땜납의 성분표와 녹는점, 비중, 땜납의 종류까지 알아보자

땜납의 성분표와 녹는점, 비중, 땜납의 종류까지 알아보자

땜납은 그 성분에서 크게 보면 납 함유 납과 무연 땜납 두 종류로 나뉘고,

또한 그 중에서 성분의 차이에서 녹는점이 다른 것이 다수 규격화되어 있습니다.

 

납 함유 납땜은 19종류,

납을 포함하지 않는 무연 납땜은 30종류의

합계 49종류가 JIS에서 규격으로 규정되어 있습니다.

 

납을 포함한 땜납은 공정 솔더라고도 부릅니다.

납의 비중은 납을 포함하는 것일수록 무겁고, 

가장 큰 것으로 11 정도, 보통은 7.3에서 7.4 전후의 비중인 것이 많습니다.

 

땜납의 성능과 특징

땜납의 성분이 다수 있는 것은 그 성능에 차이가 있기 때문입니다.

먼저 납을 포함하는 경우 산화 방지, 젖음 확산 향상, 먹힘 방지 등의 성능을 기대할 수 있습니다.

포함되어 있는 성분에 따라 이들 외에 끈기가 있거나 기계적 강도, 

마감 광택에 차이가 있습니다.

 

또한 용도에 따라 사용 편의성, 사용 편의성 등의 요소에도 관여합니다.

성분이 다르면 가격도 달라서 재료 비용도 차이가 납니다.

납을 사용하지 않는 이른바 무연 땜납의 경우는 기계적 강도가 더 강하다, 

비중이 가볍다, 전기 저항이 작다 등의 특징을 가집니다.

땜납이라고 하면 복수의 금속을 섞어 만드는 '합금'이기 때문에, 

이들 이종의 금속을 섞어 녹는점을 얼마나 낮출 수 있는가,

젖음성이나 흐름의 좋은 점을 얼마나 낼 수 있는가 하는 점이 중요합니다.

 

납의 융점

납 함유 땜납인 공정 땜납의 융점은 약 183℃, 

무연 땜납의 융점은 약 217℃라고 하는 것이 일반적이지만, 

땜납은 합금이기 때문에 융점을 보는 경우, 액상선 온도와 고상선 온도를 봅니다.

액상선 온도와 고상선 온도를 봅니다.

 

어폐를 두려워하지 않고 극히 단순화해서 말하면, 액상선 온도보다 높은 온도라면 

금속은 액체 상태로 존재하고, 고상선 온도보다 낮으면 개체로 존재하게 되지만, 

양자로 둘러싸이는 범위는 액체와 고체가 공존한다는 것이 됩니다.

 

땜납으로 말하는 곳의 융점은 주로 고상선 온도를 살펴봅니다.

 

땜납의 규격에서의 정의

JIS 규격의 정의에서는 납 함유 납땜은 '액상선 온도가 450℃ 미만인 용가재로 

납을 포함하는 땜납'으로 정의되어 있고, 무연납 땜납은 액상선 온도가 450℃ 미만인 용가재로 

납을 포함하지 않는 땜납의 총칭으로, 

 

시즈, 은, 안티몬, 비스무트, 구리, 인듐, 아연, 니켈, 게르마늄, 인 및 갈륨으로 이루어진

납분 0.10%(질량분율) 이하의 땜납으로 정의되어 있습니다.

 

납땜, 용접, 납땜의 관계

원래 납땜이란 녹는점이 450도 미만인 연로우를 이용한 납접을 말하며, 

이 납접이라는 것은 접합하는 모재를 녹이지 않고 젖음현상에 의해 접착하는 기술인데, 접착력의 강도로 보면,

용접 > 은납(경납) > 납땜(연납)

의 순서가 되어, 밀랍의 기술중에서는 가장 융점이 낮게 되는 반면, 

접착 강도는 약한 부류가 됩니다. 

 

밀랍에 사용하는 융점이 낮다는 것은, 모재나 그 주변 부재의 융점도 땜납보다 높으면 좋다고 하는 것이 되므로, 

사용할 수 있는 재료의 폭이 넓어집니다.

 

전자부품의 세계에서는 없어서는 안 되는 것이기도 하기 때문에, 

편리한 재료이지만, 환경이나 인체에 미치는 영향으로부터 안전한 납을 포함하지 않는 타입의 

납 프리 핸더는 녹는점이 높아, 취급이 어렵다는 것이 걸림돌이었습니다.

땜납의 세계에서는, 미묘한 녹는점의 차이가 그대로 마무리나 작업성에도 

영향을 미치기 때문에, 무연납 땜납이 소비자로부터 환영받는 한편, 장인들을 괴롭혀 왔습니다.

 

왜 무연 납땜이야?

전자부품 세계에서는 납 함유 납땜은 EU권의 RoHS 지령에 의해 

1000ppm 이하(0.1wt% 이하)라는 규제에 의해 납을 일정상 포함하는 

금속재료를 사실상 사용할 수 없게 되어 있습니다.

 

납 자체는 작업자가 흡입하거나 폐기 시 인체나 환경에 악영향을 미치기 때문에 

각국에서도 규제되어 제조 분야에서는 유해한 원소로서 다른 재료로 변경하는 대체화가 진행되고 있습니다.

 

이는 다른 공업분야도 마찬가지의 흐름으로 제조할 때, 

제품을 사용할 때, 폐기 및 재활용할 때의 각 국면에서 유해한 물질을 포함한 것은 사용하지 않는 방향에 있습니다.

단, 일부 성능이 제품의 안전상의 이유 등 사활 문제와 관계되는 경우는, 

납 함유 납땜이 지금도 사용되는 일이 있습니다.

 

무연 납땜의 특징

무연납은 좀처럼 녹지 않는(융점이 높다), 흐르지 않는(젖어 퍼짐성이 나쁘다), 

손질이 어렵다, 깨끗한 필렛을 만들기 어렵다, 지렛대 앞의 온도를 올리기 때문에 

표면이 산화하여 제거할 수 없게 된다, 

지렛대 먼저 먹히라고 불리는 구멍이 생겨 버리는 등의 문제가 당초 지적되었습니다.

녹는점이 높은 무연납 인두는 인두 끝 온도를 높여 사용하게 되는데, 

이로 인해 다양한 문제를 야기하여 사용을 어렵게 해왔습니다.

 

다만, 무연납이 주류가 됨에 따라, 여러가지 문제에 대해 응하는 제품이 개발되어 왔으며, 

현재는 기술적으로 손색이 없는 것을 만들 수 있도록 변화하고 있습니다.

 

땜납의 표시 기호

땜납은 성분을 한눈에 알 수 있도록 종류를 나타내는 기호가 정해져 있습니다.

이 기호의 표기 방법은 납을 포함한 납땜과 납을 포함하지 않은 무연땜과는 약간 차이가 있습니다.

 

납을 포함하는 납땜 | 공정 납땜 성분 기호

JIS 규격에서는 두 가지 표기방법이 정해져 있으며, 

예를 들어 Sn60Pb40이라는 기호의 땜납이 있을 경우 주석(Sn) 60%, 

납(Pb)이 40% 포함된 땜납임을 나타내고 있습니다.

이 땜납의 재료기호라고도 할 수 있는 표시방법에는 

또 하나의 표시방법이 있는데, H는 '한다'를 의미하는 약칭의 알파벳으로, 

60A가 주석을 60% 포함하는 것을 의미하고 있습니다.

 

60A는 일반용이지만 전자기기용은 이것이 60E이므로 H60E라는 표기 방법입니다.

 

무연 납땜용 성분 기호

JIS에서의 기호는 상기와 같이 2종류 있습니다.

Sn95.8Ag3.5Cu0.7
주석(Sn)이 95.8%, 은(Ag)이 3.5%, 구리(Cu)가 0.7% 포함된 것으로 나타났습니다.

이 표기 방법은 납 함유 솔더와 동일합니다.

또 하나의 기호 표기는

A35C7
라는 기호 표기가 됩니다.이 경우 A는 은, C는 구리를 나타내고 

숫자는 각각의 퍼센티지를 나타내고 있지만 주석 이외의 성분을 기재하는 규칙으로 되어 있습니다.

 

이 예로 말하면, 은이 3.5%, 구리가 0.7%라는 것이 됩니다.

납 함유 납땜 기호와 %의 자릿수가 다르다는 점에 주의해야 합니다.

0.035%라면 표기 기호에 넣지 않는다
0.35%라면 반올림하여 0.4%가 되고, 4로 기재
3.5%라면 35로 기재
35%라면 350으로 기재

이와 같이 무연 땜납의 또 다른 기호 표기 방법은 스즈(Sn) 이외의 함유량을 표기하는 형태가 됩니다.

 

기호에 사용하는 원소의 약호는 다음과 같습니다.

기호	원소이름
A	은
B	비스무트
C	구리
N	인듐
S	안티몬
Z	아연
Ni	니켈
Ge	게르마늄
P	인
Ga	갈륨

 

무연 실납과 납 함유 실납, 공정 실납의 성분표, 융점, 비중

납 함유 땜납, 공정 땜납의 성분, 융점, 비중

JIS에서는 3개의 합금 타입이 있고, 주석과 납을 함유하는 점은 모두 동일하지만, 

이 외에 비스무트가 합금 원소로 들어가는 것과 은이 들어가는 것이 있습니다.

 

기호 1	기호 2	Sn	Pb	Sb	Bi	Cd	Cu	Au	In	Ag	Al	As	Fe	Ni	Zn
Sn-Pb계(주석, 납 합금)	Sn95Pb5	H95A	94.5에서 95.5	잔부	0.20	0.10	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	224	7.4	－
	Sn63Pb37	H63A	62.5에서 63.5	잔부	0.20	0.10	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	183	8.4	101
	Sn63Pb37E	H63E	62.5에서 63.5	잔부	0.05	0.05	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	183	8.4	102
	Sn60Pb40	H60A	59.5에서 60.5	잔부	0.20	0.10	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	190	8.5	103
	Sn60Pb40E	H60E	59.5에서 60.5	잔부	0.05	0.05	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	190	8.5	104
	Pb50Sn50	H50A	49.5에서 50.5	잔부	0.20	0.10	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	215	8.9	111
	Pb50Sn50E	H50E	49.5에서 50.5	잔부	0.05	0.05	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	215	8.9	112
	Pb55Sn45	H45A	44.5에서 45.5	잔부	0.50	0.25	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	226	9.1	113
	Pb60Sn40	H45A	39.5에서 40.5	잔부	0.50	0.25	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	238	9.3	114
	Pb65Sn35	H35A	34.5에서 35.5	잔부	0.50	0.25	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	245	9.5	115
	Pb70Sn30	H30A	29.5에서 30.5	잔부	0.50	0.25	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	255	9.7	116
	Pb80Sn20	H20A	19.5에서 20.5	잔부	0.50	0.25	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	183	280	10.2	117
	Pb90Sn10	H10A	9.5에서 10.5	잔부	0.50	0.25	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	263	302	10.7	122
	Pb95Sn5	H5A	4.5에서 5.5	잔부	0.50	0.10	0.005	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	300	314	11.0	123

 

기호 1	기호 2	Sn	Pb	Sb	Bi	Cd	Cu	Au	In	Ag	Al	As	Fe	Ni	Zn
Sn-Pb-Bi계( 주석, 납, 비스무트의 합금)	Sn57Pb40Bi3	H57Bi3A	56.5에서 57.5	잔부	0.20	2.5에서 3.5	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	175	185	8.6	－
	Sn46Pb46Bi8	H46Bi8A	45.5에서 46.5	잔부	0.20	7.5에서 8.5	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	175	190	8.9	－
	Sn43Pb43Bi14	H43Bi14A	42.5에서 43.5	잔부	0.20	13.5에서 14.5	0.002	0.08	0.05	0.10	0.10	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	135	165	9.1	－

 

기호 1	기호 2	Sn	Pb	Sb	Bi	Cd	Cu	Au	In	Ag	Al	As	Fe	Ni	Zn
Sn-Pb-Ag계( 주석, 납, 은 합금)	Sn62Pb36Ag2	H62Ag2A	61.5에서 62.5	잔부	0.20	0.10	0.002	0.08	0.05	0.10	1.8から2.2	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	179	179	8.4	171
	Pb97.5Ag1.5Sn1	H1Ag1.5A	0.7에서 1.3	잔부	0.20	0.25	0.002	0.08	0.05	0.10	1.2から1.8	0.001	0.03	0.02	0.01	0.001	309	309	11.3	-

 

 

무연납의 성분, 융점, 비중

녹는점의 차이에 따라 고온계, 중고온계, 중온계, 중저온계, 저온계의 5가지로 편의상 구분되어 있습니다.

온도에 따른 구분	정의
고온계	고상선 온도 217℃ 이상이면서 액상선 온도 225 ℃ 이상
중고온계	고상선 온도 217℃ 이상이면서 액상선 온도 225 ℃ 미만
중온계	고상선 온도 150℃ 이상 217℃ 미만이면서 액상선 온도 200℃ 이상
중저온계	고상선 온도 150 ℃ 이상 또한 액상선 온도 200℃ 미만
저온계	고상선 온도 150 ℃ 미만

 

Sn-Ag-Cu계의 무연 땜납이 처음에는 가장 잘 보이는 것으로, 

이것은 주석이 약 96.5%, 은이 약 3%, 구리가 약 0.5%의 성분 조성의 것이었습니다.

 

무연 중에서는 우수한 젖음성으로 기계적 강도가 높고 열 스트레스에도 강하다는 특징이 있습니다.

단지, 여기에는 은이 포함되어 있어 금속 시세의 영향을 받기 쉽기 때문에, 

주석과 구리를 주체로 한 Sn-Cu계의 무연 땜납도 증가하고 있습니다.

 

또, 여기에는 Sn-Cu에 또 하나 미량에 첨가 원소를 첨가한 타입도 있고, 

젖음성이나 광택등을 Sn-Cu계에 비해 향상시킨 것도 있습니다.

 

주석과 구리를 주체로 한 납땜의 경우, 주석이 약 99%, 구리가 약 0.7%가 되어,

이쪽은 Sn-Ag-Cu계에 비하면 끈기를 가지고, 가격도 싸다는 특징이 있습니다.

Sn-Cu계에서의 주류가 되고 있는 것은 게르마늄과 니켈을 첨가한 것으로 JIS 규격에서는 A35C5NiGe가 이에 상당합니다.

 

땜납의 형상과 사이즈, 치수

형상과 사이즈, 치수는 가장 일반적인 선 모양으로 굵기가 되는 외경(직경)이 

1mm, 2mm, 3mm, 4mm로 4가지 패턴이 있습니다.

 

JIS 규격에서는 이 굵기의 치수 허용차는 ±0.1mm로 정해져 있습니다.

덧붙여 선상 뿐만이 아니라, 땜납에는 이하와 같은 형태가 있습니다.

 

 

 

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