고수님들 안녕하세요, 플라이백 전원 PCB 설계에 대해 질문 드리고 싶습니다.
현재 보드상의 스위칭 MOSFET D극(드레인)에서 변압기 1차 측 권선까지의 배선 폭이 다소 얇게 설계되어 있습니다. 이 경로의 전류 처리 능력을 높이고 동시에 방열을 강화하기 위해, 이 배선 구간에 솔더 마스크를 오픈(개창)한 후 땜납을 올려서 실질적으로 배선 두께를 늘리려고 합니다.
질문드리고 싶은 것은, 이렇게 MOSFET 드레인 고압 스위칭 노드에 개창하여 배선 두께를 늘리는 방식이 전원의 방사 EMI에 미치는 영향이 큰가요? 스위칭 노드의 동박 면적이 커지는 것과 같은 효과가 나서 오히려 방사 에미션이 악화되지는 않을까요? 주의해야 할 설계 세부 사항이 있을까요?
이 지점이 주요 EMI 간섭원인데, 루프를 작게 잡으면 EMI를 줄일 수 있습니다. 저는 전류 용량과 방열을 늘리고 싶은데, 그러면 EMI가 증가할지 모르겠네요. 혹시 해보신 분 계신가요!
분명히 측정 가능한 영향을 미칠 것입니다. MOSFET의 드레인은 주요 고 dV/dt 노드입니다. 구리를 노출시키고 솔더를 쌓아 올리면 실질적으로 표면적이 증가하며 트레이스의 3D 형상이 바뀝니다. 이는 섀시나 인접한 플레인에 대한 기생 커패시턴스를 직접적으로 증가시켜 공통 모드 노이즈를 증폭시키게 됩니다. 빠른 벤치 프로토타입 제작을 위해 반드시 그렇게 해야 한다면 노출 면적을 최대한 작게 유지하세요. 하지만 솔직히, EMC 규격을 통과하려면 스너버를 조정하거나 더 조밀한 레이아웃으로 보드를 리스핀하는 것이 훨씬 더 안전한 방법입니다.
이 문제는 양면에서 봐야 합니다. 솔더마스크 개창 후 납땜은 확실히 스위칭 노드의 유효 동박 면적을 증가시킵니다. 이론적으로 그라운드 기생 커패시턴스가 커지게 되며, dv/dt가 일정할 경우 변위 전류 i=C·dv/dt가 증가하여 방사 노이즈가 악화될 가능성이 있습니다.
하지만 실제 효과는 기존 배선이 얼마나 가늘었는지에 달려 있습니다. 기존 배선에서 이미 심한 발열이 발생하고 있다면 배선 저항이 과도하다는 뜻이며, 저항성 전압 강하로 인해 스위칭 파형의 릴링과 스파이크가 이미 악화되었을 수 있습니다. 이때 배선을 두껍게 하여 임피던스를 낮추면, 오히려 스위칭 파형의 품질이 개선되어 면적 증가로 인한 부정적인 영향을 상쇄할 수도 있습니다.
우선 개창 전후의 D극(드레인) 실측 파형을 비교해 보시길 권하며, 릴링 진폭과 주파수 변화에 중점을 두시기 바랍니다. 또한 개창 영역은 배선 본체에만 최대한 한정하고, 대면적 구리 붓(Copper Pour)까지 연장하지 말고 「유효 면적」의 증가량을 잘 제어하시기 바랍니다.
야, 1차측 라인 폭 얇게 잡았으면 그냥 Layout 다시 해! 솔더를 잔뜩 발라서 전류 용량을 늘리겠다는 건 애초에 말도 안 돼. 솔더 전도율은 구리의 십분의 일밖에 안 되는데, 동등한 전류 용량을 얻으려면 얼마나 두껍게 발라야 하겠어? 게다가 D극(Drain) 쪽 라인은 원래 EMI 고위험 구역이잖아. 루프를 작게 그리는 것도 중요하지만, 노드 면적도 최대한 작게 잡아야지. 방열 때문에 억지로 크게 만들어놓고 나중에 EMC 랩 가서 테스트해봐, 테스트비만으로도 보드 10번은 더 뜰 거다. 충고 좀 들어, 라인 폭 넓히고 2oz 동박 쓰는 게 정답이야.
저도 65W 플라이백 어댑터의 온도를 낮추려고 이 똑같은 “해결책”을 시도해 본 적이 있습니다. EMI가 악화됐을까요? 그럼요, 특히 30-50 MHz 대역에서 심했죠. 두껍고 고르지 않은 웨이브 솔더가 마치 완벽한 소형 브로드사이드 안테나 역할을 했거든요. 결국 방사 시험을 통과하려고 게이트 저항을 약간 높여 스위칭 에지를 늦춰야 했고, 이 때문에 애초에 솔더를 통해 얻었던 열적 이점이 완전히 무효화돼 버렸습니다! 이 방법에 의존하지 마세요.
방사 메커니즘 측면에서 보면, 개창(솔더 마스크 오프닝) 범위를 엄격히 제어하고 기존 배선의 평면 면적을 늘리지 않는 한 EMI에 미치는 영향은 사실 매우 미미합니다.
스위칭 노드의 방사 방출은 본질적으로 높은 dv/dt, di/dt 루프에 의해 형성되는 루프 안테나 효과와 노드 기생 커패시턴스에 의한 외부 공통 모드 결합입니다. 주석 도금 두께를 증가시키는 것은 배선의 수직 방향 두께만 늘릴 뿐, 수평 방향의 방사 등가 면적을 키우지는 않습니다. 오히려 도체 단면적이 커져 배선의 기생 인덕턴스와 저항이 약간 감소하므로, 이론적으로는 스위칭 스파이크도 약간 줄일 수 있습니다.
진짜 경계해야 할 점은 수작업으로 땜납을 덧댈 때 땜납이 넘쳐서 결과적으로 배선 폭이 넓어지고 스위칭 노드의 동박 면적이 커지는 것인데, 바로 이것이 고주파 대역의 방사 증가를 초래합니다. 또한, 기생 커패시턴스 증가를 피하기 위해 배선과 기준 접지 사이에 충분한 간격을 유지할 것을 권장합니다.