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땜질
땜질은 금이 가거나 뚫어진 데를 때우는 일이거나 해진 옷을 깁는 일을 말한다.
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개요[편집]
땜질은 다음과 같은 의미를 가지고 있다.
- 금이 가거나 뚫어진 데를 때우는 일
- 금이 간 곳이나 구멍이 뚫린 곳을 다른 조각을 대어 메우거나 붙이는 일
- 금속이나 유리, 플라스틱 따위를 그 접합 부위에 열을 가하여 녹여서 서로 붙이거나 잇는 일
- 해진 옷을 깁는 일
- 떨어진 옷을 기우는 일
- 잘못된 일을 그때그때 필요에 따라 임시변통으로 고치는 일.[1]
일반적으로 불리는 땜질은 땜납을 이용하여 두 가지 이상의 금속을 연결하는 것이다. 전기에서의 납땜은 땜납을 이용하여 회로기판에 전자 소자나 부품을 연결하기도 하고 전선과 전선을 연결하는 것을 말한다. 금속으로서의 납은 한자로는 鉛(연)이고 영어로는 lead다. 땜납은 영어로 solder이다. 엄밀한 정의로는 용접의 일종으로 모재, 즉 이어붙이는 대상품을 녹이지 않는다는 특징이 있다. 납땜은 작업 온도에 따라 경납땜과 연납땜으로 분류된다. 450도 이상일 경우 경납땜(Brazing), 450도 이하일 경우 연납땜(Soldering)이라고 부른다. 가장 흔한 경우로, PCB를 조립하는 데 쓰이는 것은 연납땜에 속한다. 연납땜이라고 무조건 기판에 쓰이는 것도 아니고 구리 배관, 금속공예, 악기 제작 등에 두루 쓰이는 공법이다. 여기서는 그중 가장 쉽게 접할 수 있는 기판 납땜에 대해 다루며 기판 납땜과 다른 납땜의 경우 땜질이라고 하기도 한다.
위에도 있듯 한국어에서는 금속의 일종인 납과 글자가 똑같아서 의미를 자주 헷갈리게 되는 용어이다. 꼭 대한민국에서만 헷갈리는 용어라고 할 순 없는 것이, 외국의 경우에도 납땜과 용접을 헷갈리는 경우가 많다. 납땜이 기판이 아닌 곳에도 쓰이게 되는 예시를 더 흔히 접할 수 있어서 그런 듯하다. 위에서 적은 구리 배관의 경우, 대한민국에서는 잘 상상이 안 갈 수 있지만, 집 안의 구리 파이프를 연결하는 데에 실제로 토치와 실납을 갖다가 납땜질을 한다. 그것도 수돗물이 흐르는 관에 물론 무연납으로 납의 유해성이 많이 알려지지 않았던 과거에는 유연납을 쓰기도 했다.[2][3]
사용되는 재료[편집]
땜납[편집]
납땜 작업의 주재료가 되는 금속을 땜납이라고 한다. 크게 유연납과 무연납으로 분류된다. 땜납의 성분비는 정해진 규격이 없어 제품마다 차이가 있을 수 있으니 참고해야 한다. 실납 제조업체 가운데 케스터(Kester, 싱가폴)와 미국 알파메탈(Alpha Metals Inc.), 일본 센쥬금속(千住金属)이 세계적으로 유명하며, 한국 업체로는 LT소재(구 희성소재)가 유명하다. 그 밖의 국산 제품도 일반 공작용으로는 괜찮은 수준이며 중국제는 품질이 낮으니 피할 것을 권한다.
- 유연납 : 유연납은 납이 함유된 땜납으로, 낮은 녹는점 덕에 납땜이 좀 더 쉬워 납땜을 배우는 단계나 취미 단계에서 사용된다. 주석과 납 비율이 60/40인 땜납이 가장 흔하며, 여기에서 조금 더 비싼 제품은 63/37 비율로 나온다. 차이점이라면 63/37의 비율이 가장 이상적인 합금 비율로 녹는점이 하나의 온도로 고정되어 있다는 것인데, 사실상 작업하는 데 크게 신경 쓸 정도의 차이는 아니다. 60/40 비율의 땜납은 183도 ~ 190도 사이에서 반고체 상태가 되지만, 63/37 땜납은 183도에서 녹거나 굳는다. (이를 공융 합금이라고 한다.) 참고로 순수한 납의 녹는점은 327도이며 순수한 주석의 녹는점은 231도이다. 2000년대부터는 환경 규제로 인해 점차 사용이 줄고 있다. EU에서는 아직까지 개인 취미용으로는 판매 가능하지만, 영국에서는 아예 전문가에게만 판매를 허용하여 개인은 유연납을 구입할 수 없다.
- 무연납 : 무연납은 납이 거의 들어있지 않은 땜납을 말한다. 납이 없지는 않다고 하나, 땜납에서 빠지지 않는 주석에 납이 섞여 있을 수 밖에 없어 미량 들어가는 정도이다. 주석 자체가 유연납에 비해 가격이 비싸고, 일반적으로 200도를 넘어가는 높은 녹는점으로 인해 비싼 장비가 필요한데다 깔끔하게 납땜을 하기도 어려운 등 생산단가나 공정 품질 자체에는 뭐 하나 좋을 것이 없다. 반면 대량생산되는 전자제품의 경우 RoHS 등의 환경 보호 기준을 만족하기 위해 사용하게 된다. 특히 EU가 그런쪽으로 엄격한 편인데, 납은 아니지만 2001년에 일본 소니사의 플레이스테이션 내부 케이블에 카드뮴이 있다는 이유로 네덜란드에서 통관이 금지된 사건이 가전업체에서 RoHS에 본격 신경쓰게 된 사건이다. 일반적인 무연납 합금은 주 성분인 주석에 소량의 구리 또는 은이 첨가된 형태로 이루어져 있다. 순수한 주석을 사용하지 않는 이유는 주석 페스트 현상이나 가느다란 주석 결정이 생성될 우려가 있기 때문이다. 특히 후자의 경우 회로에서 합선을 유발할 수 있다. 목적에 따라 아연, 안티모니, 인듐, 비스무트, 규소, 심지어 금 등 다른 종류의 물질이 들어간 땜납도 있다. 납 중에서 알미트 납(Almit)은 납땜 작업으로는 절대로 납이 늘어붙지 않는 재질인 알루미늄, 스테인리스 스틸과 같은 금속류마저도 납땜이 가능하다. KR-19 알미트와 KR-19RA 알미트 두 종류가 있다. KR-19RA 알미트가 KR-19 알미트 납으로 알루미늄이나 스텐레스 스틸을 땜질하는 것보다 더 쉽게 달라붙는다. 하지만 알미트납은 인두의 생명과도 같은 팁 부분의 수명을 급격하게 단축시키므로 적어도 고급형 실습용 인두기(최소 이삼만원짜리)를 사용해 작업하기 바란다.
솔더링 페이스트(플럭스)[편집]
납땜에 필수적인 또 한 가지 재료는 솔더링 페이스트(플럭스)로, 재질은 송진, 기름이다. 금속 표면에 코팅을 입혀 열전달이 더 잘 되고 땜납이 금속에 잘 묻게 도와주는 것이다. 때문에 크기가 일정 이하인 칩 소자를 땜할땐 오히려 플럭스가 코팅을 입혀서 납과 패드가 잘 이어지지않는 경우도 있다. 깡통에 든 구두약 혹은 플라스틱 원통 안에 들어있는 형태가 흔하며 그 외에도 젤과 같은 형태로 주사기에서 짜서 쓰거나, 혹은 싸인펜마냥 펜처럼 생겨서 슥슥 문지르게 되어 있는 것, 천연 송진을 고체 형태로 굳혀놓은 것, 액상형의 경우 붓으로 바르게 되어 있는 것 등 여러 형태가 있다. 인두기 팁을 페이스트에 찍어서 청소 하는 도구로 알고 있고 제품 설명도 그런 경우가 많은데, 납땜 할곳에 바르거나 납땜을 제거 할 때 더 사용량이 많다. 페이스트(플럭스)를 쓰냐 안쓰냐에 따라서 작업 난이도, 결과물의 상태가 달라지는 경우가 많다.
몸에 좋은 것은 아니니 손에 묻지 않도록 주의해야 하며 물록 극적인 독성이 있는것은 아니므로 사용 후 씻으면 된다. 특히, 앞에서 말한 구두약 같은 플럭스는 자칫 손가락으로 찍기라도 해서 손톱 밑에 들어가면 전용 세척제로도 잘 씻겨나가지 않기 때문에 끔찍한 경험을 하게 되므로 주의해야 한다. 땜납에도 보통은 플럭스가 들어가 있다. 한 번 기판에 묻은 땜납을 다시 녹이려 하면 쉽게 녹지 않거나 납이 광택을 잃고 쭈글쭈글 해지는 이유가 바로 플럭스가 이미 날아간 상태이기 때문이다. 그 위에 플럭스를 발라 주면 다시 쉽게 녹여낼 수 있다. 납땜 후 플럭스가 너무 많이 남아 있을 경우 이물질이 묻기 쉽기 때문에 세척하는 과정이 필요하며 이때 전용 세정제가 사용된다. 플럭스 세정제는 이소프로판올이나 에탄올(소독용 알콜)을 사용하면 된다. 또 이염화메탄, 트라이클로로에틸렌, DMC 등 세척제는 발암물질로 지정되어 있어서 사용하지 않는 것이 좋다.
가끔 필요 없는 납땜 용품이라고 하는 사람들이 있지만 작업 도중 필요한 순간이 오기 때문에 납땜을 전문적으로 하거나 취미 생활 DIY 하는 사람들은 꼭 구비 하는 물품이기도 하다. 다이소에서 인두기와 실납은 팔지만 이것을 팔지 않기 때문에 철물점이나 인터넷에 주문하는 경우가 많다. 정말 급하고 어디서 구할 곳이 없다면 가정에서 쓰는 바셀린을 대용으로 쓸 수 있다. 다만 냄새, 연기가 많이 나고 기판에 그을음이 많이 묻을 수 있으니 가급적이면 사용을 자제해야 한다. 주변에 소나무가 있다면 나무나 솔방울에 굳어있는 송진을 긁어모아 사용하는 방법도 있다. 천연 송진 또한 납땜용 플럭스로 사용 가능하다.[3]
사용되는 도구[편집]
납땜기[편집]
가장 보편적인 납땜 도구는 전기 인두기이다. 전원에 연결하면 팁이 달궈지게 되며, 달궈진 팁을 이용해서 실납을 녹여서 원하는 부위에 적용하게 된다.
- 인두기 구성 요소 : 인두팁(인두촉), 보호파이프(히터커버), 히터, 박스너트, 그립(손잡이)
- 인두기 종류 : 유선 전기인두기, 무선 배터리 인두기, 가스 인두기 등(인두기 온도에 대한 자세한 설명은 위 이미지 클릭)
전기 인두기가 보편화 되어 있지만, 전기 인두기가 개발되기 이전부터 존재해 지금까지도 가스 인두기는 여전히 사용되고 있다. 전기를 끌어오기 어렵다거나 현장에서 빠르게 즉석으로 납땜이 필요한 경우 소형 토치가 달린 가스 인두기를 사용한다. 화재위험 때문에 민감한 현장에서는 사용이 금지되지만 간편성 때문에 소수나마 수요가 있다. 유연납의 경우 적절한 팁 온도는 300도 정도, 무연납은 조성에 따라 다르지만, 일반적으로 350도 정도가 된다. 이처럼 적정 온도가 다르므로, 유연납용 인두기를 써서 무연납을 녹이기에는 다소 곤란하다. 인두 팁이 상하게 되고, 인두기의 히터(가열 장치)의 수명에도 극히 안 좋은 영향을 미친다. 현재 AliExpress 등에서 파는 TS-80 인두기가 상대적으로 저렴한 가격(약 10만 원)에 USB 전원, 온도조절, 온도 측정 등의 기능을 두루 갖춰 해외에서 유명해지기도 했다. EEVBlog 리뷰 가격은 이보다 1/10 정도고 비슷한 기능을 하는 제품 JCD-80W 인두기가 있다. 이외에 양날인두라고 부르는 집게처럼 생긴 인두기도 있는데 보통은 SMD 실장 소자를 납땜하기 위해 사용하는 물건이다. 반대로 SMD 소자를 기판에서 제거하는 목적으로도 사용할 수 있다.
리볼링 스텐실[편집]
기판에 직접 붙이는 칩셋류(그래픽카드 코어, SoC, 스마트폰 AP등)를 접합 하거나 수리할 때 쓰이는 틀을 리볼링 스텐실이라 부른다. 송송 뚫려 있는 구멍을 통해 납볼 또는 납 페이스트로 납을 배치하고 다시 재납땜 하는 것이다. 보통은 냉납으로 인해 접촉이 불량한 볼 들을 다시 재구성 하여 접촉불량을 해결해서 기기가 다시 원활하게 작동되도록 하는것도 있지만, PCB에 붙박이로 붙은 칩을 교체하거나 업그레이드하기 위해 교체할 때도 쓰이는 공법이다.
그 외 납땜 장비[편집]
그 외에도 히팅건, 오븐 등의 장비가 납땜에 사용된다. 전문적으로 부를때는 보통 리워크 스테이션이라고도 부른다. 취미로 하는 정도에서는 일반 인두기로도 충분하지만, SMD 정도에서는 히팅건을 갖추는 게 작업하기 훨씬 편해지고, BGA가 되면 인두기로는 아예 납땜이 불가능하다. 물론 납땜용으로 집에 있는 요리용 오븐을 사용했다가는 더 이상 그 오븐으로 요리를 할 수 없으므로 BGA를 자주 다뤄야 한다면 샌드위치용 소형 오븐을 납땜용으로 전용하기도 한다. 핀이 외부에 있는 IC라면 집녑의 납땜실력으로 납땜을 시도해 볼만 하지만 이거도 상당히 위험하다.
납 제거[편집]
납 제거 용도로 사용되는 도구는 납 흡입기, 솔더위크 등이 있다. 납 흡입기는 스프링이 들어간 주사기 같은 모양새로, 사용하기 전 손으로 스프링을 압축시켜 둔다. 그리고 납을 녹인 상태에서 흡입기를 갖다 대고 버튼을 누르면 스프링이 풀리면서 순간적으로 납을 빨아들이게 되어 있다. 반영구적이라는 장점이 있지만 스프링이 워낙 강력하기 때문에 세밀한 작업을 하기 쉽지 않고, 자칫 잘못하면 작업물을 망가트릴 수 있는 위험도 있다. 반영구적이라고는 해도 납이 많이 쌓이면 분해해서 청소도 해 줘야 하고, 사용하는 과정에서 납가루도 날아다니기도 한다. 솔더위크는 wick(양초나 램프 등의 심지)라는 이름처럼, 금속으로 엮어낸 끈처럼 생겼다. 납땜 부위에 솔더위크를 대고 납땜을 가열하면 솔더위크가 모세관 현상으로 납을 빨아들이게 된다. 어느 정도 납을 흡수한 솔더위크는 잘라내고 그 다음 부분을 다음 작업에 사용한다. 세밀한 작업이 가능하지만 소모품이라는 점이 단점이다. 이 같은 노력에도 동박 자체가 작은 경우는 진짜 하기 힘들다면 돈을 들여 전동 흡입기를 사는 게 더 낫다.[3]
동영상[편집]
각주[편집]
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
