솔더링의 7가지 도구

목차

• ・7가지 필수 도구
• ・리드 삽입 타입 전자부품의 솔더링
• ・칩 부품의 솔더링
• ・표면 실장 IC의 솔더링
• ・칼럼 : 단련할수록 편리해지는 가장 중요한 도구 「손」

전자회로는 프로토타이핑이나 실험을 반복하여 완성해 나가게 됩니다. 그 과정에서 꼭 필요한 기술이 수작업을 통한 솔더링이며, 이 기술의 수준에 따라 최종적인 완성도가 크게 달라집니다.

경우에 따라서는 납품하는 기판을 수작업으로 만들어 납품하거나, 고객이 제공한 기판에 직접 수정 작업을 하는 경우도 있을 것입니다.

솔더링에는 다양한 도구가 필요합니다 (그림 1). 본 기사에서는 솔더를 녹이는 「인두」 및 접합제인 「솔더」, 부품의 리드 와이어를 절단하는 니퍼 등 솔더링과 재작업에 사용하는 추천 도구를 소개하겠습니다. 야구 선수나 서예가, 의사 등 해당 분야의 일인자가 모두 도구에 많은 신경을 쓰는 것과 같이, 적절한 도구를 사용하는 것이 중요합니다.

(그림 1) 솔더링 및 재작업용 도구

7가지 필수 도구

1. 인두

인두 팁의 구조나 재질은 일본의 제품이 우수합니다. 주요 메이커는 HAKKO 주식회사 (HAKKO 브랜드)와 TAIYO 전기 산업 주식회사 (goot 브랜드)입니다.

인두 및 인두 거치대 세트가 편리

인두에는 다양한 종류가 있으며, 전형적인 인두는 아래의 2종류입니다.

• 1. 니크롬선 히터 타입
• 2. 세라믹 히터 타입

세라믹 히터 타입은 니크롬선 히터 타입보다 조금 고가입니다. 입문자에게는 세라믹 히터 타입의 인두와 인두 거치대 등이 세트로 구성된 제품 X-2000E (goot 브랜드)를 추천합니다.

추천 제품은 「온도 조절 기능을 탑재한 세라믹 타입」

니크롬선 히터 타입은 적정 온도로 유지하기 어렵습니다. 예산에 여유가 있다면, 온도 조절 기능을 탑재한 세라믹 타입을 강력하게 권장합니다.

온도 조절 기능이 있으면, 항상 솔더링이 용이한 적정 온도에서 작업이 가능하기 때문에, 수정 작업이 많을 때에도 스트레스를 받지 않고 솔더링을 재개할 수 있습니다.

대표적인 제품은 FX600 (HAKKO 브랜드) 및 PX201 (goot 브랜드)이 있습니다. 온도는 360℃로 설정하는 것이 좋습니다. 저의 경우, PX-335 / PX-338을 주로 사용하고 있습니다. 다이얼로 온도를 연속하여 조절 가능한 기능보다 가열 온도를 일정하게 유지하는 기능이 더 중요합니다.

인두가 2개 있으면 칩 부품도 두렵지 않다.

칩 부품을 제거할 때에는 인두가 2개 있으면 편리합니다. 칩의 패드 2개에 인두 팁을 동시에 접촉시켜 가열할 수 있기 때문입니다.

베타 패턴의 열 흡수 대책용으로 40W급의 니크롬선 타입을 1개 사용

인두의 열을 빼앗기기 쉬운 면적이 큰 베타 패턴에 부품을 솔더링하거나, 제거할 때에는 열 용량이 큰 (약 40W) 니크롬선 타입이 1개 있으면 편리합니다.

인두 팁을 항상 깨끗한 상태로 유지하면, 1년 이상 계속 사용할 수 있습니다. 인두는 사용하는 동안 열이 발생하는 부분 특히 인두 팁이 산화되어 검정색으로 변하게 됩니다.

2. 인두 거치대와 클리너

저렴한 제품이어도 상관없지만 방열되기 쉬운 인두 거치대를 사용하게 되면, 온도 조절 기능이 탑재된 고성능 인두라고 하더라도 온도를 유지할 수 없게 됩니다.

니크롬선 타입, 세라믹 타입, 각각 전용의 인두 거치대와 클리너를 세트로 사용하는 것이 좋습니다.

3. 클리너

클리너에는 다음과 같은 2가지 종류가 있습니다.

• 1. 물을 흡수시켜 사용하는 노란색 스폰지
• 2. 물을 사용하지 않는 철 수세미

저는 인두 팁을 청소할 때 인두 거치대가 움직이지 않도록 무게가 있는 스폰지 타입을 사용하고 있습니다. 스폰지 타입은 반드시 물을 흡수시켜 사용해야 합니다.

4. 니퍼

부품의 리드 와이어를 기판에 삽입한 후, 절단할 때 사용하는 필수 공구입니다. 저렴한 가격으로 손쉽게 입수할 수 있으며, 공구 메이커의 「정밀 니퍼」도 많이 판매되고 있습니다.

우수한 니퍼는 끝부분이 날카롭고 절삭력이 좋아 기판에 부품의 리드 와이어가 고정되어 있어도 확실하게 절단할 수 있습니다. 칼날 부분은 매우 섬세하기 때문에 강도가 높은 철사는 절단하지 않는 것이 좋습니다 (그림 2).

(그림 2) 칼날이 손상된 니퍼

인기가 있는 제품은 MN-A05 (마루토 하세가와 공작소, KEIBA 브랜드) 및 후지야의 니퍼입니다.

5. 솔더 흡입기, 솔더 흡착심지

솔더 흡입기, 솔더 흡착심지 모두 부품을 제거하거나 너무 많이 도포된 솔더를 제거할 때 사용하는 필수품입니다.

솔더 흡입기는 Through hole이 있는 프린트 기판의 재작업에 꼭 필요합니다. 성능 및 사용 편리성의 경우 메이커에 따라 차이가 거의 없습니다.

솔더 흡착심지는 표면 실장 부품을 제거할 때 자주 사용하지만, 제조 메이커는 많지 않습니다. 폭이 넓은 타입을 사용할 때에는 열 용량이 큰 인두가 필요하기 때문에, 폭이 좁은 타입이 편리합니다. 솔더 흡착심지는 소모품입니다.

6. 솔더

무연 타입과 유연 타입이 있습니다. 실험용으로는 작업성이 좋은 유연 타입을 추천합니다.

단, 프린트 기판용으로 판매되는 「플럭스가 충전된 솔더」를 사용하는 것이 좋습니다 (그림 3). 판금 공작용은 선택해서는 안됩니다.

(그림 3) Φ0.6의 플럭스 충전 솔더 “SE-56006” (goot 브랜드)의 단면

유연 타입을 사용하는 경우, 혼합비가 납 60% + 주석 40%인 타입이 입수하기 쉽기 때문에 사용이 편리합니다.

무연 타입은 소량으로는 입수하기 쉬운 제품이 많지 않습니다. Hozan의 Φ0.3, Φ0.6, Φ1.0과 같이 사이즈에 따라 100g~400g의 용량으로 취급하고 있습니다.

두께는 최소 Φ0.3, 최대 Φ1.0입니다. 저는 Φ0.6을 사용하여 표면 실장 부품도 솔더링하고 있습니다. Φ0.8과 Φ0.3을 용도에 따라 구분하여 사용하는 경우도 많습니다.

7. 핀셋

핀셋 역시 필수 공구입니다. 가격도 저렴한 제품도 많고 입수성도 좋기 때문에, 가격이나 성능에 관계없이 무조건 익숙한 제품을 사용하는 것이 좋습니다.

스테인레스의 비자성 타입으로 끝부분이 뾰족한 제품이 사용하기 편리하며, 좌우 끝이 완벽하게 일치되어야 합니다. 고가의 완전 비자성 티타늄 제품을 사용할 필요는 없습니다.

가격이 비싼 제품부터 저렴한 제품까지 다양한 핀셋을 사용해 보았지만, 제가 최종적으로 사용 중인 제품은 K-10 (KFI 브랜드)입니다.

핀셋은 끝부분이 매우 섬세합니다. 힘을 주게 되면 간단히 구부려지기 때문에, 지나치게 힘을 가하거나 떨어뜨리지 않도록 취급에 주의해야 합니다. 매일 현미경을 사용하는 생물학 연구자의 경우, 핀셋의 끝부분을 정성스럽게 연마해서 사용한다고 합니다.

기타 공구

확대경이나 드라이버, 와이어 스트리퍼 등도 필요에 따라 구비해두면 편리합니다.

리드 삽입 타입 전자부품의 솔더링

프린트 기판에 IC 소켓을 실장하는 경우의 실장 순서에 대해 설명하겠습니다 (그림 4).

(그림 4) 실장 전의 IC 소켓과 프린트 기판

먼저, 프린트 기판에 IC 소켓을 삽입합니다 (그림 5).

(그림 5) IC 소켓을 기판에 삽입한다.

인두 팁으로 프린트 기판의 패드와 부품의 리드를 1초 ~ 수초간 가열합니다 (그림 6). 원뿔형 인두 팁의 앞부분 온도는 크게 올라가지 않기 때문에, 인두 팁의 측면을 접촉시킵니다. 원뿔형 인두 팁 사용이 어려운 경우에는 마이너스 드라이버 타입의 인두 팁을 사용하는 것도 방법입니다.

(그림 6) 인두 팁으로 기판의 패드와 부품의 리드를 수초간 가열한다.

인두 팁은 항상 깨끗한 상태를 유지해야 합니다. 인두 팁이 산화되면 솔더가 잘 녹지 않게 됩니다. 일부라도 산화되었다면 새로운 제품으로 교환해야 합니다.

인두가 움직이지 않도록 패드와 부품의 리드 중간 위치에 솔더 와이어를 접촉시킵니다 (그림 7).

(그림 7) 패드와 부품의 리드 중간에 인두와 솔더 와이어를 접촉시킨다.

가열된 패드와 부품의 리드에 녹은 솔더가 흘러 들어가는 것을 확인하면서, 솔더 와이어를 계속 공급합니다 (그림 8). 이때 역시 인두는 움직이지 않도록 하고, 솔더가 자연스럽게 흐르도록 합니다. 솔더 와이어에 포함된 플럭스에 의해 녹은 솔더는 자연스럽게 퍼지게 됩니다. 인두 끝을 움직이게 되면 솔더가 덕지덕지 뭉치게 되어 지저분해집니다.

(그림 8) 패드와 리드가 솔더를 흡수하기 시작하면, 그대로 솔더를 계속 공급한다.

솔더의 공급을 서두르게 되면, 솔더가 방울 모양으로 튀게 됩니다. 플럭스가 급격하게 가열됨에 따라 파열하여 작은 방울 모양의 솔더 입자가 튀게 됩니다.

Through hole 안이 솔더로 가득 채워져, 솔더가 인두 팁에 볼록하게 올라오면 공급량은 충분합니다 (그림 9).

(그림 9) Through hole 안이 솔더로 가득 채워져, 솔더가 볼록해지면 솔더 와이어를 분리한다.

솔더 와이어를 분리하여 공급을 중단합니다. 이때에도 인두를 움직여서는 안됩니다.

마지막으로 인두를 직각으로 들어올립니다 (그림 10). 솔더가 적정 온도인 경우, 솔더가 인두를 따라 올라오지 않고 그대로 식어 굳어집니다. 솔더가 산과 같은 모양으로 광택이 나면 성공입니다 (그림 11). 이러한 광택은 유연의 경우 발생하지만, 무연의 경우에는 발생하지 않는 것이 많습니다.

(그림 10) 인두를 직각으로 들어 올린다.

(그림 11) 솔더가 산과 같은 형태로, 광택이 나면 성공

열이 식은 솔더가 뿔 모양으로 굳어지면 인두 팁의 온도가 적절하지 않았거나, 플럭스의 활성화가 이루어지지 않은 것입니다. 이러한 경우에는 솔더를 제거하고 온도를 조정한 후, 솔더 팁을 깨끗하게 닦아 다시 한번 작업을 하는 것이 좋습니다.

여러 개 존재하는 IC 소켓은 한번의 작업으로 모든 단자를 솔더링해서는 안됩니다. 먼저 한 개의 단자를 솔더링한 후, 소켓이 들뜨지 않았는지 눈으로 확인합니다. 소켓이 기판에 밀착되지 않고 들뜬 상태로 솔더가 냉각되어 고정되었으면 기판 면에 대해 수직 방향으로 가볍게 힘을 인가합니다 (그림 12). 손가락으로 소켓에 힘을 주면서 인두로 솔더를 녹여 소켓이 움직일 수 있도록 합니다. 소켓이 밀착되는 것을 확인한 후 나머지 단자를 솔더링합니다.

(그림 12) IC 소켓이 기판에서 들떠 있으면, 솔더를 녹이면서 손가락으로 밀어 밀착시킨다.

칩 부품의 솔더링

그림 13과 같은 칩 부품을 프린트 기판에 솔더링하는 방법에 대해 설명하겠습니다.

(그림 13) 자주 사용되는 1608 사이즈의 저항, 콘덴서, LED

그림 14는 솔더링 전의 프린트 기판입니다.

(그림 14) 솔더링 전의 실장용 패드와 칩 부품

먼저, 한쪽의 랜드에 극소량의 솔더를 도포합니다 (그림 15). 칩 부품의 경우 솔더는 적은 양으로도 문제없습니다. 볼록 올라오지 않도록 도포하는 것이 좋습니다.

(그림 15) 한쪽의 패드에 소량의 솔더를 도포한다.

사이즈가 1608 (1.6×0.8mm) 이상인 칩 부품의 경우, 솔더링은 어렵지 않습니다.

솔더가 도포된 패드에 인두를 접촉시켜 솔더를 가열합니다. 동시에 다른 손으로 핀셋을 사용하여 칩 부품을 적절한 위치로 이동시킵니다 (그림 16).

(그림 16) 소량 도포된 솔더를 인두로 가열하여 녹이고,
다른 손으로 핀셋을 사용하여 칩 부품의 위치를 조정한다.

칩 부품에 접촉된 인두와 핀셋을 순서대로 분리합니다 (그림 17).

(그림 17) 위치가 결정되면 (조정이 완료되면), 인두 → 핀셋의 순서로 분리한다.

칩 부품이 임시로 고정되면, 다른 한쪽의 패드를 솔더링합니다 (그림 18). 그림 19와 같아지면 완료입니다.

(그림 18) 솔더를 도포하지 않은 쪽의 패드에 인두와 솔더 와이어를 접촉시켜 가열한다.

(그림 19) 다른 한쪽의 패드에 솔더 도포를 완료한 상태

마지막으로, 소량의 솔더로 임시 고정한 단자에 솔더를 추가합니다 (그림 20).

(그림 20) 위치 조정을 위해 소량의 솔더를 도포한 단자에 솔더를 추가로 도포한다.

그림 21은 칩 부품에 솔더를 도포할 때의 적정량을 나타낸 그림입니다. 패드와 단자 단면에 확실하게 도포되어 있으며, 凹 형태의 필렛 (fillet)이 형성되어 있는 상태가 이상적입니다.

양산 시에는 리플로 (reflow) 장치를 사용하여 칩 부품을 솔더링합니다. 리플로 솔더링 시, 칩 부품에 도포되는 솔더의 양은 극소량이므로, 핸드 솔더링 시 동일한 상태를 구현하는 것은 매우 어렵습니다.

인두를 사용하여 솔더링하는 칩 부품의 Footprint 데이터를 조금 크게 작성하면 작업이 간단하고 확실해집니다. 그러나, Footprint가 클수록 좋다는 것은 아닙니다. 리플로 실장 시 Footprint가 크면, 솔더가 확실하게 도포되지 않습니다.

따라서, 양산용과 핸드 솔더링용의 Footprint를 2종류 준비하는 방법도 유용합니다.

(그림 21) 칩 부품의 솔더 적정량
패드와 단자 단면에 솔더가 확실하게 도포되어, 凹 타입의 필렛이 형성되어 있다.

표면 실장 IC의 솔더링

표면 실장 IC (그림 22) 역시, 칩 부품과 동일한 순서로 실장합니다. 그림 23은 IC를 실장하기 전의 패드 사진입니다.

(그림 22) 표면 실장 IC의 외관 (8핀 SOC)

(그림 23) 솔더링 전의 8핀 표면 실장 IC용 패드

가장 끝쪽의 패드에 솔더를 소량 도포합니다 (그림 24). 그림 25와 같아지면 완료입니다.

(그림 24) 1번 단자의 패드에 솔더를 소량 도포한다.

(그림 25) 1번 단자에 솔더를 도포한 후의 사진

인두를 접촉시켜 솔더를 녹인 후, 핀셋으로 IC를 집어 실장 위치를 조절하고 (그림 26), 인두를 분리합니다 (그림 27).

(그림 26) 소량의 솔더를 도포한 1번 단자를 가열하여 녹인 후,
핀셋을 사용하여 IC를 적절한 위치에 배치한다.

(그림 27) 핀셋과 인두를 IC에서 분리하면, IC가 임시 고정된다.

다음으로, 남은 핀을 솔더링합니다 (그림 28).

(그림 28) 남은 단자를 순서대로 솔더링한다.

인접된 핀과 연결되지 않았음을 확인합니다 (그림 29). 그림 30과 같이 측면에서도 확인합니다.

(그림 29) 솔더링 완료 (윗면 사진)

(그림 30) 솔더링 완료 (측면 사진)

칼럼 : 단련할수록 편리해지는 가장 중요한 도구 「손」

솔더링 중에는 손이 한 개 더 있었으면 하지만, 사람의 손은 2개밖에 없으니 제3의 손은 빨리 포기하는 것이 상책입니다.

바이스나 불독 클립, 세탁용 집게 등 여러가지 도구를 적극적으로 시험해 보시길 바랍니다. 익숙해지면, 보조 도구가 없어도 작업이 가능한 수준에 이르게 될 것입니다 (그림 31).

(그림 31) 와이어, 솔더, 인두를 컨트롤하여, 와이어에 예비 솔더를 도포한다.

참고 문헌
[1] Kaoru Zenyoji : ［VOD］ 동영상으로 함께 프린트 기판 개발 KiCad 초입문 【KiCad 6 대응 완전 매뉴얼】, ZEP 엔지니어링
[2] Kaoru Zenyoji : ［VOD］ 동영상으로 함께 프린트 기판 개발 KiCad 초입문 【KiCad 6 대응 프로의 완성 기술 101】, ZEP 엔지니어링