形態では、同軸ケーブルの外径は、約１．１９５ミリメートル（ｍｍ）であり、ＰＴＦＥ誘電体の外径は約０．９４０ｍｍであり、中心導体の外径は、約０．２８７ｍｍである。他の直径の同軸ケーブルも適用でき、これは国際規格に準拠している。ここで説明するプロセスは、同軸ケーブルの他の直径にも同様に適用できる。
【００８０】
同軸コネクタは、同軸ケーブルと接続するのに適切なサイズの標準ＲＦ同軸コネクタである。本実施例で使用する同軸コネクタは、金メッキのベリリウム銅合金で作られている。
【００８１】
同軸ケーブルの中心導体及びシールドと同軸コネクタとの間に、はんだ接合を形成するプロセスに戻ると、このプロセスの第１の段階は、同軸ケーブルのコア及びシールドの端部を活性はんだでコーティングし（ステップ３０）、コネクタピンの表面及び同軸コネクタの外側ボディを活性はんだでコーティングする（ステップ３１）。同軸ケーブルのコア及びシールドの各端部並びに同軸コネクタ表面のコーティングは、錫めっきプロセスである。
【００８２】
この例で使用される活性はんだは、錫、銀、チタン、セリウム、ガリウム、及びマグネシウムを含む合金で作られている。使用される特定の活性はんだは、Ｓ−Ｂｏｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社が製造する活性はんだ２２０Ｍであり、そのウエブサイトには、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓ−ｂｏｎｄ．ｃｏｍ／からアクセスできる。
【００８３】
同軸ケーブルのコア及びシールドの各々を活性はんだでコーティングするために使用した錫めっきプロセスは、図２に示して前述したプロセスである。従って、同軸ケーブルのコア及びシールドの各々をコーティングするために、活性はんだは、はんだごてを使用してはんだを熱的に活性化するために、その融点を超えて接合温度まで加熱される。活性はんだ２２０Ｍの場合、これは、約２０°Ｃ〜５０°Ｃだけその溶融温度を超える（この場合、接合温度は「液相温度」より２０°Ｃ〜５０°Ｃだけ高いことを意味することが意図される）。
【００８４】
参考までに、Ｓ−Ｂｏｎｄ社の活性はんだ２２０Ｍの固相線温度（活性はんだが完全に固体になる最高温度を意味することが意図される）は約２２１°Ｃ、液相線温度は約２３２°Ｃ、接合温度（すなわち、活性はんだが部材を互いに接合できる温度）は約２５０℃〜約２８０℃の範囲である。固相線温度と液相線温度の間では、はんだは、部分的に固体であり、部分的に液体（すなわち、溶融）である。
【００８５】
ＰＴＦＥを保護して、ＰＴＦＥ誘電体材料が溶融する可能性を低減するために、はんだが溶融する時間の長さは最小にする。ＰＴＦＥの溶融温度は約３２７°Ｃであり、最大使用温度は約２６０°Ｃである。ＰＴＦＥが高温にさらされる時間を最小にするために、はんだプロセスのために加えられる熱は、同軸ケーブルのコア用及びシールド用のはんだプロセスの間で分けられる。
【００８６】
活性はんだが、熱的に活性化（従って溶融）されると、同軸ケーブルのそれぞれの構成要素上にはんだをコーティングするために、熱的に活性化された溶融活性はんだは、それぞれの構成要素の端部で機械的に撹拌される。現在のところ、機械的撹拌は、超音波式はんだごてである、はんだごてで生成される超音波によって生じる。前述のように、これにより、溶融活性はんだ上のドロス皮膜が破壊され、はんだは、構成要素の上を流れて構成要素の表面上の酸化物層を還元して構成要素の表面を濡らすことで付着することができる。次に、はんだごてが取り除かれ、活性はんだは冷却して固化することができる。
【００８７】
同軸ケーブルのコア及びシールドにはんだをコーティングするのと同じプロセスによって、同軸コネクタの表面にはんだがコーティングされる。しかしながら、同軸コネクタは、ニオブチタン合金で作られておらず、一般的に、容易に濡れることができるように設計された表面層を有しているので、機械的撹拌は推奨されるが、コネクタを活性はんだでコーティングすることがより容易である。従って、同軸コネクタの表面は、図３に示し前述したプロセスを使用してコーティングする。そのため、活性はんだは、はんだごてを使用して溶融される。この場合も同様に、はんだごてで生成された超音波形式の機械的撹拌が、同軸コネクタ表面のはんだに施され、溶融はんだは、その上を流れて表面を濡らすことによって同軸コネクタの表面に付着する。これが発生すると、はんだごてが取り除かれ、はんだを冷却して固化することができる。
【００８８】
コネクタをコーティングするために活性はんだを使用する代替案として、コネクタはニオブチタン合金で作られていないので、活性はんだの代わりに非活性、つまり標準はんだを使用することができる。この代替案では、標準はんだは、フラックスが中心に入っている。これは、例えば、はんだごてを使用してはんだが施される表面を加熱し、加熱面にはんだを提供することによって、表面をコーティング又は事前錫メッキを行うための標準手順によってコネクタに施される。これにより、はんだが溶融して加熱表面上を流れる。次に、はんだごてを取り除き、溶融はんだは、はんだが施されている表面上で固化することができる。フラックス入りはんだを同軸コネクタの表面に錫メッキするために使用する場合、何らかの余分なフラックスは、コーティング表面を洗浄することによって除去される。
【００８９】
ニオブチタン合金上の活性はんだと同軸コネクタ上の非活性はんだとの組み合わせを使用する場合、最終的なはんだ接合部がより滑らかなように見えることを見出した。しかしながら、最終的なはんだ接合部の品質の間に差異はないことを見出した。
【００９０】
同軸ケーブル及び同軸コネクタがはんだでコーティングされると、図５のプロセスの第１の段階が完了する。同軸ケーブル及び同軸コネクタを接合するプロセスの第２の段階は、最初に同軸コネクタの中心ピンを取り付け、次に回転クランプにコネクタ本体を取り付けることによって実現する。
【００９１】
第１のステップでは、同軸コネクタの中心ピンを同軸ケーブルの中心導体にはんだ付けし、同軸ケーブルを適切に事前準備する。前述のように、はんだを中心ピンに施し、次に、同軸コネクタの中心ピンを回転クランプの中に取り付ける。コア及びシールドが錫メッキされた同軸ケーブルの端部は、同軸コネクタの中心ピンの中に導かれ、同軸コネクタピンの表面と同軸ケーブルのコアとを互いに当接させる（ステップ３２）。次に、ホットエアガンを使用して、同軸ケーブルのコア及び同軸コネクタのピンを温める（ステップ３３）。前述のように、加温は、構成要素の温度を同軸ケーブル又は同軸コネクタのはんだ溶融温度を超えて上昇させない。
【００９２】
各々の構成要素上にホットエアガンを使用しながら同軸コネクタの中心ピン及び同軸ケーブルの中心導体を予熱する際に、はんだ（１又は複数）は、はんだごてを使用して溶融される（ステップ３４）。
【００９３】
はんだごてではんだを加熱する代替案として、抵抗はんだ技術を使用して同軸ケーブル及び／又は同軸コネクタを加熱することができる。これを実現するためには、一対の導電性ピンセットなどの導電性接点を同軸ケーブル及び／又は同軸コネクタに対して配置する。これにより、ケーブル及び／又はコネクタへの電気的導電接続を形成する。次に、導電接点からケーブル及びコネクタに電流が流れる。これにより、抵抗加熱によってケーブル及びコネクタに熱が発生する。抵抗加熱により温度が急激に上昇し、同軸ケーブルシールド及びコアと同軸コネクタの各々の表面の温度が、各構成要素上のはんだコーティングの融点を超えて上昇する。これは、例えば１０秒未満又は５秒未満といった数秒以内の短時間内で発生する。はんだコーティングが溶融すると、抵抗加熱は、構成要素を流れる電流を印加するのを止めることで随意的に停止させることができる。このような急激な温度上昇を加え、その後、加熱源を取り除くことにより、活性はんだと、これがコーティングされる同軸ケーブル表面との間に形成された接合部が、高温に晒される期間が制限されることに起因して機能不全になる可能性が低減することが見出されている。
【００９４】
はんだコーティングが溶融すると、回転クランプが回転し、同軸ケーブルに対する同軸コネクタピンの回転がもたらされる（ステップ３５）。同軸コネクタの中心ピンの内径表面及び同軸ケーブルの中心導体の外径表面が当接することに起因して、各構成要素の相対回転によって、溶融はんだ内の機械的撹拌並びにニオブチタンの酸化物層の崩壊がもたらされ、溶融はんだのドロス皮膜の破壊が引き起こされる。同軸ケーブルに対する同軸コネクタの回転によって生じる機械的撹拌に加えて、又は同軸ケーブルに対する同軸コネクタの回転によって生じる機械的撹拌が１又は各々の構成要素のドロス皮膜を破壊するには不十分な場合、はんだごて（超音波はんだごて）によって引き起こされる超音波の形態で、溶融はんだに追加の機械的撹拌を加えることができる。ドロス皮膜の破壊により、同軸コネクタのピン及び中心導体の外径にコーティングされた溶融はんだが融合して、溶融はんだ連続体が形成される。
【００９５】
溶融活性はんだ連続体が形成されると、回転可能なクランプの回転が停止し、はんだごてが取り除かれる（ステップ３６）。これにより、はんだが冷却して固化し、結果的に、同軸ケーブルと同軸コネクタとの間にはんだ接合が形成される。
【００９６】
第２のステップでは、同軸アセンブリを完成させるために、同軸コネクタ本体を回転クランプに取り付ける。次に、同軸ケーブルの中心導体にはんだ付けされた同軸コネクタの中心ピンの部分組立体を、適切な方法で、コネクタボアの「末端」まで同軸コネクタ本体のコネクタ穴に挿入する（これは通常、供給された同軸コネクタ本体の説明書で示す通りである）。
【００９７】
コネクタ本体のボアの内側は、前述の技術に従って活性はんだでコーティングされる、もしくは標準はんだを使用して表面の良好な濡れを確保するためにフラックスを施工する場合はフラックスを除去する必要がある。次に、同軸ケーブルの外部導体は、コネクタの中心ピンと同軸ケーブルの中心導体との間の接合を形成することに関連して前述したように、コネクタ本体にはんだ付けされる。
【００９８】
前述のように、同軸ケーブルのコアとシールドは、ニオブチタン合金で作られている。合金は、銅又は銅ニッケル合金などの別の材料のマトリックス又はキャリアを使用することなく用いられる。
【００９９】
さらに前述のように、第１部材は、極低温の超伝導であるニオブチタン合金で作られているが、第２部材（上記の実施例の同軸コネクタに対応）は、極低温（例えば、約７７Ｋから約４Ｋの間の温度）で非超伝導の材料で作られている。従って、第１及び第２部材の一方だけが超伝導である。しかしながら、本明細書に記載の実施例では、第１及び第２部材の各々は、金属又は金属合金である。
【符号の説明】
【０１００】
１０  ニオブチタン合金で作られた部材の表面を活性はんだでコーティングする
１１  第２部材の表面をはんだでコーティングする
１２  それぞれの部材を当接させる
１３  当接した部材に熱を加える
１４  部材上のコーティングを加熱してはんだを溶融させる
１５  溶融はんだを機械的に撹拌する
１６  溶融はんだを固化させる
【図１】
2020519448.tif 000003
【図２】
2020519448.tif 000004
【図３】
2020519448.tif 000005
【図４】
2020519448.tif 000006
【図５】
2020519448.tif 000007
【国際調査報告】
2020519448.tif 000008
2020519448.tif 000009
2020519448.tif 000010
2020519448.tif 000011