PCB 패턴 폭 계산기

PCB 패턴(트레이스)은 얇은 구리 띠라서 저항이 있고, 전류가 흐르면 I²R만큼 열이 납니다. 패턴이 좁을수록 저항이 커지고 열을 내보낼 표면도 작아져 온도가 더 오릅니다. 그래서 전원·모터·히터처럼 전류가 큰 배선은 '얼마나 뜨거워져도 되는가(허용 온도 상승 ΔT)'를 먼저 정하고, 그 조건을 만족하는 최소 단면적을 구한 뒤 동박 두께로 나눠 폭을 정합니다. IPC-2221(인쇄회로기판 설계 일반 규격)은 이 관계를 실험 곡선에 맞춘 식으로 제공합니다.

I = k × ΔT^0.44 × A^0.725
A = ( I / (k × ΔT^0.44) )^(1/0.725)      [mil²]
W = A / t                                 [mil]
R = ρ × L / (W × t),  ρ(T) = 1.724×10⁻⁸ × (1 + 0.00393 × (T − 20))  [Ω·m]

계산 예

2 A, ΔT 10 °C, 1 oz 외층이면 A = (2 / (0.048 × 10^0.44))^(1/0.725) ≈ 42.4 mil², 폭은 42.4 / 1.378 ≈ 30.8 mil = 0.78 mm입니다. 같은 조건의 내층은 약 80 mil(2.03 mm)로 2.6배 넓어야 합니다. 이 0.78 mm 패턴이 50 mm 길이라면 35 °C에서 저항 약 33 mΩ, 전압 강하 67 mV, 손실 0.13 W입니다. 동박을 2 oz로 올리면 외층 폭은 절반인 0.39 mm로 줄어듭니다.

IPC-2221의 곡선은 1950년대 측정 자료에 바탕을 둔 오래된 데이터입니다. 2009년 발행된 IPC-2152는 새로 측정한 데이터로 차트를 다시 만들었고, 기판 두께, 가까운 동박 면(GND 플레인) 유무, 기판 재질의 열전도 같은 조건이 온도 상승에 크게 영향을 준다는 점을 보정 계수로 다룹니다. 특히 내층 패턴은 IPC-2221이 지나치게 보수적이어서, IPC-2152 기준으로는 외층과 비슷하거나 그 이상을 흘릴 수 있는 경우가 많습니다. 이 계산기는 널리 쓰이고 대체로 안전한 쪽인 IPC-2221 식만 사용합니다. 여유가 빠듯한 고전류 설계는 IPC-2152 차트나 열해석으로 검증하세요.

• 패턴만 넓히고 병목 무시: 커넥터 패드 근처, 서멀 릴리프, 좁은 비아 하나가 병목이 됩니다. 전류 경로 전체에서 가장 좁은 곳이 기준입니다.
• 비아 전류 용량 미확인: 층을 바꾸는 곳에는 비아를 여러 개 병렬로 두세요. 비아 도금 두께는 보통 동박보다 얇습니다.
• 외층 동박 두께 착각: 외층은 도금으로 두꺼워지고 내층은 공차로 얇아질 수 있습니다. 제조사의 완성 두께를 확인하세요.
• ΔT를 절대 온도로 착각: 주변 60 °C에 ΔT 20 °C면 패턴은 80 °C입니다. 기판 Tg와 주변 부품 정격을 함께 봐야 합니다.

몇 A 이상의 전원 경로는 패턴보다 폴리곤(동박 면)으로 넓게 까는 편이 저항과 발열 모두 유리하고, 같은 넷을 여러 층에 깔아 비아로 묶으면 단면적을 더 늘릴 수 있습니다. 2 oz 동박은 폭을 절반으로 줄여 주지만 미세 피치 부품의 최소 간격 확보가 어려워지고 제작 단가가 오르므로, 보드 전체보다 전원 구간만 넓히는 방법을 먼저 검토하세요. PCB 발주 시에는 동박 두께(외층·내층)를 명확히 적어야 합니다. KEMI에서는 아트웍 단계에서 전류 경로 폭과 비아 개수를 함께 검토하고, 제작 견적에서 동박 두께 옵션을 선택할 수 있습니다.