PCB 비아 전류 밀도 계산기

PCB 비아 전류 밀도 계산기 사용법

PCB 레이아웃 설계 시 전원선(Power Net)이나 그라운드(GND)가 층간을 이동할 때 관통하는 비아(Via)의 구리 도금 원통 단면적 대비 전류 부하량을 계산하는 도구입니다.

비아 홀의 단면적에 비해 지나치게 많은 전류가 흐르면 줄 열(Joule Heating)이 발생하여 기판 온도 상승, 전압 강하(IR Drop), 그리고 장기적인 열 스트레스로 인한 비아 배럴 균열이 유발될 수 있습니다. 본 계산기를 통해 허용 전류 밀도 적정성을 즉시 점검할 수 있습니다.

계산 방법

비아 전류 밀도($J$)는 총 통과 전류($I$)를 비아 도금 원통의 총 단면적($A_{\text{total}}$)으로 나누어 산출합니다. 병렬 비아가 $N$개 배치된 경우 총 단면적은 단일 비아 단면적($A$)에 개수를 곱하여 계산합니다.

비아 도금 단면적 산출 공식

일반적인 관통 비아(Through-hole Via)의 도금층은 속이 빈 원통형 튜브 형태를 이룹니다. 드릴 직경을 $d$, 도금 두께를 $t$라 할 때 단면적 $A$는 다음과 같이 계산됩니다.

• 드릴 직경 0.3mm, 표준 도금 두께 25µm(0.025mm) 기준:

계산 예시

1. 단일 비아 전원 공급 (1.5A 공급)

• 통과 전류($I$): 1.5 A
• 단일 비아 단면적($A$): 0.025 mm²
• 비아 개수($N$): 1 개
• 계산 과정:

• 결과: 60.0 A/mm²로 일반 권장 범위(30~70 A/mm²)에 부합하는 적정 수준입니다.

2. 2.4A 대전류 라인에 2개 병렬 비아 적용

• 통과 전류($I$): 2.4 A
• 단일 비아 단면적($A$): 0.03 mm²
• 비아 개수($N$): 2 개 (총 단면적 0.06 mm²)
• 계산 과정:

• 결과: 40.0 A/mm²로 발열 여유가 충분한 안전 범위에 들어옵니다.

사용 시 주의사항 및 실무 팁

• 적정 전류 밀도 가이드:
  • $35\text{ A/mm}^2$ 이하: 매우 안전하며 발열 상승폭이 10°C 미만으로 억제됩니다.
  • $35 \sim 70\text{ A/mm}^2$: 실무에서 가장 보편적으로 권장되는 최적 설계 영역입니다.
  • $70 \sim 100\text{ A/mm}^2$: 허용 한계에 근접하므로 주변 발열 부품 배치 및 통풍 조건을 검토해야 합니다.
  • $100\text{ A/mm}^2$ 초과: 비아 배럴 파단 및 심각한 전압 강하 위험이 있으므로 비아 증설이 필수적입니다.
• 도금 두께 편차 고려: PCB 제조사의 화학 동도금 공정에 따라 비아 내부 도금 두께는 설계 공칭값(예: 25µm)보다 18~20µm 수준으로 얇아질 수 있으므로 여유 마진(Safety Margin)을 최소 20% 이상 두는 것이 좋습니다.
• 병렬 비아 배치(Via Stitching): 전원 패스에서는 큰 비아 1개를 뚫는 것보다 중간 크기 비아 2~4개를 나란히 뚫는 것이 기생 인덕턴스를 낮추고 전류 분산 및 방열 성능을 대폭 향상시킵니다.