KEMI Docs · PCB 실무

PCB 선폭·전류 정하는 법

마지막 갱신: 2026-10-04

배선폭 계산기에 전류를 넣으면 숫자가 하나 나옵니다. 그런데 그 숫자가 어떤 조건(동박 두께, 외층/내층, 허용 온도 상승)을 전제로 한 값인지, 그리고 발열 말고 전압강하도 만족하는지는 계산기가 알려주지 않습니다. 이 글은 배선폭을 정하는 두 기준(온도 상승과 전압강하), 업계 표준 IPC-2221과 그 후속인 IPC-2152의 차이, 비아와 대전류 패턴까지 KEMI가 아트웍 검토에서 쓰는 순서대로 정리합니다.

배선은 저항체입니다. 전류가 흐르면 I²R만큼 열이 나서 온도가 오르고(발열 기준), 동시에 I × R만큼 전압이 떨어집니다(전압강하 기준). 짧은 배선은 대개 발열이 폭을 정하고, 긴 배선이나 저전압·대전류 레일은 전압강하가 폭을 정합니다. 계산기는 보통 발열 기준만 계산하므로, 전압강하는 따로 확인해야 합니다.

PCB 동박 두께는 무게 단위 oz로 부릅니다. 1평방피트에 구리 1온스를 펴 바른 두께라는 뜻으로, 1oz ≈ 35µm입니다. 0.5oz는 약 17.5µm, 2oz는 약 70µm입니다. 실무에서 두 가지를 확인해야 합니다. 첫째, 외층은 기재 동박 위에 도금이 더해지므로 '기재 0.5oz + 도금 = 완성 약 1oz'처럼 표기가 제조사마다 다릅니다. 발주 사양의 동박 두께가 기재 기준인지 완성 기준인지 확인하십시오. 둘째, 보급형 다층 기판은 내층 기본이 0.5oz인 경우가 흔합니다. 내층에 전원을 깔 계획이면 내층 1oz 옵션을 선택했는지 확인해야 합니다.

가장 널리 쓰이는 식은 IPC-2221(그 전신은 IPC-D-275)의 I = k × ΔT^0.44 × A^0.725입니다. I는 전류(A), ΔT는 허용 온도 상승(°C), A는 배선 단면적(mil²), k는 외층 0.048, 내층 0.024입니다. 단면적을 구한 뒤 동박 두께로 나누면 폭이 나옵니다(1oz = 1.378mil). 이 식으로 계산한 값은 아래와 같습니다.

표에서 두 가지가 보입니다. 전류가 두 배가 되면 폭은 약 2.6배가 필요합니다(폭과 전류는 비례하지 않습니다). 그리고 IPC-2221에서는 같은 전류에 내층이 외층의 약 2.6배 폭을 요구합니다. 이 내층 기준이 지나치게 보수적이라는 것이 다음에 볼 IPC-2152의 핵심 결론 중 하나입니다.

IPC-2221의 차트는 수십 년 전 측정 데이터에 뿌리를 두고 있습니다. 2009년 발행된 IPC-2152는 새로 측정한 데이터를 바탕으로 다음을 보여 주었습니다. ① 내층 배선은 IPC-2221이 말하는 것만큼 불리하지 않으며, 외층과의 차이가 훨씬 작다. ② 배선 자체보다 주변 조건, 즉 근처의 동박 플레인 유무, 기판 두께, 기판 재료의 열전도, 실장 방식이 온도 상승에 더 큰 영향을 준다. ③ 그래서 IPC-2152는 보수적인 기준 조건(플레인이 없는 시험 기판, 정지 공기)의 차트를 기본으로 두고, 실제 조건에 맞춰 보정 계수를 적용하는 방식을 씁니다. 플레인이 가까이 있는 일반적인 다층 기판에서는 같은 전류에 더 좁은 폭으로도 같은 온도 상승을 얻을 수 있다는 뜻입니다.

• ΔT 10°C: 보수적 기본값. 여유가 있는 설계, 밀폐 케이스, 고온 환경 제품.
• ΔT 20°C: 일반 제품에서 흔히 허용하는 값. 폭을 약 1/3 줄일 수 있습니다.
• ΔT 30°C 이상: 배선 근처 부품의 온도 한계, 기판의 유리전이온도(Tg, 일반 FR-4 약 130~140°C), 주위 온도를 모두 더해 검토한 뒤에만 씁니다.
• 주위 온도 + 배선 상승 + 부품 자체 발열이 더해진다는 것을 잊지 마십시오. 40°C 케이스 안에서 ΔT 20°C 배선이 전해 커패시터 옆을 지나가면 그 커패시터는 60°C 환경에 놓입니다.

배선 저항은 R = ρ × L / (W × T)입니다. 구리 비저항 ρ는 20°C에서 1.72 × 10⁻⁸Ω·m이고, 1°C당 약 0.39%씩 증가합니다. 1oz 동박, 폭 1mm, 길이 100mm면 약 49mΩ입니다.

12V 3A 모터 드라이버 전원을 외층 1oz로 60mm 끌고 간다고 합시다. 발열 기준 IPC-2221(ΔT 10°C)은 1.37mm입니다. 이 폭의 60mm 저항은 약 21.5mΩ, 3A에서 강하 65mV, 발열 0.19W입니다. 12V 레일에서 65mV는 0.5%라 문제가 없습니다. 그런데 같은 3A가 3.3V 레일이라면 65mV는 2%이고, 왕복(GND 귀환 경로)까지 치면 4%에 가깝습니다. 이 경우 폭을 2mm 이상으로 넓히거나 폴리곤으로 바꾸고, GND는 플레인으로 처리해 귀환 경로 저항을 없앱니다. 만약 이 3A를 보급형 4층 기판의 0.5oz 내층으로 보내려 하면 IPC-2221 내층 기준 폭이 7mm를 넘습니다. 이 정도면 배선이 아니라 내층 플레인 영역으로 다루는 것이 맞습니다.

비아는 도금된 원통입니다. 도금 두께를 25µm로 보면 드릴 0.3mm 비아의 구리 단면적은 약 0.026mm²로, 1oz 배선 폭 0.7mm 정도와 같습니다. 다만 비아는 길이가 짧고 양쪽 동박으로 열이 잘 빠져 단면적만으로 계산한 것보다 실제 여유가 있습니다. 실무에서는 보수적으로 0.3mm 비아 1개당 약 1A로 잡고, 필요한 전류만큼 병렬로 둡니다. 3A 경로라면 최소 3~4개, 여유 있게 6개입니다. 비아는 개수를 늘리는 비용이 거의 없으므로 아끼지 않습니다. 비아 치수와 처리 옵션은 비아 문서를 참고하십시오.

• 배선보다 폴리곤: 수 A 이상은 선이 아니라 면(폴리곤 푸어)으로 그립니다. 폭이 넓을수록 저항과 온도 상승이 모두 내려갑니다.
• 양면 병렬: 같은 형상의 폴리곤을 윗면·아랫면에 깔고 비아로 촘촘히 엮으면 단면적이 두 배가 됩니다.
• 2oz 동박: 대전류 보드는 동박 두께를 올리는 것이 가장 확실합니다. 다만 2oz는 최소 선폭·간격 규칙이 커지므로 미세 피치 부품이 있는 보드는 제조 규칙을 먼저 확인합니다.
• 목(neck)을 없앤다: 넓은 폴리곤도 패드 진입부나 비아 사이에서 좁아지면 그 지점이 병목이 됩니다. 비아 여러 개가 줄지어 있으면 폴리곤이 '스위스 치즈'처럼 끊겨 실효 폭이 줄어드는 것도 같은 문제입니다.
• 서멀 릴리프 확인: 대전류 패드를 폴리곤에 서멀 릴리프(가는 살 4개)로 연결하면 전류가 그 살을 통과해야 합니다. 대전류 경로는 직결하거나 살을 굵게 합니다(대신 손납땜이 어려워지는 점은 감수).
• 솔더 마스크 개방 + 납 도포: 마스크를 열고 납을 올리면 단면적이 늘지만, 솔더의 비저항은 구리의 약 7~8배라 0.1mm 두께의 납층이 구리 약 13µm에 해당합니다. 효과를 보려면 납을 두껍게 올리거나 구리 버스바·전선을 덧대야 하고, 두께가 일정하지 않아 설계값으로 쓰기는 어렵습니다.
• 귀환 전류도 같은 전류: GND 경로가 가늘면 그쪽에서 발열과 강하가 생깁니다. 대전류 회로는 GND를 플레인으로 처리합니다.
• 인접 배선 간섭: 표준의 값은 단일 배선 기준입니다. 대전류 배선 여러 개가 나란히 붙어 있으면 서로를 데우므로 여유를 더 둡니다.
• 커넥터·부품이 병목인지 확인: 배선이 10A를 견뎌도 커넥터 핀이 3A면 소용이 없습니다.

• 계산기 기본값(외층·1oz·ΔT 10°C)을 확인하지 않고 내층 배선에 그대로 쓴다.
• 발열 기준만 보고 전압강하를 확인하지 않는다. 길고 낮은 전압의 레일에서 흔합니다.
• 내층이 0.5oz인 것을 모르고 1oz 기준으로 설계한다.
• 펄스 전류의 피크로 설계하거나, 반대로 평균으로 설계한다. 발열은 실효값(RMS) 전류로 계산하고, 전압강하는 피크 전류에서 확인합니다.
• 대전류 패드에 서멀 릴리프를 그대로 둔다.
• 비아 1개로 층을 전환한다. 배선은 3A를 견디는데 비아 하나가 병목이 됩니다.

1. 각 전원 경로의 최대 전류(RMS)와 피크 전류를 정리했는가?
2. 동박 두께가 외층·내층별로 확정됐고, 기재/완성 기준을 확인했는가?
3. 허용 ΔT를 제품 환경에 맞게 정했는가?
4. 발열 기준 폭을 계산했는가(외층·내층 구분)?
5. 전압강하를 왕복 경로로 계산했고, 레일 허용 오차 안인가?
6. 층 전환 비아 개수가 전류에 맞는가(0.3mm 비아 1개 ≈ 1A)?
7. 폴리곤 목, 서멀 릴리프, 비아 줄의 스위스 치즈를 확인했는가?
8. 커넥터·퓨즈·부품 패드 등 경로의 다른 병목이 없는가?

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