좌절의 물리학: 왜 당신의 배터리 홀더는 납땜을 하지 않을까

그것을 경험했을 것이다. 배터리 클립에 다리를 대고 납을 공급하면, 매끄럽고 반짝이는 필렛에 흐르는 대신 용융 금속이 뭉친다. 그것은 와이즈드 후드에 빗방울이 맺히는 것처럼 탭 표면에 앉아 있다. 더 많은 플럭스를 추가한다. 열을 올린다. 플라스틱 하우징이 부드러워지고 휘어지기 시작하며 냄새를 풍기지만, 납은 여전히 금속에 적시지 않는다. 결국, 차가운 납덩어리로 탭을 감싸게 되지만, 만약 와이어를 잡아당긴다면 바로 떨어져서 그 아래 금속은 날았던 그 날짜만큼 깨끗하다.

손을 탓하지 마라. 기술 부족이 아니라 재료 과학과 싸우는 것이다. 당신이 절충하려는 부품은 아마도 지금 시도하고 있는 방식으로 납땜하기 위해 설계되지 않았으며, 어떤 열도 관련된 금속 공학을 바꿀 수 없다. 금속이 결합을 거부하는 이유를 이해하면, 물리학과 싸움을 멈추고 표면을 올바르게 처리하기 시작할 수 있다.

왜 Shiny는 의심스럽나요: 도금의 야금학

대부분의 경우, 도금이 문제의 원인이다. Keystone 또는 MPD와 같은 Tier 1 제조업체의 고품질 데이터시트를 보면 '접촉 마감'에 대한 항목이 있다. 만약 그 항목이 '주석-니켈' 또는 '니켈 위에 무광택 주석'이라면, 대개 안전하다. 주석은 납땜을 좋아한다. 쉽게 적시되고 강한 금속간층을 형성하며 납이 흐르도록 만든다.

하지만, 많은 일반 또는 비용 최적화된 배터리 홀더—특히 할인 공급 체인에서 비롯된 것들은—순수 니켈 또는 니켈이 많은 합금으로 도금되어 있다. 제조업체는 니켈을 선택하는 이유가 있다. 이것은 단단하고, 반복된 배터리 삽입으로부터 마모에 저항하며, 고급스러워 보인다. 하지만 화학적으로, 니켈은 완강하다. 공기에 노출됨과 동시에 강인한 수동 산화층을 형성한다. 구리 패드와 사전 도금된 리드용으로 설계된 표준 수지코어 납땜은 그 산화 피막을 공격하는 데 충분히 강력하지 않다.

"미스터리 빈" 부품을 구매할 때, 이 조성을 걸고 있다. 니켈 도금된 강철, 또는 때때로 스테인리스 강일 수도 있으며, 이는 적시성에 더욱 적대적일 수 있다. 주석 위에 코팅이 없으면, 납땜은 결합할 수 있는 무언가를 가지지 못한다. 산화층 위에 앉아 있으며, 표면장력과 중력에 의해 유지된다. 이로 인해 높은 전기저항을 가진 "콜드 조인트"가 형성되어 진동이나 열 주기 아래에서 결국 실패할 것이다.

물리학은 당신의 온도 다이에 신경 쓰지 않는다

납땜이 흐르지 않을 때의 자연스러운 충동은 납땜기를 높이는 것이다. 350°C가 효과가 없다면 분명 450°C가 문제를 강제로 해결할 것이다. 이것이 "무작위 힘" 접근법이며, 보통 역효과를 낸다.

열을 높이면 죽음의 나선이 시작된다. 먼저, 더 높은 온도는 니켈 표면의 산화를 가속화한다—금속이 더 뜨거워질수록 산화물이 더 빨리 형성되며, 이것이 적시 장벽을 더 두껍게 만든다. 둘째로, 배터리 클립은 종종 스프링 강이나 인(PHOSPHOR bronze)으로 만들어지며, 구리와 다른 열전도율을 갖고 있다. 이들은 열 싱크 역할을 하며, 열 에너지를 결합에서 빼내어 플라스틱 하우징으로 방출한다.

이게 부수적 손상이 일어나는 곳이다. 강철 클립이 적시 온도에 도달하기 훨씬 전에, 그것을 잡고 있는 열가소성 하우징(자주 ABS 또는 저급 폴리프로필렌)이 유리전이 온도에 도달한다. 플라스틱이 연해지고, 핀이 이동하며, 홀더가 손상된다. 납이 흐르기 전에 플라스틱이 녹고 있다면 멈춰라. 너는 화학적 문제를 열 에너지로 해결하려 하고 있다.

화학전: 올바른 플럭스 선택하기

니켈 도금 부품에 묶여 있고, 주석 도금 대안을 구할 수 없다면, 당신의 화학 성분을 바꿔야 한다. 너의 와이어에 있는 표준 “노클린” 또는 순한 로진(RMA) 플럭스는 니켈 산화물에 너무 공손하다. 산이 필요하다.

완고한 도금에 신뢰할 수 있는 습윤성을 얻으려면, 종종 산화아연 또는 염화암모늄을 포함하는 높은 활성 플럭스를 도입해야 합니다. 이들은 때때로 "스테인리스 강 플럭스" 또는 공격적인 액체 플럭스로 판매됩니다. 산은 화학적으로 산화층을 제거하고 아래에 노출된 원래 금속을 드러내어 납땜에 사용하는 주석이 최종적으로 금속 간 결합을 형성하게 합니다.

하지만 이것은 심각한 대가를 치릅니다: 부식입니다. 업계에서는 이를 "그린 데스"라고 부릅니다. 산 플럭스 잔여물은 수분을 끌어들이는 친수성으로, 공기 중의 습기를 흡수하며 조인트가 식은 후에도 금속을 계속 부식시킵니다. 산성 플럭스를 사용하는 경우 반드시 세척해야 합니다. 이것은 이소프로필 알코올로 빠르게 닦는 것을 의미하지 않으며, 종종 세제로 세척하거나 철저한 물 세척이 필요합니다. 만약 배터리 스프링 내부에 산 성분 잔여물이 남아 있으면, 6개월 후에 흐릿한 녹색 접촉 실패를 발견하게 될 것입니다.

‘브루트 포스’ 연마 방법

때때로 현장에서 작업하거나 프로토타입이 한 시간 안에 완료되어야 할 때, 산성 플럭스나 적절한 부품이 없을 수 있습니다. 이럴 때 유일한 선택지는 기계적 연마입니다. 도금과 산화층을 물리적으로 제거하여 반응성 기초 금속에 도달해야 합니다.

이 작업에는 일반적으로 샌딩 드럼이 장착된 드레멜, 유리 섬유 스크래치 브러시, 또는 거친 사포를 사용합니다. 납땜 탭이 눈에 띄게 긁히고 흐릿해질 때까지 마모하십시오. 이는 표면적을 늘리고 수동 산화 피부를 깨뜨립니다. 연마 후 즉시 납땜하면 표준 플럭스가 작용하는 경우가 많습니다. 보기 흉하고, 전도성 이물질을 생성하여 정리하지 않으면 PCB를 쇼트시킬 수 있으며, 도금의 부식 저항성을 파괴하지만, 인장 시험을 통과하는 결합을 만듭니다. 이는 수리 기술로, 생산 공정이 아니지만, 우아함이 선택사항이 아닐 때 사용할 수 있는 방법입니다.

세 번째 레일: 직접 배터리 납땜

홀더가 협력하지 않을 때 항상 등장하는 위험한 우회 방법에 대해 해결책을 마련할 필요가 있습니다. 홀더에 대한 좌절감에서, 클립을 완전히 우회하고 배터리 셀(일반적으로 18650 또는 유사한 리튬이온 원통형 셀)에 바로 납땜하는 유혹을 받을 수 있습니다.

이것을 하지 마십시오.

리튬이온 셀은 설계상 압력을 받은 화학 용기입니다. 인두를 단자에 대면 열이 내부 밀봉부와 활성 화학층으로 바로 전달됩니다. 세퍼레이터가 녹거나 내부 쇼트로 이어지고, 열 폭주(thermal runaway)를 일으킬 위험이 있습니다. 스폿 용접이 유일하게 승인된 방법으로, 이는 열을 밀리초 펄스로 국한시키기 때문입니다. 배터리에 직접 납땜하는 경우, 이는 회로를 만드는 것이 아니라, 방화 장치를 만드는 것과 같습니다. 홀더에 고정하거나 도금 상태를 수정하거나 플럭스를 변경하되, 셀은 건드리지 마십시오.

변경 로그

• “기술 실패가 아니라…”라는 문장을 더 자연스럽게 바꿔(“손을 비난 그만하세요”) 더 자연스럽게 변경함.
• 로봇 같은 표현(“인접 요청 신호”, “근본 원인…는 …에 있다”)을 제거하고 자연스러운 언어로 대체함.
• 열 섹션의 “First/Second” 리스트를 통합하여 흐름을 개선함.
• 시나리오를 더 즉각적으로 느껴지도록 도입부를 강화함.