フラックスを使用しないはんだ付けは、不可能ではないにせよ、一般に困難と見なされている。しかし、80Au/Snリボンやプリフォームではフラックスレス・プロセスが日常的に行われている。
簡単に言えば、ろう付け加工ができるからだ。
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.
水素の割合は、コンベア／ベルト式オーブンでは通常5～10％で、特殊な装置では100％になることもある。水素の熱容量は窒素の約14倍であるため、水素濃度が高いほど熱伝達が改善される。H2濃度が高いほど酸化物の還元は速くなるが、その場合は安全対策（火炎トラップなど）を講じる必要がある。興味深いことに、水素濃度が約75%になると、燃焼に必要な酸素が不足するため、水素は爆発しなくなる（ただし、水素脆化の懸念はある）。水素が5％未満の混合物は、水素が希薄すぎて燃焼しないため、不燃性である。しかし、その希薄さでは、水素と酸化物の除去速度が遅すぎて実用的でない場合がある。
酸化物の還元速度は、温度が高いほど促進されることも重要である。Au/Snはんだを使用する生産環境では、良好な酸化還元を行うために、プロセス温度は通常330～350℃になります。フラックスレスはんだ付けプロセスでは、部品が酸化物だけでなく表面汚染の影響を受ける可能性があるため、清浄度が絶対的に必要です。表面汚染は、AuSnプリフォームの加工中や使用中の取り扱いによってもたらされる可能性がある。プリフォームは機械的な工程で作られるため、汚染を最小限に抑えるために細心の注意を払う必要があります。さらに、はんだサプライヤーは、厚さ公差を注意深く管理する必要があります。AuSnは「その場で濡れる」ので、濡れても広がりません。厚みにばらつきがあると、完成した接合部にもその傾向が現れます。サプライヤーの選択は慎重に！
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
