Le brasage sans flux est généralement considéré comme difficile, voire impossible. Pourtant, un processus sans flux est couramment réalisé avec des rubans et des préformes en 80Au/Sn - comment cela est-il possible ?
Réponse courte : parce qu'il peut être traité comme une brasure.
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 proportion d'hydrogène est généralement comprise entre 5 et 10 % dans les fours à bande transporteuse et peut atteindre 100 % dans les équipements spécialisés. Le transfert de chaleur est amélioré par des niveaux plus élevés deH2, car la capacité thermique de l'hydrogène est environ 14 fois supérieure à celle de l'azote. À des pourcentages plus élevés deH2, la réduction de l'oxyde est plus rapide, mais des précautions de sécurité (pièges à flammes, etc.) peuvent alors être nécessaires. Il est intéressant de noter qu'à une concentration d'environ 75 %, l'hydrogène n'est plus explosif car il n'y a pas assez d'oxygène pour assurer la combustion (bien qu'il y ait des problèmes de fragilisation de l'hydrogène). Un mélange contenant moins de 5 % d'hydrogène est ininflammable car l'hydrogène est trop dilué pour brûler. Cependant, à cette dilution, le taux d'élimination de l'hydrogène et de l'oxyde peut être trop lent pour être pratique.
Il est également important de noter que le taux de réduction de l'oxyde est amélioré par des températures plus élevées. Dans un environnement de production avec de la brasure Au/Sn, les températures du processus sont typiquement de 330-350°C pour une bonne réduction de l'oxyde. Avec un procédé de brasage sans flux, la propreté est absolument nécessaire car les pièces peuvent être affectées non seulement par l'oxyde, mais aussi par la contamination de surface. La contamination de surface peut être introduite par la manipulation lors du traitement des préformes AuSn ainsi que lors de l'utilisation. Les préformes sont fabriquées par un procédé mécanique et il faut donc faire très attention à minimiser la contamination. En outre, votre fournisseur de soudure doit contrôler soigneusement la tolérance d'épaisseur. L'AuSn "mouille sur place" ; il ne s'étale pas lorsqu'il est mouillé. Toute variation d'épaisseur aura tendance à être présente dans les joints finis. Choisissez votre fournisseur avec soin !
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
