전원 설계 기술 정보 사이트

기술 자료 다운로드

2020.04.22 DC/DC

동박의 저항과 인덕턴스

DC/DC 컨버터의 기판 레이아웃

기판 레이아웃은 중요하지만, 레이아웃뿐만 아니라 기판이나 동박 자체에 대해서도 잘 알아두어야 합니다. 이번 편에서는 기판의 구조 및 재료에 관련된 특성, 그리고 동박의 저항과 인덕턴스에 대해 설명하겠습니다.

기판에 대하여

오른쪽 그림은 기판 단면의 모식도입니다. 기본적인 기판의 구조와 특성이므로 기억하여 주십시오. 하기에 포인트를 정리하였습니다.

  • 표면, 이면의 동박은 내층과 두께가 다른 경우가 많다.
  • 코어 재료의 동박이 두꺼운 경우가 많아, 방열성이 향상된다.
  • 코어 재료는 범용적인 두께이며, Pre-preg로 두께를 조정한다.
  • 코어 재료와 Pre-preg의 종류에 따라서는 마이그레이션 (migration)이 발생하는 재질이 있어, 고습도 시험에 견딜 수 없는 경우가 있다.
D4_10_pcb

동박의 저항

당연한 사실이지만, 동박 (배선)에는 저항이 있습니다. 큰 전류가 흐르는 조건에서는 도통 손실, 즉 전압 강하 및 발열이 발생합니다. 따라서, 대전류 라인에 대해서는 동박의 저항치를 검토할 필요가 있습니다.

동박의 저항은 단위 면적으로 검토합니다. Figure 10은 동박의 단위 면적 당 저항치를 표시한 것입니다. 조건으로서는 일반적인 동박 두께 35µm, 폭 1mm, 길이 1mm일 때의 저항치입니다.

일반적인 저항치 계산은 하기 식으로 나타낼 수 있습니다.

D4_10_fomu1.gif

D4_10_fig10

Figure 10의 단위 면적 당 저항치 RP로 계산하면, 하기와 같습니다.

D4_10_fomu2

예를 들어, 25℃일 때, 폭 3mm, 길이 50mm의 동박 저항치는 하기의 계산식에서 8.17mΩ이 됩니다.

D4_10_fomu3

이 저항치에서 3A의 전류가 흐르는 경우의 전압 강하는 24.5mV가 됩니다. 또한, 온도가 100℃로 상승하면, 저항치가 29% 증가한다는 것을 그래프를 통해 알 수 있습니다. 따라서, 전압 강하도 31.6mV로 증가합니다.

이러한 동박으로 인한 전압 강하는, 요건에 따라서는 큰 문제가 되는 경우가 있으므로, 전류와 온도 조건을 바탕으로 배선폭을 기본적으로 검토해야 합니다.

동박의 인덕턴스

동박에는 당연히 인덕턴스가 존재합니다. 저항, 용량, 인덕턴스와 같은 기생 성분은 반드시 존재한다는 사실을 기억해 주십시오.

동박의 인덕턴스는 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.

D4_10_fomu4

이 식에서, 인덕턴스는 동박의 두께에는 거의 의존하지 않는다는 사실을 알 수 있습니다.

Figure 11은 동박의 인덕턴스 계산치입니다. 그래프와 같이, 선 폭을 2배로 늘려도 생각보다 인덕턴스가 저하되지 않습니다.

기생 인덕턴스의 영향을 억제하기 위해서는 배선 길이를 짧게 하는 것이 가장 좋은 해결책입니다.

인덕턴스 L[H]의 프린트 배선을 흐르는 전류가 시간 t[s] 사이에 i[A] 변화한다고 하면, 그 프린트 배선의 양쪽 끝에는 하기와 같은 전압이 발생합니다.

D4_10_fomu5

예를 들어, 기생 인덕턴스가 6nH인 프린트 배선에 2A의 전류가 10ns간 흐르면, 하기와 같은 전압이 발생합니다.

D4_10_fomu6

D4_10_fig11

기생 인덕턴스도 조건에 따라서는 큰 전압을 발생시켜, 동작에 영향을 줄뿐만 아니라, 부품을 파손시키는 경우가 있으므로 주의가 필요합니다.

키 포인트

・기판의 기본 구조를 알아 둔다.

・동박의 저항은 전압 강하로 나타나며, 온도 의존성이 있다.

・동박의 인덕턴스는, 경우에 따라 고전압을 발생시키므로 주의가 필요하다.

・인덕턴스 저감을 위해서는 배선을 짧게 하는 방법이 유효하다.

기술 자료 다운로드