PCB 패턴 폭 계산기 (IPC-2221)

실전에서 쓰는 법

순서대로 쓰기

1. 패턴이 계속 흘려야 하는 전류와 허용 온도 상승(흔히 10 °C)을 입력합니다.
2. 동박 두께(1 oz는 약 35 µm)와 외층인지 내층인지 고릅니다.
3. 최소 폭을 읽고, PCB 업체가 여유 있게 만들 수 있는 값으로 올림합니다.

자주 하는 실수

• 내층에 외층 폭 쓰기. 내층은 공기 중으로 열을 내보내지 못해서, IPC-2221은 같은 온도 상승에 대략 2.6배의 단면적을 요구합니다.
• 순간 최대 전류가 있는데 평균으로 설계하기. 발열은 RMS 전류를 따릅니다. 최대 3 A에 평균이 낮은 모터 드라이버도 RMS 전류로 확인해야 하고, 짧은 스파이크는 폭만이 아니라 퓨즈와 배치까지 함께 고려해야 합니다.
• 비아와 좁아지는 부분을 잊기. 넓은 패턴이 패드에 닿으려고 좁아지거나 작은 비아 하나로 전류를 넘기면, 가장 좁은 곳이 한계가 됩니다. 큰 전류에는 비아를 여러 개 쓰세요.

실전 팁

IPC-2221 식은 오래된 도표에서 나온 것이어서 대부분의 기판에서 보수적입니다. 더 최근의 IPC-2152 자료는 주변에 동박 면이 있으면 조금 더 좁은 패턴을 허용합니다. 공간이 되면 전원은 패턴 대신 폴리곤(동박 채우기)으로 그리세요. 패턴의 전압 강하도 확인하세요. 길고 가는 패턴은 열로는 괜찮아도 수 A에서 눈에 띄는 전압을 잃을 수 있습니다.

계산 예: 1 A를 외층과 내층에서

1 oz 동박에 10 °C 상승으로 1 A를 흘리려면 외층(k = 0.048)은 단면적 16.3 mil², 폭 11.8 mil(0.30 mm)이 필요합니다. 내층(k = 0.024)에서는 같은 전류에 42.4 mil², 폭 30.8 mil(0.78 mm)입니다. k가 절반이 되면 폭은 두 배가 아니라 약 2.6배가 됩니다. 면적이 식에 0.725제곱으로 들어가기 때문입니다.

보드에 여유가 있다면 외층 배선을 0.3 mm 대신 0.5 mm로 그려도 비용은 들지 않고, 온도 상승과 전압 강하가 함께 줄어듭니다.

배선 길이에 따른 저항

폭은 발열을, 길이는 전압 강하를 정합니다. 35 µm 동박의 0.30 mm 배선이 50 mm 이어지면 R = (ρL)/(wt) = 1.72 × 10⁻⁸ Ω·m × 0.05 m ÷ (0.30 mm × 35 µm) = 0.082 Ω입니다. 1 A에서 82 mV로, 12 V 전원에서는 작지만 3.3 V에서는 2.5%이고, 돌아오는 길이 넓은 접지면이 아니라면 같은 만큼이 더해집니다. 길이를 입력하면 내 배선의 값을 바로 볼 수 있습니다. 센서 접지나 레귤레이터 피드백 핀은 따로 가는 얇은 배선으로 연결해서, 부하 전류의 전압 강하가 측정값에 섞이지 않게 하세요.