구리 무게는 PCB 트레이스 온도 상승에 어떤 영향을 미칩니까?

구리 무게는 트레이스 두께 (1온스 = 35μm, 2온스 = 70μm, ½온스 = 17.5μm) 를 직접 결정하며, 이는 저항에 영향을 미칩니다.트레이스가 두꺼울수록 저항이 낮아지므로 동일한 전류에 대한 I²R 전력 손실과 온도 상승이 낮아집니다.

PCB 트레이스가 계산된 것보다 더 뜨거운 이유는 무엇입니까?

구리 저항은 °C당 약 0.39% 증가하여 온도가 높을수록 저항이 높아져 전력 손실이 심해지고 온도가 높아지는 피드백 루프가 생성됩니다.실온보다 50°C 이상 높으면 실온 계산에서 알 수 있는 것보다 저항이 약 20% 더 높습니다.

작동 온도에서 PCB 트레이스 저항을 계산하는 방법은 무엇입니까?

먼저 실온 저항 공식 R = ·L/ (W·t) 로 시작합니다. 여기서 ρ 는 구리 저항률 (20°C에서 1.7×10ω·m) 입니다. 그런 다음 20°C 이상에서 °C당 0.39% 의 온도 계수를 계산하여 실제 작동 저항을 구합니다.

PCB 트레이스에서 10°C 온도 상승을 일으키는 전류는 무엇입니까?

10°C 상승 전류는 트레이스 폭, 구리 무게 및 길이에 따라 달라집니다.실제 전류를 ΔT=10°C 용량과 비교하면 빠르게 평가할 수 있습니다. 즉, 4A를 사용하고 있지만 10°C 용량이 2.1A에 불과한 경우 트레이스가 상당히 과열된 것입니다.

Thermal2026년 7월 20일8분 읽기

PCB 트레이스가 생각보다 뜨거운 이유 (방법...

전류, 너비 및 구리 중량을 기준으로 PCB 트레이스 온도 상승을 계산합니다.실제 사례, IPC-2152 컨텍스트 및 일반적인 열 설계 실수를 포함합니다.

무언가가 녹기 전까지는 아무도 이야기하지 않는 문제

대부분의 엔지니어는 PCB 트레이스의 현재 용량을 측정하고 완료라고 부릅니다.트레이스는 3A를 처리할 수 있고 2.5A를 실행할 수 있습니다. 모든 것이 정상입니다.그렇지 않다는 점만 빼면 2.5A가 트레이스를 주변 온도보다 40°C까지 가열하기 때문에 근처에 있는 온도에 민감한 아날로그 회로가 사양을 벗어나고 있기 때문입니다.설상가상으로 솔더 조인트가 예상했던 60°C 대신 85°C에 머물러 있기 때문에 솔더 조인트의 성능이 서서히 저하되고 있습니다.

추적 온도 상승은 실제로 수치를 계산해 보기 전까지는 간단해 보이는 현상 중 하나입니다.전류, 트레이스 지오메트리, 온도 간의 관계는 비선형적이고, 열 환경은 매우 중요하며, 모든 사람들이 인용하는 IPC 표준에는 항상 명확하지 않은 한계가 있습니다.

계산기가 실제로 하는 일

PCB 트레이스 온도 상승 계산기 는 전류, 너비, 구리 무게, 주변 온도 및 트레이스 길이와 같은 트레이스 파라미터를 가져와 트레이스가 얼마나 뜨거워지는지, 소비되는 전력의 양, 트레이스 저항의 모양 등 열적 그림을 제공합니다.

출력에는 다음이 포함됩니다.

온도 상승 (ΔT) : 트레이스가 주변 온도보다 몇 도나 높게 실행될 것인가
최대 트레이스 온도: 실제 작동 온도 (주변 온도+상승)
트레이스 저항: 작동 온도에서의 트레이스의 DC 저항
전력 소비: $I^2R$ 손실은 모든 것을 가열합니다.
ΔT=10°C에서의 전류 용량: 어떤 전류로 인해 10°C 상승이 가능한지 보여주는 온전성 검사

마지막 항목은 빠른 비교에 유용합니다.4A를 실행하고 있는데 계산기에 ΔT=10°C 용량이 2.1A라고 나와 있다면 트레이스를 열심히 사용하고 있다는 것을 알 수 있습니다.

물리학 (간단히)

트레이스 가열은 저항 손실로 인해 발생합니다.트레이스의 유한 저항에 흐르는 전류는 전력을 소산시킵니다.

P = I^2 R

트레이스 저항은 형상과 온도에 따라 달라집니다.직사각형 트레이스의 경우:

R = \frac{\rho \\cdot L}{W \\cdot t}

여기서$\rho $은 구리 저항률 (20°C에서 약$ 1.7 \times 10^{-8} $ω·m),$ L $은 길이,$ W $은 너비,$ t$은 두께입니다.

구리의 무게는 두께로 환산됩니다. 1온스 구리는 약 35μm (1.4밀), 2온스는 70μm, ½온스는 17.5μm입니다.이는 공칭 값입니다. 어떤 보드에서든 팹 하우스는 ± 10% 일 수 있습니다.

흥미로운 점은 다음과 같습니다.구리 저항률은 °C당 약 0.39% 의 온도에 따라 증가합니다. 따라서 실온보다 50°C 더 높은 트레이스의 저항은 실온 값에서 계산하는 것보다 약 20% 더 높습니다.이로 인해 피드백 루프가 생성됩니다. 저항이 높을수록 전력 손실이 커지며, 이는 온도가 높아져 저항이 높아진다는 의미입니다.시스템은 평형을 찾아내지만, 순진한 계산으로는 얻을 수 있는 온도에 도달하지 못합니다.

실제 실제 사례

모터 드라이버 보드를 설계한다고 가정해 봅시다.모터는 연속 3A를 소비하며 커넥터에서 H-브리지까지 이어지는 12인치 (305mm) 트레이스가 있습니다.보드는 1온스 구리를 사용하며 트레이스 너비에 50밀 (1.27mm) 을 할당했습니다.인클로저의 주변 온도는 45°C입니다.

먼저, 단면적을 추적하십시오.

너비: 1.27 밀리미터
두께: 35마이크로미터 (1온스 구리)
면적: $1.27 \times 0.035 = 0.0445$ mm² = $4.45 \times 10^{-8}$ m²

20°C에서의 트레이스 저항:

R_{20} = \frac{1.7 \times 10^{-8} \\cdot 0.305}{4.45 \times 10^{-8}} = 0.116 \text{ Ω}

전력 손실 (첫 번째 근사치):

P = 3^2 \times 0.116 = 1.05 \text{ W}

좁은 구리 띠에 1와트 이상 소산된 셈이죠.온도 상승은 열이 얼마나 잘 빠져나갈 수 있는지에 따라 달라집니다. 흔적이 내부 층 (불량), 솔더 마스크가 있는 외부 층 (양호), 공기 흐름이 있는 외부 층 (양호) 에 있든 상관 없습니다.

외부 트레이스에 IPC-2152에서 파생된 곡선을 사용하면 1온스 구리에 3A부터 50mil 트레이스까지 3A부터 50mil 트레이스까지 도달하면 약 35°C의 온도 상승이 발생합니다.따라서 트레이스는 다음과 같은 속도로 실행됩니다.

T_{max} = 45 + 35 = 80°C

이제 온도 저항을 보정해야 합니다.

R_{80} = R_{20} \times [1 + 0.0039 \times (80 - 20)] = 0.116 \times 1.234 = 0.143 \text{ Ω}

실제 전력 소비:

P = 3^2 \times 0.143 = 1.29 \text{ W}

이는 초기 추정치보다 23% 더 강력한 수치입니다.실제로 열 곡선이 이 중 일부를 설명하지만 요점은 온도에 따른 저항이 중요하다는 것입니다.

PCB 트레이스 온도 상승 계산기 를 열고 이 값을 연결하세요.온도 상승, 보정된 저항, 레이아웃을 재고해야 하는지 여부를 확인할 수 있습니다.

트레이스를 더 넓게 만들면 어떨까요?

트레이스를 100mil로 두 배로 늘리면 저항이 절반으로 줄어들고 열 성능이 크게 향상됩니다 (열을 퍼뜨리고 방출하는 구리 면적이 더 많음).온도 상승이 약 12°C까지 떨어지므로 트레이스는 80°C가 아닌 57°C로 떨어지는데, 이는 훨씬 더 편안한 편입니다.

또는 원래 너비가 50mil 인 2온스 구리를 사용해도 비슷한 결과를 얻을 수 있습니다. 대략 15°C 상승입니다.선택은 적재 제약과 비용 허용 한도에 따라 달라집니다.

IPC 표준: IPC 표준이 알려주는 것과 알려주지 않는 것

IPC-2152 차트는 모든 사람들이 수십 년 동안 사용하던 구형 IPC-2221 차트를 대체했습니다.기존 차트는 1950년대 데이터를 기반으로 했습니다. 즉, 단면 기판, 솔더 마스크, 근처에 비행기가 없었습니다.현대식 다층 기판에 대해서는 보수적인 경우도 있었고, 위험할 정도로 낙관적인 경우도 있었습니다.

IPC-2152 제품은 최신 PCB의 실제 열 테스트를 기반으로 하는데, 이는 좋은 결과입니다.하지만 이 표준은 여전히 다음과 같은 가정을 내포하고 있습니다.

정지 공기 (강제 대류 없음)
격리된 상태로 추적 (근처에 열원 없음)
정상 상태 상태 (펄스 전류 없음)
특정 보드 구조

실제 보드에는 트레이스보다 8mm 아래에 히트 스프레더 역할을 하는 접지면이 있을 수도 있고, 병렬로 작동하면서 믹스에 열을 더하는 다른 세 개의 파워 트레이스가 있을 수도 있습니다.계산기는 합리적인 기준선을 제공하지만 엔지니어링 판단을 적용해야 합니다.

흔히 저지르는 실수와 문제점

현재 경로의 비아 무시

단일 비아는 넓은 트레이스에 비해 저항이 큽니다.1온스 구리로 만든 12mil 비아는 저항이 0.5-1mΩ 정도일 수 있습니다. 분리된 상태에서는 그리 많지 않지만, 3A가 흐르면 비아당 4.5-9mW가 됩니다.10개의 비아를 직렬로 연결하면 (잘못 계획된 레이아웃에서 발생할 수 있음) 트레이스 계산에 나타나지 않는 지역화된 핫스팟이 생깁니다.

써멀 커플링에 대해 잊어버리기

3인치 동안 평행하게 실행되는 두 개의 2A 트레이스는 각각 분리된 단일 2A 트레이스보다 더 뜨겁습니다.한 트레이스의 열이 다른 트레이스의 주변 환경을 높입니다.인접 트레이스와 구성 요소 때문에 계산된 온도 상승은 25°C이지만 실제 온도 상승은 40°C인 보드를 본 적이 있습니다.

공칭 구리 중량 사용

에칭 후 “1oz” 구리는 0.9oz가 될 수 있습니다. 특히 에칭 인자가 측벽까지 침투하는 미세 피치 트레이스의 경우 더욱 그렇습니다.임계 전류 경로의 경우 구리가 공칭 구리보다 10~ 15% 적다고 가정해 보십시오.

내부 레이어와 외부 레이어를 동일하게 취급

내부 트레이스는 동일한 전류에서 외부 트레이스보다 훨씬 더 뜨겁게 실행됩니다.주변은 괜찮은 단열재인 FR-4로 둘러싸여 있습니다.내부 트레이스는 동일한 형상과 전류를 사용하는 외부 트레이스보다 50% 더 높은 온도 상승을 보일 수 있습니다.계산기는 일반적으로 외부 트레이스를 가정하므로 내부 레이어에 전력을 라우팅하는 경우 마진을 추가하세요.

일시적 동작 무시

정상 상태의 온도 상승은 연속 전류를 가정합니다.부하가 펄스되는 경우 (예: 초당 100ms 동안 5A) 트레이스가 정상 상태 온도에 도달하지 못합니다.낮은 온도와 높은 온도 사이를 오갈 수 있습니다.이는 솔더 조인트의 열 피로로 인해 실제로는 정상 가열보다 신뢰성이 떨어질 수 있습니다.하지만 관련된 열 시간 상수를 이해한다면 정상 상태 계산에서 제시하는 것보다 더 좁은 트레이스를 사용할 수도 있다는 의미이기도 합니다.

솔더 마스크에 대한 신화

일부 엔지니어는 솔더 마스크가 트레이스를 차단하여 더 뜨거워지게 만든다고 생각합니다.실제로 솔더 마스크는 열에 미치는 영향이 미미합니다. 얇고 전도체가 좋지는 않지만 열을 많이 가두지는 못합니다.더 중요한 것은 대류 냉각을 위해 구리를 노출했는지 아니면 전도성 확산을 위해 그 아래에 접지면을 노출했는지입니다.

걱정해야 할 때와 하지 말아야 할 때

파워 트레이스의 온도가 10°C 상승해도 괜찮습니다. 20°C는 주의를 기울일 가치가 있습니다. 40°C 이상이면 다시 설계하거나 열 관리 기능을 추가해야 합니다.

하지만 상황이 중요합니다.30°C 상승으로 트레이스를 55°C (주변 25°C) 로 올려도 괜찮을 것입니다.주변 인클로저에서 70°C 인클로저에서도 동일하게 30°C 상승하면 100°C에 도달하게 되는데, 이는 솔더 리플로우 온도에 가까워지고 구리의 일렉트로마이그레이션이 가속화됩니다.

근처에 무엇이 있는지 생각해 보는 것도 좋습니다.정밀 전압 레퍼런스 옆에 핫 트레이스가 있으면 트레이스 자체가 사양 내에 있더라도 문제가 됩니다.전원 섹션 중간에 다른 전원 부품으로 둘러싸인 핫 트레이스가 있나요?괜찮을 것 같네요.

간단한 사용 법칙

1온스 구리가 함유된 정지 공기 중의 외부 트레이스의 경우 10°C 온도 상승에 적합한 대략적인 지침은 다음과 같습니다.

1A: 폭 약 10-15마일
3A: 너비 약 50-60마일
5A: 너비 약 120-150마일
10A: 폭 약 400마일 이상 (아마도 폴리곤 푸어가 필요할 것입니다)

내부 트레이스의 너비를 두 배로 늘립니다.2온스 구리를 사용할 경우 반으로 줄이세요.이것은 야구장 수치입니다. 중요한 것이 있으면 항상 실제 계산을 통해 확인하세요.

시도해 보세요

회로도를 확인하고 최고 전류 트레이스를 찾은 다음 PCB 트레이스 온도 상승 계산기 열기.실제 트레이스 너비, 실제 구리 무게, 실제 주변 온도 등 실제 수치를 입력하세요.기온 상승이 놀라더라도, 여러분은 혼자가 아닙니다.대부분의 엔지니어는 열상 카메라가 장착된 실제 보드에서 트레이스 가열을 측정하기 전까지는 트레이스 히팅을 과소평가합니다.

생산 과정에서보다 계산기로 확인하는 것이 더 좋습니다.