I. 먼저 이해하기: 두꺼운 구리 PCB를 선택하는 이유? (30초 소개)
두꺼운 구리 PCB는 간단히 말해 구리 호일 두께가 3oz 이상(≥ 3oz, 1oz ≈ 35μm)인 회로 기판입니다. 산업용 전원 공급 장치, 신에너지 자동차, 의료 장비 등 "고전력, 고방열" 시나리오에서 흔히 사용됩니다. 예를 들어, 신에너지 자동차 충전 파일은 높은 전류 서지를 견뎌야 합니다. 일반적인 얇은 구리 기판은 과열되어 타기 쉽습니다. 두꺼운 구리는 "회로의 고속도로"처럼 작용하여 전류와 열을 빠르게 발산하고 회로 기판의 기계적 강도(굽힘 저항, 진동 저항)를 향상시킵니다. 그러나 두꺼운 구리가 "두꺼울수록 좋다"는 것은 아닙니다. 부적절한 설계는 "불균일한 열 발산, 불량한 납땜, 비용 급증"과 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 이것이 오늘 우리가 집중할 핵심 문제, 즉 제조 가능성(DFM)을 보장하면서 성능 요구 사항을 충족하는 방법입니다.
II. 두꺼운 구리 PCB 설계를 위한 주요 고려 사항 (함정 방지를 위한 첫 번째 단계)
1. 구리 호일 두께 선택: "두꺼울수록 좋다"는 맹목적인 추구를 피하십시오. 핵심 원칙: 전류 정격이 구리 두께를 결정합니다. 간소화된 공식은 다음과 같습니다: 허용 전류(A) ≈ 구리 호일 두께(oz) × 트레이스 폭(mm) × 0.8 (주변 온도 ≤40℃). 예시: 3oz 구리 호일 + 3mm 폭 트레이스는 약 7.2A의 전류를 견딜 수 있으며, 대부분의 산업용 전원 공급 장치 시나리오에 충분합니다. 함정: 10oz를 초과하는 구리는 PCB 굽힘 및 드릴링 어려움을 유발할 수 있습니다. 특별한 요구 사항(예: 항공 우주 장비)이 없는 한, 주류 3-6oz 사양을 우선적으로 고려하십시오.
2. 트레이스 설계: "좁은 목 가열"을 피하고 부드러운 전류 흐름을 보장하십시오. 트레이스 폭: 두꺼운 구리 트레이스는 너무 좁아서는 안 됩니다! 3oz 구리 호일의 경우 최소 권장 트레이스 폭은 ≥0.3mm입니다(일반적인 얇은 구리의 경우 0.1mm로 충분). 폭은 전류에 비례하여 증가해야 합니다(예: 10A 전류를 전달하는 6oz 구리 호일의 경우 권장 폭은 ≥5mm).
트레이스 전환: 갑작스러운 좁아짐/넓어짐(예: 5mm에서 1mm로 급격한 감소)을 피하십시오. "점진적인 전환"을 사용하십시오(길이 ≥ 폭 차이의 3배), 그렇지 않으면 "전류 병목 현상"이 형성되어 국부적인 과열 및 소손을 유발합니다. 열 발산 최적화: 고전력 장치(예: MOSFET) 아래에서 "구리 도금 + 열 비아"(비아 직경 0.8-1.2mm, 간격 2-3mm)를 사용하여 열이 접지/전원 평면으로 빠르게 전달되도록 합니다.
3. 비아 설계: 두꺼운 구리 기판의 "치명적인 결함"—주의 깊게 살펴보십시오! 비아 직경: 두꺼운 구리판의 비아 벽에 있는 구리 층은 구리 호일의 두께와 일치해야 합니다. 표준 0.4mm 비아 직경은 3oz 구리 호일 도금에 부적합합니다. 최소 ≥0.8mm 비아 직경(구리 벽 두께 ≥20μm)을 권장합니다.
비아 수: 고전류 경로에 단일 비아를 사용하지 마십시오! 예를 들어, 3oz 구리 호일이 5A의 전류를 전달하는 경우, 비아가 과열되어 녹는 것을 방지하기 위해 2-3개의 비아를 병렬로 사용하는 것이 좋습니다(각 비아는 약 2-3A의 전류를 견딜 수 있음).
솔더 마스크 개구부: 솔더가 솔더링 중에 비아를 막아 열 발산 및 전도성에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 비아 주변에 충분한 솔더 마스크 개구부(비아 직경보다 0.2-0.3mm 더 큼)를 제공해야 합니다.
III. 두꺼운 구리 PCB를 위한 DFM 설계: 공장이 "재작업을 줄이고 생산"할 수 있도록 지원
DFM(제조 가능성 설계)의 핵심은 "설계는 제조 공정에 적응해야 한다"는 것입니다. 두꺼운 구리 PCB를 위한 DFM은 "두꺼운 구리가 가져오는 공정 문제"를 해결하는 데 중점을 둡니다.
1. 구리 호일 에칭: 불균일한 에칭 방지. 최소 선폭/간격: 3oz 구리 호일의 경우 최소 선폭 ≥ 0.3mm, 최소 선 간격 ≥ 0.3mm(얇은 구리의 경우 0.1mm로 충분); 6oz 구리 호일의 경우 선폭/간격 ≥ 0.4mm를 권장합니다. 그렇지 않으면 에칭 중에 "정확하지 않은 선폭" 및 "단락"이 발생할 가능성이 있습니다.
2. 개구부가 있는 구리 배치: 넓은 영역의 구리 배치의 경우 "그리드 구리 배치"(그리드 간격 2-3mm, 선폭 0.2-0.3mm)를 사용하여 에칭 중 구리 호일 수축을 방지하여 PCB 굽힘을 유발할 수 있습니다. 솔리드 구리 배치가 필요한 경우 "열 발산 슬롯"(0.5mm 폭, 10-15mm 간격)을 예약해야 합니다.
2. 라미네이션 공정: "박리 및 기포 발생"을 방지하기 위해 라미네이션 시퀀스는 다음과 같아야 합니다: 두꺼운 구리 호일은 "외부 레이어" 또는 "외부 레이어 근처"에 배치하여 중간에 끼이는 것을 방지하고 열 발산을 방지해야 합니다. 다층 기판의 구리 호일 두께는 대칭이어야 합니다(예: 상단 레이어 3oz 및 하단 레이어 3oz), 그렇지 않으면 라미네이션 후 뒤틀림이 발생합니다. 기판 선택: 고 Tg 기판(Tg≥170℃)을 우선적으로 고려합니다(예: FR-4 Tg170 또는 PI 기판) 고온 솔더링 중 기판 연화 및 박리를 방지합니다(두꺼운 구리판의 솔더링 온도는 일반적으로 얇은 구리보다 10-20℃ 더 높습니다).
3. 솔더링 공정: 두꺼운 구리에 적합한 "고열 전도성" 장치 선택: "고전력 패키지"(예: TO-220, D2PAK)를 우선적으로 고려하여 열이 발산되지 않고 솔더가 녹는 작은 패키지 장치를 두꺼운 구리에 솔더링하는 것을 방지합니다. 패드 설계: 두꺼운 구리의 패드는 일반 패드보다 0.2-0.3mm 더 커야 합니다. 예를 들어, 0805 저항기의 패드는 일반적으로 0.8×1.2mm이지만, 두꺼운 구리의 경우 1.0×1.5mm를 권장하여 강력한 솔더 접합을 보장합니다. 리플로우 솔더링 매개변수: 두꺼운 구리는 더 많은 열을 흡수하므로 리플로우 솔더링 온도를 적절하게 높이고(얇은 구리보다 5-10℃ 더 높음) 유지 시간을 10-15초 연장하여 "콜드 솔더 접합"을 방지합니다.
4. 비용 관리: DFM(제조 가능성 설계)의 숨겨진 가치 - 과도한 설계 방지: 예를 들어, 높은 전류가 필요하지 않은 영역에서는 1-2oz 구리 호일을 사용하고, 중요한 경로에서만 두꺼운 구리를 사용하여 재료 비용을 절감합니다. 표준화된 치수: 공장 표준 기판 두께(예: 1.6mm, 2.0mm)를 최대한 사용합니다. 특수 기판 두께(예: 3.0mm 이상)는 가공 난이도와 비용을 증가시킵니다. 조기 커뮤니케이션: 설계 전에 PCB 제조업체와 공정 능력(예: 최대 구리 두께, 최소 구멍 직경, 에칭 정밀도)을 확인하여 완료 후 제조할 수 없는 설계를 방지합니다.
IV. 요약:
두꺼운 구리 PCB 설계: "3가지 핵심 요소"
구리 두께와 전류 일치: 두께를 맹목적으로 늘리지 말고, 전류 요구 사항에 따라 주류 사양 3-6oz를 선택하십시오. 세부 사항을 통한 위험 완화: 점진적인 트레이스 전환, 병렬 비아, 규정 준수 트레이스 폭/간격; DFM 우선 순위: 재작업을 줄이기 위해 설계 중에 에칭, 라미네이션 및 솔더링 공정을 고려하십시오. 두꺼운 구리 PCB 설계는 복잡해 보일 수 있지만, "전류 전도" 및 "공정 호환성"의 두 가지 핵심 요소를 파악하면 대부분의 함정을 피할 수 있습니다.
I. 먼저 이해하기: 두꺼운 구리 PCB를 선택하는 이유? (30초 소개)
두꺼운 구리 PCB는 간단히 말해 구리 호일 두께가 3oz 이상(≥ 3oz, 1oz ≈ 35μm)인 회로 기판입니다. 산업용 전원 공급 장치, 신에너지 자동차, 의료 장비 등 "고전력, 고방열" 시나리오에서 흔히 사용됩니다. 예를 들어, 신에너지 자동차 충전 파일은 높은 전류 서지를 견뎌야 합니다. 일반적인 얇은 구리 기판은 과열되어 타기 쉽습니다. 두꺼운 구리는 "회로의 고속도로"처럼 작용하여 전류와 열을 빠르게 발산하고 회로 기판의 기계적 강도(굽힘 저항, 진동 저항)를 향상시킵니다. 그러나 두꺼운 구리가 "두꺼울수록 좋다"는 것은 아닙니다. 부적절한 설계는 "불균일한 열 발산, 불량한 납땜, 비용 급증"과 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 이것이 오늘 우리가 집중할 핵심 문제, 즉 제조 가능성(DFM)을 보장하면서 성능 요구 사항을 충족하는 방법입니다.
II. 두꺼운 구리 PCB 설계를 위한 주요 고려 사항 (함정 방지를 위한 첫 번째 단계)
1. 구리 호일 두께 선택: "두꺼울수록 좋다"는 맹목적인 추구를 피하십시오. 핵심 원칙: 전류 정격이 구리 두께를 결정합니다. 간소화된 공식은 다음과 같습니다: 허용 전류(A) ≈ 구리 호일 두께(oz) × 트레이스 폭(mm) × 0.8 (주변 온도 ≤40℃). 예시: 3oz 구리 호일 + 3mm 폭 트레이스는 약 7.2A의 전류를 견딜 수 있으며, 대부분의 산업용 전원 공급 장치 시나리오에 충분합니다. 함정: 10oz를 초과하는 구리는 PCB 굽힘 및 드릴링 어려움을 유발할 수 있습니다. 특별한 요구 사항(예: 항공 우주 장비)이 없는 한, 주류 3-6oz 사양을 우선적으로 고려하십시오.
2. 트레이스 설계: "좁은 목 가열"을 피하고 부드러운 전류 흐름을 보장하십시오. 트레이스 폭: 두꺼운 구리 트레이스는 너무 좁아서는 안 됩니다! 3oz 구리 호일의 경우 최소 권장 트레이스 폭은 ≥0.3mm입니다(일반적인 얇은 구리의 경우 0.1mm로 충분). 폭은 전류에 비례하여 증가해야 합니다(예: 10A 전류를 전달하는 6oz 구리 호일의 경우 권장 폭은 ≥5mm).
트레이스 전환: 갑작스러운 좁아짐/넓어짐(예: 5mm에서 1mm로 급격한 감소)을 피하십시오. "점진적인 전환"을 사용하십시오(길이 ≥ 폭 차이의 3배), 그렇지 않으면 "전류 병목 현상"이 형성되어 국부적인 과열 및 소손을 유발합니다. 열 발산 최적화: 고전력 장치(예: MOSFET) 아래에서 "구리 도금 + 열 비아"(비아 직경 0.8-1.2mm, 간격 2-3mm)를 사용하여 열이 접지/전원 평면으로 빠르게 전달되도록 합니다.
3. 비아 설계: 두꺼운 구리 기판의 "치명적인 결함"—주의 깊게 살펴보십시오! 비아 직경: 두꺼운 구리판의 비아 벽에 있는 구리 층은 구리 호일의 두께와 일치해야 합니다. 표준 0.4mm 비아 직경은 3oz 구리 호일 도금에 부적합합니다. 최소 ≥0.8mm 비아 직경(구리 벽 두께 ≥20μm)을 권장합니다.
비아 수: 고전류 경로에 단일 비아를 사용하지 마십시오! 예를 들어, 3oz 구리 호일이 5A의 전류를 전달하는 경우, 비아가 과열되어 녹는 것을 방지하기 위해 2-3개의 비아를 병렬로 사용하는 것이 좋습니다(각 비아는 약 2-3A의 전류를 견딜 수 있음).
솔더 마스크 개구부: 솔더가 솔더링 중에 비아를 막아 열 발산 및 전도성에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해 비아 주변에 충분한 솔더 마스크 개구부(비아 직경보다 0.2-0.3mm 더 큼)를 제공해야 합니다.
III. 두꺼운 구리 PCB를 위한 DFM 설계: 공장이 "재작업을 줄이고 생산"할 수 있도록 지원
DFM(제조 가능성 설계)의 핵심은 "설계는 제조 공정에 적응해야 한다"는 것입니다. 두꺼운 구리 PCB를 위한 DFM은 "두꺼운 구리가 가져오는 공정 문제"를 해결하는 데 중점을 둡니다.
1. 구리 호일 에칭: 불균일한 에칭 방지. 최소 선폭/간격: 3oz 구리 호일의 경우 최소 선폭 ≥ 0.3mm, 최소 선 간격 ≥ 0.3mm(얇은 구리의 경우 0.1mm로 충분); 6oz 구리 호일의 경우 선폭/간격 ≥ 0.4mm를 권장합니다. 그렇지 않으면 에칭 중에 "정확하지 않은 선폭" 및 "단락"이 발생할 가능성이 있습니다.
2. 개구부가 있는 구리 배치: 넓은 영역의 구리 배치의 경우 "그리드 구리 배치"(그리드 간격 2-3mm, 선폭 0.2-0.3mm)를 사용하여 에칭 중 구리 호일 수축을 방지하여 PCB 굽힘을 유발할 수 있습니다. 솔리드 구리 배치가 필요한 경우 "열 발산 슬롯"(0.5mm 폭, 10-15mm 간격)을 예약해야 합니다.
2. 라미네이션 공정: "박리 및 기포 발생"을 방지하기 위해 라미네이션 시퀀스는 다음과 같아야 합니다: 두꺼운 구리 호일은 "외부 레이어" 또는 "외부 레이어 근처"에 배치하여 중간에 끼이는 것을 방지하고 열 발산을 방지해야 합니다. 다층 기판의 구리 호일 두께는 대칭이어야 합니다(예: 상단 레이어 3oz 및 하단 레이어 3oz), 그렇지 않으면 라미네이션 후 뒤틀림이 발생합니다. 기판 선택: 고 Tg 기판(Tg≥170℃)을 우선적으로 고려합니다(예: FR-4 Tg170 또는 PI 기판) 고온 솔더링 중 기판 연화 및 박리를 방지합니다(두꺼운 구리판의 솔더링 온도는 일반적으로 얇은 구리보다 10-20℃ 더 높습니다).
3. 솔더링 공정: 두꺼운 구리에 적합한 "고열 전도성" 장치 선택: "고전력 패키지"(예: TO-220, D2PAK)를 우선적으로 고려하여 열이 발산되지 않고 솔더가 녹는 작은 패키지 장치를 두꺼운 구리에 솔더링하는 것을 방지합니다. 패드 설계: 두꺼운 구리의 패드는 일반 패드보다 0.2-0.3mm 더 커야 합니다. 예를 들어, 0805 저항기의 패드는 일반적으로 0.8×1.2mm이지만, 두꺼운 구리의 경우 1.0×1.5mm를 권장하여 강력한 솔더 접합을 보장합니다. 리플로우 솔더링 매개변수: 두꺼운 구리는 더 많은 열을 흡수하므로 리플로우 솔더링 온도를 적절하게 높이고(얇은 구리보다 5-10℃ 더 높음) 유지 시간을 10-15초 연장하여 "콜드 솔더 접합"을 방지합니다.
4. 비용 관리: DFM(제조 가능성 설계)의 숨겨진 가치 - 과도한 설계 방지: 예를 들어, 높은 전류가 필요하지 않은 영역에서는 1-2oz 구리 호일을 사용하고, 중요한 경로에서만 두꺼운 구리를 사용하여 재료 비용을 절감합니다. 표준화된 치수: 공장 표준 기판 두께(예: 1.6mm, 2.0mm)를 최대한 사용합니다. 특수 기판 두께(예: 3.0mm 이상)는 가공 난이도와 비용을 증가시킵니다. 조기 커뮤니케이션: 설계 전에 PCB 제조업체와 공정 능력(예: 최대 구리 두께, 최소 구멍 직경, 에칭 정밀도)을 확인하여 완료 후 제조할 수 없는 설계를 방지합니다.
IV. 요약:
두꺼운 구리 PCB 설계: "3가지 핵심 요소"
구리 두께와 전류 일치: 두께를 맹목적으로 늘리지 말고, 전류 요구 사항에 따라 주류 사양 3-6oz를 선택하십시오. 세부 사항을 통한 위험 완화: 점진적인 트레이스 전환, 병렬 비아, 규정 준수 트레이스 폭/간격; DFM 우선 순위: 재작업을 줄이기 위해 설계 중에 에칭, 라미네이션 및 솔더링 공정을 고려하십시오. 두꺼운 구리 PCB 설계는 복잡해 보일 수 있지만, "전류 전도" 및 "공정 호환성"의 두 가지 핵심 요소를 파악하면 대부분의 함정을 피할 수 있습니다.
