両面銅アルミニウムクラッド材料: 構造、利点、および調達のヒント

銅は伝導します。アルミは軽いです。銅とアルミニウムの両面クラッド材料が存在するのは、同じ金属片内に両方の特性を必要とする通電部品が増えているためであり、2 つの金属をメッキしたりボルトで締めたりしても、耐久性のある答えが得られることはほとんどありません。

Goode では、銅とアルミニウムの複合製品ラインを、電気的性能を犠牲にすることなく質量とコストの削減に取り組んでいるバッテリー メーカー、充電機器メーカー、パワー エレクトロニクス メーカーにサービスを提供しています。このガイドでは、材料が実際には何であるか、どのように製造されるか、どこで使用されるか、仕様書に書き込む前にどの詳細に注意する必要があるかを説明します。

両面銅アルミニウムクラッド材の正体

両面銅アルミニウムクラッド材料は、軽量アルミニウムコアが 2 枚の薄い銅スキンの間に挟まれた 3 層複合材料です。これらの層は、接着、メッキ、または機械的に固定されるのではなく、界面全体にわたって冶金的に結合されるため、完成したストリップは、切断、曲げ、打ち抜き、または溶接するときに単一の金属として機能します。

銅の皮膜は電流を流し、酸化に耐えながら確実にはんだ付けや溶接を行う表面を提供します。アルミニウムコアにより密度と材料コストが削減されます。銅は両方の外面に現れるため、シートは対称的です。同じ接合プロセスがどちらの面でも機能し、成形ツールは片面に偏らず、組み立て中に部品の向きを自由に設定できます。

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通常両面施工が有利な理由

片面クラッド材は片面のみに銅を配置します。これは、単一方向の導電性が必要な場合には効率的ですが、非対称性が生じます。銅とアルミニウムの膨張率は異なるため、片面ストリップは加熱すると反る傾向があり、下流のすべての溶接またはろう付けステップをどの面が露出するかを中心に計画する必要があります。

両面構造により、その不均衡のほとんどが解消されます。 2 つの銅スキンは温度にほぼ同等に反応するため、熱サイクルを通じて平坦度が安定し、自動供給と溶接がはるかに予測可能になります。メンテナンスの議論もあります。バッテリーパックや配電盤キャビネットでは、部品の取り扱い、洗浄、再加工が行われます。両面に銅を使用しているため、傷や再加工された接合部が裸のアルミニウムを湿気や電気腐食にさらすことはありません。

期待して検証すべきパフォーマンス

正確な数値は、プロジェクトごとに設定される銅とアルミニウムの比率によって異なります。以下の表は、エンジニアが通常、同等の厚さの固体銅および固体アルミニウムと複合材料を比較するときに開始する指標範囲を示しています。

数値は層の比率によって変化するため、最も重要な仕様は図面に明示的に記載することになります。実際には、購入者は注文書を発行する前に次のことを確認する必要があります。

• 銅層比率と全体の厚さの許容差
• 剥離試験により検証された界面での接着強度
• 接合部全体およびストリップに沿って測定された導電率
• アプリケーションの動作極限間の熱サイクル後の動作
• 表面の清浄度、平坦性、エッジのバリがないこと
• 目的のスタンピングプロセスに適した最小曲げ半径と成形性

製造工程と品質管理

複合ストリップはロールボンディングによって製造されます。 2 つの銅ストリップと 1 つのアルミニウム コアを脱脂し、ワイヤーブラシで磨き、積み重ねて、高圧下で圧延機に通します。厚さの減少により表面の酸化膜が破壊され、新しい活性金属が接触して、フィラー金属や接着層なしで固体状態の接合が形成されます。

制御された焼きなましステップにより、加工硬化層が結合して延性が回復し、仕上げ圧延によりストリップが最終ゲージに調整されます。続いてスリットとエッジのトリミングが行われ、完成したコイルは梱包前に検査されます。

品質管理はインターフェースに集中します。インターフェースが障害の発生源だからです。超音波スキャンにより、接着されていない領域や層間剥離が検出されます。剥離試験では、各コイルから採取したサンプルの接着強度を定量化します。導電率チェックにより、銅のスキンと遷移ゾーンが合意された値を満たしていることが確認されます。寸法検査では、厚さ、幅、反り、平坦度が対象となります。小さなうねりでも自動スタンピングラインに支障をきたす可能性があるためです。

両面銅アルミクラッド材を使用する場合

バッテリーの相互接続と端子

電気自動車のバッテリー パックでは、質量削減は部品ごとのグラム単位で測定され、数百の接続にわたって乗算されます。両面クラッド条材を使用 バッテリーのマイナス端子 、セルとバスバーのリンク、および外部のアルミニウムが腐食したり溶接が不十分になったりする内部導体。銅面はニッケルメッキ端子への超音波溶接や銅バスバーへのレーザー溶接に対応し、アルミニウムのコアによりアセンブリの軽量化が保たれます。

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充電システムとパワーエレクトロニクス

充電ユニットとオンボード電源モジュールを組み合わせて、大電流と緊密なパッケージングを組み合わせます。クラッド材を使用すると、設計者は接合部と接触抵抗が必要な場所に銅を正確に配置し、それ以外の場所にはアルミニウムを配置できます。関連する利点は熱管理にも現れます。同じ構造が熱を効果的に拡散します。そのため、電気接続と熱放散が 1 つの部品で行われるラジエーター ベース プレートやその他のコンポーネントにこの構造が現れるのです。

電子機器、シールド、PCB の統合

自動車の世界以外では、両面クラッド シートが電磁シールド エンクロージャ、ヒート スプレッダ、および両面のはんだ付け可能な銅表面により組み立てが簡素化される PCB 基板層に使用されます。アルミニウムのコアは手持ち機器や航空機搭載機器の重量を軽減し、接合面は湿気の多い環境で銅とアルミニウムをボルトで固定するだけで発生する電気腐食を回避します。

選定・加入・取扱いガイドライン

クラッド材に関する設計上の問題のほとんどは、材料上の問題ではありません。これらは、十分早い段階で計画されていなかったプロセスの問題です。次の順序でプロジェクトをスケジュール通りに保ちます。

1. まず電流、許容温度上昇、質量バジェットを定義し、次に厚さを推測するのではなく必要な銅比を導き出します。
2. 銅面、アルミニウム面、フルクラッドエッジでは溶接パラメータが異なるため、部品の各端の接合方法を確認してください。
3. 剥離強度のサンプリング頻度や未接着部分の許容限界などの検査基準を書面で合意します。
4. 生産工具を切断する前に、試行スタンピングを実行して曲げ半径を検証します。
5. コイルとブランクは乾燥した換気の良い場所に保管し、部品が組み立てに入るまで保護フィルムを貼ったままにしてください。
6. 生産中に銅とアルミニウムのスクラップを分離して、両方の流れの価値を維持します。

知っておく価値のある設計オプションがもう 1 つあります。単一の部品で一方の端が銅、もう一方の端がアルミニウムに接続する必要がある場合、移行プレートは 1 つのコンポーネントでその役割を果たし、アセンブリから余分な接合部を削除します。

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経験豊富な材料パートナーとの連携

Goode EIS (Suzhou) Corp LTD は、新エネルギー車、クリーン発電、送配電機器向けの絶縁複合材と軽量導電性コンポーネントに重点を置いている先進的な機能材料会社です。当社の自動車事業部門は熱暴走保護、軽量ソリューション、銅とアルミニウムの複合材料をカバーし、電気事業部門は発電、配電、医療用画像機器向けの絶縁樹脂と構造部品を供給しています。

私たちの下で 銅アルミニウム複合材料 当社は、片面および両面クラッドストリップ、トランジションプレート、および精密銅アルミニウム箔を生産しています。これは、複数の製造拠点と、認められた持続可能性と責任ある調達プログラムに基づいて管理されたサプライチェーンによってサポートされています。

両面銅アルミニウムクラッド材料は、銅とアルミニウムの間の妥協ではありません。それぞれの金属を最も優れた性能を発揮できる場所に配置するという、意図的なエンジニアリング上の選択です。実際の電流および熱要件に対して銅の比率を指定し、生産開始前に界面テストに同意し、固体銅ではなく複合材料を中心に接合プロセスを計画します。

バッテリー、充電、またはパワー エレクトロニクス プログラム用のクラッド材料を評価している場合、当社のチームが喜んで図面を確認し、電気的目標と質量予算の両方に適合する層構成を推奨します。