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Disturbed Joint (흔들린 조인트)

Disturbed Joint란, 납이 굳어가는 중에 접합부가 움직였을 때 발생하는 납땜 불량을 의미합니다.
이 경우 접합부 표면은 서리 낀 듯 흐릿하게 보이거나, 결정질(crystalline) 또는 거친 표면으로 나타날 수 있습니다.

이런 형태는 종종 ‘콜드 조인트(cold joint)’라고 불리지만, 겉모습만 비슷할 뿐 원인은 전혀 다릅니다.

■ Repair (수리)

이 불량은 접합부를 다시 가열한 뒤, 완전히 움직이지 않는 상태에서 자연스럽게 식히면 복구할 수 있습니다.

■ Prevention (예방)

접합부를 확실히 고정하고 작업물을 바이스(vice)나 고정 장비로 안정적으로 잡아두는 등 적절한 준비와 고정 절차를 지키면 흔들린 조인트 발생을 예방할 수 있습니다.

Cold Joint — 콜드 조인트(냉납)

‘Cold Joint’란 납이 완전히 녹지 않은 상태에서 만들어진 납땜 접합을 말합니다. 이 경우 표면이 거칠거나 울퉁불퉁하게 보이는 것이 특징입니다.

콜드 조인트는 신뢰성이 매우 낮으며, 전기적 결합이 약해지고 시간이 지나면서 균열(crack)이 발생할 수 있습니다.

■ Repair (수리)

콜드 조인트는 보통 접합부를 다시 가열해 납이 제대로 녹아 흐르도록 해주는 것 만으로도 수리할 수 있습니다.

사진과 같은 많은 콜드 조인트는 동시에 납이 과도하게 많이 사용된 경우도 흔합니다. 과도한 납은 인두 팁으로 흡수하거나 정리하여 제거할 수 있습니다

■ Prevention (예방)

충분히 예열된 인두기, 적절한 출력(power)을 가진 장비를 사용하면 발생을 효과적으로 예방할 수 있습니다.

Overheated Joint — 과열된 조인트

반대 극단에는 과열된 조인트(Overheated Joint)가 있습니다.
이 경우 납은 아직 제대로 흐르지 않았으며, 탄 플럭스 잔여물이 남아 있어 접합을 고치기 어렵게 만듭니다.

■ Repair (수리)

과열된 조인트는 보통 접합부를 먼저 깨끗이 청소한 뒤 수리할 수 있습니다.

칼끝으로 탄 플럭스를 조심스럽게 긁어내거나, 소량의 이소프로필 알코올(IPA)과 칫솔을 사용하면 탄 찌꺼기를 제거할 수 있습니다.

■ Prevention (예방)

깨끗하고 적절히 가열된 인두 팁, 올바른 준비 과정, 접합부의 사전 청소 이 세 가지를 철저히 지키면 과열된 조인트를 예방할 수 있습니다.

Insufficient Wetting (Pad) — 패드 젖음 부족

아래의 두 접합 사례는 모두 납이 패드에 충분히 젖지 않은(insufficient wetting) 상황을 보여줍니다.
납은 리드(부품 다리)에는 잘 젖었지만, 패드와는 제대로 결합하지 못한 상태입니다.

이는 회로기판(PCB)이 더럽거나 산화된 경우, 패드와 핀 둘 다 고르게 가열하지 않은 경우 발생할 수 있습니다.

■ Repair (수리)

이 문제는 대개 가열된 인두 팁을 접합부의 바닥(패드·리드가 만나는 부분)에 대고, 납이 흐르면서 패드를 고르게 덮을 때까지 납을 추가하면 쉽게 고칠 수 있습니다. 

■ Prevention (예방)

PCB를 청결하게 유지하고, 패드와 핀 모두를 균일하게 가열하면 이러한 문제가 발생하는 것을 예방할 수 있습니다.

Insufficient Wetting (Pin) — 핀 젖음 부족

이 접합부에서는 납이 핀(pin)에는 전혀 젖지 않았고, 패드에도 부분적으로만 젖은 상태입니다. 이 경우는 핀에 충분한 열이 전달되지 않았고, 납이 흐를 시간을 충분히 주지 않았기 때문에 발생합니다.

■ Repair (수리)

이 접합은 다시 가열한 뒤 납을 더 공급하여 수리할 수 있습니다. 이때 뜨거운 인두 팁이 반드시 핀과 패드를 동시에 접촉하고 있어야 합니다.

■ Prevention (예방)

핀과 패드를 고르게 가열하면 이러한 문제를 예방할 수 있습니다.

Insufficient Wetting (Surface Mount) — 표면실장(SMD) 젖음 부족

여기에서는 표면실장 부품의 세 핀이 모두 납이 패드 위로 제대로 흐르지 않은 상태를 볼 수 있습니다. 이는 패드가 아니라 핀만 가열했을 때 발생하는 문제입니다.

■ Repair (수리)

이 문제는 인두 팁으로 패드를 가열한 다음, 납이 흐르면서 핀에 이미 붙어 있는 납과 함께 녹아 하나로 합쳐질 때까지 납을 공급하면 쉽게 수리할 수 있습니다.

■ Prevention (예방)

먼저 패드를 가열하는 것이 중요합니다.

Solder Starved — 납 부족(Starved Joint)

납이 충분히 공급되지 않은 접합을 말하며, 전기적으로는 정상적으로 연결되어 있을 수도 있지만 육안으로는 확인하기 어렵습니다. 무엇보다도 강한 접합이 아니기 때문에 시간이 지나면 스트레스 균열이 생기고 결국 파손될 가능성이 있습니다.

■ Repair (수리)

접합부를 다시 가열한 뒤 납을 더 추가하여 강하고 안정적인 접합을 만들어줍니다.

Too Much Solder — 과도한 납

이 경우 접합이 완전히 양호할 수도 있지만, 겉모습만으로는 확신할 수 없습니다. 납이 이렇게 크게 뭉친 상태에서는 핀과 패드 어느 쪽에도 제대로 젖지 않았을 가능성이 있으며, 전기적으로 신뢰할 수 없는 접합이 될 수 있습니다. 가장 왼쪽 접합처럼 매끄럽고 오목한 표면이 형성되어 있는 것이 올바른 접합 형상입니다.

■ Repair (수리)

뜨거운 인두 팁을 사용해 과도한 납을 일부 제거할 수 있는 경우가 많습니다. 

상황이 심한 경우에는 납흡입기나 납심흡입선(solder wick)을 사용하는 것도 도움이 됩니다.

Untrimmed Leads — 정리되지 않은 리드(과도하게 긴 리드)

너무 길게 남겨진 리드는 잠재적인 쇼트 위험이 됩니다. 왼쪽의 두 접합은 서로 닿을 가능성이 분명해 보일 정도로 위험하고, 오른쪽의 리드 역시 충분히 길기 때문에 마찬가지로 위험합니다. 약간의 힘만 가해져도 바로 옆에 닿을 만큼 쉽게 휘어질 수 있기 때문입니다.

■ Repair (수리)

모든 리드는 납땜 접합의 바로 윗부분에서 잘라내어 정리해야 합니다.

Solder Bridge — 납 브리지

왼쪽의 두 납땜 접합은 서로 녹아 하나로 붙어버렸고, 그 결과 의도하지 않은 연결이 형성되었습니다.

■ Repair (수리)

때로는 뜨거운 인두 팁을 두 접합 사이에 끌어주듯 움직여주면 과한 납을 제거할 수 있습니다. 납이 너무 많을 경우에는 납흡입기나 납심흡입선(solder wick)을 사용해 과도한 납을 제거하는 데 도움이 됩니다.

■ Prevention

납 브리지는 대부분 애초에 납을 너무 많이 사용했을 때 발생합니다. 좋은 접합을 만들 수 있을 정도의 필요한 양만 사용하는 것이 중요합니다.

Lifted Pad — 들뜬 패드

이 사진은 회로기판의 솔더 패드가 기판 표면에서 분리되어 떨어져 나온 모습을 보여줍니다. 이런 현상은 대부분 부품을 기판에서 제거하려고 디소더링(desorlering) 하는 과정에서 발생합니다. 하지만 단순히 한 접합을 과도하게 반복 가열하거나 만지는 동안, 구리층과 기판을 붙잡고 있는 접착력이 파괴될 정도로 과도하게 작업했을 때도 발생할 수 있습니다. 들뜬 패드는 구리층이 얇거나, 홀에 스루플레이팅(through-plating)이 없는 기판에서 특히 흔합니다.

Repairing a Lifted Pad — 들뜬 패드 수리

겉보기에는 좋지 않지만, 들뜬 패드는 대부분 수리 가능합니다. 가장 간단한 방법은, 패드에서 떨어져 남아 있는 리드를 아직 붙어 있는 구리 트레이스 쪽으로 살짝 구부린 뒤, 사진처럼 납땜하는 것입니다. 기판에 솔더마스크가 있다면, 그 트레이스의 구리 부분이 드러나도록 조심스럽게 긁어내어 노출시키는 작업이 필요합니다.

다른 방법으로는, 트레이스를 따라가 다음 비아(via) 지점까지 이동하여 그곳에 점퍼선을 연결하는 방법이 있습니다. 최악의 경우에는 그 트레이스를 따라 가장 가까운 부품의 다리(leg) 에까지 점퍼선을 이어 붙이는 방식도 가능합니다. 보기에는 썩 좋지 않지만 기능적으로는 문제없이 동작합니다.

Stray Solder Spatters — 흩어진 납 튐(스패터)

이런 작은 납 조각들은 끈적한 플럭스 잔여물에 의해 보드에 붙어 있는 것뿐입니다. 이 조각들이 떨어져서 돌아다니게 되면, 기판 위에서 쉽게 쇼트(단락)를 일으킬 수 있습니다.

■ Repair (수리)

칼끝이나 핀셋을 이용해 간단히 제거할 수 있습니다.