Soldadura libre de flux de 80Au/20Sn con formación en atmósfera de gas o inerte

Generalmente, se considera que la soldadura sin flux es difícil, si no imposible. Sin embargo, un proceso sin flux se hace rutinariamente con cinta y preformas 80Au/Sn - ¿cómo puede ser esto?

La respuesta corta: porque se puede procesar como una soldadura fuerte.

Recordemos la función del flux. El flux es un compuesto químico que limpia (desoxida) las superficies y las protege contra la reoxidación durante la soldadura, de manera que la soldadura se humedezca y forme uniones de soldadura confiables. El oro no se empaña.  Así pues, en teoría, no necesitamos flux. Sin embargo, en la práctica, rara vez soldamos entre oro puro y superficies recubiertas de oro. A menos que sea muy grueso, el revestimiento de Au (por ejemplo: flash Au <0,5 micras de espesor) se disuelve rápidamente en AuSn, y la unión de soldadura se hace realmente con el metal base que se encuentra debajo del oro. Lo que casi siempre es níquel. Desafortunadamente, el níquel se oxida y puede hacerlo incluso cuando está enchapado con oro. Por lo tanto, todavía necesitamos protección contra la reoxidación durante la soldadura, así como también la eliminación del óxido.  La protección contra la reoxidación se hace fácilmente usando una atmósfera de nitrógeno. La reducción y eliminación del óxido se puede lograr añadiendo hidrógeno a la atmósfera, también conocido como gas formador. Por lo tanto, aunque no hemos utilizado un químico líquido, la mezcla N2/H2 es un "químico" y se comporta como un flux.

Típicamente, la proporción de hidrógeno es entre 5-10% en hornos de cinta transportadora, y puede ser tan alta como 100% en equipo especializado. La transferencia de calor se mejora debido a niveles más altos de H2, ya que la capacidad térmica del hidrógeno es aproximadamente 14 veces la del nitrógeno.  A mayores porcentajes de H2, la reducción de óxido es más rápida, pero pueden ser necesarias precauciones de seguridad (trampas de llama, etc.). Curiosamente, con aproximadamente el 75% de concentración, el hidrógeno deja de ser inflamable ya que no hay suficiente oxígeno para soportar la combustión (aunque hay preocupaciones por la fragilidad del hidrógeno).  Del mismo modo, una mezcla que tenga menos del 5% de hidrógeno tampoco es inflamable puesto que el hidrógeno está demasiado diluido como para inflamarse. Sin embargo, a esa dilución la velocidad de eliminación de óxido e hidrógeno puede ser demasiado lenta como para ser práctica.

También es importante señalar que la velocidad de reducción de óxido se ve reforzada por temperaturas más altas. En un ambiente de producción con soldadura Au/Sn, las temperaturas del proceso son típicamente de 330-350 ° C para una buena reducción de óxido. Con un proceso de soldadura sin flux, existe una necesidad absoluta de limpieza ya que las piezas pueden verse afectadas no sólo por el óxido, sino también por la contaminación de la superficie. Se puede introducir contaminación de la superficie si se manipula durante el procesamiento de las preformas de AuSn, así como también durante el uso. Las preformas se fabrican mediante un proceso mecánico, por lo que se debe ejercer un gran cuidado para minimizar la contaminación. Además, su proveedor de soldadura debe controlar cuidadosamente la tolerancia del grosor. AuSn "se humedece en el lugar"; no se extiende durante el humedecimiento. Cualquier variación en el grosor tenderá a estar presente en las uniones acabadas. Escoja su proveedor con cuidado.

La próxima vez veremos el reflujo con fluxes que solo incluyan ácido fórmico (que no es lo mismo que gas formante). Mientras tanto, puede hacer clic aquí para descargar una Nota de Google Apps que brinda más información sobre el proceso y el perfil.