납땜을 대체할 신기술: 액상 자기력을 이용한 땜질

KISTI 미리안『글로벌동향브리핑』 2010-03-08

미국 예일대학교의 연구팀은 전자제품을 더욱 값싸고 효율적으로 제조하는데 사용할 수 있는 새로운 종류의 자석형, 납이 없는 땜질법(soldering)을 개발하였다. 이 신기술은 기존의 납땜이 보건 위험물질은 납을 사용하기 때문에 나타나는 전자제품 폐기물의 폐기처리 및 재생에 대한 문제를 해결하는데 커다란 진전을 가져다 줄 것이다. 납은 미국 내 가정용 페인트와 가솔린에 일반적으로 사용되는 중금속 물질이다. 납은 신경독성 물질이기 때문에 이 물질의 사용은 금지된 바 있으나, 납을 이용한 납땜은 미국 제조업에서 지속적으로 허용되어 왔다. 이는 전자제품 폐기물 흐름에 거대한 문제를 야기하여 왔으며, 납 사용에 대한 규제가 증가하는 전세계 시장에 대해 기업들의 진출을 막아왔다. 납이 많이 사용되는 중요한 장점은 낮은 녹는점을 가지면서 1-2 펀치(punch)의 높은 강도를 갖기 때문이다. 땜납은 상대적으로 작은 열에 의해 복잡한 전자제품의 구성요소에 직접적으로 녹여 적용할 수 있는데, 이는 제조 과정동안 제품요소가 손상할 가능성을 크게 줄일 수 있다. 미국 MIT 대학이 발간하는 Technical Review 에 발표한 Katherine Bourzac 에 따르면, 현재까지 납을 대체할 땜질 재료의 개발은 땜질 과정동안 더 많은 열을 요구하거나, 땜질이후, 강도의 약화로 실패가 되어왔다고 한다. 예일대학의 혁신기술: 자석 땜질 미국 예일대학 연구팀은 철 미세입자를 결합할 수 있는 주석-은 합금을 찾아냈다. 외부원으로 부터 열을 적용하는 방식대신, 이 성분은 자기장에 노출된다. 이는 철 입자를 활성화시켜, 땜질 부분을 가열하고, 내부적으로 녹게 만드는 것이다. 이러한 결과는 특정적인 국부 지점을 녹게 만듦으로써, 그 부분 이외의 다른 지점에 어떠한 영향을 미치지 않게 한다. Bourzac 은 자기장은 철입자를 일렬화(line up)시키도록 한다고 설명하였다. 자기장에 의해 일렬화된 입자들은 냉각 후에도 그 상태를 유지시키는 데, 이러한 현상은 기존의 납땜 대체제 개발기술 보다 더욱 강한 결합을 유도한다고 한다. 자성(magnet)은 미래 효율적인 에너지에 있어 중심적인 역할을 만들어가기 시작하고 있다. 예를 들어 미국 컬럼비아 대학 연구원들은 데이터 센터에 의해 사용되는 에너지의 30% 이상을 절감할 수 있는 나노-자성 물질 (nano-magnetic materials)을 사용하는 컴퓨터 칩을 개발하고 있다. 미국 플로리다 주립대학교의 경우는 적은 에너지를 사용하여 더욱 강력한 자기장을 생산하는 고효율 연구 자석 개발에 있어 연구의 결실을 맺어가고 있다. 예일 대학교의 새로운 땜질 재료는 아직은 개발단계에 있으나, 만일 상업화 수준으로 개발 가능하다면, 이는 간단하면서도, 더욱 에너지 효율적인 자기장을 이용하여 전자제품 제조 공정의 에너지 집약적인 단계를 대체할 것으로 기대된다. solder.jpg 출처 : Clean Technica