플럭스 없이 납땜하는 것은 일반적으로 불가능하지는 않더라도 어렵다고 여겨집니다. 하지만 80Au/Sn 리본과 프리폼으로 무플럭스 공정이 일상적으로 이루어지고 있는데, 어떻게 그럴 수 있을까요?
짧은 대답: 브레이즈로 처리할 수 있기 때문입니다.
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.
컨베이어/벨트 오븐에서 수소의 비율은 일반적으로 5~10%이며, 특수 장비에서는 100%까지 높을 수 있습니다. 수소의 열 용량은 질소의 약 14배이므로 수소 비율이 높을수록 열 전달이 개선됩니다. H2 비율이 높을수록 산화물 환원이 더 빠르지만 안전 예방 조치(화염 트랩 등)를 사용해야 할 수 있습니다. 흥미롭게도 약 75% 농도에서는 연소를 지원하는 산소가 충분하지 않기 때문에 수소가 더 이상 폭발하지 않습니다(수소 취화 우려는 있지만). 수소가 5% 미만인 혼합물은 수소가 너무 희석되어 연소하기 어렵기 때문에 불연성입니다. 그러나 그 정도의 수소 희석 비율에서는 산화물 제거 속도가 너무 느려 실용적이지 않을 수 있습니다.
또한 산화물 환원 속도는 온도가 높을수록 향상된다는 점에 유의해야 합니다. Au/Sn 솔더를 사용하는 생산 환경에서는 일반적으로 공정 온도가 330~350°C가 되어야 산화물 환원이 잘 이루어집니다. 플럭스리스 솔더링 공정에서는 부품이 산화물뿐만 아니라 표면 오염에 의해서도 영향을 받을 수 있으므로 청결도가 절대적으로 필요합니다. 표면 오염은 사용 중뿐만 아니라 AuSn 프리폼을 처리하는 과정에서 취급에 의해 발생할 수 있습니다. 프리폼은 기계적 공정으로 제작되므로 오염을 최소화하기 위해 세심한 주의가 필요합니다. 또한 솔더 공급업체는 두께 허용 오차를 신중하게 관리해야 합니다. AuSn은 "제자리에서 습윤"하며 습윤 시 퍼지지 않습니다. 두께의 편차는 완성된 조인트에 존재하는 경향이 있습니다. 공급업체를 신중하게 선택하세요!
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
