PCB 비아 전류 계산기
IPC-2221 기반 — 도금 관통홀의 허용 전류, 저항 및 전압 강하를 계산하거나, 필요한 전력망의 홀 크기와 병렬 비아 개수를 역산합니다.
| 홀 (mm) | 홀 (mil) | 면적 (mm²) | 나는최대 / 비아 (A) | 저항 (mΩ) | 전류 I에 필요한 비아 수 |
|---|
전류 용량: I = k · ΔT0.44 · A0.725 (IPC-2221). A는 mil² 단위이며, 외부 도체에는 k = 0.048, 내부 도체에는 k = 0.024를 사용합니다. 비아는 FR-4로 둘러싸여 있어 열을 잘 방출하지 못하므로, 내부 도체 계수(k = 0.024)를 안전한 기본값으로 사용합니다.
저항: R = ρ·L / A. 여기서 온도 계수는 0.00393/°C인 ρ₂₀ = 1.72×10⁻⁸ Ω·m이며, L은 비아 길이입니다(관통홀의 경우 ≈ 기판 두께). 전압 강하와 전력 손실은 비아당 I / N을 사용해 계산합니다.
단위 변환: 1 mil = 0.0254 mm = 25.4 µm · 1 oz/ft² = 35 µm 두께의 표면 구리 (배럴 도금은 별도로 지정) · Δ°F = Δ°C × 9/5 · °F = °C × 9/5 + 32.
참고: ① IPC-6012 Class 2는 평균 배럴 도금 두께 ≥ 20 µm를 요구합니다(Class 3은 ≥ 25 µm). 종횡비가 높은 홀은 배럴 중앙부의 도금이 더 얇으므로, 완성품의 최소 도금 두께를 제조업체에 확인하세요. ② 병렬 비아 간 전류는 완벽하게 균등 분배되지 않습니다. 이 도구는 N > 1일 때마다 전류 분배율 0.75를 적용하므로, 총 용량 = I비아당 × N × 0.75입니다. ③ 종횡비(기판 두께 / 홀 지름)가 8:1을 초과하면 균일한 도금이 어렵습니다. ④ IPC-2221은 의도적으로 보수적인 기준입니다. 고전류 설계에는 IPC-2152 또는 열 시뮬레이션이 더 정확합니다. ⑤ 결과에는 충전 또는 막음 처리된 비아, 열 릴리프 및 솔더 마스크의 영향이 반영되지 않습니다. 설계 참고용으로만 사용하고, 양산 전에 측정으로 검증하세요.
자주 묻는 질문
이 계산기는 어떤 표준과 공식을 사용하나요?
IPC-2221입니다. 일반적인 비아는 속이 빈 구리 원통이므로, 전류가 흐르는 단면은 고리 모양의 배럴 벽입니다. A = π · t · (D + t). 여기서 D는 완성 홀 지름이고 t는 배럴 도금 두께입니다. 전류 공식은 I = k · ΔT^0.44 · A^0.725이며, A는 mil² 단위이고 외부 도체에는 k = 0.048, 내부 도체에는 k = 0.024를 사용합니다. ΔT는 허용 온도 상승입니다. 계산기는 저항, 전압 강하 및 전력 손실도 표시하며, 목표 전류에 필요한 최소 홀 지름을 역산할 수 있습니다.
내부 열 모델이 기본값인 이유는 무엇인가요?
비아는 공기가 아니라 FR-4로 둘러싸여 있기 때문입니다. FR-4는 단열재이므로 배럴에서 발생한 열은 라미네이트와 인접한 구리층으로만 퍼질 수 있습니다. 표면 트레이스처럼 주변 공기로 대류할 수는 없습니다. 따라서 내부 계수 k = 0.024가 보수적인 선택입니다. 외부 값 k = 0.048을 사용하면 예측 용량이 대략 두 배로 늘어납니다. 비아가 실제로 공기 흐름에 노출되어 있거나 방열 면적이 큰 구리층에 연결된 경우에만 External로 전환하세요.
홀 직경과 도금 두께 중 어느 쪽이 더 중요한가요?
대개 도금 두께입니다. 단면적은 A = π · t · (D + t)이며, 배럴 벽은 매우 얇습니다. 도금 두께가 25 µm인 직경 0.3 mm 홀의 구리 단면적은 겨우 0.0255 mm²로, 폭이 0.3 mm인 1 oz 표면 트레이스보다 훨씬 작습니다. 도금 두께를 두 배로 늘리면 면적도 거의 두 배가 됩니다. 반면 홀을 넓히면 기판 면적당 증가 효과가 훨씬 작습니다. IPC-6012 Class 2는 배럴 구리의 평균 두께를 20 µm( Class 3은 25 µm)로 요구하며, 종횡비가 높은 홀은 배럴 중앙부의 도금이 더 얇습니다. 완성품의 최소 두께는 항상 제조업체에 확인하세요.
비아 저항은 어떻게 계산하며, 기판 두께도 영향을 주나요?
R = ρ·L/A입니다. 여기서 ρ는 구리의 저항률(20 °C에서 1.72×10⁻⁸ Ω·m이며, 동작 온도에 따라 보정), L은 비아 길이(관통 홀의 경우 대략 기판 두께), A는 도금된 단면적입니다. 두께 1.6 mm 기판을 관통하는 도금 두께 25 µm, 직경 0.3 mm 비아의 저항은 약 1.08 mΩ입니다. 전류 용량은 단면적에 따라 달라지므로 기판 두께의 영향을 받지 않지만, 두께가 커지면 저항, 전압 강하 및 전력 손실은 증가합니다. 또한 종횡비도 높아집니다. 8:1을 넘으면 배럴에 균일하게 도금하기 어렵습니다.
대전류 네트에 병렬 비아가 몇 개 필요한가요?
단일 비아의 정격 전류로 단순히 나누지 마세요. 제조 공차와 레이아웃의 비대칭성 때문에 전류가 균등하게 분배되지 않습니다. 따라서 이 계산기는 비아를 두 개 이상 사용할 때마다 분담 계수 0.75를 적용합니다. 총 용량 = 비아당 전류 × N × 0.75입니다. 예를 들어, 온도 상승이 10 °C일 때 정격 전류가 약 0.95 A인 0.3 mm / 25 µm 비아로 5 A를 +10% 여유를 두고 전달하려면 비아 8개가 필요합니다. 비아를 한곳에 모으지 말고 전류 경로를 따라 고르게 배치하고, 각 비아에 연결되는 트레이스의 폭도 충분히 확보하세요.
어떤 온도 상승과 안전 여유를 사용해야 하나요?
권장 기본값은 온도 상승 10 °C와 +10% 여유입니다. 밀폐형 케이스, 높은 주변 온도 및 고신뢰성 기판에는 5 °C 상승이 더 보수적입니다. 20–30 °C 상승은 간헐적 부하에만 적합합니다. 안전 여유는 계산기가 최소 홀 크기나 필요한 비아 수를 구하기 전에 설계 전류를 높이는 방식으로 반영되므로, 결과에 이미 포함되어 있습니다. 고온 케이스에서 연속적으로 최대 부하를 사용할 경우 +20%를 선택하세요.
이 계산기는 충전 비아, 마이크로비아 및 IPC-2152를 지원하나요?
아니요. 표준 중공 도금 관통 홀을 모델링합니다. 구리 충전 비아나 전도성 플러그 비아는 유효 단면적이 더 커서 더 많은 전류를 전달할 수 있습니다. 레이저 마이크로비아는 블라인드 비아이며 길이가 훨씬 짧으므로, 비아 길이에는 기판 전체 두께가 아니라 유전체 층 두께를 입력하세요. IPC-2221은 오래된 경험적 모델로, 의도적으로 보수적입니다. IPC-2152와 열 시뮬레이션은 최신 스택업에서 측정한 결과와 더 잘 일치합니다. 계산 결과는 안전한 하한값으로 간주하고, 테스트 쿠폰에 전류를 흘리거나 열화상 촬영을 통해 대전류 경로를 검증하세요. LEADHUI는 양산 스택업으로 쿠폰을 제작할 수 있습니다.