Soudage sans flux avec 80Au/20Sn sous atmosphère inerte de mélange hydrogène-azote

La soudure sans flux est généralement considérée comme difficile, voire impossible. Pourtant, un processus sans flux est habituellement mené avec un ruban et des préformes en 80Au/Sn. Comment est-ce possible ?

La réponse est brève : car ils peuvent être traités comme des brasures.

Rappelons le rôle du flux. Un flux est un produit chimique qui nettoie (désoxyde) les surfaces et les protège contre l'oxydation ultérieure lors de la soudure afin que la soudure mouille et forme des joints soudés fiables. L'or ne ternit pas.  Donc, en théorie, nous n'avons pas besoin de flux. Cependant en pratique, nous soudons rarement à une surface en or pur mais à des surfaces plaquées d'or. À moins d'être très épais, le placage à l'or (par exemple : or Flash gold < 0,5 microns d'épaisseur) se dissout rapidement dans l'AuSn et le joint de soudure est en fait réalisé avec le métal de base qui se trouve sous l'or. C'est presque toujours du nickel. Malheureusement, le nickel s'oxyde, même s'il est plaqué d'or. Nous avons donc encore besoin d'une protection contre la réoxydation pendant la soudure, ainsi que de l'élimination des oxydes.  La protection contre la réoxydation s'effectue facilement en utilisant une atmosphère d'azote. La réduction et le retrait des oxydes peuvent être réalisés en ajoutant de l'hydrogène dans l'atmosphère, également appelé mélange hydrogène-azote. Donc, bien que nous n'utilisions pas de produit chimique liquide, le mélange N₂/H₂ constitue un "produit chimique" et se comporte comme un flux.

La proportion d'hydrogène est généralement comprise entre 5 et 10 % dans les fours à convoyeur/courroie et peut atteindre 100 % dans des équipements spécialisés. Le transfert de chaleur est amélioré par des niveaux de H₂ plus élevés car la capacité thermique de l'hydrogène est d'environ 14 fois celle de l'azote.  À des pourcentages de H₂ plus élevés, la réduction d'oxyde est plus rapide, mais des précautions de sécurité (pare-flamme, etc.) peuvent être nécessaires. Fait intéressant, à des concentrations d'environ 75 %, l'hydrogène n'est plus inflammable car il n'y a pas assez d'oxygène pour entretenir la combustion (bien qu'il y ait des problèmes de fragilisation par l'hydrogène).  De même, un mélange à moins de 5 % d'hydrogène est ininflammable car l'hydrogène est trop dilué pour brûler. Toutefois, à ce niveau de dilution d'hydrogène, l'élimination des oxydes peut être trop lente pour être commode.

Il est également important de noter que le taux d'élimination des oxydes est amélioré sous des températures plus élevées. Dans un environnement de production avec une soudure Au/Sn, les températures de traitement sont généralement de 330 à 350°C pour une bonne élimination des oxydes. Lors d'un processus de soudage sans flux, on a absolument besoin de propreté car les pièces peuvent être affectées non seulement par l'oxyde mais aussi par la contamination de surface. La contamination de surface peut apparaître lors de la manipulation et de l'utilisation des préformes AuSn. Les préformes sont fabriquées dans un processus mécanique, de sorte qu'il faut être très soigneux pour minimiser la contamination. En outre, votre fournisseur de soudure doit contrôler soigneusement la tolérance d'épaisseur. AuSn "mouille sur place" ; il ne se propage pas lors du mouillage. Toute modification d'épaisseur aura tendance à persister dans les joints finis. Choisissez soigneusement votre fournisseur !

La prochaine fois, nous examinerons la refusion avec flux, dont l'acide formique (qui est différent du mélange hydrogène-azote). Pendant ce temps, vous pouvez cliquer ici pour télécharger une notice sur les applications donnant des informations complémentaires sur les processus et les profils.