La saldatura senza flusso è generalmente considerata difficile, se non impossibile. Eppure un processo senza flussante viene abitualmente eseguito con nastri e preforme 80Au/Sn: com'è possibile?
La risposta breve: perché può essere lavorata come brasatura.
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 percentuale di idrogeno è in genere compresa tra il 5 e il 10% nei forni a nastro e può raggiungere il 100% nelle apparecchiature specializzate. Il trasferimento di calore è migliorato da livelli più elevati diH2, poiché la capacità termica dell'idrogeno è circa 14 volte quella dell'azoto. A percentuali più elevate diH2 la riduzione degli ossidi è più rapida, ma può essere necessario ricorrere a misure di sicurezza (trappole per fiamme, ecc.). È interessante notare che a circa il 75% di concentrazione, l'idrogeno non è più esplosivo perché non c'è abbastanza ossigeno per sostenere la combustione (anche se ci sono preoccupazioni per l'infragilimento da idrogeno). Una miscela con meno del 5% di idrogeno non è infiammabile perché l'idrogeno è troppo diluito per bruciare. Tuttavia, a tale diluizione il tasso di rimozione dell'idrogeno e dell'ossido può essere troppo lento per essere pratico.
È inoltre importante notare che il tasso di riduzione dell'ossido è migliorato da temperature più elevate. In un ambiente di produzione con saldatura Au/Sn, le temperature di processo sono in genere 330-350°C per una buona riduzione dell'ossido. Con un processo di saldatura senza flussante, vi è un'assoluta necessità di pulizia, poiché i pezzi possono essere influenzati non solo dall'ossido, ma anche dalla contaminazione superficiale. La contaminazione superficiale può essere introdotta dalla manipolazione durante la lavorazione delle preforme di AuSn e durante l'uso. Le preforme sono prodotte con un processo meccanico, quindi è necessario prestare molta attenzione per ridurre al minimo la contaminazione. Inoltre, il fornitore della saldatura deve controllare attentamente la tolleranza di spessore. L'AuSn "si bagna in loco"; non si diffonde quando si bagna. Qualsiasi variazione di spessore tenderà ad essere presente nei giunti finiti. Scegliete con cura il vostro fornitore!
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
