배선 폭 (Width)

PCB(Printed Circuit Board) 설계에서 배선폭은 전기적 성능과 안정성을 결정짓는 중요한 요소 중 하나입니다.

배선폭은 회로에서의 전류 흐름과 저항, 발열, 전자파 간섭(EMI) 등에 직접적인 영향을 미칩니다.

특히 전원선(Power Line)과 신호선(Signal Line)의 배선폭은 각기 다른 기준과 설계 요구사항을 따릅니다.

이를 자세히 살펴보겠습니다.

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1. 전원선에서의 배선폭

전원선은 PCB에서 전류를 공급하거나 분배하는 경로로 사용됩니다. 따라서 높은 전류를 견딜 수 있는 적절한 폭이 요구됩니다.

설계 고려 사항:

1. 전류 용량(Current Capacity):
   • 전원선의 배선폭은 흐르는 전류의 크기에 따라 결정됩니다.
   • 배선이 너무 좁으면 과도한 저항으로 인해 전압 강하(Voltage Drop)가 발생하거나 과열로 이어질 수 있습니다.
   • 일반적으로 1온스 두께의 구리층 기준으로, 1A의 전류를 견디기 위해 약 1mm(40mil) 이상의 배선폭이 필요합니다.
     (예: 전류 3A → 배선폭 약 3mm)
2. 발열 관리:
   • 전원선은 전류가 흐를 때 발열이 발생하므로, 배선폭을 넓히거나 열을 분산시키는 구조(예: 열 분산 패드)를 고려해야 합니다.
3. 안전 계수:
   • 설계 시 예상 전류보다 25~50% 더 높은 전류에 견딜 수 있도록 배선폭을 넓게 설정합니다. 이는 갑작스러운 부하 변화에 대응하기 위함입니다.
4. PCB 두께와 구리 두께:
   • PCB의 구리 층이 두꺼울수록(예: 2oz, 3oz) 전류 용량이 증가하며, 필요한 배선폭은 줄어듭니다.

전원선 배선폭 계산 예시:

• 2A 전류, 1oz 구리 두께 기준:
  • Trace Width Calculator에서 약 1.1mm(43mil) 이상 필요.
• 5A 전류, 2oz 구리 두께 기준:
  • 약 1.6mm(63mil) 이상.

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2. 신호선에서의 배선폭

신호선은 데이터나 제어 신호를 전달하는 경로로, 고주파 또는 저속 신호 모두에 적용됩니다. 신호선의 배선폭은 주로 신호 무결성(Signal Integrity)과 관련이 깊습니다.

설계 고려 사항:

1. 신호 무결성 유지:
   • 신호선의 폭은 신호 전송 속도와 주파수 대역에 따라 결정됩니다.
   • 고속 신호일수록 신호선의 폭이 신호 품질에 영향을 미칠 수 있으며, 임피던스(Z)를 맞추는 것이 중요합니다.
     • 예: 고속 디지털 신호에서는 50Ω 임피던스를 유지하도록 설계.
2. 간섭 방지:
   • 신호선이 너무 좁거나 인접 배선과 가까우면 크로스토크(Crosstalk)나 EMI 문제가 발생할 수 있습니다.
   • 최소한의 배선폭을 유지하며, 다른 신호선과 적절한 간격을 둡니다.
3. 전류 흐름:
   • 대부분의 신호선은 낮은 전류(수 mA 수준)를 전달하므로 전류 용량은 크지 않습니다.
   • 일반적으로 0.1mm(8mil)의 폭으로 설계합니다.
4. 특수 신호 처리:
   • 고속 신호(예: USB, HDMI, PCIe 등)나 RF 신호는 신호 손실을 줄이기 위해 Microstrip 또는 Stripline 방식으로 설계하며, 이 경우 폭과 높이를 계산해 정확한 임피던스를 유지합니다.

신호선 배선폭 계산 예시:

• USB 2.0 고속 신호(480Mbps):
  • PCB 두께 및 유전체 상수를 기준으로 50Ω 임피던스를 유지하기 위해 약 0.2mm(8mil) 폭 필요.
• 일반 로직 신호:
  • 약 0.1mm(4mil) 폭으로 충분.