A soldadura sem fluxo é geralmente considerada difícil, se não impossível. No entanto, um processo sem fluxo é efectuado rotineiramente com fitas e pré-formas de 80Au/Sn - como é que isto é possível?
A resposta curta: porque pode ser processado como uma brasagem.
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.
A proporção de hidrogénio situa-se normalmente entre 5-10% nos fornos de correia transportadora e pode atingir 100% em equipamento especializado. A transferência de calor é melhorada por níveis mais elevados de H2, uma vez que a capacidade térmica do hidrogénio é cerca de 14 vezes superior à do azoto. Com percentagens de H2 mais elevadas, a redução do óxido é mais rápida, mas podem ser necessárias precauções de segurança (armadilhas de chama, etc.). Curiosamente, a uma concentração de cerca de 75%, o hidrogénio deixa de ser explosivo, uma vez que não existe oxigénio suficiente para suportar a combustão (embora haja preocupações quanto à fragilização por hidrogénio). Uma mistura com menos de 5% de hidrogénio não é inflamável, uma vez que o hidrogénio é demasiado diluído para arder. No entanto, com essa diluição, a taxa de remoção do hidrogénio e do óxido pode ser demasiado lenta para ser prática.
É também importante notar que a taxa de redução de óxido é aumentada por temperaturas mais elevadas. Num ambiente de produção com solda Au/Sn, as temperaturas do processo são normalmente 330-350°C para uma boa redução do óxido. Com um processo de soldadura sem fluxo, há uma necessidade absoluta de limpeza, uma vez que as peças podem ser afectadas não só pelo óxido, mas também pela contaminação da superfície. A contaminação da superfície pode ser introduzida pelo manuseamento durante o processamento das pré-formas de AuSn, bem como durante a utilização. As pré-formas são fabricadas num processo mecânico, pelo que é necessário ter muito cuidado para minimizar a contaminação. Além disso, o seu fornecedor de solda tem de controlar cuidadosamente a tolerância de espessura. O AuSn "molha no lugar"; não se espalha quando molha. Qualquer variação na espessura tenderá a estar presente nas juntas acabadas. Escolha cuidadosamente o seu fornecedor!
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
