[신제조공학실험]젖음성 Test (Wetting Balance) 1부

실험 목적

1. 특정온도에서 용융 솔더가 시험편(lead)에 젖어드는 특성을 시간의 변화에 따른 젖음력의 그래프로 나타내어, Solder의 젖음력과 젖음 시간을 정량적으로 측정하는 기본물성 평가 방법이다.

 

2. 이러한 평가를 통하여, soldering시 부품에 대한 Solder의 젖음 수준이 예측 가능하기 때문에 Solder접합부의 필렛(Fillet)형성 불량 등을 사전에 방지할 수 있다.

실험 이론 및 원리 - 1

1. Flux

1) Flux의 종류

① 구성재료에 따른 분류 : 플럭스는 그 구성 재료에 따라 수지계(水,指系), 유기계(有耭係), 무기계(無耭係)로 분류되며 전자기기에 사용하는 플럭스는 수지 계가 주류를 이루고 있다. 수지계의 재료에는 주로 로진, 변성로 진, 합성수지 등이 있으며, 로진은 소나무 등 침엽수의 수지를 정제하여 만든다. 로진계 플럭스에는 활성화의 정도에 따라 활성 로진과 비활성 로진으로 나뉘며 활성로진 내에서 그 정도에 따라 또 한번 RMA(rosin mildly activated), RA(rosin activated), R(rosin)형으로 나뉜다.

② RA(rosin active)형은 활성력이 너무 강하기 때문에 전자 분야에는 잘 사용하지 않으며, 현재 RMA형 플럭스가 가장 활발하게 사용되고 있다. 플럭스는 보통 로진, 이소프로필 알콜(Isopropyl alchohol, IPA) 또는 물(Water), 활성제(할로겐원소 0.2%이하), 기타 미량 첨가물로 구성되어 있다. 플럭스를 선택할 대에는 솔더오 모재의 종류, 솔더링 온도와 시간, 솔더링 온도와 시간, 솔더링 후 플러스 잔사분의 부식성, 전기적 특성을 고려하여야 한다

 

③ 수용성과 비수용성 : 솔더링에 사용되는 플럭스는 수용성과 비수용성으로 크게 나눌 수 있는데, 환경문제와 맞물려 최근에는 수용성 플럭스의 사용이 선호 되는 추세이다. 수용성 플럭스는 부식성이 있기 때문에 솔더링 후 에 수세, 중화 등의 세정공정이 필요하다. 수용성과 비수용성 플럭 스는 솔더와 모재 중의 산화물과의 반응에 의해 생성된 반응 생성 물을 녹일 목적으로 수지나 운반제(Vehicle)을 포함하고 있다.

 

④ 사용목적에 따른 분류 : 플럭스를 사용목적에 따라 분류하면 금속의 장기적 보호에 사용되 는 프리 플럭스(Free Flux)와, 일반 자동 솔더링시 사용되는 포스 트 플럭스(Post Flux), 절연 특성을 위해 사용되는 절연 플럭스가 있다.

 

⑤ 플럭스는 Soldering 후 잔사량의 많고 적음에 따라 구분하기도 하는데, 잔사량이 1/10 이 상인 일반적인 Flux와 잔사량이 1/10이하인 저잔사 플럭스로 구분된다.

 

• 플럭스를 형태상으로 분류 시 고체 플럭스, 액체 플럭스, 페이스트 플럭스로 나눌 수 있다.

플럭스의 종류

로진계 플럭스	활성 Rosin (RMA,RA,RSA)	• 로진(rosin)에 amine hydrocholoride, oleic acid, 유상 등을 가한 것으로 부식성
	비활성 Rosin	• 가장 부식성이 적고 작용도 약함 • 알코올, 석유 용재로 액상 혹은 페이스트상으로 이용함
무기계 플럭스	염화아연계	• 단독 또는 소량의 제1주석을 첨가하여 사용한다. • 부식성이 강하여 솔더링 후 온수로 세척이 필요하다. • 프린트 배선판에는 사용불가
	염화아연-염화 암모니아계	• 철-아연 합금, 스테인레스용으로 부식성이 있다. • 프린트 배선판에는 사용불가.
수용성 플럭스	Salts Acids Amine	• 강함 플럭스 작용을 가짐 • 부식성이 강하고, 도전성이 높아서 잔유물을 완전히 제거 해야 한다. • 수용성이므로 물로 세척이 용이함. • 제조원가 절감.
유기계 플럭스	Glutamine산 염산염요소 Ethylene-Diamine Sterin산 염산염	• 잔유물의 흡수성은 무기염보다 적음 • 열적 안정성이 요구되는 곳에는 적용불가 (열적안정성 낮음) • 가열시 급속히 분해되어 불활성 잔사물을 남긴다. • 구조용, 전기용으로 주로 이용

2) Flux의 역할

① 솔더의 표면장력을 저하시키는 작용

용융된 솔더는 큰 표면장력을 가지고 있다. 플럭스는 이 솔더의 표면 장력을 저하시켜 금 속 표면에 솔더가 잘 퍼지게한다. ->젖음력 향상.

② 산화막제거 작용

금속모재는 통상적으로 산화막으로 덮여있다. 플럭스는 이러한 금속표면의 산화막을 용해 제거한다.

③ 산화방지 작용

상온에 비하여 고온의 금속표면 및 용융상태의 솔더는 산화되기 쉽다. 플럭스는 청정한 금속 표면을 재빨리 덮어 산화를 방지한다. 일반적으로 금속표면이 공기 중에 노출되면 공기분자의 일부는 금속표면과 반응하여 산화막을 형성한다. 이런 상태에서 금속표면에 플럭스를 도포하면 플럭스가 금속표면에 젖으며 퍼진다. 이런 성질을 젖음특성(wetting characteristics)라고 한다. 액상 플럭스가 금속의 산화물 층을 잘 젖게 하면 산화물을 제거하고, 청정한 금속표면을 회복할 수 있다. 플럭스에 의해 순수 금속표면이 드러난 상태에서 솔더링 작업온도에 도달하면 솔더가 퍼지며 플럭스는 쉽게 제거된다. 이 때, 솔더와 모재간의 상호 금속 침투가 일어나며, 솔더와 모재가 결합된다.

3) Flux의 주요 성분

송진(rosin, resin), 시너(thinner), 활성제(Activator)등 으로 구성되어 있다.

구성성분	사용목적	재료명
기본재(20-30wt%)	1.솔더링 표면의 청정 2.솔더링시 재산화 방지	로진
활성제(0.2-1.0%)	솔더링 표면의 청정	아민, 아민염산염
용제(70-80%)	플럭스의 점도 조정	알코올, 물 등

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