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PCB 설계 기초
레이어 스택업 선택 기준, IPC-2221 공식 기반 배선폭·전류 표와 전압강하 계산, 비아 치수와 용도별 선택을 정리했습니다. KEMI PCB 설계·제조 레퍼런스(인쇄용 시트)에서 대표 시트 3장을 발췌했으며, 표와 계산 예의 수치는 원본 그대로입니다.
발췌 1
레이어 스택업
층수별 선택 기준
| 층수 | 대표 층 배정 | 적합한 회로 | 장점 | 한계 |
|---|---|---|---|---|
| 1층 | Top 하나에 배선·전원·GND 전부 | LED 바, 단순 전원·릴레이 보드 | 가장 저렴, 리드타임 짧음 | 점퍼선 필수, GND 플레인 불가, EMI 취약 |
| 2층 | L1 신호 / L2 통짜 GND | MCU·센서 보드, 저속 디지털 | 저비용으로 레퍼런스 플레인 확보 | 전원은 배선으로 끌어야 함, 밀도 한계 |
| 4층 | Sig – GND – PWR – Sig | 다전원 보드, 임피던스 제어, 고속 인터페이스 | 두 신호층 모두 인접 플레인 확보, 플레인 커패시턴스 | 2층 대비 비용 상승, 스택업 지정 필요 |
| 6층 | Sig – GND – Sig – Sig – PWR – Sig | 고밀도 BGA, 메모리 버스, 아날로그 혼재 | 내층 신호가 플레인 사이에 차폐(스트립라인), 층 여유 | 비용·두께 관리, 제조사와 스택업 사전 협의 |
재료 두께
동박 두께 t [µm] ≈ 35 × oz · 완성 두께 = Σ (코어 + 프리프레그 + 동박 + 솔더마스크)
| 항목 | 대표값 | 비고 |
|---|---|---|
| 완성 두께 | 0.6 / 0.8 / 1.0 / 1.6 / 2.0 mm | 1.6 mm가 기본값 |
| 코어 (경화 FR-4) | 0.1 ~ 1.5 mm | 4층 1.6 mm에 1.065 mm 흔함 |
| 프리프레그 1장 | 0.10 ~ 0.19 mm | 장수로 유전체 두께 조절 |
| 동박 0.5 oz | 17.5 µm | 내층 기본 |
| 동박 1 oz | 35 µm | 외층 기본(도금 후 더 두꺼움) |
| 동박 2 oz | 70 µm | 대전류용 |
| 솔더마스크 | 면당 10 ~ 25 µm | 두께 합산에 포함 |
| 4층 1.6 mm 검산 | 35+200+17.5+1065+17.5+200+35 = 1570 + 마스크 2×15 = 1600 µm = 1.60 mm | 대표적인 4층 구성 |
대표값은 일반 FR-4 기준 — 제조사 표준 스택업에 따라 달라지므로 발주 전 확인할 것.
층 배정 3원칙
- ① 모든 신호층은 바로 옆에 레퍼런스 플레인을 둔다 — 리턴 전류가 신호 바로 아래를 따라 흐를 길이 있어야 한다.
- ② GND와 PWR 플레인을 얇은 유전체로 마주 붙인다 — 두 플레인이 그 자체로 커패시터가 되어 고주파 전원 임피던스를 낮춘다.
- ③ 4층은 Sig–GND–PWR–Sig가 안전하다. Sig–GND–Sig–PWR은 L3 신호의 레퍼런스가 갈라진 PWR 플레인이 되어, 전원 분할선을 넘는 순간 리턴이 끊긴다.
비대칭 적층 = 휨(warpage) — 중심면 기준으로 위아래 동박량·유전체 두께가 다르면 리플로우 열에서 보드가 활처럼 휘어 BGA 납땜 불량이 난다. 상하 대칭 스택업 + 빈 영역 동박 밸런스(더미 동박)는 선택이 아니라 기본이다. 2층 보드의 흔한 사고 — 바닥 GND를 “남는 면”으로 보고 배선을 죽 그어 플레인을 갈라놓는 것. 갈라진 순간 2층 보드의 유일한 장점이 사라진다.
발췌 2
배선폭과 전류
1 oz(35 µm) 기준, 단위 mm · 앞 3열 계산값, 끝 열 실무 권장값.
| 전류(A) | 외층 폭 ΔT=10 ℃ | 외층 폭 ΔT=20 ℃ | 내층 폭 ΔT=10 ℃ | 비고 — 실무 권장폭(외층)과 이유 |
|---|---|---|---|---|
| 0.1 | 0.013 | 0.008 | 0.033 | 0.20 — 계산값이 제조 최소폭보다 얇다. 신호선 기본폭 사용. |
| 0.25 | 0.044 | 0.029 | 0.115 | 0.25 — 하한을 정하는 것은 발열이 아니라 제조 최소폭. |
| 0.5 | 0.115 | 0.076 | 0.300 | 0.30 — 센서·로직 급전선의 실용 최소치. |
| 1 | 0.300 | 0.197 | 0.781 | 0.50 — 계산값의 약 1.7배, 전압강하 여유 포함. |
| 2 | 0.781 | 0.513 | 2.033 | 1.20 — 이 구간부터 전압강하가 먼저 걸린다. |
| 3 | 1.367 | 0.898 | 3.556 | 2.00 — 가능하면 배선 대신 폴리곤(면)으로. |
| 5 | 2.765 | 1.816 | 7.194 | 4.00, 또는 2 oz 동박으로 2.0 mm. |
| 10 | 7.194 | 4.724 | 18.715 | 배선으로 풀지 말 것 — 2 oz 이상 + 폴리곤, 버스바 병용. |
I = k · ΔT0.44 · A0.725 (A: 단면적 mil², 외층 k = 0.048 / 내층 k = 0.024) · 폭[mil] = A ÷ 1.378 (1 oz) · 폭[mm] = 폭[mil] × 0.0254
저항과 전압강하
1 oz, ρ = 1.72×10⁻⁸ Ω·m, 20 ℃ · 표값 × (길이/100 mm) × 전류 · 2 oz면 저항 절반
| 폭(mm) | 1 oz 단면적(mm²) | 100 mm당 저항(mΩ) | 1 A 시 강하(mV/100 mm) |
|---|---|---|---|
| 0.2 | 0.0070 | 245.7 | 245.7 |
| 0.3 | 0.0105 | 163.8 | 163.8 |
| 0.5 | 0.0175 | 98.3 | 98.3 |
| 0.8 | 0.0280 | 61.4 | 61.4 |
| 1.0 | 0.0350 | 49.1 | 49.1 |
| 2.0 | 0.0700 | 24.6 | 24.6 |
계산 예제 · 3.3 V 레일에 2 A
폭 0.5 mm, 길이 80 mm로 보내면? ① A = 0.5 × 0.035 = 0.0175 mm² ② R = ρL/A = 1.72e-8 × 0.080 ÷ 1.75e-8 = 78.6 mΩ ③ 강하 = 2 A × 78.6 mΩ = 157 mV → 3.3 V의 4.8 % ④ 배선 손실 = I²R = 4 × 0.0786 = 0.31 W 허용 기준은 레일의 1~2 %(3.3 V면 33~66 mV). 4.8 %는 초과 — 부하는 3.14 V밖에 못 받아 브라운아웃·ADC 오차로 이어진다. 대책 검산: 1 % 목표 → R ≤ 16.5 mΩ → 폭 0.5 × (78.6/16.5) ≈ 2.4 mm (2 oz면 1.2 mm)
현장 암산 규칙
- · 1 oz 외층, ΔT 10 ℃ → 폭 1 mm ≈ 2.4 A
- · ΔT 20 ℃ 허용 → 전류 ×1.36 · 내층은 절반(k가 절반)
- · 전류 2배에 필요한 폭은 약 2.6배 — 폭과 전류는 비례하지 않는다.
- · 얇은 배선을 퓨즈 대용으로 쓰지 말 것 — 끊어지는 전류가 재현되지 않고, 끊길 때 기재를 태우거나 인접 배선을 손상시킨다. 보호는 퓨즈·폴리스위치·전류제한 IC로.
발췌 3
비아 설계
비아 치수 규격
표준 = 추가 비용 없는 일반 사양 / 고급 = 추가 비용·리드타임 발생 구간
| 항목 | 표준 사양 | 고급 사양 | 설명 |
|---|---|---|---|
| 완성 홀 Ø (드릴) | 0.30 mm | 0.15~0.20 mm | 기계 드릴 하한. 이보다 작으면 레이저(HDI) 영역 |
| 패드 Ø (랜드) | 0.60 mm | 0.40 mm | 홀 Ø + 양쪽 애뉼러링. 아래 공식으로 결정 |
| 애뉼러링 (편측) | 0.15 mm | 0.10 mm | 드릴 정렬 오차를 흡수하는 여유 링 |
| 종횡비 (AR) | 8 : 1 | 10 : 1 | 넘으면 배럴 도금이 얇아져 크랙·오픈 위험 |
| 비아 ↔ 비아 (패드 간) | 0.20 mm | 0.13 mm | 패드 가장자리 사이 동박 간격 |
| 비아 ↔ 트레이스 | 0.20 mm | 0.13 mm | 제조사 최소 스페이스와 같은 값을 쓰면 안전 |
패드 Ø = 홀 Ø + 2 × 애뉼러링 → 0.30 + 2×0.15 = 0.60 mm · 종횡비 = 보드 두께 ÷ 홀 Ø → 1.6 ÷ 0.20 = 8.0 : 1 (한계선) · 1.6 ÷ 0.30 = 5.3 : 1 (여유)
용도별 비아 선택
| 용도 | 권장 홀/패드 | 개수 기준 |
|---|---|---|
| 일반 신호 | 0.3 / 0.6 | 네트당 1개, 층 변경 자체를 줄인다 |
| 고속 신호 | 0.2 / 0.45 | 리턴 GND 비아 1개를 2 mm 이내에 |
| 전원 분기 | 0.3 / 0.6 | 전류 1 A당 1개, 최소 2개 |
| 대전류 플레인 | 0.4~0.5 / 0.8~0.9 | 1 A당 1개, 분산 배치 |
| GND 스티칭 | 0.3 / 0.6 | 5~10 mm 격자(1 GHz의 λ/20 ≈ 7 mm), 플레인 가장자리 우선 |
| 서멀(방열) | 0.3 / 0.6 | 1.0~1.2 mm 격자로 패드 아래 |
반드시 피할 것
- ① 충전·캡핑 없는 비아 인 패드 — 리플로우 때 솔더가 홀로 빨려 들어가 부품이 뜬다. 패드 안 비아는 수지 충전 + 동 캡핑 + 평탄화까지 지정할 것.
- ② 테스트포인트용 비아는 솔더마스크 개구가 필요하다. 일반 비아는 반대로 텐팅이 기본.
- ③ 비아 스터브 — 상위층끼리 잇는데 관통 비아를 쓰면 남는 배럴이 안테나처럼 작동해 고속 신호를 망친다. 층 배정 변경 또는 백드릴 검토.
- ④ 마이크로비아·블라인드·베리드는 일반 공정이 아니다. 발주 전 제조 가능 여부를 확인할 것 — 비용·납기가 크게 올라간다.
비아 1개의 전류 — 배럴 도금 25 µm 가정 시 0.30 mm 비아의 구리 단면적 0.026 mm²는 1 oz 배선폭 0.73 mm에 해당한다. 구리 단면적만의 등가 비교이며 실제 허용 전류는 발열에 좌우된다 — 보수적으로 0.3 mm 비아 1개 ≒ 1 A로 잡고 개수를 늘릴 것.
이 문서는 전체판의 일부입니다
PCB 설계·제조 레퍼런스 전체판(PDF)에는 풋프린트·랜드패턴, 부품 배치 원칙, 그라운드와 리턴패스, 디커플링, 차동쌍 배선, 실크스크린 규약, DRC 룰 설정, 발주 전 최종 체크리스트와 흔한 실수 도감까지 인쇄용 시트와 연습 워크시트가 담겨 있습니다.
설계가 끝났다면 바로 제작 견적
거버 ZIP을 올리면 크기·층수를 읽어 제작 금액을 바로 보여드립니다.
PCB 제작 견적 →자주 묻는 질문
1 A를 흘리려면 배선폭을 얼마로 해야 하나요?
1 oz 동박·외층·ΔT 10 ℃ 기준 IPC-2221 계산값은 0.300 mm이지만, 실무 권장폭은 전압강하 여유를 포함해 약 1.7배인 0.50 mm입니다. 암산 규칙: 1 oz 외층·ΔT 10 ℃에서 폭 1 mm ≈ 2.4 A이며, 전류 2배에 필요한 폭은 약 2.6배 — 폭과 전류는 비례하지 않습니다.
4층 보드 스택업은 어떻게 배정하나요?
Sig–GND–PWR–Sig가 안전합니다. Sig–GND–Sig–PWR은 L3 신호의 레퍼런스가 갈라진 PWR 플레인이 되어 전원 분할선을 넘는 순간 리턴이 끊깁니다. Sig–GND–PWR–Sig는 두 신호층 모두 통짜 플레인을 마주보고, 덤으로 플레인 커패시턴스까지 얻습니다.
비아 하나로 전류를 얼마나 흘릴 수 있나요?
배럴 도금 25 µm 가정 시 0.30 mm 비아의 구리 단면적은 0.026 mm²로 1 oz 배선폭 0.73 mm에 해당하지만, 실제 허용 전류는 발열에 좌우됩니다. 보수적으로 0.3 mm 비아 1개 ≒ 1 A로 잡고 대전류 경로는 비아를 병렬로 배치하십시오.
본 문서는 KEMI 자체 제작 레퍼런스의 발췌본이며 비공식 학습 참고자료입니다. 배선폭 계산은 공개 IPC-2221 공식에 따른 값으로, 실제 허용 전류는 도금 두께·주변 온도·방열 조건에 따라 다르므로 제조사 사양과 실측으로 확인하십시오(ΔT는 주변 온도 위 상승분). IPC는 IPC의 상표이며, 문서에 언급된 각 상표는 해당 소유자의 자산입니다.