Hàn không có chất trợ dung thường được coi là khó nếu không muốn nói là không thể. Tuy nhiên, một quy trình không có chất trợ dung thường được thực hiện với băng 80Au/Sn và phôi – làm sao có thể như vậy?
Câu trả lời ngắn gọn: vì nó có thể được xử lý như hàn thiếc.
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.
Tỷ lệ hydro thường nằm trong khoảng 5-10% trong lò băng tải/băng chuyền và có thể lên tới 100% trong thiết bị chuyên dụng. Truyền nhiệt được cải thiện nhờ mức H 2 cao hơn vì nhiệt dung của hydro gấp khoảng 14 lần nitơ. Ở tỷ lệ phần trăm H 2 cao hơn, quá trình khử oxit diễn ra nhanh hơn nhưng sau đó có thể phải sử dụng các biện pháp phòng ngừa an toàn (bẫy lửa, v.v.). Điều thú vị là ở nồng độ khoảng 75%, hydro không còn dễ nổ nữa vì không có đủ oxy để hỗ trợ quá trình đốt cháy (mặc dù có lo ngại về hiện tượng giòn hydro). Hỗn hợp có ít hơn 5% hydro không bắt lửa vì hydro quá loãng để cháy. Tuy nhiên, ở độ pha loãng đó, tốc độ loại bỏ hydro, oxit có thể quá chậm để thực hiện được.
Điều quan trọng cần lưu ý là tốc độ khử oxit được tăng cường nhờ nhiệt độ cao hơn. Trong môi trường sản xuất với chất hàn Au/Sn, nhiệt độ quy trình thường là 330-350°C để khử oxit tốt. Với quy trình hàn không dùng thuốc, cần phải vệ sinh tuyệt đối vì các bộ phận không chỉ bị ảnh hưởng bởi oxit mà còn bị nhiễm bẩn bề mặt. Nhiễm bẩn bề mặt có thể xảy ra do xử lý trong quá trình xử lý phôi AuSn cũng như trong quá trình sử dụng. Phôi được tạo ra theo quy trình cơ học nên cần hết sức cẩn thận để giảm thiểu nhiễm bẩn. Ngoài ra, nhà cung cấp chất hàn của bạn phải kiểm soát cẩn thận dung sai độ dày. AuSn “ướt tại chỗ”; nó không lan ra khi ướt. Bất kỳ sự thay đổi nào về độ dày sẽ có xu hướng xuất hiện ở các mối nối hoàn thiện. Hãy chọn nhà cung cấp của bạn một cách cẩn thận!
Next time we will look at reflow with fluxes including formic acid (which is not the same as forming gas).
