이 계산기의 원리
구리에는 저항이 있어 트레이스에 전류가 흐르면 열이 발생합니다. 트레이스가 너무 좁으면 발열이 커져 절연체가 손상되거나 기판이 눌음(변색)될 수 있습니다. IPC-2221 표준은 이 발열 관계를 실측으로 정리해, 트레이스의 전류 용량을 단면적과 허용 온도 상승에 연결하는 경험식으로 제시합니다.
- I — 전류 (A)
- ΔT — 허용 온도 상승 (°C)
- k — 외층 0.048, 내층 0.024
- A — 단면적 (mil²)
- t — 구리 두께 (1 oz ≈ 1.378 mil)
- W — 트레이스 폭 (mil)
자세한 설명
외층 vs 내층 트레이스, 계수가 다른 이유
외층(보드 표면) 트레이스는 공기와 맞닿아 있어 대류로 열을 쉽게 내보내지만, 내층 트레이스는 위아래가 유전체(FR-4 등 절연층)에 완전히 둘러싸여 열이 빠져나갈 곳이 없습니다. IPC-2221은 이 차이를 상수 k로 반영합니다 — 외층 k = 0.048, 내층 k = 0.024로 정확히 절반입니다. 이 절반값이 지수 1/0.725를 통과하면서, 같은 전류·온도 상승 조건에서 내층에 필요한 폭은 외층의 약 2.601배(2^(1/0.725))가 됩니다. k가 절반이 됐다고 폭이 정확히 두 배가 되는 게 아니라 지수 관계 때문에 배율이 더 커진다는 점이 핵심입니다. 위에서 도체 위치를 내층으로 바꾸면 이 배율이 실시간으로 반영되는 것을 확인할 수 있습니다.
이 식은 물리 법칙이 아니라 경험식이다
A = (I / (k·ΔT^0.44))^(1/0.725)에서 지수가 0.44, 0.725처럼 깔끔하지 않은 값인 걸 눈치챌 수 있습니다. 우연이 아닙니다 — 이 공식은 이론에서 순수하게 유도된 게 아니라, 실제 구리 트레이스 시편에 전류를 흘리며 온도 상승을 측정한 실측 데이터에 곡선을 맞춘(curve fit) 경험식이기 때문입니다. 그래서 '전류가 두 배면 폭도 두 배'처럼 직관적으로 딱 떨어지지 않고, 실측 범위를 크게 벗어난 극단적인 전류·온도 상승에서는 오차가 커질 수 있습니다. 이 배경을 설명하는 한국어 자료가 드물지만, 계산기 결과를 볼 때 알아두면 왜 지수가 이런 값인지 납득이 갑니다.
1 oz 동박이 뜻하는 것
'1 oz 동박'은 두께를 직접 재는 대신 무게로 정의합니다 — 1 ft²(약 929 cm²) 면적에 구리를 얇게 펴서 무게가 1 oz(약 28.35 g)가 되게 만들었을 때의 두께라는 뜻입니다. 이 계산기는 이 값을 1 oz ≈ 1.378 mil(약 35 μm)로 씁니다. 폭 계산식에서 두께 t는 단면적을 나누는 값으로만 들어가므로(W = A / (t · 1.378)), 단면적 A 자체는 두께와 무관하게 정해집니다. 그 결과 같은 전류·온도 상승 조건이라면 구리를 2 oz로 두 배 두껍게 쓰면 필요한 폭은 정확히 절반, 0.5 oz로 절반만 쓰면 폭은 정확히 두 배가 됩니다.
계산 과정 — 2 A, ΔT 10 ℃, 외층 1 oz 예시
위 기본값 그대로 손으로 검산해 보면 이렇습니다. ① ΔT^0.44 = 10^0.44 ≈ 2.754. ② k·ΔT^0.44 = 0.048 × 2.754 ≈ 0.1322(외층이므로 k = 0.048). ③ I ÷ (k·ΔT^0.44) = 2 ÷ 0.1322 ≈ 15.13. ④ 이 값을 1/0.725 제곱: 15.13^1.379 ≈ 42.39 mil² — 이것이 필요한 단면적 A입니다. ⑤ 폭 W = A ÷ (t · 1.378) = 42.39 ÷ (1 × 1.378) ≈ 30.76 mil ≈ 0.781 mm. 같은 조건을 내층으로 바꾸면 k = 0.024가 되어 A ≈ 110.28 mil², W ≈ 80.03 mil ≈ 2.033 mm로 늘어납니다 — 외층 대비 정확히 2.601배입니다. 이 계산 과정은 위 입력값을 바꿀 때마다 계산기 안에서 그대로 다시 수행됩니다.
ΔT(허용 온도 상승)는 어떻게 고르나
ΔT는 '이 트레이스가 주변보다 몇 도까지 더 뜨거워져도 괜찮은가'를 정하는 값입니다. 업계에서 흔히 10 ℃를 보수적인 기본값으로 쓰고, 공간이 빠듯한 설계에서는 20~30 ℃까지 공격적으로 잡기도 합니다. 다만 ΔT를 크게 잡을수록 트레이스는 더 뜨거워진 채로 동작하므로 근처 부품의 온도 정격이나 절연재의 내열 한계를 함께 확인해야 합니다. 실제 발열은 이 계산이 가정하는 '가만히 있는 단일 트레이스'보다 훨씬 복잡합니다 — 밀폐 케이스 내부의 주변 온도, 인접 트레이스와의 간격, 방열판이나 팬의 공기 흐름이 실제 온도 상승에 이 계산보다 더 크게 영향을 줄 때가 많습니다. ΔT는 설계의 출발점이지 그 자체로 보장값이 아닙니다.
이 계산이 놓치는 것 · 근거와 기준일
이 값은 '정상 상태에서 트레이스 하나가 견딜 수 있는 폭'만 계산합니다. 비아(via)의 전류 용량, 커넥터·핀 헤더의 정격, 인접한 발열 부품과의 상호 가열은 전혀 포함하지 않습니다. 트레이스가 길어질 때 생기는 전압 강하도 발열과는 별개의 문제입니다 — 저항과 전류로 정해지며 아무리 폭을 넓혀도 길이가 길면 강하가 누적됩니다(이 계산기의 저항·전압 강하 출력은 트레이스 길이를 입력했을 때만 별도로 계산됩니다). 이 결과는 설계의 출발점이며 안전 인증의 근거로 쓸 수 없습니다 — 고전압 회로나 인증이 필요한 제품은 절연 거리 등 해당 안전 규격을 별도로 따라야 합니다. 근거: IPC-2221 계열의 경험식(외층 k=0.048, 내층 k=0.024, 지수 0.44/0.725). 기준일: 2026-08-19 기준으로 이 계산기가 사용하는 상수이며, 표준 개정 여부는 최신판으로 직접 확인하는 것을 권합니다.
설계 팁. IPC-2221은 의도적으로 보수적으로 잡은 표준입니다. 고밀도 기판에서 폭을 더 줄이고 싶다면 최신 열 데이터 기반의 IPC-2152도 함께 살펴보세요. 다만 어느 표준을 쓰든 비아·커넥터·긴 배선 구간에는 별도로 여유를 두어야 합니다. 애매할 때는 넓게 잡는 편이 낫습니다 — 구리를 조금 더 쓰는 비용은 작지만 완제품에서 발열로 인한 재작업 비용은 훨씬 큽니다.
자주 묻는 질문
1 A에는 트레이스 폭이 얼마나 필요한가요?
1 oz 외층·10 °C 상승 기준으로 IPC-2221에서는 약 0.30 mm(≈11.8 mil)가 나옵니다. 위에 정확한 전류·구리 두께를 입력하면 실제 값이 계산되며, 같은 조건의 내층은 약 2.601배인 약 0.78 mm(≈30.8 mil)가 필요합니다.
IPC-2221과 IPC-2152 중 무엇을 써야 하나요?
여기서 쓰는 IPC-2221은 더 오래되고 보수적인 경험식으로 대부분 설계에 충분합니다. IPC-2152는 더 최신 열 데이터를 기반으로 해 종종 더 좁은 폭을 허용하지만 입력 변수가 더 많이 필요합니다. 우선 IPC-2221로 안전하게 잡고, 고밀도·고전류 기판이라면 IPC-2152로 다시 확인하세요.
내층 트레이스는 왜 더 넓어야 하나요?
내층은 기판에 묻혀 공기로 열을 방출하지 못해 IPC-2221이 전류 상수를 절반(k = 0.024)으로 낮춥니다. 이 절반값이 1/0.725 지수를 통과하면서, 같은 전류·온도 상승에서 외층보다 필요한 폭이 약 2.601배로 커집니다.
ΔT(온도 상승)는 몇 도로 잡아야 하나요?
10 ℃가 널리 쓰이는 보수적 기본값이고, 공간이 부족하면 20~30 ℃까지 쓰기도 합니다. 다만 ΔT를 정하는 것보다 주변 온도, 인접 트레이스와의 간격, 케이스 안의 공기 흐름을 실제로 확인하는 게 더 중요할 때가 많습니다 — ΔT는 계산의 가정일 뿐 현장 조건을 대신하지 않습니다.
이 계산으로 비아·커넥터·전압 강하까지 챙겨지나요?
아니요. 이 계산기는 트레이스 하나의 발열만 다룹니다. 비아·커넥터의 전류 정격, 긴 배선의 전압 강하(위 트레이스 길이를 입력하면 별도로 추정), 인접 발열 부품은 각각 따로 확인해야 합니다. 이 결과는 설계 출발점이지 안전 인증의 근거가 아니며, 고전압·인증 제품은 해당 안전 규격을 별도로 따라야 합니다.