인두, 플럭스, 흡수선, 핀셋

최신 납땜 제품 ① … 없으면 시작할 수 없는 소도구

여기서 소개하는 것은 납땜에 필수적인 소도구류에 관한 기초 지식이다. 이제 와서 무슨 기초지식이냐고 좀 의아하게 생각하는 사람도 있을지 모르지만, 매일 사용하는 도구를 확실하게 이해하고 잘 손질해 두는 것은 일류 엔지니어가 되기 위한 필수 조건이다.

납땜인두

온도 관리가 가능해 열회복이 뛰어난 스테이션형이 주류를 이룬다

1. 스테이션 타입

납땜인두는 열을 발생시키기 위한 히터부[사진 1(a)], 열을 납땜부에 공급하는 인두팁부[사진 1(c)], 손으로 쥐기 위한 그립부, 전기를 공급하는 전원 코드로 구성된다.

(1) 온도 조정 기능이 있어 열 회복 특성이 뛰어나다

히터에서 누설되는 전압에 의해 전자 부품이 파괴되지 않도록 절연성이 좋아진다(그림 1). 또한 융점이 높은 무연 땜납을 사용한 납땜을 위해 온도를 제어하여 인두팁 온도를 일정하게 유지하도록 되어 있다.

스테이션 타입(사진 1)은 AC 콘센트 ⇔ 납땜 대상 기판의 절연을 좋게 하기 위해 히터가 트랜스로 전원에서 절연되어 있다[사진 1(b)].

2차 측에는 인두팁 온도를 일정하게 하기 위해 센서로 히터를 컨트롤하는 제어 기판이 탑재되어 있다. 스테이션 타입의 납땜인두는 다음과 같은 2가지 종류가 있다.

(2) 인두팁 교환형

그림 2는 구조를, 그림 3은 전기적인 블록도를, 사진 2는 외관을 나타낸 것이다.

세라믹 히터와 근처의 온도 센서 출력이 설정 온도와 비교했을 때 높은지 낮은지 판단하여 히터를 ON/OFF함으로써 항상 요구 온도를 유지한다.

예를 들면 350℃로 설정한 경우 상승 실온에서 350℃에 도달할 때까지의 사이에는 연속 통전 상태에 있으며 온도가 급속하게 상승한다.

더욱이 세라믹 히터는 온도가 낮을수록 저항값이 낮기 때문에 큰 전력(높은 열 공급력)으로 단번에 상승한다. 그리고 설정 온도에 도달하면 센서가 감지하여 통전을 차단함으로써 OFF 상태가 된다. 그리고 납땜 작업에 의해 열을 빼앗겨 온도가 내려가면 다시 센서가 감지하여 통전 스위치를 ON으로 함으로써 높은 열 공급력을 가지며 설정 온도까지 재빨리 회복된다.

세라믹 히터를 사용한 스테이션 타입의 인두팁은 히터에서 분리할 수 있는 종류가 많아 인두팁 러닝 코스트를 억제할 수 있지만, 인두팁 외경이 크고 열 회복 특성에 한계가 있다.

(3) 히터 & 인두팁 일체형

사진 1은 외관을 나타낸 것이다. 히터 & 인두팁 일체형은 인두팁과 히터, 센서를 세라믹으로 일체화한 끝을 채택하고 있다(그림 4). 그 특징은 다음과 같다.

·인두팁과 히터, 센서를 일체화함으로써 상승, 응답성, 열회복 특성이 높아진다(그림 5).

·소형

그림 6은 내부 블록도이다. 기존 온도 제어에 의한 납땜은 ON/OFF에 의한 2차 제어지만, CPU를 이용함으로써 피드백된 정보를 분석하여 적절한 출력을 예측 연산하고 있다.

2. 니크롬 히터 타입

니크롬 히터(사진 3)는 예전부터 사용됐으며 비용 면에서 뛰어난 히터이다. 사진 4는 인두의 외관을, 그림 7은 구조를 나타낸 것이다.

절연물로 마이카를 사용하여 크롬선의 두께나 길이를 변화시켜 저항값을 변화시킬 수 있으며, 임의의 출력 수를 얻을 수 있다. 고가의 설비 없이 양산할 수 있다는 것은 큰 장점이다. 그러나 절연이 나쁘고, 수명이 짧으며 소형화가 어렵다는 등과 같은 결점도 많아 현재는 취미나 판금 납땜 등에 사용되고 있다.

3. 세라믹 히터 타입

세라믹 히터(사진 5)는 알루미나 세라믹 시트에 발열체(텅스텐 계열 금속)를 프린트하고 다시 알루미나 세라믹 코팅을 더 실시한 다음 봉 형태로 말아 일체 소결하여 만들어진다. 세라믹 히터 타입에서는 니크롬 히터의 약점인 절연성, 수명 등이 개선됐다. 사진 6은 외관을, 그림 8은 구조를 나타낸 것 이다.

세라믹 히터는 온도 변화에 의해 저항값이 변하므로 온도가 낮을 때 전류가 커지고, 인두팁 온도가 니크롬 히터보다 사용할 수 있는 온도까지 빨리 상승한다(그림 9).

인두팁

부품 형태에 맞춰 선택한다

1. 열전도가 좋은 구리를 사용한다

그림 10은 인두팁의 구조를 나타낸 것다. 인두팁의 역할은 히터에서 공급되는 열을 축적하여 납땜 대상물이나 땜납에 공급하는 것이다.

인두팁 소재로는 열전도가 좋고 축열량이 큰 순동을 사용한다.

동은 땜납이 잘 스며들지만 땜납에 잘 침식되고 고온에서 산화하기 쉬워 철도금이 100μ∼500μm 두께로 되어 있다.

2. 철도금의 역할

납땜에서는 철도금을 실시하지 않을 경우, 바로 인두팁 형태가 땜납에 침식되어 무너지므로 납땜이 불가능해진다. 철도금은 땜납과 양호한 젖음성을 유지하면서 땜납에 의한 침식을 억제하는 중요한 역할을 담당한다.

3. 산화 방지와 납땜성을 위해 땜납도금 실시

인두팁 끝 작업 부분은 철도금 산화 방지와 양호한 납땜성을 항상 얻기 위해 납땜 도금되어 있다. 인두팁 끝 작업 부분이 항상 양호한 납땜성을 유지하는 것은 좋은 납땜을 하는데 있어서 가장 중요하다. 납땜 인두의 인두팁에 부착된 용융 땜납이 열 매체로 되어 열이 납땜 대상물에 잘 전달되어야 납땜할 수 있다.

4. 인두팁 선택

인두팁을 선택하는 데 있어서 중요한 점은, 납땜 대상물에 인두팁의 접촉 면적이 커지는 형태를 선택하고 인두팁 열을 효율적으로 대상물에 전달해야 한다는 것이다.

표 1은 인두팁 형태와 용도를, 그림 11은 치수 예를 나타낸 것이다.

플럭스

땜납이 얹히는 것을 방해하는 산화막을 제거해 준다

납땜에서 플럭스(사진 7)는 중요한 기능을 담당하고 있다. 플럭스가 없다면 납땜할 수 없다. 플럭스의 역할로는 크게 다음과 같은 세 가지를 들 수 있다.

① 피납땜부의 산화막을 화학적으로 제거한다(그림 12)

② 정상화된 면을 덮어 재산화를 방지한다(그림 13)

③ 용융한 땜납의 표면장력을 저하시켜 유동성을 좋게 한다(그림 14).

보통 실땜납에는 미리 플럭스가 포함돼 있지만 납땜하기 어려운 금속이나 기판 수정, 브리지되기 쉬운 IC 단자 등에는 미리 액체 상태의 플럭스를 도포한다.

1. 종류와 특징

시판되고 있는 납땜용 플럭스를 일람표에 정리했다(표 2). 플럭스에는 많은 종류가 있다. 용도에 맞게 사용하지 않으면 생각지도 않았던 트러블이 일어날 수 있다.

(1) 로진계 플럭스

로진계 플럭스는 플럭스의 주성분인 송진(로진)에 납땜성을 높이기 위해 활성제와 첨가제를 가하여 알코올로 녹인 것 이다. 수작업 땜납용으로 급속 가열, 높은 온도 영역에서 사용할 수 있도록 조정되어 있으며 무연 땜납에 대응하는 플럭스도 있다.

(2) 로진계 플럭스, 할로겐 프리

최근에는 환경 의식이 높아져 할로겐이 들어 있지 않은 플럭스도 시판되고 있다.

할로겐이란 불소, 염소, 취소, 요소 등을 말하는 것으로 플럭스에는 활성제로서 첨가된다. 할로겐은 연소 시 다이옥신을 발생할 위험성이 있다고 한다.

전자부품 납땜에서 사용할 때에는 동판 부식 시험, 절연 저항 시험, 전압 인가 내습 시험 등의 신뢰성 시험이 이루어지고 있는 플럭스를 사용해야 한다.

(3) 판금용 고형 플럭스

고형 플럭스는 바셀린에 염화아연 등의 활성제를 첨가한것으로, 판금용으로 사용한다. 납땜성이 뛰어나지만 부식성이 강하기 때문에 전자부품 납땜에는 사용할 수 없다.

(4) 스테인리스나 철용 서스졸

서스졸은 염화아연, 염화암모늄을 주성분으로 한 수용성 플럭스로 활성력이 강해 스테인리스에도 사용할 수 있다. 금속, 스테인리스 표면 산화막을 제거할 수 있다. 전자부품 납땜에는 사용할 수 없다.

2. 사용 방법

플럭스의 작은 병에는 도포용 작은 붓이 달려 있으므로 필요한 최소량을 도포한다. 정밀한 부분에 도포할 경우 붓이 달린 플럭스 펜을 사용하면 편리하다. 여분의 플럭스가 붙어 있을 때에는 플럭스 리무버나 알코올로 세정해야 한다.

땜납 흡수선

부품 교환 시의 필수 도구

1. 모세관 현상으로 땜납을 흡수한다

사진 8은 땜납 흡수선의 외관을 나타낸 것이다. 땜납 흡수선은 직경 60μ∼100μm의 구리 세선을 사진 9에 나타난 바와 같이 여러 가닥을 꼰 형태로 짜서 플럭스를 함침하여 프레스한 것이다. 녹인 땜납은 구리 망선 간격에서 모세관 현상에 의해 빨아올린다.

2. 종류와 특징

함침시키는 플럭스는 R, RMA, RA로 분류되며, R → RMA → RA 순으로 활성력이 강해진다. 언플럭스 제품은 플럭스를 전혀 포함하고 있지 않으므로 각각의 회사에서 정한 플럭스를 사용한다.

선폭은 0.6mm∼5mm까지이며 사용하는 랜드의 크기, 열용량에 적합한 것을 고른다. 땜납 흡수선은 간단하게 사용할 수 있다고 생각할지 모르지만 잘못 흡수하면 기판 패턴 박리나 부품 손상 등을 일으킨다.

3. 사용 방법

인두팁의 열을 흡수선으로 충분히 땜납에 전달한다. 납땜부에 맞는 흡수선의 선 폭을 선정하고 열이 잘 전달되는 평행 인두팁 형태를 사용한다. 인두팁 온도는 330∼370℃로 설정 한다.

수정하는 땜납 위에 흡수선을 놓고 인두팁을 땜납으로 적셔 기판과 평행하게 가볍게 댄 후 가열한다 흡수선을 서서히 움직이면서 땜납을 제거한다(사진 10).

4. 잘못된 사용법

패턴의 크기에 맞는 선폭과 인두팁을 선택하는 것이 중요하다. 인두팁이 작으면 흡수선, 땜납에 충분히 열이 전달되지않으며 무리해 힘을 주면 패턴이 박리된다.

핀셋

작은 부품도 확실하게 잡을 수 있다

핀셋은 영어로는 tweezers이며 pincet은 네덜란드어인 것 같다. 아무래도 네덜란드의 의학이 들어와 외과적인 치료가 많아졌기 때문에 핀셋이라는 단어가 정착된 것은 아닐까 생각된다.

1. 어떤 종류가 있나

부품가게에 가면 많은 핀셋(사진 11)이 진열되어 있다. 공구 메이커 홈페이지를 봐도 다양한 형태와 재질의 제품이 있어 고르기가 어렵다. 더욱이 저렴한 것부터 수천 엔이나 하는 비싼 것에 이르기까지 매우 다양하다.

2. 형태에 따른 차이

(1) 스트레이트형

부품을 비스듬하게 위에서 잡는다. 일반적인 형태이다.

(2) 앞이 구부러진 형

스트레이트형보다 부품을 더 위에서 잡을 수 있다.

(3) 끝이 가는 형

스트레이트형과 같지만 끝이 가늘게 되어 있어 부품이 잘 보인다.

(4) 특수형

보통 핀셋 끝은 뾰족하지만 대상물에 맞춰 형태를 연구한 것이다.

3. 재질에 따른 차이

(1) 스테인리스

SUS304재를 사용한 것은 일반적으로 가격도 비교적 저렴하다. SUS316이나 SUS420을 사용한 것은 잘 휘어지거나 정밀도가 좋다.

(2) 티탄

스테인리스에 비해 가볍지만 강성이 높다는 것이 특징이다. 녹이 슬지 않아 오래 쓸 수 있지만 약간 비싸다.

(3) 세라믹

절연성이 있으며 비자성도 갖고 있다. 땜납이 부착되지 않는다.

(4) 기타

대나무나 엔지니어링 플라스틱을 사용한 것이 있다. 사용 환경이나 대상물에 맞춰 사용되고 있다.

4. 독특한 핀셋

(1) 해머 헤드

스위스 Erem社의 SMD 핀셋 102ACA는 끝이 0.5mm× 1.5mm의 해머 헤드와 같은 독특한 형태로 되어 있다(사진 12). 끝의 각도가 45°로 되어 있으며, 끝이 예리하지 않으므로 부품을 놓칠 우려가 없다. 1005 사이즈도 세우면 전체를 잡을 수 있다.

(2) 커팅 핀셋

핀셋 끝을 커터로 만든 것으로, 가는 선을 자르도록 만들어졌다(사진 13). 기판 위에서 점퍼선을 자를 때 니퍼보다 편리하다.

(3) 진공 핀셋

진공관을 이용한 것으로, 대상물을 흡착시켜 운반한다(사진 14). IC 패키지나 렌즈 등의 부품에 적합하다.

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이번에 일본게스코에서 스위스 Erem社의 제품을, 호진에서 각종 핀셋을 제공받았다. 지면을 빌어 감사의 뜻을 전하는 바이다.