땜납과 그 종류

 

납땜의 정의, 목적과 장점

 

지난번 포스팅에서 납땜을 알아본 것에 이어서, 이번엔 납땜에 쓰이는 땜납과 그 종류에 관해 알아보겠습니다.

 

납땜이 때우는 행위이며, 땜납이 그 행위에 사용되는 재료라고 말씀을 드렸습니다.

(그리고 땝남과 남땝 및 떕납에 주의하라고 말씀드렸습니다.)

납땜의 종류에 관해 알아보려면 우선 땜납에 대해서도 알아보아야 합니다.

 

 

땜납이란?

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납땜에 쓰이는 인두기

 

땜납이란 납땜에 있어 주 재료가 되는, 보통 은백색을 띠는 물질을 말합니다. 땜납은 납(Lead)이 함유된 유연납(유연 땜납)과 납 성분이 적게 함유되어 있거나 함유되어 있지 않은 무연납(무연 땜납)으로 나뉩니다. 참고로 납이 한자어로 연(鉛)입니다. 무납납, 유납납

 

이렇게 나뉜 데에는 여러 이유가 있겠습니다만, 확실한 것은 2000년대 들어 환경 파괴에 대한 우려가 전 세계적으로 증가함에 따른 것이 크다는 것입니다. 납땜된 회로가 버려지면 거기에 함유된 납이 여러 이유로 지하로 스며들어 지하수로 들어가서 오염시키거나, 야생 동물의 체내로 직접 들어가는 등의 경로로 오염 물질이 인체에 영향을 끼치면 여러 가지 신체적인 문제가 생길 수 있기 때문이었죠.

 

이러한 이유로 2000년대~ 2010년대에 들어서 납 성분이 함유되지 않은 무연 땜납(Lead Free Solder)과 RoHS 인증(간단히 말하자면, 특정 유해물질 사용 제한에 관한 규정입니다.)을 받은 제품들이 많이 나오게 되었습니다. 그렇게 인체에 대한 악영향에 관련된 우려는 어느 정도 사라졌지만, 대신 납 성분이 첨가된 유연 땜납에 비하면 납땜의 난이도가 부쩍 증가하기 때문에 유효한 접합을 하기가 더 어려워졌죠.

이때 납땜 작업이 제대로 이루어지지 않으면 냉납 현상이라는 것이 발생할 확률이 증가합니다.

 

 

냉납(Cold Solder Joint) 현상이란, 전자기기의 기판과 제품을 이어 주기 위한 납땜의 작업이 충분한 온도 상에서 이루어지지 않아 전기적으로 도통이 잘 되지 않는 현상을 말합니다. (녹인 땜납은 필수적으로 전기가 통해야 하기 때문에 아주 치명적인 문제이죠.) 납땜 작업을 거쳐 굳었던 땜납이 애초에 납땜 작업에 문제가 있거나, 설계에 문제가 있거나, 온도 관리가 잘 되지 않아 땜납이 녹고 굳고를 반복하거나 하는 이유로 유효한 납땜이 되지 않는 것입니다.

 

저번 포스팅을 보셨다면 한번 납땜 작업을 거친 땜납은 다시 사용하여서는 안 된다고 했던 것을 기억하실 겁니다.  땜납은 사용한 직후에 혼합 공식이 바뀌어 버립니다. 금속을 접합하는 데에 더 이상 적합하지가 않게 되는 것이지요.

 

그렇기에 재 납땜을 하려면, 이미 사용된 땜납이 그 접촉부에서 세척되어서 완전히 제거된 상태에서 재작업이 이루어져야 합니다. 다행히도 작업이 완료된 땜납을 제거하는 여러 가지 도구들(솔더윅, 납 흡입기 등)이 개발이 되어 있답니다. 그것을 이용해서 꼭 세척을 한 뒤에 재 납땜을 해야 합니다. 차후에 재 납땜이 가능한 땜납이 개발되기 전까지는요.

 

근데 공정 측면에서는 이게 또 육안으로 확인하기가 힘든 경우가 많아서, 납땜면이 잘 노출이 되지 않는 공정 하에서는 엑스레이 같은 고가의 비파괴 검사를 해야만 합니다.

 

사람이 하는 일이 다 그렇듯이, 이 냉납 현상이라는 것을 완벽하게 방지한다는 것은 그냥 불가능에 가깝다고 할 수 있습니다. 또 세상에 존재하는 많은 일들이 그렇듯, 이에 대한 가장 최선의 해결책은 예방을 하는 것입니다. 그 방법으로는 부품이 허용하는 수치를 넘어서는 고온의 환경에 노출되지 않게 하고, 저가의 중국산 제품 같은 것을 사용하지 말고 양질의 땜납과 양질의 도구를 사용하며, 열을 더욱 효율적으로 관리할 수 있는 설계를 연구하는 것이 되겠습니다.

 

 

유연납과 무연납

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다시 돌아와서, 무연 땜납 제품의 증가로 인해 사용되는 납이 유연납과 무연납으로 나뉘었다고 말씀을 드렸습니다. 유연납은 무연납에 비해서 납땜의 난이도가 쉬워 초보자들이 많이 사용합니다. 보통 주석과 납의 조합으로 이루어져 있는데, 그 비율이 60/40으로 나뉘어져 있습니다.

 

무연납은 유연납과 마찬가지로 주석이 많이 들어있고, 거기에 은 또는 구리, 규소, 금 등이 들어가는 식입니다. 순수한 주석을 사용하면 주석 페스트라는 현상이 발생하는데, 이 주석 페스트는 주석이 특정 온도에서 그 부피가 급격하게 증가하면서 마치 분해가 되듯이 파괴되는 것을 말하며, 이것은 한마디로 불필요한 현상입니다. 작업하는데 옆에서 납이 스스로 분해된다고 생각해보세요... 그래서 주석에 여러 가지 금속을 첨가하는 것이랍니다.

무연납은 인체에 유해한 성분인 납이 소량 함유되어 있거나 함유되어 있지 않은 것이 장점이지만, 가격이 비싼 데다가, 납땜이 안 된다고 온도를 올리다가 기판에 손상을 가하게 되는 등 작업의 난도가 높다는 단점이 있습니다.(유튜브 보면 무연납 욕하는 영상도 있습니다…)

 

또 다른 종류로는 그 사용하는 모재의 종류에 따라 구리 납, 황동 납, 은 납 등이 존재합니다.

 

이 땜납을 사용하는 납땜 작업을 할 때 항상 명심해야 할 것은, 땜납으로 어떤 종류를 사용하든지 간에 반드시 안전 장구를 착용하고 안전 수칙을 준수해야 한다는 것입니다. 땜납을 녹일 때 나오는 플럭스의 증기는 로진, 레진, 솔벤트, 할로겐 등의 유해성분을 함유하고 있기 때문입니다. 개인 사용에 관해서는, 환기를 잘하셔야 하고 되도록 증기를 들이마시지 마세요.

 

 

 

이번 포스팅, <땜납과 그 종류>를 정리해보겠습니다.

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• 땜납은 납이 함유된 유연납(유연 땜납)과 함유되어 있지 않거나 함유량이 미소한 무연납(무연 땜납)으로 나뉜다.
• 무연납은 인체에 유해한 성분을 많이 줄였다는 장점이 있지만, 비싼 데다가 작업하기도 어려워 기판에 손상을 입히거나 날려 먹거나 초래하기가 쉽다.
• 냉납 현상은 납땜이 충분한 온도로 이뤄지지 않아 제대로 녹지 않거나, 작업 후 높은 사용 온도로 인해 다시 녹고 굳고 하는 것을 반복하여 유효한 납땜이 되지 않게 되는 것을 말한다.
• 안전 수칙 준수에는 과함이 없다.

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