솔더 포트란?
솔더 포트 (영어: Solder bath) 는 녹은 땜납을 담거나 녹은 땜납으로 채워진 용기(槽)를 말하며, 용기 내에 땜납을 녹은 상태로 유지하기 위해 히터를 병설한 기기나 설비입니다.
솔더 포트는 솔더 포트, 솔더 배스라고도 불립니다. 납땜하는 대상물의 모양과 수량에 따라 실험실에서 사용할 수 있는 탁상용 크기부터 제조 라인에서 사용하는 대형 제품까지 크기가 다양합니다.
또한, 솔더 포트에는 조 안에서 납땜이 정지된 상태로 있는 고정형과 조 내부에 노즐이 있어 납땜을 분사하는 분사형 두 가지 유형이 있습니다.
솔더 포트의 사용 용도
납땜에는 사람이 직접 손으로 하는 손 납땜도 있지만, 솔더 포트를 이용한 납땜은 비교적 간단한 대상물에 대해 안정된 품질로 대량으로 효율적으로 납땜을 할 때 사용됩니다.
솔더 포트을 사용하는 납땜 방법은 리드선 납땜이나 인쇄 회로 기판에 부품을 실장하는 등의 분야에 적합합니다.. 사람이 손으로 하는 손 납땜에 비해 솔더 포트에 의한 납땜은 비교적 간단한 대상물에 대해 안정된 품질로 대량으로 효율적으로 납땜을 할 때 사용됩니다.
솔더 포트의 원리
솔더 포트는 용융된 땜납을 저장하는 용기와 땜납을 용융된 상태로 유지하기 위한 히터로 구성되어 있습니다. 열량을 가해 땜납을 녹은 상태로 유지한다는 단순한 구조이지만, 생산설비로 도입되는 솔더탱크는 솔더탱크의 온도를 세밀하게 제어할 수 있거나 대상물을 솔더탱크에 운반하는 컨베이어가 장착되어 있는 것이 주류입니다.
또한, 솔더 포트에는 납땜액이 탱크 내에 고정되어 있는 고정형과 납땜액을 분사하는 노즐이 장착된 분출형이 있습니다. 솔더 포트 내의 땜납은 용융된 상태에서 공기에 장시간 노출되면 산화되어 산화물이 생성됩니다. 산화물은 납땜하는 모재와 납땜의 습윤성을 악화시켜 납땜 불량을 유발하는 주요 원인입니다.
따라서 산화되지 않은 용융 땜납을 항상 공급하는 것이 좋은 납땜을 하기 위한 중요한 포인트입니다. 이 때문에 노즐로 솔더 포트 내부의 용융 땜납을 분사하여 모재에 산화되지 않은 땜납을 접촉시키는 방식의 분출 타입이 많이 사용되고 있습니다.
고정식은 물론 분출식에서도 산화물 제거 대책이 필요하지만, 분출식은 솔더가 항상 흐르고 있기 때문에 산화물 발생이 적고, 산화물 제거 작업이 적다는 장점이 있습니다.
1. 고정형 솔더 포트를 사용한 납땜
그림 1의 고정식 납땜조 모식도와 같이 납땜조 안에 용융 솔더를 배치하고, 그림 2와 같이 용융 솔더 안에 프린트 기판 등 납땜할 부품을 담그고, 그림 3과 같이 끌어올리면 납땜이 완료됩니다.
2. 분출형 납땜조를 이용한 납땜
분출형 납땜조를 이용한 납땜은 그림 4의 분출형 납땜조의 모식도와 같이 용융 솔더가 들어 있는 솔더 포트 내에 노즐을 배치하고, 그림 5와 같이 솔더 포트 내의 용융된 솔더를 노즐을 통해 분출시켜 분출시킵니다. 이를 프린트 기판 등 납땜할 부품에 분사하여 납땜이 완료됩니다.
이처럼 솔더를 분사하는 노즐이 장착된 솔더 포트를 사용하는 방법을 플로우 솔더링이라고 하며, 인쇄회로기판 제조 분야에서 많이 도입되고 있습니다. 구체적인 장비의 구조는 인쇄 회로 기판에 칩을 내장한 것을 컨베이어로 솔더 포트로 운반하여 용융된 솔더를 분사하여 기판과 부품이 제자리에 실장하는 것으로, 자동화된 제조 공정의 일부로 편입되어 있습니다.
땜납의 기타 정보
1. 솔더의 종류
납땜을 사용할 때 ‘플럭스’와 ‘야니’를 사용합니다. 그 목적은 깨끗한 ‘납땜’을 하기 위함입니다. ‘플럭스’는 염화암모늄이나 염화아연을 함유한 액체입니다.
인쇄 회로 기판 위의 불순물을 제거하여 기판 표면을 세척하고 깨끗하게 납땜을 할 수 있도록 하는 목적으로 사용됩니다. 또한, 구리 배선된 기판 표면에서는 배선 표면의 산화를 방지하는 역할을 합니다.
‘야니’는 ‘송화게’에 함유된 성분에 의해 납땜의 산화를 방지하여 깨끗한 납땜 마무리를 할 수 있도록 해줍니다. 일반적으로 ‘야니’는 ‘솔더’에 포함되어 있는 경우가 많으며, ‘야니를 넣은 솔더’로 판매되고 있습니다.
2. 땜납의 재질
솔더 (영어: solder) 는 납과 주석을 주성분으로 하는 합금입니다. 주로 전자회로를 구성하는 인쇄 회로 기판에 탑재된 각종 전자 부품이나 커넥터를 인쇄 회로 기판 위의 배선부와 금속 접합하여 통전을 가능하게 하기 위해 사용됩니다. 또 다른 용도로는 배관 사이의 금속 결합에도 널리 사용되고 있습니다.
땜납의 역사는 기원전 3000년경 메소포타미아 문명으로 거슬러 올라갑니다. 구리 그릇에 은 손잡이를 붙일 때 ‘은-구리’ 땜납이나 ‘주석-은’ 땜납을 사용했습니다. 이후 그리스-로마 시대에는 현재 주류가 된 ‘주석-납’ 땜납이 수도관 접합에 사용되었습니다.
이후 ‘납’의 독성이 밝혀지면서 EU가 세계 최초로 ‘주석-납’ 땜납 사용 규제 (Rohs 지침 2006년 시행) 를 실행했습니다. 그리고 현재는 전 세계 납땜업체와 전자제품 제조업체가 주축이 되어 ‘무연’ 납땜을 개발하여 널리 보급하고 있습니다. 현재 납땜 합금의 주성분은 ‘주석-은-구리’ 계열, ‘주석-구리-니켈’ 계열, ‘주석-아연-알루미늄’ 계열 등 ‘납’을 사용하지 않는 납땜이 주류를 이루고 있습니다.
땜납조는 용융된 땜납을 저장하는 용기와 땜납을 용융된 상태로 유지하기 위한 히터로 구성됩니다. 열량을 가해 땜납을 녹은 상태로 유지한다는 단순한 구조이지만, 생산설비로 도입되는 땜납조는 땜납조의 온도를 세밀하게 제어할 수 있거나 대상물을 땜납조로 운반하는 컨베이어나 땜납을 분사하는 노즐이 장착된 것이 주를 이루며, 인쇄회로기판 제조분야에서 플로우 솔더링이라는 공정에 도입되고 있습니다.
플로우 솔더링 공정에 사용되는 솔더탱크에 대해 설명합니다. 이 공정에 사용되는 솔더탱크는 고정형과 분출형이 있습니다.
솔더 포트의 땜납은 용융된 상태에서 공기에 장시간 노출되면 산화되어 산화물이 생성됩니다. 산화물은 모재와 땜납의 습윤성을 악화시켜 땜납 불량을 유발합니다. 산화되지 않은 용융 솔더를 지속적으로 공급하는 것이 좋은 납땜을 위한 중요한 포인트입니다.
두 타입의 솔더 포트 모두 이러한 산화물을 제거하는 대책이 필요하지만, 분사 타입의 경우 노즐을 통해 납땜조 내부의 용융 땜납을 분사하여 모재에 산화되지 않은 땜납을 접촉시키는 방식으로 되어 있습니다.
3. 솔더의 온도
땜납의 온도는 땜납액에 따라 다르지만, 납을 함유한 땜납은 융점 183℃, 무연 땜납은 210℃ 내외로 무연 땜납이 더 높은 융점을 가지고 있습니다. 이 때문에 무연 솔더는 잘 녹지 않고 젖어서 퍼지기 어렵다는 단점이 지적되어 왔습니다.
그러나 현재는 기존 ‘주석-납’ 계열과 비슷한 제품이 개발되어 대표적인 무연 솔더로 유명한 ‘주석-은-구리’ (Sn96.5%, Ag3%, Cu0.5%), ‘주석-구리-니켈’ (Sn99%, Cu0.7%, Ni 기타 첨가물) 의 녹는점은 217~227℃입니다.