PCB패턴 굵기에 따른 전류 계산

안녕하세요.

Edward입니다.

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시작하기에 앞서 PCB 설계에 관해 다른 내용에 대한 포스팅도 공유드리려고 합니다.

[PCB #1] PCB 설계란? (EMI에 강한 설계)

[PCB #2] PCB 설계란? (EMI에 강한 설계)

[PCB #3] PCB VIA 전류 허용치와 역할(EMC)

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본래 PCB 설계 시 패턴에 따라 허용하는 전류 치가 있습니다.

여기서 소개드릴 계산기는 ANSI PCB Trace Width Calculator 입니다.

링크: http://www.desmith.net/NMdS/Electronics/TraceWidth.html

해당 계산기에는 PCB에 흐르는 전류, 두께, 온도 등을 입력하면 자동으로 배선 폭 결과나 출력됩니다.

* FPCB 패턴폭에 따른 허용전류 계산

통상 PCB Layout을 할때 기준은 1 oz(35um)에서 1mm 에대해 1A정도로 생각합니다. 좀더 정확하게 표현하자면,
R = 0.017 * L / W * t
R : 저항값
L : 패턴 길이 mm
W : 패턴 폭 mm
t : 동박 두께
이렇게 되죠. 가령 1oz에 대해 1mm 폭에서 10mm길이가 되면 저항값은 6mΩ 이 됩니다.

주변온도와도 관계되지만 패턴에 따른 전압강하에도 영향을 미칩니다. 전류가 그리 많이 흐르지 않는 회로에서도 GND Plane을 넓게 도포하는 이유는 기준전압의 안정도를 위한 것이라 할수 있죠.

하지만 무턱대고 GND을 넓게 도포할 순 없습니다. GND나 EMC/EMI에 대한 자세한 정보를 얻고 싶다면 아래 링크를 참고해주세요.

[PCB #1] PCB 설계란? (EMI에 강한 설계)

[PCB #2] PCB 설계란? (EMI에 강한 설계)

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* PCB원판 1oz가 32um이 되는 이유

저는 1oz가 35um라고 알고 있는데요.
제가 알고 있는 35um기준으로 설명해 보겠습니다.
동박의 두께가 1oz라 함은 가로 1ft(피트) 세로 1ft의 원판에 동박을 일정 두께 높이로 깔았을때의
두께를 말하는겁니다.
즉, 가로x세로가 1평방 ft일때, 1oz.의 동박을 입히면 두께는 0.035mm가 된다는 거지요.

계산은 아래와 같습니다.

부피 = 무게 / 밀도
= 1oz / (8.92g/cm^3)
= 28.3496g / (8.92g/cm^3)
= 3.1782cm^3

자, 이값을 기준으로 1평방 ft일때 높이를 구해보면 되겠죠?

1ft = 30.48cm
3.1782cm^3 = 30.48cm × 30.48cm × 두께cm
두께 = 3.1782 / (30.48^2)
= 0.00342cm = 0.0342mm = 34.2um
거의 35um죠?
아무래도 계산중에 이것 저것 버린놈들이 오차를 발생시킨듯 합니다. ^^

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* PCB 패턴 굵기에 따른 이런저런 정보

패턴의 굵기에 따라 결정되는 전류의 크기는 전류에 의해 PCB온도가 10도씨 상승하는것을 기준으로 한 것입니다.

그렇다고 20도씨 상승을 기준으로 한다하여 2배의 전류가 흐르진 않습니다.

보통의 PCB기준으로 외층패턴(외층동박두께:18um)으로 레지스트(보호막)가 덮여 있는 경우를 기준으로 하되,

외층패턴에 레지스트를 벗길 경우에는 2배의 전류가 흐른다. (보온효과가 없기 때문)

아래 내용은 전류에 따른 패턴, VIA 두께 정보를 간단하게 작성한 것이다.

전류(A)---외층패턴(동박두께:18um)---외층패턴(레지스트 무)--내층패턴(동박두께:35um)---비아(직경)

0.5 A-----------0.6 mm -------------------0.3 mm ---------------- 0.3 mm ------------ 0.1

1 A ----------- 1.6 mm ------------------- 0.8 mm ---------------- 0.8 mm ------------ 0.4

2 A ----------- 4.0 mm ------------------- 2.0 mm ---------------- 2.0 mm ------------ 1.0

3 A ----------- 6.0 mm ------------------- 3.0 mm ---------------- 3.0 mm ------------ 1.5

위와같이 보통 알고 있는 것과는 두배가량 차이가 있다.

1mm에 1A라는 것은 내층(35um)또는 외층(18um)의 레지스트를 제거할 경우이다.

PCB가 10도씨 정도 상승되는 지점을 안전의 마지노선으로 보면 된다.

VIA가 생각보다 많은 전류를 허용하는 것을 알수 있다.

큰비아 보단 작은비아를 여러게 쓰는 것이 안전하다.

-출처: https://blog.naver.com/krismage000/120063142588

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VIA에 따른 전류 허용치에 대한 설명은 아래 링크에서 확인 가능합니다!!

[PCB #3] PCB VIA 전류 허용치와 역할(EMC)