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PCB 임피던스 계산기

패턴 폭, 유전체 두께, 동박 두께, 비유전율을 넣으면 마이크로스트립·대칭 스트립라인·차동 페어의 특성 임피던스를 IPC-2141 식으로 바로 계산합니다. 독립적인 교차 확인식(Hammerstad–Jensen, Wheeler) 값과 유효 유전율, 전파 지연을 함께 보여 주고, 목표 임피던스(50 Ω, 90 Ω, 100 Ω 등)에 맞는 패턴 폭도 역산합니다. 단위는 mm와 mil 중에서 고를 수 있습니다.

길이 단위

패턴 폭 Wmm유전체 두께 Hmm동박 두께 Tmm비유전율 εrFR-4 일반 4.2~4.6 (1 GHz 부근)

단선 임피던스 Z0 (IPC-2141)

53.5 Ω

Hammerstad–Jensen 교차 확인: 55.1 Ω

유효 유전율 εeff

3.07

Hammerstad–Jensen

전파 지연

5.84 ps/mm

148 ps/inch

목표 임피던스로 폭 구하기

목표 Z0ΩRF·일반 단선 50 Ω

필요한 폭 W (현재 H·T·εr)

0.335 mm

Hammerstad–Jensen: 0.359 mm

닫힌 형식 식은 보통 ±5~10% 오차가 있습니다. 솔더 마스크(마이크로스트립 Z0를 대개 몇 Ω 낮춤), 에칭 사다리꼴, 동박 거칠기, 주파수에 따른 εr 변화는 반영하지 않습니다. 양산용 임피던스 제어는 제조사 스택업과 필드 솔버 계산으로 확정하세요.

사용법

구조를 고릅니다: 외층은 마이크로스트립, 두 기준면 사이 내층은 스트립라인, 차동 신호는 차동 구조.
길이 단위(mm/mil)를 고르고 W, H, T, εr(차동이면 S)을 입력합니다. 동박 두께는 oz 버튼으로 넣을 수 있습니다.
Z0(또는 Zdiff), 교차 확인 값, 전파 지연을 확인하고, 적용 범위 경고가 있으면 참고합니다.
아래 '목표 임피던스로 폭 구하기'에 50·90·100 Ω 같은 목표를 넣어 필요한 폭을 얻습니다.

원리

특성 임피던스란 무엇인가

특성 임피던스(Z0)는 패턴을 따라 진행하는 신호가 '느끼는' 전압과 전류의 비율입니다. 패턴의 단위 길이당 인덕턴스 L과 기준면과의 커패시턴스 C로 정해지며(Z0 = √(L/C)), 길이와는 무관합니다. 신호의 상승 시간이 패턴을 지나는 시간에 비해 충분히 짧아지면, 패턴 중간에 임피던스가 바뀌는 곳마다 신호 일부가 반사되어 링잉과 오동작을 일으킵니다. 그래서 USB(차동 90 Ω), 이더넷·HDMI·LVDS(차동 100 Ω), RF와 일반 고속 단선(50 Ω)처럼 규격이 정한 임피던스에 맞춰 패턴 폭과 적층 구조를 설계합니다. 폭이 넓을수록, 기준면이 가까울수록(H가 작을수록), 비유전율 εr이 클수록 C가 커져 임피던스는 낮아집니다.

마이크로스트립: Z0 = 87 / √(εr + 1.41) × ln( 5.98H / (0.8W + T) )
스트립라인:     Z0 = 60 / √εr × ln( 1.9B / (0.8W + T) ),  B = 2H + T
차동 마이크로스트립: Zdiff ≈ 2·Z0 × (1 − 0.48·e^(−0.96·S/H))
차동 스트립라인:     Zdiff ≈ 2·Z0 × (1 − 0.347·e^(−2.9·S/B))

W = 패턴 폭, H = 패턴~기준면 유전체 두께, T = 동박 두께, S = 차동 선 간격, B = 스트립라인 두 기준면 사이 간격, εr = 비유전율. 길이 단위는 같기만 하면 됩니다. 적용 범위: 마이크로스트립 0.1 < W/H < 2.0, 1 < εr < 15 / 스트립라인 W/(B−T) < 0.35, T/B < 0.25

계산 예

4층 1.6 mm 기판에서 L1–L2 프리프레그가 0.2 mm, εr 4.3, 동박 35 µm일 때 0.3 mm 패턴은 IPC-2141 식으로 약 53.5 Ω, Hammerstad–Jensen 식으로 약 55 Ω입니다. 50 Ω을 맞추려면 약 0.33~0.36 mm가 필요합니다. 반면 2층 1.6 mm 기판(H = 1.6 mm)에서 50 Ω을 만들려면 폭이 약 2.9 mm나 되어 일반 부품 패드와 연결하기 어렵습니다. 임피던스 제어가 필요한 보드가 4층 이상으로 가는 가장 큰 이유입니다.

정확도

이 계산의 한계

IPC-2141의 닫힌 형식 식은 빠르게 감을 잡는 용도로, 보통 ±5~10% 오차가 있습니다. 같은 입력이라도 Hammerstad–Jensen(마이크로스트립)이나 Wheeler(스트립라인) 식과 몇 % 차이가 나는 것이 정상이며, 계산기는 두 값을 함께 보여 줍니다. 솔더 마스크(마이크로스트립 임피던스를 대개 몇 Ω 낮춤), 에칭으로 생기는 사다리꼴 단면, 동박 표면 거칠기, 주파수에 따라 달라지는 εr, 주변 동박 면(코플래너 효과)은 반영하지 않습니다. 특히 FR-4의 εr은 1 MHz 데이터시트 값보다 GHz 대역에서 낮아지므로, 실제 사용 주파수 기준 값을 넣어야 합니다.

주의

자주 하는 실수

H를 잘못 잡기: 외층 패턴의 H는 기판 전체 두께가 아니라 가장 가까운 기준면(4층이면 L2)까지의 유전체 두께입니다.
기준면이 끊긴 곳을 지나가기: 아래 GND 플레인이 분할된 곳을 고속 신호가 건너가면 임피던스와 리턴 경로가 동시에 깨집니다.
외층 동박 두께를 공칭값으로 넣기: 외층은 도금으로 두꺼워져 실제 T가 커집니다.
차동 페어 간격을 커넥터 근처에서 마음대로 벌리기: 간격이 바뀌면 그 구간의 차동 임피던스가 변합니다.

실무

KEMI 실무 팁

양산 보드의 임피던스는 계산기가 아니라 제조사의 실제 스택업(프리프레그 종류, 수지 함량, 완성 두께)으로 확정됩니다. 발주할 때 '어느 층의 어떤 넷을 몇 Ω ±10%로, 기준층은 어디'라고 명시하면 제조사가 폭을 미세 조정하고 테스트 쿠폰으로 측정해 줍니다. KEMI는 아트웍 단계에서 제조사 스택업을 기준으로 폭·간격을 잡고, 같은 데이터로 PCB 제작까지 진행합니다.

임피던스 제어 보드, 스택업부터 함께 잡아 드립니다

USB·이더넷·RF 등 임피던스가 정해진 보드를 제조사 스택업 기준으로 아트웍하고, 임피던스 제어 사양으로 PCB 제작까지 이어서 진행합니다.

PCB 아트웍 견적 받기 →

FAQ

계산 결과를 그대로 양산에 써도 되나요?

아니요. 닫힌 형식 식은 ±5~10% 오차가 있고 솔더 마스크·에칭 형상을 반영하지 않습니다. 설계 초기에 폭과 적층을 가늠하는 용도로 쓰고, 양산 값은 제조사 스택업과 필드 솔버로 확정하세요.

IPC-2141 값과 교차 확인 값이 다르게 나와요.

정상입니다. 두 식은 근사 방식이 달라 몇 % 차이가 납니다. 차이가 크게 벌어지면 IPC-2141 식의 적용 범위 가장자리에 있다는 신호이므로 교차 확인 값 쪽을 더 신뢰하는 편이 좋습니다.

FR-4의 εr은 얼마를 넣어야 하나요?

일반 FR-4는 1 GHz 부근에서 4.2~4.6 정도이며, 프리프레그와 코어, 수지 함량에 따라 다릅니다. 제조사가 제시하는 스택업 표의 값을 쓰는 것이 가장 정확합니다.

2층 기판에서도 50 Ω을 맞출 수 있나요?

이론상 가능하지만 1.6 mm 기판이면 패턴 폭이 약 3 mm가 되어 현실적이지 않습니다. 얇은 기판(0.8 mm 이하)을 쓰거나 코플래너 도파로 구조를 쓰는 방법도 있지만, 보통은 4층으로 가는 것이 깔끔합니다.

차동 임피던스와 단선 임피던스는 어떤 관계인가요?

두 선이 멀리 떨어져 결합이 없으면 Zdiff = 2 × Z0입니다. 가까울수록 결합 때문에 Zdiff가 2 × Z0보다 작아집니다. 그래서 같은 폭이라도 간격을 줄이면 차동 임피던스가 내려갑니다.

함께 보기

모든 계산은 이 브라우저 안에서만 이루어지며 입력값은 어디에도 전송되지 않습니다. 결과는 설계 초기 검토용 참고값이며, 실제 제작에는 부품 데이터시트와 제조사 사양이 우선합니다.