KR101193960B1 - 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 관한 것으로서, 팁에 대하여 해당 표면이 평활하고 도금물질의 밀착이 우수하도록 도금 전 처리 공정을 수행하는 1단계; 상기 도금 전 처리 공정이 완료된 팁에 니켈을 도금하는 니켈 도금 공정을 수행하는 2단계; 상기 니켈 도금 공정이 완료된 팁에 6가 크롬을 도금하는 크롬 도금 공정을 수행하는 3단계; 및, 상기 크롬 도금 공정이 완료된 팁을 중화액에 침지하여 중화처리하는 중화처리 공정을 수행하는 4단계를 포함하되, 상기 3단계에서, 상기 팁 표면에 6가 크롬이 10 ~ 20㎛의 두께로 도금되는 것을 특징으로 한다.

Description

솔더링 접합기기용 팁의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF TIP FOR SOLDERING DEVICE}

본 발명은 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 팁의 표면을 친환경적인 도금물질을 이용하여 도금 처리한 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 솔더(solder)는 넓은 의미로 450℃ 이하에서 용융되며 연성을 가지는 물질이다.

구체적으로는 주석(Sn) 60%(혹은 70%)와 납(Pb) 40%(혹은 30%)를 주성분으로 한 합금(Sn-Pb) 형태의 솔더를 정의하지만, 현재는 RoHS(Restriction of Hazardous Substances Directive; 유해물질 제한지침) 등의 환경 규제 등에 따라 인체나 환경에 유해한 납을 함유하지 않는 무연 솔더(주석 96.5% + 은 3% + 구리 0.5%)로 대체되고 있다.

한편, 솔더링이란 접합하고자 하는 금속보다 녹는점이 낮은 별도의 금속 또는 합금을 녹인 상태에서 모재의 금속과 알맞게 접합하는 것으로, 현재 전자기기 제조에 필수적인 접합방법이다.

보통 납과 주석의 합금을 녹임으로써 모재의 금속편을 접합하는 공정이며, 이 경우 납과 주석의 합금이 모재의 금속과 합금화하는 아주 작은 부분을 제외하고는 모재의 금속은 녹지 않고 고체 그대로의 상태가 된다.

흔히 납땜이라고 알려져 있는 접합 방법은 납-주석 제조 공정으로 오랫동안 처리되어 왔으나, 납의 유해성으로 인한 사용 규제 방침에 따라 최근 인체 유해원소가 포함되지 않은 무연 솔더링이 떠오르고 있다.

이와 같은 솔더링은 두 개의 금속끼리 접합하여 전도성을 양호하게 하는 전기적 접속과, 두 개의 금속을 접합하여 그 위치를 고정하는 기계적인 접속 작용을 수행하며, 접합부 내로 물이나 공기, 기름 등의 이물질 침입방지, 내부 산화 및 기타 불필요한 화학반응을 방지하는 밀폐 효과와, 표면의 솔더 도금 또는 솔더 코팅으로 금속 표면을 방청하는 방청 효과와, 표면의 솔더 도금 또는 솔더 코팅에 의한 젖음성 향상 등의 효과를 지닌다.

또한, 이와 같은 솔더링은 공정 비용이 저렴하고 접합법이 간단하여 작업성이 우수하며, 고장 부품들을 간단하게 교체할 수 있을 뿐만 아니라, 저온 및 단시간 작업으로 인해 열에 약한 부품들의 손상 없이 접합이 가능하고, 프린트 배선판 상의 많은 접속부를 동시에 접속할 수 있는 장점이 있다.

전술한 바와 같은 솔더링과 관련된 기술은 일반적으로 전기 인두기라 불리는 솔더링 접합기기와, 이 접합기기의 열을 조절하는 솔더링 시스템과, PCB 기판 등에 접합된 솔더를 제거하는 디솔더링 시스템으로 대별할 수 있다.

상기 솔더링 접합기기의 팁은 솔더링 접합기기의 히터의 열을 솔더 접합부로 전달하는 솔더링 접합기기의 필수 부위이다.

그러므로, 솔더링 접합기기의 팁을 어떠한 공정으로 제조하는가 하는 문제는 솔더링 접합기기를 제조하는 업체의 가장 큰 기술 자산이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 대부분의 솔더링 팁의 코어는 무산소 구리(Cu)로 만들어져 PCB 등 솔더링 처리 대상에게 열을 전달하게 된다.

상기 구리 코어(1)에 철(Fe,2)을 사용하여 500㎛ 정도 도금함으로써 솔더링 과정 중 솔더와 플럭스 등의 다양한 요소들로 인한 부식으로부터 구리 코어(1)를 보호하게 된다.

그리고, 상기 팁 표면에 6가 크롬(3)을 추가적으로 40 ~ 60㎛ 정도 도금함으로써 철(2) 도금의 부식을 방지하고, 기계적인 강도를 가짐과 동시에 솔더가 팁 끝에서부터 타고 올라와 팁의 윗부분으로 솔더링되어 팁의 수명을 감소시키는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 팁의 선단 부위만을 연마하여 6가 크롬을 제거한 다음 주석으로 5㎛ 정도를 도금하여 광택을 유지하고 산화를 방지하게 된다.

상기 6가 크롬(3)은 일반도금보다 더욱 선명하고 광택이 지속적으로 유지되고, 세척 및 관리가 용이하며, 도금 자체가 뜨거나 갈라지지 않는 장점이 있을 뿐만 아니라, 일반 도금에 비해 흠집도 잘 나지 않는 기계적인 강도를 유지하는 장점이 있다.

하지만, 현재 솔더링 팁에 적용되던 6가 크롬(3)은 내열성과 내식성이 좋아 도금, 안료 등에 많이 사용되고 있지만 코 흘림, 재채기, 코피, 경련, 천식, 폐암, 신장 및 간 손상, 급사 등을 일으킬 수 있는 인체에 치명적인 물질로서, 인체의 유해성으로 인해 EU에서는 2006년 RoHS를 제정하여 일정 기준량 이상을 함유 시 수입을 금하도록 하고 있다.

그리고, 유럽뿐만 아니라 중국과 미국도 RoHS를 제정하여 6가 크롬(3)을 일정량 함유한 제품은 더 이상 수출이 어려워지고 있는 현실이다.

이에, 상기 6가 크롬(3)과 같은 규제 물질을 사용하지 않고 그 대체 물질 또는 대체 공정을 개발하는 것이 무엇보다도 중요하며, 그린 성장의 중요성과 친환경적인 정책이 지속적으로 적용되고 있는 현실에서 6가 크롬(3)과 같은 규제 물질을 사용하지 않는 친환경 기업의 필요성이 그 어느 때보다도 중요하다고 하겠다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, RoHS 규제 대응을 위한 친환경물질 기반의 솔더링 접합기기를 제조하되, 특히 6가 크롬 검출치를 기준치 이하로 개선할 수 있는 도금 공정을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법은, 팁의 도금 공정을 포함하는 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 있어서, 상기 팁에 대하여 해당 표면이 평활하고 도금물질의 밀착이 우수하도록 도금 전 처리 공정을 수행하는 1단계; 상기 도금 전 처리 공정이 완료된 팁에 니켈을 도금하는 니켈 도금 공정을 수행하는 2단계; 상기 니켈 도금 공정이 완료된 팁에 6가 크롬을 도금하는 크롬 도금 공정을 수행하는 3단계; 및, 상기 크롬 도금 공정이 완료된 팁을 중화액에 침지하여 중화처리하는 중화처리 공정을 수행하는 4단계를 포함하되, 상기 3단계에서, 상기 팁 표면에 6가 크롬이 10 ~ 20㎛의 두께로 도금되는 것을 특징으로 한다.

상기 도금 전 처리 공정은 상기 팁을 산처리 하는 공정과, 팁의 표면을 연마하는 연삭 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 1단계 내지 4단계의 각 단계 사이에는 세척 공정이 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 니켈 도금 공정은 황산 니켈 100 중량부에 대하여, 염화 니켈 10 ~ 20 중량부를 함유하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 니켈 도금 공정은 40 ~ 55℃ 사이의 온도 조건에서, 상기 니켈과 적정량의 광택제와 잔량의 물을 포함하는 광택 니켈 도금액에 약 3 ~ 7V의 전압으로 40 ~ 60분 동안 침지하는 것을 특징으로 한다.

전술한 바와 같은 구성의 본 발명에 따른 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 의하면, 종래의 6가 크롬 적용 접합기기의 팁과 유사한 기계적 강도를 가지는 효과가 있다.

또한, 종래의 팁 수명인 1.8만회보다 한층 향상된 2만회 이상의 수명을 갖는다.

그리고, 높은 작업 온도에서도 열변형 혹은 과도한 부식이 발생하지 않는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 솔더링 접합기기용 팁을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 솔더링 접합기기용 팁의 도금 공정을 나타내는 공정도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 솔더링 접합기기용 팁의 도금층을 나타내는 사진이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 비교예에 따른 솔더링 접합기기용 팁의 도금층을 나타내는 사진이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 관한 것으로, 솔더링 접합기기용 팁의 표면처리, 특히 도금처리에 대한 방법을 제공하는데 주안점이 있다.

본 발명에 따른 솔더링 접합기기용 팁을 제조하는 전체 공정 중 도금 공정에 관해 도 2를 참조하여 설명하면, 먼저 도금을 하고자 하는 솔더링 접합기기용 팁의 구리 코어를 초산이나 염산에 담가 서어징하여 상기 구리 코어의 표면에 생긴 산화 피막층을 제거하고, 이와 동시에 새로운 금속면을 노출시켜서 외관과 밀착성을 향상시키는 산처리(acidification) 공정을 수행한다.

이후, 연삭 공정을 수행하게 된다.

상기 연삭 공정은 상기 팁의 전체 표면을 매끄럽게 연마하기 위한 공정으로 연마석은 통상의 연마재료를 사용하는 것이 바람직하며, 기계 종류에 따라 회전 연삭, 진동 연삭, 원심 연삭 등의 다양한 연삭 공정을 채택하는 것이 바람직하다.

이와 같은 산처리 공정 및 연삭 공정은 상기 팁에 대하여 해당 표면이 평활하고 도금물질의 밀착이 우수하도록 하는 도금 전 처리 공정이다.

다음으로, 세척 공정을 수행한 후, 상기 연삭 공정을 마친 팁 위에 니켈(Ni)을 사용하여 30 ~ 40㎛ 정도의 두께로 도금한다.

여기서, 상기 니켈 도금은 황산 니켈 100 중량부에 대하여, 염화 니켈이 10 ~ 20 중량부를 함유하고 있는 것이 바람직하다.

이와 같은 니켈 도금은, 40 ~ 55℃ 사이의 온도 조건에서, 상기 니켈과 적정량의 광택제와 잔량의 물을 포함하는 광택 니켈 도금액에 약 3 ~ 7V의 전압으로 40 ~ 60분 동안 침지하였다가 세척하는 공정으로 이루어진다.

이와 같은 도금 조건을 통해, 상기 구리 코어에 니켈을 도금할 경우, 솔더링 과정 중 솔더와 플럭스 등의 다양한 요소들로 인한 부식으로부터 구리 코어를 보호할 수 있게 된다.

이때, 상기 니켈 도금의 두께가 30 ~ 40㎛ 범위가 되도록 하는 것이 솔더링 과정 중의 내부식성 확보에 바람직하다.

다음으로, 상기 팁 표면에 6가 크롬을 10 ~ 20㎛ 정도의 두께로 도금한다.

이와 같은 범위로 이루어지는 상기 6가 크롬 도금 공정은 솔더링 접합기기용 팁의 표면에 내마모성이 부여되며 크롬 금속 특유의 광택을 부여할 수 있게 된다.

더불어, 상기 6가 크롬 도금 공정은, 일반도금보다 더욱 선명하고 광택이 지속적으로 유지되고, 세척 및 관리가 용이하며, 도금 자체가 뜨거나 갈라지지 않는 장점이 있을 뿐만 아니라, 일반 도금에 비해 흠집도 잘 나지 않는 기계적인 강도를 유지하는 장점이 있다.

특히, 상기 6가 크롬 도금 공정은 종래의 6가 크롬 도금 공정과 비교하여 6가 크롬 도금의 두께를 대략 70% 정도 줄이게 되므로, 환경 친화적이면서 환경 오염을 줄이는데 일조하게 된다.

다음으로, 세척 공정을 수행한 후에 상기 팁을 황산 소다를 포함하고 있는 20 ~ 30℃의 온도의 중화액에 약 60분 동안 침지하여 중화처리하는 단계를 수행한다.

<시험예>

본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 솔더링 접합기기용 팁의 수명에 대한 시험값을 알아보기 위하여, 상기 실시예 내지 비교예에 의해 제조된 솔더링 접합기기용 팁에 대한 수명 시험을 실시한다.

○ 팁 수명 시험 방법

①시험에 사용된 솔더링 접합기기: Kester(미국), 직경 0.8mm, Pb-free(주석(Sn) 96.5%, 은(Ag) 3%, 구리(Cu) 0.5%)

②시험에 사용된 솔더링 접합기기용 팁: 길이 13mm, 반경 0.5mm

먼저, 상기 솔더링 접합기기를 1 초에 10mm씩 팁의 끝 부분에 자동으로 주입하고, 2초간 중지하는 것을 1회로 한다.

주입된 솔더(Solder)는 팁의 끝 부분에서 녹으며, 열 스트레스를 계속 가함으로써, 팁의 표면에 파괴가 발생하여 팁에 구멍이 발생한 시점을 팁의 수명으로 간주한다. 이때 본체의 작업온도는 450±20℃로 설정한다.

상기 팁의 수명 시험을 실시하기 전에 각 시료의 팁 단면을 와이어 커팅머신으로 절개하고 마운팅 프레스 머신과 폴리싱 머신으로 가공하여 시편을 제작하였다.

도 2 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 및 비교예의 시료 단면을 광학 현미경으로 촬영하여 팁 표면 상태의 영상을 획득하였다.

상기 표 1은 본 발명에 따른 실시예와 비교예의 수명 시험 횟수와 납 및 6가 크롬 검출 유무를 나타낸 것으로, 시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 수명 시험 횟수가 다른 비교예와 대비하여 월등한 결과값을 나타내고 있으며, 유해물질 검출 시험에서도 납(Pb)과 6가 크롬이 발견되지 않았음을 알 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 실시 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 있게 된다.

Claims (5)

1. 팁의 도금 공정을 포함하는 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법에 있어서,
   상기 팁에 대하여 해당 표면이 평활하고 도금물질의 밀착이 우수하도록 하며, 상기 팁을 산처리 하는 공정과, 팁의 표면을 연마하는 연삭 공정을 포함하는 도금 전 처리 공정을 수행하는 1단계;
   상기 도금 전 처리 공정이 완료된 팁을 40 ~ 55℃ 사이의 온도 조건에서, 니켈과 적정량의 광택제와 잔량의 물을 포함하는 광택 니켈 도금액에 3 ~ 7V의 전압으로 40 ~ 60분 동안 침지하며, 황산 니켈 100 중량부에 대하여, 염화 니켈 10 ~ 20 중량부를 함유하는 니켈 도금 공정을 수행하는 2단계;
   상기 니켈 도금 공정이 완료된 팁에 6가 크롬을 도금하는 크롬 도금 공정을 수행하는 3단계; 및,
   상기 크롬 도금 공정이 완료된 팁을 중화액에 침지하여 중화처리하는 중화처리 공정을 수행하는 4단계를 포함하되,
   상기 2단계에서, 상기 팁 표면에 니켈이 30 ~ 40㎛의 두께로 도금되며,
   상기 3단계에서, 상기 팁 표면에 6가 크롬이 10 ~ 20㎛의 두께로 도금되는 것을 특징으로 하는 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 1단계 내지 4단계의 각 단계 사이에는 세척 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 솔더링 접합기기용 팁의 제조방법.
   
4. 삭제
5. 삭제

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