PCB 구리 두께: 선택 및 최적 성능을위한 최상의 관행을위한 주요 요소

인쇄 회로 기판(PCB)의 구리 두께는 단순한 기술적 세부 사항을 훨씬 넘어선 것으로, 전류 전달 용량에서 열 관리, 제조 비용에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치는 중요한 설계 선택입니다. 고전력 산업용 컨트롤러를 설계하든 소형 웨어러블 장치를 설계하든, 적절한 구리 두께를 선택하면 실제 환경 조건에서 PCB가 안정적으로 작동합니다.

이 가이드는 PCB 구리 두께의 과학적 원리를 분석하여 전기적, 열적, 기계적 성능에 미치는 영향을 살펴봅니다. 표준 두께(0.5oz ~ 3oz+)를 비교하고, 특정 응용 분야에 대한 선택 기준을 설명하며, 일반적인 함정을 피하기 위한 실행 가능한 모범 사례를 제공합니다. 마지막으로, 소비재 전자 제품, 자동차 시스템 또는 산업 장비에 관계없이 성능, 비용 및 제조 가능성의 균형을 맞춘 구리 두께를 선택할 수 있게 됩니다.

주요 내용
1. 구리 두께 기본 사항: 평방 피트당 온스(oz/ft²) 단위로 측정하며, 대부분의 응용 분야에서 1oz = 35μm(1.37mils)가 업계 표준입니다.
2. 성능 트레이드 오프: 더 두꺼운 구리(2oz+)는 전류 용량과 열 발산을 개선하지만 비용을 증가시키고 유연성을 감소시킵니다. 더 얇은 구리(0.5oz)는 미세 피치 설계를 가능하게 하지만 전력 처리를 제한합니다.
3. 응용 분야별 요구 사항: 고전력 장치(예: 모터 컨트롤러)는 2~3oz 구리가 필요하고, 웨어러블 및 스마트폰은 소형화를 위해 0.5~1oz를 사용합니다.
4. 제조 가능성 중요: 더 두꺼운 구리는 더 엄격한 공차와 특수 에칭을 요구하여 생산 복잡성과 비용을 증가시킵니다.
5. IPC 규정 준수: IPC-2221 표준을 따르면 트레이스 너비와 구리 두께가 안전 및 성능 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다.

PCB 구리 두께 이해
구리는 PCB의 생명선으로, 전기 신호와 전력을 전달하는 전도성 트레이스, 패드 및 플레인을 형성합니다. 두께는 PCB가 스트레스, 열 및 전류 부하에서 얼마나 잘 작동하는지에 직접적인 영향을 미칩니다.

측정 단위 및 변환
구리 두께는 일반적으로 평방 피트당 온스(oz/ft²) 단위로 지정되며, 이는 기판의 1평방 피트 위에 퍼진 구리의 무게를 나타내는 레거시 단위입니다. 이는 다음과 같이 변환됩니다.

참고: IPC-4562는 구리 두께에 대해 ±10%의 공차를 지정합니다. 예를 들어, 1oz 구리는 31.5μm에서 38.5μm 사이로 측정할 수 있습니다.

표준 구리 vs. 헤비 구리
a. 표준 구리: 0.5oz ~ 2oz, 소비재 전자 제품, IoT 장치 및 저전력 PCB의 90%에서 사용됩니다.
b. 헤비 구리: 3oz 이상, 전류가 20A를 초과하는 고전력 응용 분야(예: 산업용 모터 드라이브, EV 충전기)에 사용됩니다. 헤비 구리는 균일한 두께를 얻기 위해 산성 구리 도금과 같은 특수 제조 공정이 필요합니다.

구리 두께가 PCB 성능에 미치는 영향
신호 무결성에서 기계적 내구성에 이르기까지 PCB 기능의 모든 측면은 구리 두께에 따라 달라집니다. 다음은 그 영향에 대한 자세한 분석입니다.
1. 전기적 성능: 전류 용량 및 저항
구리의 주요 역할은 전기를 전도하는 것이며, 더 두꺼운 구리는 이를 더 효율적으로 수행합니다.

a. 전류 처리: 5mm 너비의 1oz 구리 트레이스는 10°C 온도 상승으로 ~20A를 전달할 수 있습니다. 동일한 너비의 2oz 구리 트레이스는 저항이 낮아 ~28A를 전달할 수 있습니다.
b. 저항 감소: 더 두꺼운 구리는 트레이스 저항(인치당 옴)을 줄여 전력 공급 네트워크의 전압 강하를 최소화합니다. 예를 들어, 10인치 1oz 구리 트레이스(1mm 너비)는 ~0.25Ω의 저항을 갖는 반면, 동일한 치수의 2oz 트레이스는 ~0.12Ω의 저항을 갖습니다.
c. 전력 손실: 저항이 낮다는 것은 I²R 손실로 인해 발생하는 열이 적다는 것을 의미하며, LED 드라이버 또는 배터리 관리 시스템(BMS)과 같은 고전력 설계에 중요합니다.

IPC-2221 지침: 이 표준은 구리 두께, 전류 및 허용 온도 상승을 기반으로 필요한 트레이스 너비를 계산하는 공식을 제공합니다. 10A 전류 및 10°C 상승의 경우:

a. 1oz 구리는 2.5mm 트레이스가 필요합니다.

b. 2oz 구리는 1.2mm 트레이스가 필요하며, 보드 공간을 50% 절약합니다.
2. 열 관리: 열 확산 및 발산

두꺼운 구리는 내장형 방열판 역할을 하여 뜨거운 구성 요소(예: 마이크로프로세서, 전력 MOSFET)에서 열을 분산시킵니다.
a. 열 분포: 2oz 구리 플레인은 1oz 플레인보다 30% 더 효과적으로 열을 분산시켜 고전력 설계에서 핫 스폿 온도를 15~20°C 낮춥니다.

b. 열 사이클링 저항: 더 두꺼운 구리는 반복적인 가열 및 냉각으로 인한 피로에 강하며, 이는 자동차 및 항공 우주 PCB에서 흔히 발생하는 문제입니다.
c. LED 응용 분야: 2oz 구리 PCB에 장착된 고전력 LED(10W+)는 1oz 보드에 장착된 LED보다 10~15% 더 긴 수명을 유지하며, 열이 LED 접합부에 도달하기 전에 발산되기 때문입니다.
3. 기계적 강도 및 내구성

구리 두께는 PCB가 물리적 스트레스를 견딜 수 있는 능력에 영향을 미칩니다.
a. 굴곡 강도: 더 두꺼운 구리는 PCB의 강성을 높여 산업 환경에서 구부러지는 것에 더 강하게 만듭니다. 3oz 구리 PCB는 동일한 기판 두께의 1oz PCB보다 40% 더 강합니다.

b. 진동 저항: 자동차 또는 항공 우주 응용 분야에서 두꺼운 구리 트레이스는 진동(MIL-STD-883H 테스트 기준)에서 균열이 발생할 가능성이 적습니다.
c. 커넥터 신뢰성: 2oz 구리가 있는 패드는 반복적인 커넥터 삽입으로 인한 마모에 더 강하여 소비재 장치의 PCB 수명을 연장합니다.
4. 신호 무결성: 임피던스 제어

고주파 설계(500MHz+)의 경우 구리 두께는 임피던스에 영향을 미치며, 이는 신호 무결성에 중요합니다.
a. 임피던스 매칭: 더 두꺼운 구리는 트레이스 저항을 줄이지만 트레이스의 단면적도 변경하여 특성 임피던스(Z₀)에 영향을 미칩니다. 설계자는 대상 임피던스(예: RF 트레이스의 경우 50Ω)를 유지하기 위해 트레이스 너비를 조정해야 합니다.

b. 스킨 효과 완화: 고주파수에서 전류는 트레이스 표면 근처에서 흐릅니다(스킨 효과). 더 두꺼운 구리는 더 큰 표면적을 제공하여 고주파수 저항을 줄입니다.
c. 미세 피치 문제: 얇은 구리(0.5oz)는 0.4mm 피치 BGA(스마트폰)에 필수적인 좁은 트레이스(≤0.1mm)로 에칭하기가 더 쉽습니다. 더 두꺼운 구리는 에칭 언더컷을 유발하여 신호 경로를 저하시킬 수 있습니다.
5. 비용 및 제조 가능성

구리 두께는 생산 비용과 복잡성에 직접적인 영향을 미칩니다.
a. 재료 비용: 2oz 구리 PCB는 구리 사용량이 많아 1oz 보드보다 15~20% 더 비쌉니다. 헤비 구리(3oz+)는 비용을 50% 이상 증가시킬 수 있습니다.

b. 에칭 어려움: 더 두꺼운 구리는 에칭 시간이 더 오래 걸리므로 언더컷(에칭제가 트레이스 측면을 공격하는 경우)의 위험이 증가합니다. 이로 인해 미세 피치 기능(≤0.1mm 트레이스)을 생산하기가 더 어려워집니다.
c. 라미네이션 문제: 레이어 전체에 구리 두께가 고르지 않으면 라미네이션 중에 PCB가 휘어질 수 있어 수율이 감소합니다.
적절한 구리 두께를 선택하는 방법

구리 두께를 선택하려면 응용 분야의 요구 사항과 제조 제약 조건을 균형 있게 고려해야 합니다. 다음 의사 결정 프레임워크를 따르십시오.
1. 전류 및 전력 요구 사항 정의

중요한 트레이스(예: 전원 레일, 모터 드라이버)에서 최대 전류를 계산하는 것으로 시작합니다. 다음과 같은 도구를 사용하십시오.
a. IPC-2221 트레이스 너비 계산기: 필요한 트레이스 너비를 얻기 위해 전류, 온도 상승 및 구리 두께를 입력합니다.

b. 시뮬레이션 소프트웨어: Altium 또는 Cadence와 같은 도구는 전류 흐름 및 열 분포를 시뮬레이션하여 핫 스폿을 식별하는 데 도움이 됩니다.
예: 50A 전류의 12V 자동차 BMS에는 다음이 필요합니다.

a. 1oz 구리: 10mm 트레이스 너비.

b. 2oz 구리: 5mm 트레이스 너비.
c. 3oz 구리: 3.5mm 트레이스 너비.
2. 열 요구 사항 평가

PCB에 고전력 구성 요소(≥5W)가 포함된 경우 더 두꺼운 구리를 우선시하십시오.
a. LED 드라이버: 10~50W LED의 경우 2oz 구리, 50W+의 경우 3oz 구리.

b. 모터 컨트롤러: 스위칭 전류를 처리하기 위해 2~3oz 구리.
c. 전원 공급 장치: >100W 설계의 입력/출력 레일에 대해 3oz+ 구리.
3. 기계적 및 환경적 요인 고려

a. 견고한 산업용 PCB: 진동 저항을 위해 2~3oz 구리.
b. 유연한 PCB(웨어러블): 유연성을 유지하기 위해 0.5~1oz 구리.
c. 실외/자동차 PCB: 열 사이클링에 대한 저항을 위해 2oz 구리.
4. 설계 복잡성 고려

a. 미세 피치 구성 요소(0.4mm BGA): 좁은 트레이스(≤0.1mm)를 가능하게 하기 위해 0.5~1oz 구리.
b. 고밀도 상호 연결(HDI): 마이크로비아 및 좁은 간격을 위해 0.5oz 구리.
c. 대형 전원 플레인: 보드 전체의 전압 강하를 최소화하기 위해 2~3oz 구리.
5. 제조업체와 조기에 상담

제조업체는 구리 두께에 대한 특정 기능을 가지고 있습니다.
a. 대부분은 문제 없이 0.5~2oz 구리를 안정적으로 생산할 수 있습니다.

b. 헤비 구리(3oz+)는 특수 도금 라인이 필요합니다. 가용성을 확인하십시오.
c. 선택한 두께에 대한 최소 트레이스 너비(예: 1oz의 경우 0.1mm, 2oz의 경우 0.2mm)에 대해 문의하십시오.
응용 분야별 구리 두께

다양한 산업 분야에서는 고유한 과제를 해결하기 위해 맞춤형 구리 두께가 필요합니다.
1. 소비재 전자 제품
a. 스마트폰/태블릿: 0.5~1oz 구리. 배터리(3~5A)에 대한 충분한 전류 처리와 소형화(미세 트레이스)의 균형을 맞춥니다.
b. 노트북: 전력 공급의 경우 1oz 구리, 충전 회로의 경우 2oz(10~15A).
c. LED TV: 백라이트 드라이버에서 1~2oz 구리, 5~10A 전류를 처리합니다.
장치

a. ADAS 센서: 1~2oz 구리. 신호 무결성(레이더/LiDAR)과 적당한 전력 요구 사항의 균형을 맞춥니다.
b. EV 배터리 관리: 고전류(50~100A) 전원 레일에 대해 3~4oz 구리.
c. 인포테인먼트 시스템: 저전력(≤5A) 오디오/비디오 회로에 대해 1oz 구리.
자동차 표준: IPC-2221/AM1은 -40°C ~ 125°C 온도를 견디기 위해 언더 후드 PCB에 대해 2oz 최소 구리를 지정합니다.

3. 산업 장비

a. 모터 드라이브: 20~100A 모터 전류를 처리하기 위해 3~4oz 구리.
b. PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러): 강력한 전력 분배를 위해 2oz 구리.
c. 태양광 인버터: 200~500A DC-AC 변환을 위해 4oz+ 구리.
사례 연구: 3oz 구리를 사용하는 50A 산업용 모터 드라이브는 1oz 구리를 사용하는 동일한 설계보다 25% 낮은 작동 온도를 보여 구성 요소 수명을 3년 연장했습니다.

4. 의료 기기

a. 웨어러블 모니터: 유연성 및 소형화를 위해 0.5oz 구리.
b. 이식형 장치: 저전력(≤1A) 및 신뢰성을 위해 1oz 구리(생체 적합성 도금).
c. 영상 장비(MRI/CT): 고전압(1000V+) 구성 요소를 처리하기 위해 2oz 구리.
구리 두께 선택을 위한 모범 사례

일반적인 실수를 방지하고 설계를 최적화하려면 다음 지침을 따르십시오.
1. 가능한 경우 표준 두께 사용
대부분의 응용 분야에서 0.5oz, 1oz 또는 2oz 구리를 고수하십시오. 이는 다음과 같습니다.
a. 생산 비용이 저렴합니다(특수 공정 없음).

b. 제조업체에서 쉽게 조달할 수 있습니다.
c. 휘어짐 또는 에칭 문제가 발생할 가능성이 적습니다.
2. 레이어 전체에서 구리 두께의 균형 유지

불균형한 구리 분포(예: 상단 레이어에 3oz, 내부 레이어에 1oz)는 라미네이션 중에 PCB가 휘어지는 원인이 될 수 있습니다. 대칭 스택업을 목표로 하십시오.
a. 4레이어 PCB의 경우: 모든 레이어에 1oz 또는 외부 레이어에 2oz, 내부 레이어에 1oz.

b. 헤비 구리 설계의 경우: 두꺼운 구리를 1~2개 레이어(전원 플레인)로 제한하여 비용과 휘어짐을 줄입니다.
3. 프로토타입으로 검증

선택한 구리 두께로 5~10개의 프로토타입 PCB를 주문하여 테스트하십시오.
a. 전류 처리(전원 공급 장치를 사용하여 최대 전류를 시뮬레이션하고 온도 상승을 측정합니다).

b. 신호 무결성(네트워크 분석기를 사용하여 임피던스를 확인합니다).
c. 기계적 강도(유연한 설계를 위해 굽힘 테스트를 수행합니다).
4. 요구 사항을 명확하게 문서화

제작 노트에 구리 두께를 포함하십시오.
a. 레이어별 두께를 지정합니다(예: “상단: 2oz, 내부 1: 1oz, 내부 2: 1oz, 하단: 2oz”).

b. IPC 표준을 참조합니다(예: “구리 두께 공차에 대해 IPC-4562 Class B 충족”).
c. 헤비 구리 영역을 기록합니다(예: “U1 전원 패드 영역에 3oz 구리”).
피해야 할 일반적인 실수

1. 두께 과다 지정
“안전을 위해” 3oz 구리를 사용하면 비용과 제조 복잡성이 증가합니다. 헤비 구리로 업그레이드하는 경우는 다음과 같습니다.
 a. 전류가 중요한 트레이스에서 20A를 초과합니다.

 b. 열 시뮬레이션에서 표준 두께로 핫 스폿이 표시됩니다.
2. 트레이스 너비 과소 평가

전류에 비해 너무 좁은 1oz 구리 트레이스는 과열됩니다. IPC-2221 계산을 사용하여 트레이스 너비가 두께와 일치하는지 확인하십시오.
 a. 실수: 1mm 너비로 10A를 전달하는 1oz 구리 트레이스는 주변 온도보다 40°C 상승하여 안전 한계를 훨씬 초과합니다.

 b. 수정: 너비를 2mm 또는 2oz 구리로 늘립니다.
3. 유연성 요구 사항 무시

두꺼운 구리(2oz+)는 유연한 PCB를 강성하게 만들고 구부러질 때 균열이 발생하기 쉽습니다. 웨어러블 또는 접이식 장치의 경우:
 a. 0.5oz 구리를 사용합니다.

 b. 더 큰 굽힘 반경(≥10x PCB 두께)으로 설계합니다.
4. 임피던스 제어 무시

더 두꺼운 구리는 트레이스 임피던스를 변경하여 고주파 설계에서 신호 반사를 유발합니다. 필드 솔버 도구를 사용하여 트레이스 너비를 조정합니다.
 a. 1oz 구리(FR-4 기판, 0.8mm 유전체)의 50Ω RF 트레이스의 경우: 0.25mm 너비.

 b. 2oz 구리(동일한 기판)의 경우: 50Ω을 유지하기 위해 0.18mm 너비.
FAQ

Q: 서로 다른 레이어가 서로 다른 구리 두께를 가질 수 있습니까?
A: 예, 하지만 비대칭 스택업은 휘어짐 위험을 증가시킵니다. 대부분의 제조업체는 헤비 구리를 외부 레이어로 제한하고 내부 레이어에 1oz를 사용하는 것을 권장합니다.
Q: 미세 피치 설계에 대한 최대 구리 두께는 얼마입니까?

A: 2oz 구리는 좁은 트레이스(≤0.1mm)로 에칭하기가 더 어렵기 때문에 0.4mm 피치 BGA에 1oz 구리가 이상적입니다.
Q: 구리 두께는 PCB 무게에 어떤 영향을 미칩니까?

A: 1oz 구리가 있는 12”×18” PCB는 ~100g이고, 3oz 구리가 있는 동일한 보드는 ~300g입니다. 이는 항공 우주 또는 웨어러블 설계에 중요합니다.
Q: 헤비 구리(3oz+)는 비용 대비 가치가 있습니까?

A: 고전력 응용 분야(≥50A)의 경우 예. 트레이스 너비를 50% 줄이고 열 성능을 개선하여 생산 비용 증가를 상쇄합니다.
Q: 실외 PCB에 대한 최소 구리 두께는 얼마입니까?

A: 대부분의 실외 사용에는 1oz 구리가 충분하지만, 부식을 방지하기 위해 해안 지역(염수 분무)에는 2oz가 권장됩니다.
결론

PCB 구리 두께는 전기적 성능, 열 관리 및 제조 비용에 영향을 미치는 기본적인 설계 선택입니다. IPC 표준을 따르고 제조업체와 조기에 상담하면서 응용 분야의 전류, 열 및 기계적 요구 사항에 두께를 맞추면 안정적이고 비용 효율적이며 의도된 용도에 최적화된 PCB를 만들 수 있습니다.
0.5oz 구리 웨어러블을 설계하든 4oz 구리 산업용 모터 드라이브를 설계하든, 핵심은 성능 요구 사항과 실제 제조 한계를 균형 있게 맞추는 것입니다. 올바른 접근 방식을 통해 구리 두께는 PCB의 기능을 제한하는 것이 아니라 향상시키는 도구가 됩니다.