납땜 재료 기초

납땜 작업을 완료하는 데 필요한 주요 재료는 무엇일까요?

납땜 시 납(solder)만이 소모되는 유일한 재료라고 생각할 수 있습니다. 하지만 작업 완료를 위해 필수적이며 과정 중에 함께 소모되는 여러 항목이 더 있습니다.

또한 필요하다는 사실조차 몰랐을 수 있는 몇 가지 도구도 소개합니다. 납과 플럭스부터 시작해서 납제거 위크, 플럭스 세척 용품, 납땜용 테이프, 교체용 납땜 팁과 같이 덜 알려진 항목으로 진행하겠습니다.

납은 납땜 연결의 기본 재료입니다. 가장 흔히 접하게 되는 형태는 구부리거나 다루기 쉬운 금속 와이어 롤 형태입니다. 대부분의 납 구성은 녹는점이 낮은 금속 합금(기계적으로 분리할 수 없는 금속의 혼합물)이 플럭스 코어를 감싸고 있는 형태이며, 이 화학 화합물은 납이 원하는 대로 젖어 흐르도록 돕습니다.

납 합금은 녹았을 때, 접합할 대상이 깨끗하고 납의 녹는점 이상으로 가열되면 해당 대상에 접착됩니다. 전자 제품용으로 판매되는 거의 모든 납에는 플럭스 재료가 포함되어 있지만, 필요할 때 결과를 개선하기 위해 플럭스를 추가할 수 있으며 추가하는 것이 좋습니다.

납에는 유연(leaded) 합금과 무연(lead-free) 합금이라는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 유연 납은 더 쉽게 젖어 흐르고 더 적은 열을 필요로 하므로 일반적으로 작업하기가 더 쉽다고 간주됩니다. 그러나 납은 인간이나 환경에 좋지 않으므로 더 안전한 대안으로 무연 납이 만들어졌습니다.

무연 납은 2000년대 초반 유해 물질 제한 지침이 시행된 이후 전자 제조 분야에서 유연 납을 대체했습니다. 하지만 여전히 유연 납이 사용되는 산업 및 응용 분야가 있는데, 이는 무연 납이 만드는 결합이 외부 힘에 더 약하기 때문입니다. 일반 소비자 가전 제품의 납땜 목적이라면 무연 납을 사용하는 것이 바람직합니다.

무연 납은 주로 주석(기호 Sn), 은(Ag), 구리(Cu)의 합금입니다. 흔한 혼합물로는 SAC 또는 305라고 알려진 것이 있습니다. 여기에는 3%의 은이 포함되어 있습니다. 이 합금은 유연 납(183°C)보다 높은 온도(약 215-220°C)에서 녹으며, 주로 온도 범위에 걸쳐 녹고 표면을 즉각적으로 젖게 하지 못하기 때문에 작업하기가 약간 더 어렵습니다. 주석과 구리로만 구성된 합금도 있으며, 이는 약간 더 높은 온도(227°C)에서 녹고 젖음성이 훨씬 더 나쁩니다.

유연 납은 사실 납보다 주석을 더 많이 포함하고 있습니다. 사용하기 가장 쉬운 것은 주석 63%와 납 37%를 포함한 납으로, 보통 63-37 납이라고 합니다. 이것은 공정 혼합물(가장 낮은 녹는점을 가진다는 의미)로, 고정된 온도에서 순수 금속처럼 녹습니다.

낮은 녹는 온도(183°C)와 우수한 젖음 특성 덕분에 63-37 납을 사용하기가 더 쉽습니다. 이것이 수리 작업 시 선택하는 납 합금입니다. 낮은 녹는 온도는 주변 부품에 위험을 덜 줍니다. 단점은 유독한 납 성분이 포함되어 있다는 점입니다.

또 다른 흔한 합금은 60-40이며, 이는 약간 더 높은 온도에서 녹고 63-37만큼 매끄럽지는 않습니다.

전자 납땜에 사용되는 다른 합금으로는 비스무트(Bi) 기반 합금과 인듐(In) 합금이 있습니다. 두 유형 모두 저온 응용 분야를 위한 것입니다. 숫자는 합금 내 각 금속의 백분율을 나타냅니다.

일반적으로 표면 장착(SMD) 부품을 납땜할 때 이러한 합금을 접하게 됩니다. 비스무트-주석(58Bi42Sn)과 비스무트-주석-은(57Bi42Sn1Ag)은 138°-140°C에서 녹습니다. 이들은 저온 납땜에 사용할 수 있습니다. 때로는 더 쉬운 수리를 위해 녹는점을 낮추려는 목적으로 기존 납땜 연결 부위에 녹여 넣기도 합니다.

인듐 금속을 포함한 납도 구할 수 있으며, 인듐-주석 합금(52In48Sn)과 같이 118°C에서 녹는 매우 낮은 녹는점을 가진 제품들이 있습니다.

대부분의 납 합금은 플럭스 코어가 포함된 와이어 형태로 제공됩니다. 대안으로 페이스트나 구체(sphere) 형태로도 제공됩니다.

가장 일반적인 형태는 중앙에 플럭스 코어가 있는 와이어입니다. 와이어는 0.010인치(0.25mm)에서 0.125인치(3.125mm)에 이르는 다양한 직경으로 제공됩니다. 접합 부위의 크기와 사용하는 열원에 따라 적절한 직경을 결정해야 합니다.

플럭스 베이스에 작은 납 구체를 섞어 만든 것으로, 많은 납 페이스트는 주사기를 사용하여 도포할 수 있습니다. 주로 표면 장착 부품을 납땜할 때 사용합니다.

이는 크기가 균일한 작은 납 구체로, 볼 그리드 어레이(BGA) 커넥터가 있는 칩의 납을 새로 입히는 것과 같은 특별한 목적으로 사용됩니다.

납은 연결을 만드는 재료이지만, 납이 흐르고 달라붙게 만드는 데 플럭스는 필수적입니다.

납땜 플럭스는 일반적으로 로진(소나무 수액에서 추출)과 활성제라고 알려진 반응 성분으로 구성된 화학 화합물입니다. 주된 목적은 산화를 제거하여 다른 표면에 더 잘 결합하도록 돕고, 녹은 납의 표면 장력을 줄이는 것입니다.

납은 산화막이 있는 금속에는 달라붙지 않으며, 열이 가해지면 산화막이 더 쉽게 형성되기 때문에 플럭스는 접합할 표면을 세척하고 보호하는 역할을 합니다. 플럭스는 약 140°C의 활성화 온도까지 가열되어 이 산화막을 제거하고 연결 부위를 코팅하여 재산화를 방지해야 합니다.

플럭스는 또한 젖음성을 촉진하여 납이 부품 사이의 작은 틈으로 더 쉽게 흐르도록 합니다. 이로 인해 더 넓은 표면적을 가진 결합이 생성되어 더 강력하고 전도성이 뛰어난 결과를 얻을 수 있습니다. 납이 반죽 같은 농도로 녹아 문제가 발생한 적이 있다면, 더 많은 플럭스를 추가하는 것이 납을 더 액체 상태로 만드는 해결책이 될 수 있습니다.

로진은 가장 흔히 접하게 될 플럭스 베이스입니다. 다른 플럭스 특성을 맞춤화할 수 있는 합성 수지 플럭스도 있습니다.

일반적인 활성제로는 아비에트산(소나무 수액에 자연적으로 존재), 할로겐화물, 아민이 있으며, 이는 산성이나 염기성일 수 있습니다. 이들의 주된 목적은 공기에 노출된 부품 표면에 형성된 산화 금속과 화학 반응을 일으키는 것입니다. 이러한 활성제는 산화 금속을 순수 금속으로 환원하거나, 플럭스에 녹거나 흡수될 수 있는 용해성 금속 염화물 또는 금속 염을 형성합니다. 그러면 플럭스는 금속과 공기 사이의 보호 장벽 역할을 하여 납이 결합을 만들기 전에 추가 산화가 발생하는 것을 방지합니다.

점성이 있는 젤 플럭스는 도포하기 쉽고 제자리에 잘 머물러 있어 표면 장착 부품 납땜에 일반적으로 사용됩니다. 이들은 납땜 연결을 만들기 위한 다용도 플럭스 형태입니다.

플럭스는 너무 적은 것보다 너무 많은 것이 거의 항상 낫다는 점을 명심하세요. 과도한 플럭스는 닦아낼 수 있지만, 플럭스가 너무 적으면 양질의 납땜 연결을 쉽게 얻을 수 없습니다.

플럭스는 페이스트, 점성(젤), 액체 형태로 제공됩니다. 또한 납 와이어 내부의 코어로도 발견됩니다. 고형물 함량은 일반적으로 유동성과 반비례합니다. 페이스트(고형물 함량 최대), 젤/점성, 액체(고형물 함량 최소) 순입니다.

일부 페이스트는 뻣뻣한 브러시로 도포할 수 있습니다.

점성 플럭스는 종종 주사기로 도포하며 납땜을 위해 작은 부품을 제자리에 고정하는 데 사용할 수 있습니다(그래서 점성이 있음).

액체 플럭스는 부드러운 브러시나 플럭스 펜으로 도포하며 여러 연결 부위에 한꺼번에 도포하기 쉽습니다.

플럭스는 기술적인 유형 지정자에 명시된 몇 가지 특성을 가지고 있습니다. 다음은 그 예입니다:

• 플럭스 베이스 또는 비히클 (주성분)
  • 로진(R) 매우 우수한 다목적 재료. 주로 재작업/수리에 사용.
  • 수지(RE 또는 RES) 로진의 대안.
  • 수용성 - 일반적으로 더 강력하며 도포 후 거의 항상 세척이 필요함.
    • 무기물(IN)
    • 유기물(OR)
• 활성화는 플럭스가 산화물을 공격적으로 제거하는 정도입니다; 부식은 일반적으로 활성화 정도에 따라 증가하므로 활성화가 높다고 해서 반드시 좋은 것은 아닙니다. 활성제가 세척 역할을 합니다. 로진과 같은 일부 비히클에는 산성 활성제가 내장되어 있습니다.
  • 낮음/없음(L)
  • 중간/약하게 활성화됨(M)
  • 높음/활성화됨(H)
• 할로겐화물 - 산화물 제거에 도움이 되지만 연기와 증기의 독성을 높이고 세척이 필요하게 만듭니다. 현재는 할로겐화물을 포함하는 플럭스가 줄어들고 있습니다.
  • 할로겐화물 없음 (지정자 끝에 0)
  • 할로겐화물 포함 (지정자 끝에 1)

노-클린 플럭스가 들어있는 플럭스 펜

플럭스가 노-클린으로 표시된 것을 볼 수 있습니다. 이것은 다른 종류의 플럭스가 아니라 납땜 과정 후에 플럭스가 남기는 잔여물과 관련이 있습니다. 노-클린은 플럭스가 남긴 잔여물이 회로 기판의 부품에 문제를 일으킬 가능성이 낮다는 것을 의미합니다.

부식은 세척/노-클린 지정에서 평가되는 주요 항목입니다. 플럭스 잔여물은 여전히 전도성이 있을 수 있습니다. 종종 노-클린 플럭스 내의 플럭스 베이스 양이 줄어들어 전도성이 있을 수 있는 잔여물이 적게 남습니다.

회로 기판에 부품이 빽빽하게 들어차 있어 세척이 거의 불가능한 경우 노-클린이 유리합니다. 때로는 수리 작업을 할 때 노-클린이 큰 도움이 되기도 합니다. 그래도 가능하다면 노-클린 여부와 상관없이 회로 기판의 플럭스 잔여물을 세척하는 것이 일반적으로 좋습니다.

주요 소모품은 구리 납제거 위크입니다. 매우 가는 구리선을 꼬아 리본 모양으로 만든 것입니다. 일반적으로 이미 건조 플럭스가 도포되어 있습니다. 연결 부위에 대고 가열하면 연결 부위의 납이 위크로 빨려 들어가 부품을 제거할 수 있게 됩니다. 연결 부위 자체에 플럭스를 추가로 바른 후 위크를 사용하면 성능을 향상시킬 수 있습니다.

항상 납제거 위크를 구비해 두어야 합니다. 여러 너비로 나오며 위크 자체에 이미 플럭스가 포함되어 있을 수도 있습니다. 실수는 발생하기 마련이며 납제거 위크는 이를 수정하는 편리한 방법입니다.

엄밀히 말해 소모품은 아니지만, 납 흡입기/진공 납제거기는 더 많은 납으로 부착된 큰 부품을 제거할 때 편리합니다.

납땜을 할 때, 특히 회로 기판에서 작업할 때는 플럭스와 플럭스 잔여물을(심지어 "노-클린" 플럭스에서도) 세척해야 합니다. 이를 위해 여러 가지를 사용할 수 있습니다. 플럭스를 용해하려면:

• 91-99% 이소프로필 알코올은 거의 만능 플럭스 용제입니다. 구하기 쉽기 때문에 가장 널리 사용됩니다.
• 플럭스 제거제는 아마도 최고의 선택일 것입니다. 플럭스 제거제를 사용할 때는 현재 사용 중인 플럭스와 호환되는 제품인지 확인하세요.
• 정말 잘 지워지지 않는 세척이 필요하면 아세톤을 사용할 수 있지만 주의하세요. 아세톤은 녹이고 싶지 않았던 많은 플라스틱을 녹일 수 있습니다. 또한 회로 기판과 칩 자체의 표시를 지워 문제를 일으킬 수 있습니다. 기판이 부풀어 오르거나 손상되지 않는지 먼저 테스트하는 것이 가장 좋습니다.
• 증류수나 탈이온수는 수용성 플럭스에 아주 좋습니다; 대부분의 경우 다른 세척제는 이러한 플럭스에 효과가 없거나 효과가 거의 없습니다.

세척할 때는 면봉(귀 청소용 일반 면봉이 아닌 긴 나무 막대 형태)이나 보풀 없는 천을 사용하세요. 아끼지 마세요.

이것은 납땜 인두를 더 효과적으로 사용하는 방법이 아닙니다. 납땜 인두가 저렴한 제품이 아니라면 납땜 인두 팁은 교체 가능합니다. 교체 가능한 팁은 두 가지 목적을 수행합니다.

1. 다른 모양의 팁을 사용할 수 있다면 작업에 가장 적합한 팁 모양으로 변경할 수 있습니다.
2. 마모된 팁을 교체할 수 있습니다.

대부분의 납땜 인두에는 철 도금 구리 팁이 장착되어 있습니다. 팁은 주로 과열로 인해 철 도금을 손상시키는 산화가 발생하여 마모됩니다. 도금이 손상되면 팁은 폐기해야 합니다. 안타깝게도 인두에 교체 가능한 팁이 없다면 전체 장치를 폐기해야 합니다.

가능하다면 두세 가지 종류의 테이프를 구비해 두는 것이 좋습니다.

• 페인트용 마스킹 테이프는 스루홀 부품을 제자리에 고정하거나 가벼운 열 차단 등 낮은 열 작업에 매우 유용합니다.
• 특정 영역만 가열하고 싶을 때 열 차단을 위해 폴리이미드 테이프(종종 Kapton™이라고 함)를 사용하세요. 일반적인 상한선은 260°C이지만 400°C까지도 견딜 수 있습니다.
• 알루미늄 호일 테이프도 열 차단제로 사용할 수 있으며 두께 덕분에 내구성이 있습니다.

이 테이프들의 주된 기능은 보호입니다.

• 플라스틱 커넥터나 다른 부품처럼 녹이고 싶지 않은 것들이 녹는 것을 방지합니다.
• 집적 회로처럼 열에 민감한 부품을 보호할 수 있습니다.

납땜 용어 사전

납땜 및 납제거 연결 방법

납이 녹지 않는 납땜 인두

가열되지 않는 납땜 인두

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