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PCB 방열 설계 — 동박·서멀 비아·열저항 계산

마지막 갱신: 2026-09-16

방열은 감이 아니라 뺄셈과 곱셈입니다. 부품이 태우는 전력(W)에 열저항(°C/W)을 곱하면 온도 상승이 나오고, 그 값이 허용 접합온도를 넘는지만 보면 됩니다. 이 글은 데이터시트의 열저항을 읽는 법, 동박 면적과 서멀 비아가 열저항을 얼마나 낮추는지, 그리고 발주 시 고를 수 있는 옵션(2oz 동박·알루미늄 기판)을 숫자로 정리합니다.

온도 상승 = 전력 × 열저항

데이터시트의 θJA(접합-대기 열저항)는 '표준 시험 기판에 올렸을 때 1W당 몇 °C 오르는가'입니다. SOT-223이 약 60°C/W, DPAK이 약 40°C/W, QFN 4×4(노출 패드)가 약 35°C/W 수준이며, 이 값은 시험 기판 조건이라 실제 보드에서는 동박 면적에 따라 절반에서 두 배까지 달라집니다. 예: 0.8W를 태우는 SOT-223 LDO는 60°C/W × 0.8W = 48°C 상승 → 주위 40°C 환경에서 접합 88°C. 대부분의 부품이 125°C까지 허용하지만 수명은 10°C 오를 때마다 절반으로 준다는 경험칙을 기억해야 합니다.

동박 면적이 열저항을 얼마나 낮추나

방열 동박(1oz)	SOT-223 θJA 근사	1W일 때 상승
최소 패드만	≈ 90°C/W	90°C — 불가
10×10 mm 부어넣기	≈ 60°C/W	60°C — 경계
25×25 mm 부어넣기	≈ 45°C/W	45°C — 실무 가능
25×25 mm + 뒷면 동박 + 비아 9개	≈ 35°C/W	35°C — 여유
2oz 동박 + 뒷면 + 비아	≈ 30°C/W	30°C

표의 값은 제조사 앱노트들이 공통으로 보여주는 곡선을 실무용으로 반올림한 것입니다. 핵심은 곡선이 포화한다는 점 — 25×25 mm를 넘기면 면적을 두 배로 늘려도 5°C/W도 안 내려갑니다. 그 다음 수단이 뒷면으로 열을 넘기는 서멀 비아입니다.

서멀 비아 — 개수·치수·배치

치수: 드릴 0.3 mm, 패드 0.6 mm가 표준. 더 굵게 뚫어도 열 전도는 비아 벽(도금 두께 ~25 µm)이 하므로 이득이 작고, 대신 개수를 늘리는 편이 효과적입니다.
개수: 노출 패드 아래 1.0~1.2 mm 격자로 채우면 QFN 4×4는 9개, 5×5는 16개가 자연스럽게 들어갑니다.
배치: 열원 바로 아래가 1순위, 그 다음 주변 동박. 열원에서 5 mm 이상 떨어진 비아는 거의 기여하지 않습니다.
리플로우 함정: 노출 패드 아래 비아는 솔더가 빨려 들어가 빈 자리(보이드)를 만듭니다. 발주 시 '비아 텐팅(뒷면 마스크 덮기)'을 고르거나, 비아를 패드 밖으로 살짝 빼 배치하는 것이 안전합니다.

발주 옵션으로 해결되는 것

옵션	효과	비용 감각
2oz 동박(70 µm)	동박 열저항 약 30% 감소, 전류 용량 ↑	1oz 대비 소폭 상승
알루미늄 기판(MCPCB)	LED·파워 보드에서 θ 대폭 감소(단면 한정)	FR-4 단면의 2~3배
두꺼운 기판(2.0 mm)	열저항엔 거의 무효 — 기계 강성용	소폭 상승
ENIG 표면처리	열과 무관, 평탄도용	HASL 대비 상승

KEMI 검토 순서

1) 전력 × θJA로 상승 계산 → 40°C 이하면 통과. 2) 넘으면 동박 25×25 mm + 뒷면 비아. 3) 그래도 넘으면 부품 교체(벅컨버터로 손실 자체를 줄이는 게 방열보다 싸다). 방열판·팬은 마지막입니다.

⚠ 자주 보는 실수

방열 동박을 신호 GND와 분리해 섬으로 만들어 두면 열이 갈 곳이 없습니다. 방열 동박은 GND 플레인과 잇거나, 최소한 넓은 플레인에 스티칭 비아로 연결해야 합니다.

FAQ

θJA와 θJC 차이는?

θJC는 접합에서 패키지 케이스(대개 노출 패드)까지의 열저항으로 부품 고유값이며, θJA는 그 뒤 기판·공기까지 포함한 값입니다. 설계로 바꿀 수 있는 건 θJA 중 기판 몫뿐입니다.

온도 상승 허용치는 얼마로 잡나요?

실무에서는 주위 40°C 기준으로 접합 100°C 이하, 즉 상승 60°C 이하를 안전선으로 두고, 수명이 중요한 제품은 40°C 이하로 설계합니다.

비아에 솔더를 채우면(필드) 더 좋나요?

구리 필드 비아는 열 전도가 좋지만 비용이 큽니다. 일반 제품은 비아 개수를 늘리는 쪽이 같은 효과를 훨씬 싸게 냅니다.

함께 보기

이 문서는 KEMI가 실제 설계·발주 업무에서 쓰는 기준을 정리한 것입니다. 실제 제작 시에는 부품 데이터시트와 제조 사양이 우선합니다.