1. 동박이란 무엇인가요?
동박은 얇고 연속적인 금속 시트입니다. 전기 증착된 네거티브 타입의 소재입니다. 호일은 PCB 바닥에 도금됩니다. 보드에서 도체 역할을 합니다. 절연 층에 잘 접착됩니다. 솔더 마스크 및 기타 보호 층이 필요합니다. 에칭 후 남은 구리가 회로 패턴을 형성합니다. 초기 생산에서는 압연 구리 호일을 사용했습니다. 즉, 구리 블록을 얇은 시트로 평평하게 만듭니다.
그렇다면 PCB의 구리 호일 두께는 얼마나 될까요?
2. 구리 두께 단위: 온스
PCB 구리 두께는 일반적으로 온스(온스) 단위로 표시됩니다. 온스는 무게 단위입니다. 온스와 그램의 관계는 다음과 같습니다:
1온스 ≈ 28.35g.
PCB 산업에서 1온스는 1평방피트(ft²)에 고르게 퍼져 있는 1온스의 구리 무게를 의미합니다. 이 균일한 층은 일정한 두께를 갖습니다. 그 두께는 약 35μm입니다. 공식을 사용합니다:
1온스 = 28.35g/ft².
아래에서 계산 과정을 단계별로 보여드리므로 결과를 명확히 알 수 있습니다:
- 1온스 질량: 28.35g.
- 구리 밀도: 8.93g/cm³.
- 1ft² = 929.03cm².
두께(cm) = 질량/(밀도 × 면적)
= 28.35 / (8.93 × 929.03) cm
= 28.35 / 82973.558 ≈ 0.00341721 cm.
마이크로미터(μm)로 변환합니다: 0.00341721 cm = 0.00341721 × 10,000 μm = 34.17 μm.
따라서 1온스 구리 호일 ≈ 34.17 μm. 이 값은 일반적으로 반올림하여 다음과 같이 인용합니다. 35 μm. 영국식 단위로 34.17μm = 0.03417mm입니다. 1밀리미터 = 0.0254밀리미터이므로 두께는 ≈ 1.345밀리미터입니다. 사람들은 종종 다음과 같이 말합니다. 1온스 ≈ 35μm ≈ 1.35밀리미터.
3. 일반적인 구리 두께 값
PCB에 사용되는 일반적인 구리 두께 값은 다음과 같습니다:
- 0.5온스 ≈ 17.5μm
- 1온스 ≈ 35μm
- 2온스 ≈ 70μm
- 3온스 ≈ 105μm
일반적인 단일 및 양면 PCB 약 사용 35μm(1온스) 구리. 일부 보드는 50 μm 또는 70 μm 구리도 마찬가지입니다. 다층 보드의 경우 외부 레이어는 종종 다음과 같습니다. 35μm(1온스). 내부 레이어는 종종 17.5μm(0.5온스).
두꺼운 구리 보드는 약 3 온스 이상입니다. 이러한 보드는 전원 공급 장치와 같은 고전류 또는 고전압 제품에 사용됩니다.
4. 다양한 구리 두께에 따른 전류 전달 용량
아래는 다양한 두께와 너비의 구리 스트립에 대한 일반적인 전류 용량을 보여주는 실용적인 표입니다. 이 표에는 다음과 같은 구리 두께에 대한 전류(A) 및 필요한 폭(mm)이 나와 있습니다. 70 μm, 50 μm, 및 35 μm. 표의 테스트 두께 매개변수는 t = 10입니다(소스 테이블에 사용된 샘플 참조 값입니다).
참고: 구리 호일을 고전류용 도체로 사용하는 경우 일반적으로 다음과 같이 테이블 값을 낮추는 것이 일반적입니다. 50% 를 선택하면 안전합니다. 즉, 안전 마진을 원한다면 나열된 전류의 절반 정도에 해당하는 너비를 선택해야 합니다.
| 70μm의 경우 전류(A)/폭(mm) | 50μm의 경우 전류(A)/폭(mm) | 35μm의 경우 전류(A)/폭(mm) |
|---|---|---|
| 6.00 A - 2.50 mm | 5.10A - 2.50mm | 4.50A - 2.50mm |
| 5.10 A - 2.00 mm | 4.30 A - 2.00 mm | 4.00 A - 2.00 mm |
| 4.20A - 1.50mm | 3.50A - 1.50mm | 3.20A - 1.50mm |
| 3.60A - 1.20mm | 3.00 A - 1.20 mm | 2.70A - 1.20mm |
| 3.20 A - 1.00 mm | 2.60 A - 1.00 mm | 2.30A - 1.00mm |
| 2.80A - 0.80mm | 2.40A - 0.80mm | 2.00 A - 0.80 mm |
| 2.30A - 0.60mm | 1.90A - 0.60mm | 1.60A - 0.60mm |
| 2.00 A - 0.50 mm | 1.70A - 0.50mm | 1.35A - 0.50mm |
| 1.70A - 0.40mm | 1.35A - 0.40mm | 1.10A - 0.40mm |
| 1.30A - 0.30mm | 1.10A - 0.30mm | 0.80A - 0.30mm |
| 0.90A - 0.20mm | 0.70A - 0.20mm | 0.55A - 0.20mm |
| 0.70A - 0.15mm | 0.50A - 0.15mm | 0.20A - 0.15mm |
다시 말하지만, 안전 마진을 선택하세요. 일반적인 규칙은 프로덕션용으로 설계할 때 이러한 테이블 값을 50%만큼 줄이는 것입니다.
5. 도체로서의 구리에 대한 기타 실용적인 참고 사항
- 긴 스트립 도체로 구리 호일을 사용하는 경우 전류 용량을 확인해야 합니다. 예를 들어, 일반적인 두께를 0.03mm(30μm). 구리 스트립의 너비가 W(mm), 길이가 L(mm)인 경우 DC 저항은 다음과 같이 근사화할 수 있습니다: R ≈ 0.0005 × L/W(옴) 이 공식은 설계 점검을 위한 빠른 추정치를 제공합니다.
- 구리 전류 용량은 보드의 부품, 부품의 수와 유형, 냉각에 따라 달라집니다. 따라서 실제 전류 용량은 구리 기하학적 구조와 열 조건에 따라 달라집니다.
- 실제 경험 법칙은 다음과 같습니다: 전류 용량 ≈ 0.15 × W(A). 이는 일부 경우에 사용되는 경험적 추정치입니다. 많은 보드에 대해 간단하고 보수적입니다.
6. 예: 면적 및 전류 밀도
일반적인 경우: 구리 두께 35 μm 및 트레이스 너비 1mm. 단면적은
- 면적 = 두께 × 너비 = 0.035㎜ × 1㎜ = 0.035㎜².
전류 밀도 규칙을 사용하는 경우 30 A/mm², 를 사용하면 1mm 폭당 전류 ≈ 30 × 0.035 = 1.05A이므로 이 경험 법칙에 따라 대략 1mm 트레이스 폭당 1A가 됩니다.
7. 보다 정확한 전류 및 온도 상승을 위한 IPC 공식
IPC-2152 그리고 IPC-D-275 보다 정확한 모델을 제공합니다. 텍스트에는 일반적인 형식의 IPC-D-275 공식이 포함되어 있습니다:
- 내부 트레이스의 경우: I = 0.0150 × (ΔT^0.5453) × (A^0.7349)
- 외부 트레이스의 경우: I = 0.0647 × (ΔT^0.4281) × (A^0.6732)
이 공식은 다음과 같습니다:
- 전류는 암페어 단위입니다.
- ΔT는 허용 온도 상승을 °C 단위로 나타냅니다.
- A는 단면적(또는 공식을 적용하는 방식에 따라 다른 단위)입니다. 공식을 적용할 때는 일관된 단위를 사용하세요.
주어진 온도 상승에 대해 정확한 허용 전류가 필요한 경우 IPC 방법을 사용하세요.
8. 구리 두께 및 유전체 매칭
PCB 설계에서 “구리 두께 - 유전체 매칭”은 구리 두께와 기판 유전체를 함께 선택하는 것을 의미합니다. 이는 전기적 요구, 열적 요구 및 기계적 요구 사항을 충족하기 위한 것입니다. 요점
8.1 구리 무게(구리 두께)
- 단위: 온스/ft²(예: 0.5온스, 1온스, 2온스, 3온스).
- 1온스 ≈ 35μm ≈ 1.35밀리.
- 효과:
- 전류 전달: 구리가 두꺼울수록 더 많은 전류를 전달합니다.
- 손실: 고주파에서는 피부 효과가 중요합니다. 구리가 두꺼우면 경우에 따라 도체 손실을 줄일 수 있습니다.
- 열: 두꺼운 구리는 열 확산에 도움이 됩니다.
- 에칭: 구리가 두꺼울수록 미세 에칭 작업이 더 어려워집니다. 최소 트레이스 폭과 간격이 증가할 수 있습니다.
- 비용: 구리가 두꺼울수록 비용이 더 많이 듭니다.
8.2 유전체 재료
주요 유전체 속성:
- 유전 상수(Dk 또는 εr): 신호 속도와 임피던스에 영향을 줍니다.
- 손실 탄젠트(Df): 고주파 손실에 영향을 줍니다.
- 두께(H): 구리 두께에 따라 임피던스와 커패시턴스가 결정됩니다.
- CTE 및 Tg: 열 신뢰성.
공통 자료: fr4 일반용, 고-Tg fr4 및 특수 고주파 재료(예: 로저스)용입니다.
8.3 매칭 규칙
- 임피던스 제어의 경우 일반적인 마이크로스트립 공식은 다음과 같습니다: Z0 ≈ (87 / sqrt(εr_eff + 1.41)) * ln(5.98H / (0.8W + T)) 여기서 Z0은 임피던스, εr_eff는 유효 유전 상수, H는 유전체 두께, W는 트레이스 폭, T는 구리 두께입니다.
- 구리 두께가 증가하면 동일한 폭과 유전체에 대해 임피던스는 감소합니다. 따라서 동일한 임피던스를 유지하려면 폭을 늘리거나 유전체 두께를 늘려야 합니다.
- 고주파 신호의 경우 피부 깊이가 중요합니다. 구리 두께는 관심 있는 최고 주파수에서 피부 깊이의 몇 배 이상이어야 합니다. 매우 높은 주파수의 경우 표면 거칠기도 중요합니다. 낮은 손실이 필요한 경우 거칠기가 낮은 구리를 사용합니다.
- 전력면과 전류가 많은 경우에는 두꺼운 구리(2온스 이상)를 사용하고 열 관리를 위해 열 전도성 유전체 또는 금속 코어 보드를 고려하세요.
8.4 제조 가능성
- 두꺼운 구리(3온스 이상)는 에칭 문제를 방지하기 위해 더 큰 트레이스/간격 규칙이 필요합니다.
- 얇은 유전체는 구리 두께를 엄격하게 제어해야 합니다. 변화는 임피던스에 영향을 미칩니다.
9. 선택 표(짧은 가이드)
| 애플리케이션 시나리오 | 권장 구리 무게 | 권장 유전체 재료 | 일치하는 이유 |
|---|---|---|---|
| 고속 디지털(>5Gbps) | 0.5온스 - 1온스 | low-Df FR4 / 로저스 RO4000 | 정밀한 라우팅, 낮은 손실, 간편한 임피던스 제어. |
| 전력 모듈 / 고전류 | 2 온스 - 6 온스 이상 | FR4 고Tg/고열 전도성 소재 | 더 높은 전류 용량과 더 나은 열 방출. |
| RF/마이크로파(>10GHz) | 0.5온스(낮은 거칠기) | 로저스 RO3000 / 테프론(PTFE) | RF에 최적화된 초저손실 및 최적화된 표면 효과. |
| 일반 가전 제품 | 1 온스 | 표준 FR4 | 균형 잡힌 비용과 성숙한 프로세스. |
| 고밀도 HDI 보드 | 0.5온스 - 1온스 | FR4 고-Tg/저-CTE 소재 | 성능을 통한 미세한 흔적과 안정적인 레이저. |
10. 실용적인 조언
- 전류, 신호 속도, 임피던스, 발열 등 요구 사항을 먼저 명시하세요.
- 적절한 도구로 스택업을 계획하세요.
- 재질 Dk 및 구리 두께로 임피던스 시뮬레이션을 수행합니다.
- 구리 두께 공차 및 유전체 옵션에 대해 보드 하우스에 문의하세요.
- 고주파의 경우 가능하면 재료 Dk 및 Df를 측정합니다.
참고: 공칭 구리 중량(예: 1온스)은 에칭 전 시작 두께입니다. 에칭 후에는 트레이스의 측면이 가늘어질 수 있습니다. 실제 임피던스를 확인하려면 평균 두께 또는 보드 하우스 가이드를 사용합니다.
