플럭스(Flux): 솔더는 어떻게 작동하나요?

나는 오랫동안 납땜을 해왔고 내 능력에 자부심을 가지고 있습니다. 제가 최고의 솔더 슬링어라고 말할 수는 없지만 적어도 스루홀 및 "전통적인" 솔더링에 대해서는 이 필수적인 작업 기술을 꽤 잘합니다. 저는 아직 SMD에 대해 많은 연습을 해본 적이 없습니다. 나는 거의 모든 종류의 전선이나 도체에서 전기적으로나 기계적으로 건전하고 견고하며 안정적인 접합부를 만들 수 있다고 확신합니다.

하지만 우리 중 많은 사람들처럼 나도 납땜을 실용적인 기술로 배웠습니다. 땜납과 철분을 함께 넣고, 결과를 관찰하고, 효과가 있는 작업을 반복하고 그렇지 않은 작업은 피하십시오. 약간의 내부 정보를 추가하면 내 기술을 향상하는 데 도움이 될 것 같아서 납땜 접합부 내부에서 기계적, 화학적으로 어떤 일이 일어나는지 배우기 시작했습니다.

다른 금속 가공 방법과 마찬가지로 납땜에도 엄격한 정의가 있다는 것은 그리 놀라운 일이 아닙니다. 납땜은 접합부에 용가재를 녹여 금속을 접합하는 것입니다. 용접과 달리 용가재(납땜)만 녹습니다. 결합되는 금속은 일반적으로 땜납보다 녹는점이 훨씬 높습니다. 브레이징은 이 점에서 납땜과 유사합니다. 브레이징의 용가재는 납땜보다 훨씬 높은 온도에서 녹지만 접합된 금속은 여전히 ​​녹지 않습니다.

솔더 자체의 야금학적 세부 사항을 완전히 논의하려면 많은 양이 필요할 수 있지만 우리의 목적에 있어서는 매우 간단한 내용입니다. 땜납은 특정 온도에서 녹도록 설계된 합금일 뿐입니다. 전자 제품 용도의 경우 수년간 납땜의 왕은 주석 60%와 납 40%의 합금이었습니다. 환경 문제에 대한 새로운 규정으로 인해 다양한 무연 합금이 개발되었지만 구성이 무엇이든 솔더의 작업은 매우 간단합니다. 솔더는 예측 가능한 온도에서 녹고 응고될 때 기계적, 전기적 특성을 유지해야 합니다. 즉, 솔더는 접합부에 바람직하지 않은 전기적 특성을 도입하지 않고 접합부를 물리적으로 결합할 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다.

하지만 솔더는 단순히 녹이고 굳히는 것 이상의 역할을 해야 합니다. 사람들은 땜납을 일종의 "금속 접착제"로 생각하는 것 같습니다. 땜납을 액체로 바르고 단단하게 굳혀서 접합부를 고정시키는 것입니다. 그러나 그것은 그림의 일부일뿐입니다. 납땜된 접합부가 전기적으로나 기계적으로 건전하려면 납땜이 접합할 금속을 적셔야 합니다. 납땜과 관련하여 습윤은 용융된 납땜이 부분적으로 구리 기본 금속에 용해되어 일부는 납땜이고 일부는 구리인 영역을 형성하는 프로세스입니다. 이는 금속간 결합을 생성하며 납땜의 핵심입니다. 대부분의 땜납에서 용융 주석은 구리 기판에 용해되어 접합부를 전기적, 기계적으로 안정화시키는 금속간 결합을 형성하는 주요 용매입니다.

좋은 납땜 접합을 위해서는 금속간 화합물이 필요하지만, 많은 것들이 그렇듯 좋은 것도 너무 많으면 오히려 해가 될 수 있습니다. 금속간화합물은 부서지기 쉬운 경향이 있으므로 금속간화합물 층이 너무 두꺼우면 접합이 기계적으로 약해질 수 있습니다. 기계적 불안정성을 추가하는 금속간 화합물 층 내에 공극이 있을 수도 있습니다.

우리 모두는 플럭스가 고품질 솔더 조인트에 매우 중요하다는 것을 알고 있습니다. 그러나 플럭스는 정확히 무엇이고 솔더 제조업체는 왜 플럭스를 솔더 와이어 코어에 넣는 데 어려움을 겪을까요?

플럭스의 중요성은 솔더의 치명적인 적인 금속 산화물과 싸우는 능력 때문입니다. 금속 산화물은 납땜 접합에 좋지 않습니다. 금속 산화물 코팅이 있는 경우 납땜은 접합부를 적절하게 적시지 않습니다. 플럭스는 금속 산화물을 제거하고 접합부가 납땜되는 동안 이를 수행하도록 설계되었습니다. 금속을 사전 세척해도 금속이 절단되지 않습니다. 솔더가 흐를 때 대기 산소는 솔더 습윤을 손상시킬 만큼 금속 산화물 층을 재구성했습니다.

전자 납땜에는 일반적으로 로진으로 만들어진 플럭스가 있습니다. 로진은 소나무, 특히 미국산 로진의 경우 로블로리 소나무와 긴잎 소나무에서 추출한 천연 제품입니다. 실온에서는 다소 불활성이지만 액화되면 산성이 높고 녹는점이 납땜보다 약간 낮다는 장점이 있습니다. 따라서 전자 솔더의 로진 코어는 솔더보다 먼저 녹아 조인트 내부와 주변으로 흘러갑니다. 산성 액체는 금속 산화물과 반응하여 땜납이 젖을 수 있는 깨끗한 금속을 노출시킵니다. 산성 액체 플럭스는 금속 산화물을 금속염과 물로 변환하는데, 이는 일반적으로 응고될 때 플럭스에 갇혀 있습니다. 반응 생성물은 일반적으로 해당 시점에서 무해하지만 일부 공정에서는 여전히 사용된 플럭스를 제거해야 합니다.