La soldadura sin fundente suele considerarse difícil, si no imposible. Sin embargo, el proceso sin fundente se realiza de forma rutinaria con cintas y preformas de 80Au/Sn. ¿Cómo puede ser?
La respuesta corta: porque puede procesarse como soldadura fuerte.
Let’s remind ourselves of the role of flux. Flux is a chemical which cleans (deoxidises) surfaces and protects it from re-oxidation during soldering so that the solder will wet and form reliable solder joints. Gold doesn’t tarnish. So, in theory, we don’t need flux. However, in practice, we rarely solder to pure gold versus gold-plated surfaces. Unless it is very thick, the Au plating (for example: flash Au < 0.5 microns thick) rapidly dissolves into the AuSn, and the solder joint is actually made with the base metal which lies beneath the Au. This is almost always nickel. Unfortunately, nickel does oxidize and can do so even when plated with gold. So, we still need protection from re-oxidation during soldering, as well as oxide removal. Protection from re-oxidation is done easily enough using a nitrogen atmosphere. Oxide reduction and removal can be accomplished by adding hydrogen to the atmosphere, otherwise known as forming gas. So, although we haven’t used a liquid chemical, the N2/H2 mix is a “chemical” and behaves as a flux.
La proporción de hidrógeno suele oscilar entre el 5 y el 10% en los hornos de cinta transportadora, y puede llegar al 100% en equipos especializados. La transferencia de calor mejora con niveles más altos de H2, ya que la capacidad térmica del hidrógeno es unas 14 veces superior a la del nitrógeno. A mayores porcentajes de H2, la reducción del óxido es más rápida, pero entonces puede ser necesario tomar precauciones de seguridad (trampas de llama, etc.). Curiosamente, con una concentración del 75%, el hidrógeno deja de ser explosivo, ya que no hay oxígeno suficiente para la combustión (aunque existe el riesgo de fragilización por hidrógeno). Una mezcla con menos del 5% de hidrógeno no es inflamable, ya que el hidrógeno está demasiado diluido para arder. Sin embargo, a esa dilución, la velocidad de eliminación del hidrógeno y el óxido puede ser demasiado lenta para ser práctica.
También es importante señalar que la velocidad de reducción del óxido aumenta con temperaturas más altas. En un entorno de producción con soldadura Au/Sn, las temperaturas de proceso suelen ser de 330-350°C para una buena reducción del óxido. Con un proceso de soldadura sin fundente, existe una necesidad absoluta de limpieza, ya que las piezas pueden verse afectadas no sólo por el óxido, sino también por la contaminación superficial. La contaminación superficial puede producirse por la manipulación durante el procesamiento de las preformas de AuSn, así como durante su uso. Las preformas se fabrican mediante un proceso mecánico, por lo que hay que tener mucho cuidado para minimizar la contaminación. Además, su proveedor de soldadura tiene que controlar cuidadosamente la tolerancia de espesor. El AuSn "se humedece en su sitio"; no se extiende al humedecerse. Cualquier variación en el espesor tenderá a estar presente en las uniones acabadas. Elija con cuidado a su proveedor.
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
