PCB 솔더링(납땜) 기본 기술 및 개요

솔더링(납땜)은 다른 금속들에 비해 상대적으로 낮은 융점을 가진 '솔더'라고 불리는 용융 금속을 사용하여 금속 부품들을 접합하는 공정을 의미합니다. 솔더링은 전자 산업에서 핵심적인 공정이며, 전기 부품들을 연결하는 가장 주요한 방식입니다. 품질과 용융점에 따라 다양한 종류의 솔더링 재료가 존재하며, 가장 일반적으로 사용되는 것은 주석 또는 납 합금에 은이나 황동을 혼합한 형태입니다. 인두기를 사용하여 금속을 용융시키면 접착제처럼 두 부품을 연결할 수 있게 되며, 솔더가 냉각되어 고화되면 두 부품이 하나의 단일 구성요소가 됩니다.

PCB 솔더링은 용융 가능한 금속 합금인 솔더를 사용하여 전자 부품을 PCB에 접합하는 공정입니다. 솔더는 가열 시 용융되어 부품의 리드와 PCB 패드 사이에서 전기적, 기계적으로 강한 결합을 형성하며 이는 냉각 과정에서 완성됩니다. 적절한 솔더링은 부품의 안정적인 고정과 신뢰성 있는 전기적 연결을 보장합니다. 이 글에서는 관통형(Through hole) PCB 솔더링의 기본사항을 다루며, 깨끗하고 효과적인 솔더 접합을 달성하기 위한 필수 기술, 도구 및 실용적인 팁들을 소개할 것입니다. SMT 부품과 솔더링에 대한 상세한 내용은 별도의 가이드를 참조하시기 바랍니다.

솔더링 기술의 종류

PCB 솔더링에는 여러 가지 방법이 있으며, 크게 경납땜(hard soldering)과 연납땜(soft soldering)이라는 두 가지 기술로 구분됩니다. 이 두 가지 기술을 비교해 보겠습니다.

1. 연납땜(Soft Soldering)이란?
   연납땜은 소형 부품들을 PCB에 부착하는 데 사용되며, 가장 일반적인 솔더링 방식입니다. 부품을 PCB에 단순히 용융 접합하는 것이 아니라, 일반적으로 주석-납 합금으로 구성된 용가재(filler metal)을 사용하여 부품을 기판에 부착합니다. 이 합금은 부품과 기판 사이의 결합제 역할을 하므로 솔더링 공정에서 매우 중요한 요소입니다.

2. 경납땜(Hard Soldering)이란?
경납땜은 더 강력한 결합력을 제공하며, 고체 상태의 솔더를 사용하여 부품의 홀 전체에 걸쳐 확산시켜 서로 다른 두 금속 요소를 접합하는 공정입니다. 경솔더링은 실버 솔더링과 브레이징이라는 두 가지 세부 공정으로 구성됩니다. 공간 충진용 금속으로는 주로 카드뮴-실버와 같은 은 합금이 사용됩니다. 은은 우수한 유동성을 가지고 있으나, 단독으로는 공간 충진에 최적화되어 있지 않습니다. 이러한 이유로 신뢰성 있는 실버 솔더링을 위해서는 별도의 플럭스를 사용합니다.

본 문서는 기본 솔더링 기술의 주요 측면을 다루는 다음 3개의 부분으로 구성되어 있습니다:

1- 스루홀 PCB 솔더링용 기본 공구
2- 스루홀 부품의 솔더링 기술

관통형(Through Hole) PCB 솔더링(납땜)에 필요한 도구

솔더링(납땜) 기술을 학습하기 전에 적절한 도구를 준비하는 것이 중요합니다. 다음은 필수적인 솔더링 도구 목록입니다:

• 인두기: 솔더링의 기본 공구로, 솔더를 가열하고 용융하는 데 사용됩니다. 정밀 작업을 위해서는 미세 팁이 장착된 온도 조절식 솔더링 아이언을 선택하십시오. 최적의 솔더링 공구 선택 방법은 관련 가이드를 참조하십시오.
• 솔더 메탈(납땜용 금속): 일반적으로 주석과 납의 합금 또는 무연(Lead-free) 대체 재료입니다. 전자 제품용으로는 플럭스가 내장된 로진 코어 솔더가 주로 사용됩니다.
• 플럭스: 산화막을 제거하고 솔더의 유동성을 향상시키는 화학 세정제입니다. 로진 코어 솔더에는 플럭스가 내장되어 있으나, 특정 작업에서는 추가 플럭스가 필요할 수 있습니다.
• 인두기 스탠드: 인두기를 거치하는 홀더로, 일반적으로 팁 클리닝용 스펀지가 내장되어 있습니다.
• 디솔더링 펌프/위크: 과잉 솔더 제거 또는 솔더링 수정용 도구입니다.
• 핀셋: 소형 부품의 취급 및 솔더링 시 부품 고정용으로 사용됩니다.
• 확대경/현미경: 특히 소형 부품의 솔더 접합부 검사에 사용됩니다.
• 안전 장비: 솔더 비산으로부터 눈을 보호하는 보안경과 유해 가스를 제거하기 위한 집진기 또는 환기팬이 포함됩니다.

PCB 관통형(Through Hole) 부품의 솔더링 방법

1. 인두기에 납 묻히기
   인두기를 준비하는 과정을 '틴닝'이라고 합니다. 틴닝은 아이언에서 솔더링 표면으로의 열전달을 촉진합니다. 사용 전후의 틴닝 처리는 팁의 보호와 수명 연장에 도움이 됩니다. 아이언이 가열되면 새 작업 시작 전 습윤 스펀지로 팁을 세정합니다. 세정 후 아이언 팁을 솔더에 담가 완전히 코팅되도록 하며, 솔더가 팁 전체에 균일하게 도포되면 솔더링 준비가 완료됩니다.

2.PCB 표면 준비
PCB 또는 기타 표면의 솔더링 시에는 청정한 표면 상태가 필수적입니다. 산업용 세척제나 아세톤 세정제를 사용하여 솔더링에 영향을 줄 수 있는 먼지나 이물질을 제거하십시오.

3.부품 위치 선정
먼저 작업할 소형 부품을 선택하여 해당 위치에 배치합니다. PCB의 경우 부품을 스루홀에 삽입합니다. PCB상에서 부품이 고정되지 않을 경우, 기판 하단에서 리드를 약간 구부려 임시 고정할 수 있습니다.

4. 접합부 가열
접합부 가열은 솔더링을 위해 PCB로 인두기의 열을 전달하는 과정입니다. 인두기 팁에 소량의 솔더를 묻힌 후, 팁을 부품 리드와 기판에 접촉시킵니다. 솔더의 적절한 접합과 가열을 위해서는 팁이 두 부분에 모두 접촉되는 것이 매우 중요합니다.

5.접합부 솔더링
이제 접합부의 솔더링 준비가 완료되었습니다. 솔더는 가열된 접합부에 직접 적용해야 하며, 접합부가 충분히 적절하게 가열되었다면 솔더가 용융되어 자연스럽게 유동할 것입니다.

6.접합부 검사 및 리드 처리
접합부 냉각 후 외관 검사를 실시하여 적절성을 확인합니다. 솔더링 상태가 양호하다면 접합부 직상부의 리드와 잉여 와이어를 절단합니다. 완성된 솔더 접합부는 매끄럽고 광택있는 원뿔형이어야 합니다. 잔여 부품들의 솔더링을 완료하고 표면의 잔존 플럭스를 제거하여 작업을 완료합니다.

솔더링 주요 팁과 기술

다음은 숙련된 작업자도 간과할 수 있는 기본적인 지침입니다:

1. 인두기 팁과 공구 선택: 다양한 유형의 팁과 솔더 재료가 있습니다. 작업 요구사항에 적합한 공구와 재료를 선정하십시오.

2.양질 접합/건식 접합: 견고한 접합을 위해서는 솔더 냉각 전에 부품을 움직이거나 솔더를 접촉하거나 강제 냉각하지 마십시오. 솔더량은 과다하거나 과소하지 않도록 적정량을 유지해야 합니다.

3.열관련 이슈: 접합부 가열 시 세심한 주의가 필요합니다. 과열은 전자 부품이나 PCB에 손상을 초래할 수 있습니다. 부품 손상 방지를 위해 부품 리드에 금속 클립을 장착하여 접합부에서 부품으로의 열전달을 저감할 수 있습니다.

4.인두기 팁 세척: 팁의 수명 연장과 최적 성능 유지를 위해 산화 방지용 틴닝 처리가 필수적입니다. 적절히 틴닝된 팁에서는 용융 솔더가 원활하게 유동됩니다.

일반적인 솔더링 실수와 예방법

콜드 조인트(Cold Joint): 솔더가 완전히 용융되지 않아 발생하는 불량 접합입니다. 이를 방지하기 위해서는 솔더 적용 전 접합부를 충분히 예열해야 합니다.

브리징: 과잉 솔더가 인접 패드를 연결하여 단락을 유발하는 현상입니다. 예방을 위해 뾰족한 인두기을 사용하고 적정량의 솔더를 적용하며, 필요시 디솔더링 펌프나 위크를 사용하여 과잉 솔더를 제거합니다.

솔더 부족: 솔더 사용량 부족으로 인한 불완전 접합입니다. 패드와 부품 리드를 완전히 커버할 수 있도록 적정량의 솔더를 사용하십시오.

PCB 솔더링 안전 수칙

1. 인두기 취급 주의사항: 미사용 시에는 반드시 전용 거치대에 보관하고, 고온의 팁에 각별히 주의하십시오.

2. 작업장 환기: 솔더링 시 발생하는 연기는 인체에 유해할 수 있으므로, 집진기나 환기팬을 사용하여 적절히 배출하십시오.

3. 보호구 착용: 솔더 비산과 화상 방지를 위해 보안경과 내열 장갑을 착용하십시오.

결론

PCB 솔더링은 습득에 시간이 필요하지만 매우 가치 있는 기술입니다. 기본 원리의 이해, 적절한 공구의 사용, 그리고 올바른 작업 절차의 준수를 통해 회로의 장기 신뢰성을 보장하는 우수한 접합부를 구현할 수 있습니다. 신규 PCB 조립이나 기존 PCB 수리 등 모든 전자 프로젝트에서 이러한 기술은 필수적입니다. 성공적인 솔더링 작업을 위해서는 안전 수칙 준수, 적절한 환기, 청결한 작업 환경 유지가 중요합니다. 당사의 고품질 PCB 조립 서비스에 대한 자세한 내용은 견적을 문의해 주시기 바랍니다.