PCB 구리 두께 표준 및 변환에 대한 이해
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구리 두께에 대해 이야기할 때, 제조업체에서 제공하는 옵션은 제한적입니다. 설계자가 트레이스를 넓히지 않으면서 전류 용량을 늘려야 할 때는 구리 중량 또는 두께를 측면 방향으로 증가시킵니다. 선택지가 몇 가지로 한정되어 있으며 대부분의 제조업체는 표준 두께를 사용합니다. 구리 선택은 전력 전달, 신호 전파, 열 관리에 관한 것입니다. 구리의 폭과 길이는 설계자에게 항상 고려 대상인데, 트레이스가 너무 얇으면 고전류에서 탈 수 있고 너무 두꺼우면 에칭 공정이 비용이 많이 드는 악몽으로 변합니다. 그 사이 어딘가에 최적점이 있습니다. 이 글에서는 구리 두께와 관련된 표준, 측정 방법, 단위 변환에 대해 살펴보겠습니다.
PCB 구리 두께란?
간단히 말해, PCB 구리 두께는 PCB 적층판 위에 증착된 구리 레이어의 높이입니다. 세 가지 다른 단위로 표현할 수 있습니다:
- 마이크로미터 (µm)
- 밀 (1 mil = 0.001 인치)
- 평방피트당 온스 (oz/ft²)
온스가 업계 표준으로 채택된 이유는 PCB 제조업체들이 역사적으로 구리를 1평방피트에 펼친 중량으로 측정했기 때문입니다.
1 oz/ft² ≈ 35 μm ≈ 1.37 mils
즉, 1oz 구리 PCB 레이어의 두께는 약 35 µm입니다.
PCB 구리 두께 측정 방법
구리 두께를 측정하는 두 가지 주요 상황이 있습니다:
1. 제조 전, 제조업체에 두께를 지정합니다 (예: 1 oz). 제조업체는 베이스 구리가 미리 코팅된 적층판을 공급합니다.
2. 제조 후, PCB의 실제 두께를 확인합니다. 비아 형성 중 구리가 도금되기 때문에 두께가 증가합니다. 측정은 단면 분석(PCB 조각을 자르고 현미경으로 측정)을 사용하여 수행됩니다. 더 정확하고 정밀한 결과를 위해 표면 프로필로메트리를 사용할 수도 있습니다. 완성된 구리 두께는 도금으로 인해 항상 베이스 구리보다 약간 두껍습니다.
PCB의 표준 구리 두께 값
PCB 구리 두께는 제조를 단순화하기 위해 일반적으로 표준화되어 있습니다. 일반적인 값은 다음과 같습니다:
- 0.5 oz (17 µm) – 다층 PCB의 미세 피치 내부 레이어에 자주 사용됩니다.
- 1 oz (35 µm) – 대부분의 PCB에 대한 업계 표준입니다.
- 2 oz (70 µm) – 전력 전자, 자동차, 산업용 보드에 사용됩니다.
- 3 oz (105 µm) 이상 – 고전류 설계용 헤비 카퍼 PCB에 사용됩니다.
아래 표는 IPC-6012에서 정의한 완성 구리 두께의 허용 기준과 공차를 따릅니다.
레이어 수가 구리 두께에 미치는 영향
2레이어 PCB에서 다층 PCB로 전환할 때 외부 레이어와 내부 레이어 간의 구리 두께 차이를 확인할 수 있습니다. 일반적으로 상단과 하단 레이어에는 1 oz 구리가 사용되며, 소형 전원 보드의 경우 2 oz를 사용할 수 있습니다. 내부 레이어는 공간 절약과 제조 용이성을 위해 0.5 oz 구리를 사용합니다.
레이어가 많을수록 보드에 더 많은 구리가 사용되며, 더 두꺼운 구리는 절연을 위해 더 두껍고 높은 K 유전체가 필요합니다. 레이어 간 간격이 클수록 임피던스 불일치와 시스템 전체 비용이 발생합니다. 그러나 전반적으로 더 나은 방열 및 열전도율을 얻을 수 있습니다.
구리 두께가 중요한 이유 (실제 영향)
1. 전류 용량: 구리가 두꺼울수록 시스템 과열 없이 더 높은 전류를 지원할 수 있습니다. 두께는 IPC-2152를 기준으로 선택할 수 있습니다.
2. 열 관리: 추가 구리는 전력 부품에서 열을 분산시키고 자동차 응용 분야를 위해 PCB를 더 견고하게 만드는 데 도움이 됩니다.
3. 신호 무결성 및 임피던스: 구리 트레이스의 길이, 폭, 간격, 두께가 회로와 트레이스의 임피던스를 결정하며, 더 나은 신호 무결성을 위해 설계 시 구리 중량을 고려해야 합니다.
4. 기계적 강도: 구리가 많을수록 PCB의 강도가 좋아지고 전체 PCB가 더 견고해집니다.
5. 비용 및 제조성: 더 두꺼운 구리는 에칭 및 도금 시간이 늘어나 비용이 더 듭니다. 구리가 두꺼워질수록 트레이스의 미세 피치 라우팅이 어려워집니다.
구리 밸런싱이란
보드 전체에 구리 분포가 불균일하면 제조 중 문제가 발생할 수 있습니다. 특히 도금 및 에칭 공정에서 더 그렇습니다. 구리가 밀집된 영역은 희박한 영역과 다르게 동작하여 휨이나 비틀림으로 이어질 수 있습니다. 바로 여기서 구리 밸런싱이 필요합니다. 이 공정은 PCB 전체의 구리 분포를 조정하여 양면과 서로 다른 영역이 더 균일한 구리 커버리지를 갖도록 합니다. 설계자들은 전기적으로 연결되지 않은 저밀도 영역에 "더미 구리" 또는 패턴화된 필을 추가하는 경우가 많습니다. 이 방법은 단순히 구리 두께를 균일하게 만들기 위해 수행됩니다. 목표는 회로 동작을 변경하는 것이 아니라 보드가 제조 단계를 통과하도록 보장하는 것입니다.
구리 푸어란
구리 푸어는 본질적으로 PCB 레이어의 사용되지 않는 공간을 채우는 크고 연속적인 구리 영역입니다. 배선되지 않은 영역을 맨 기판으로 두는 대신 설계자는 이 영역에 구리를 "붓습니다". 연결은 특정 넷에 이루어지며 종종 접지됩니다. 이 푸어된 구리는 여러 목적을 수행합니다. 전기적으로는 리턴 경로의 전체 임피던스를 낮추고 넓은 기준면을 생성하여 신호 무결성을 개선합니다. 또한 열 관리에도 도움이 됩니다. 더 넓은 구리 면적은 부품에서 열을 분산시키고 더 효과적으로 방열할 수 있습니다. 제조 관점에서 구리 푸어를 사용하면 제조 중 에칭해야 하는 구리 양이 최소화됩니다.
결론
이 글에서 알 수 있듯이, 구리 두께는 PCB 주문 시 사소한 사양처럼 보일 수 있습니다. 하지만 실제로는 보드의 전류 처리 능력, 열 방출 효율, 현장에서의 신뢰성을 결정합니다. 학생들에게는 단위 변환과 IPC 표준을 이해하는 것이 필수적입니다. 따라서 다음에 PCB 주문을 구성할 때 기본값으로 "1 oz"를 클릭하지 마세요. 스스로에게 물어보세요: 내 설계가 전류나 열을 처리하기 위해 더 많은 구리가 필요한가? 더 두꺼운 구리가 임피던스나 제조성에 영향을 미칠까? 신호 무결성 관점에서 트레이스의 전류와 길이/폭에 따라 두께를 항상 계산할 수 있습니다.
구리 두께가 PCB 설계에 실제로 어떻게 영향을 미치는지 탐구하고 싶다면, JLCPCB의 온라인 주문 시스템을 통해 쉽게 실험해 볼 수 있습니다. 실시간 견적 도구를 사용하면 구리 중량을 조정하고 즉시 비용 차이를 확인할 수 있어 학생과 엔지니어가 경험을 하고 배우기에 좋습니다.
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