전압 주입으로 메인보드 쇼트 위치 찾는 법 (Voltage Injection 실전 가이드)

멀티미터로 전원 라인을 재 보니 대지 저항이 0.5Ω. 쇼트는 분명한데, 그 라인에 물린 커패시터만 수십 개입니다. 하나씩 떼어 보며 찾다가는 패드만 상하고 시간은 한나절이 지나갑니다.

이럴 때 제가 먼저 꺼내는 방법이 전압 주입(Voltage Injection)입니다. 쇼트된 라인에 낮은 전압을 걸어 전류를 흘리면, 단락된 부품에 전류가 몰리면서 그 부품만 먼저 뜨거워집니다. 부품을 떼지 않고 범인을 찾는 방법입니다.

이 글에서는 전압 주입이 왜 통하는지, 전압과 전류를 어떻게 설정해야 보드를 추가로 망가뜨리지 않는지, 그리고 발열 부품을 찾는 방법과 자주 하는 실수까지 순서대로 정리했습니다.

이 글에는 직접 만든 그래프 두 개를 함께 넣었습니다. 하나는 단락된 레일에 전압을 넣을 때 전류가 단락 부품과 정상 IC 사이에서 어떻게 나뉘는지, 그리고 설정 전압이 레일의 정상 전압을 넘으면 무엇이 달라지는지를 ngspice로 시뮬레이션한 결과입니다. 다른 하나는 MLCC·SOT-23·QFN처럼 크기가 다른 부품이 같은 발열에서 몇 초 만에 데워지는지를 직접 계산한 결과입니다. 가정한 조건은 각 그래프 설명에 모두 적었습니다.

전압 주입이 쇼트를 찾아내는 원리

정상적인 전원 라인은 부하가 꺼진 상태에서 보통 수십 Ω 이상을 보이거나, 커패시터 충전 때문에 서서히 올라가는 저항값을 보입니다. 다만 코어 전원처럼 원래 저항이 낮은 라인도 있습니다. 그런데 라인에 물린 부품 중 하나가 내부적으로 단락되면 그 부품이 라인과 GND 사이의 지름길이 됩니다.

이 상태에서 외부 전원으로 전류를 흘리면 전류는 거의 전부 그 지름길, 즉 단락된 부품을 지나갑니다. 전력은 P = V × I 이므로 예를 들어 단락 부품 양단에 1V가 걸린 채 2A가 흐른다면(단락 저항 0.5Ω) 약 2W가 그 작은 부품 한 곳에서 열로 바뀝니다. 단락 저항이 이보다 낮으면 전원이 전류 제한에 걸려 부품 양단 전압이 낮아지고 발열도 줄어듭니다(아래 시뮬레이션 참고). 0402·0603 크기의 MLCC라면 이 정도 열로도 금방 온도가 올라가 주변과 뚜렷하게 구분됩니다.

핵심은 전압은 낮게, 전류는 필요한 만큼입니다. 전압이 낮으면 정상 부품이 동작하거나 손상될 위험이 줄고, 전류가 충분해야 발열이 눈에 띌 만큼 생깁니다.

시작 전 준비물과 사전 점검

• 전류 제한 기능이 있는 DC 파워서플라이 — 전압과 전류를 각각 설정할 수 있어야 합니다. 일반 어댑터로는 절대 하지 않습니다.
• 멀티미터 — 쇼트 확인과 라인 저항 측정용
• 발열 확인 도구 — 열화상 카메라, IPA(이소프로필알코올), 로진, 냉각 스프레이 중 하나
• 보드뷰 또는 회로도 — 해당 라인에 어떤 부품이 물려 있는지, 정격 전압이 몇 V인지 확인용

주입 전에 반드시 확인할 것이 있습니다.

• 배터리와 어댑터를 모두 분리합니다. 노트북은 CMOS 배터리까지 빼는 것이 안전합니다.
• 쇼트 라인이 어떤 전압의 라인인지 확인합니다. CPU 코어처럼 1V 안팎의 라인인지, 3.3V·5V 라인인지, 어댑터 입력 라인인지에 따라 주입 전압의 상한이 달라집니다.
• 대지 저항을 기록해 둡니다. 수리 후 비교 기준이 됩니다. 보통 수 Ω 이하면 쇼트를 의심하지만, 코어 전원처럼 원래 저항이 낮은 라인도 있으니 같은 모델의 정상 값과 비교하는 편이 판단에 도움이 됩니다.

전압·전류 설정 기준

가장 중요한 원칙은 주입 전압이 그 라인의 정격 전압을 넘지 않는 것입니다. 3.3V 라인에 5V를 넣으면 쇼트와 상관없는 정상 IC까지 손상될 수 있습니다.

쇼트 라인 종류	주입 전압 출발점	주의사항
CPU·GPU 코어, 메모리 등 1V 안팎 라인	0.5V에서 1V 사이	라인 정격을 넘기지 않음. 대형 칩이 걸려 있어 신중하게
3.3V·5V 대기·시스템 라인	1V 전후에서 시작	필요할 때만 조금씩 올리되 정격 이하 유지
어댑터 입력(메인) 라인	1V 전후에서 시작	입력단 MOSFET·충전 IC가 물려 있음. 높은 전압부터 넣지 않음

전류 제한은 처음에는 낮게(예: 1A 전후) 걸어 두고 시작합니다. 전원을 넣으면 쇼트 라인은 저항이 매우 낮기 때문에 파워서플라이가 정전류(CC) 모드로 전환되고 전압은 설정값보다 낮게 떨어집니다. 이게 정상입니다. 발열이 안 보이면 전류를 조금씩 올립니다.

직접 시뮬레이션: 설정 전압이 레일 정상 전압을 넘으면 전류가 어디로 가나

위 표에서 주입 전압의 상한을 그 레일의 정상 전압으로 잡는 이유를 숫자로 확인하려고, 단락 커패시터 하나와 같은 레일에 붙은 정상 IC들을 넣은 회로를 ngspice로 직접 시뮬레이션했습니다. 벤치 파워의 설정 전압을 0V부터 올려 가면서 전류가 단락 부품과 정상 IC 중 어디로 흐르는지를 봤습니다.

가정은 다음과 같습니다. 벤치 파워는 전류 제한 1A로, 설정 전압까지는 정전압(CV), 1A에 닿으면 정전류(CC)로 동작합니다. 리드선·집게·기판 동박의 저항은 합쳐서 0.05Ω으로 두었습니다. 단락된 커패시터는 0.05Ω, 0.5Ω, 5Ω 저항으로 넣었고, 단락 부위가 타서 끊긴 경우도 따로 돌렸습니다. 같은 레일의 정상 IC들은 하나로 묶어, 정상 전압에서 10mA가 흐르는 누설 저항(1.0V 레일 100Ω, 3.3V 레일 330Ω)과 정상 전압보다 조금 높은 곳에서 전류가 흐르기 시작하는 다이오드 직렬 클램프(ESD 보호 소자나 내부 다이오드를 흉내 낸 것으로, 1.0V 레일은 2개, 3.3V 레일은 6개를 직렬로 넣어 각각 약 1.19V·3.57V에서 1mA가 흐르도록 함)로 단순화했습니다. 이 값들은 계산을 위해 정한 값이며 특정 칩의 값이 아닙니다.

조건	설정 전압	레일 전압	단락 부품 전류	정상 IC 전류	정상 IC 소비 전력
1.0V 레일, 단락 0.05Ω	2.0V	0.050V	1.000A	0.50mA	0.02mW
1.0V 레일, 단락 0.5Ω	2.0V	0.498V	0.995A	4.98mA	2.48mW
1.0V 레일, 단락 5Ω	1.0V	0.989V	0.198A	9.91mA	9.81mW
1.0V 레일, 단락 5Ω	2.0V	1.594V	0.319A	681.2mA	1.09W
1.0V 레일, 단락이 끊긴 뒤	1.0V	0.999V	–	10.0mA	0.010W
1.0V 레일, 단락이 끊긴 뒤	2.0V	1.646V	–	1.00A	1.65W
3.3V 레일, 단락 0.05Ω	4.3V	0.050V	1.000A	0.15mA	0.01mW
3.3V 레일, 단락 0.5Ω	4.3V	0.499V	0.998A	1.51mA	0.76mW
3.3V 레일, 단락 5Ω	3.3V	3.266V	0.653A	10.0mA	0.033W
3.3V 레일, 단락 5Ω	4.3V	4.252V	0.850A	82.4mA	0.35W
3.3V 레일, 단락이 끊긴 뒤	3.3V	3.299V	–	10.2mA	0.034W
3.3V 레일, 단락이 끊긴 뒤	4.3V	4.295V	–	101.1mA	0.43W

직접 시뮬레이션 결과, 단락이 0.05Ω이면 설정 전압을 1.0V 레일에서 2.0V로, 3.3V 레일에서 4.3V로 올려도 벤치 파워가 1A 정전류에 걸린 채 레일 전압이 0.050V에 머물렀고, 정상 IC 쪽 전류는 1.0V 레일 0.50mA, 3.3V 레일 0.15mA였습니다. 0.5Ω 단락도 레일 전압이 0.498V 근처에 머물러 정상 IC 쪽은 4.98mA 이하였습니다. 단락이 살아 있는 동안에는 레일 전압이 ‘전류 × 단락 저항’으로 정해지고, 설정 전압은 정상 IC에 닿지 않는다는 뜻입니다.

설정 전압이 의미를 갖는 것은 단락 저항이 커서 정전류에 걸리지 않거나, 단락 부위가 타서 끊길 때입니다. 이때는 레일 전압이 설정 전압 가까이 올라갑니다. 1.0V 레일에서 설정 전압을 정상 전압인 1.0V로 두면 단락이 끊긴 뒤에도 정상 IC 쪽 전류는 10.0mA(0.010W)였습니다. 2.0V로 두면 단락이 끊긴 뒤 정상 IC 쪽으로 1.00A가 흘러 1.65W를 소비했습니다. 단락이 끊긴 상태에서 정상 IC 쪽 전류가 100mA에 닿는 설정 전압은 1.435V로, 정상 전압보다 크게 높지 않은 곳이었습니다. 5Ω 단락에 2.0V를 넣은 경우에는 정상 IC 쪽이 681.2mA·1.09W로, 단락 부품(0.319A·0.51W)보다 더 많은 전류와 전력을 가져갔습니다. 3.3V 레일은 4.3V를 넣고 단락이 끊긴 뒤 정상 IC 쪽이 101.1mA·0.43W였고, 3.3V로 두면 10.2mA였습니다.

이 결과를 설정에 쓰는 방법은 다음과 같습니다.

• 발열을 키우려면 전압이 아니라 전류 제한을 올립니다. 위처럼 단락이 단단하면 설정 전압을 올려도 레일 전압과 단락 부품의 발열은 그대로입니다. 단락 저항과 전류 제한에 따른 발열 W는 단락 발열을 직접 계산한 글에 정리해 두었습니다.
• 설정 전압은 ‘단락이 끊겼을 때 정상 IC가 받게 될 전압’으로 생각합니다. 주입 중 단락 부위가 타서 끊기거나 저항이 커지면, 그 순간부터 설정 전압이 레일 전체에 걸립니다. 레일 정상 전압 이하로 두면 정상 IC는 원래 받던 전압 범위에 머물지만, 그보다 높으면 위 시뮬레이션처럼 정상 IC 쪽으로 큰 전류가 흐를 수 있습니다.
• 정상 IC가 엉뚱하게 데워질 수 있습니다. 5Ω 단락에 2.0V를 넣은 경우처럼 설정 전압이 높으면 정상 칩이 단락 부품보다 더 많은 전력을 받아 먼저 따뜻해질 수 있습니다. 범인이 아닌 칩을 의심하게 되는 원인이 되므로, 설정 전압은 레일 정상 전압을 넘기지 않습니다.
• 파워서플라이 표시가 CC에서 CV로 바뀌면 바로 끕니다. 전류가 갑자기 줄고 전압이 설정값으로 올라갔다면 단락 상태가 바뀌었다는 신호일 수 있습니다. 전원을 끄고 라인 저항을 다시 재 봅니다.

실제 IC는 이 모델처럼 단순하지 않습니다. 칩마다 정상 전압에서 흐르는 전류가 다르고, 전압이 들어가면 내부 회로가 일부 동작하기도 하며, ESD 보호 소자가 직류 전압에서 전류를 흘리는지도 설계마다 다릅니다. 또 레일에 붙은 로드 스위치의 내부 다이오드나 신호 핀의 보호 다이오드를 통해 전원이 꺼진 다른 레일로 전류가 새는 경로가 있을 수 있고, 이런 경로는 정상 전압보다 낮은 전압에서도 열릴 수 있습니다. 수치는 경향을 보는 용도로 보시고, 실제 작업에서는 회로도로 레일에 무엇이 연결되어 있는지 확인합니다. 시뮬레이션에 쓴 넷리스트는 아래와 같습니다.

* Voltage injection into a shorted rail: where does the current go? (DC sweep of the bench-supply set voltage)
* bench supply: CV/CC, set voltage = V(ctl), current limit 1 A, 1 mohm output resistance in CV; leads + clips + copper 0.05 ohm
* rail a = 1.0 V rail, rail b = 3.3 V rail. short = shorted capacitor modelled as a resistor (0.05 / 0.5 / 5 ohm, or none = burned open)
* healthy ICs on the rail lumped into one load (assumed): leakage resistor (10 mA at the nominal rail voltage)
*   + series diode string as an overvoltage clamp (ESD/body-diode-like): 2 diodes for 1.0 V (1 mA at about 1.19 V), 6 diodes for 3.3 V (1 mA at about 3.57 V)
* Vsh* / Vhl* are 0 V ammeters: i(Vsh..) = current into the short, i(Vhl..) = current into the healthy ICs
.model DCL D(IS=1e-13 N=1 RS=0.05)
.param ilim=1 rpath=0.05
Vctl ctl 0 0
* --- rail a (1.0 V), short 0.05 ohm
Ba1 0 sa1 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sa1))*1000))
Rpa1 sa1 ra1 {rpath}
Vsha1 ra1 xa1 0
Rsha1 xa1 0 0.05
Vhla1 ra1 ha1 0
Rlka1 ha1 0 100
Da1_0 ha1 da1_0 DCL
Da1_1 da1_0 0 DCL
* --- rail a (1.0 V), short 0.5 ohm
Ba2 0 sa2 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sa2))*1000))
Rpa2 sa2 ra2 {rpath}
Vsha2 ra2 xa2 0
Rsha2 xa2 0 0.5
Vhla2 ra2 ha2 0
Rlka2 ha2 0 100
Da2_0 ha2 da2_0 DCL
Da2_1 da2_0 0 DCL
* --- rail a (1.0 V), short 5 ohm
Ba3 0 sa3 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sa3))*1000))
Rpa3 sa3 ra3 {rpath}
Vsha3 ra3 xa3 0
Rsha3 xa3 0 5
Vhla3 ra3 ha3 0
Rlka3 ha3 0 100
Da3_0 ha3 da3_0 DCL
Da3_1 da3_0 0 DCL
* --- rail a (1.0 V), short none (opened)
Ba4 0 sa4 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sa4))*1000))
Rpa4 sa4 ra4 {rpath}
Vhla4 ra4 ha4 0
Rlka4 ha4 0 100
Da4_0 ha4 da4_0 DCL
Da4_1 da4_0 0 DCL
* --- rail b (3.3 V), short 0.05 ohm
Bb1 0 sb1 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sb1))*1000))
Rpb1 sb1 rb1 {rpath}
Vshb1 rb1 xb1 0
Rshb1 xb1 0 0.05
Vhlb1 rb1 hb1 0
Rlkb1 hb1 0 330
Db1_0 hb1 db1_0 DCL
Db1_1 db1_0 db1_1 DCL
Db1_2 db1_1 db1_2 DCL
Db1_3 db1_2 db1_3 DCL
Db1_4 db1_3 db1_4 DCL
Db1_5 db1_4 0 DCL
* --- rail b (3.3 V), short 0.5 ohm
Bb2 0 sb2 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sb2))*1000))
Rpb2 sb2 rb2 {rpath}
Vshb2 rb2 xb2 0
Rshb2 xb2 0 0.5
Vhlb2 rb2 hb2 0
Rlkb2 hb2 0 330
Db2_0 hb2 db2_0 DCL
Db2_1 db2_0 db2_1 DCL
Db2_2 db2_1 db2_2 DCL
Db2_3 db2_2 db2_3 DCL
Db2_4 db2_3 db2_4 DCL
Db2_5 db2_4 0 DCL
* --- rail b (3.3 V), short 5 ohm
Bb3 0 sb3 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sb3))*1000))
Rpb3 sb3 rb3 {rpath}
Vshb3 rb3 xb3 0
Rshb3 xb3 0 5
Vhlb3 rb3 hb3 0
Rlkb3 hb3 0 330
Db3_0 hb3 db3_0 DCL
Db3_1 db3_0 db3_1 DCL
Db3_2 db3_1 db3_2 DCL
Db3_3 db3_2 db3_3 DCL
Db3_4 db3_3 db3_4 DCL
Db3_5 db3_4 0 DCL
* --- rail b (3.3 V), short none (opened)
Bb4 0 sb4 I = min(ilim, max(0, (V(ctl)-V(sb4))*1000))
Rpb4 sb4 rb4 {rpath}
Vhlb4 rb4 hb4 0
Rlkb4 hb4 0 330
Db4_0 hb4 db4_0 DCL
Db4_1 db4_0 db4_1 DCL
Db4_2 db4_1 db4_2 DCL
Db4_3 db4_2 db4_3 DCL
Db4_4 db4_3 db4_4 DCL
Db4_5 db4_4 0 DCL
.dc Vctl 0 4.4 0.005
.meas dc v_a1_05 FIND v(ra1) AT=0.5
.meas dc ih_a1_05 FIND i(Vhla1) AT=0.5
.meas dc is_a1_05 FIND i(Vsha1) AT=0.5
.meas dc v_a1_10 FIND v(ra1) AT=1.0
.meas dc ih_a1_10 FIND i(Vhla1) AT=1.0
.meas dc is_a1_10 FIND i(Vsha1) AT=1.0
.meas dc v_a1_20 FIND v(ra1) AT=2.0
.meas dc ih_a1_20 FIND i(Vhla1) AT=2.0
.meas dc is_a1_20 FIND i(Vsha1) AT=2.0
.meas dc v_a2_05 FIND v(ra2) AT=0.5
.meas dc ih_a2_05 FIND i(Vhla2) AT=0.5
.meas dc is_a2_05 FIND i(Vsha2) AT=0.5
.meas dc v_a2_10 FIND v(ra2) AT=1.0
.meas dc ih_a2_10 FIND i(Vhla2) AT=1.0
.meas dc is_a2_10 FIND i(Vsha2) AT=1.0
.meas dc v_a2_20 FIND v(ra2) AT=2.0
.meas dc ih_a2_20 FIND i(Vhla2) AT=2.0
.meas dc is_a2_20 FIND i(Vsha2) AT=2.0
.meas dc v_a3_05 FIND v(ra3) AT=0.5
.meas dc ih_a3_05 FIND i(Vhla3) AT=0.5
.meas dc is_a3_05 FIND i(Vsha3) AT=0.5
.meas dc v_a3_10 FIND v(ra3) AT=1.0
.meas dc ih_a3_10 FIND i(Vhla3) AT=1.0
.meas dc is_a3_10 FIND i(Vsha3) AT=1.0
.meas dc v_a3_20 FIND v(ra3) AT=2.0
.meas dc ih_a3_20 FIND i(Vhla3) AT=2.0
.meas dc is_a3_20 FIND i(Vsha3) AT=2.0
.meas dc v_a4_05 FIND v(ra4) AT=0.5
.meas dc ih_a4_05 FIND i(Vhla4) AT=0.5
.meas dc v_a4_10 FIND v(ra4) AT=1.0
.meas dc ih_a4_10 FIND i(Vhla4) AT=1.0
.meas dc v_a4_20 FIND v(ra4) AT=2.0
.meas dc ih_a4_20 FIND i(Vhla4) AT=2.0
.meas dc v_b1_10 FIND v(rb1) AT=1.0
.meas dc ih_b1_10 FIND i(Vhlb1) AT=1.0
.meas dc is_b1_10 FIND i(Vshb1) AT=1.0
.meas dc v_b1_33 FIND v(rb1) AT=3.3
.meas dc ih_b1_33 FIND i(Vhlb1) AT=3.3
.meas dc is_b1_33 FIND i(Vshb1) AT=3.3
.meas dc v_b1_43 FIND v(rb1) AT=4.3
.meas dc ih_b1_43 FIND i(Vhlb1) AT=4.3
.meas dc is_b1_43 FIND i(Vshb1) AT=4.3
.meas dc v_b2_10 FIND v(rb2) AT=1.0
.meas dc ih_b2_10 FIND i(Vhlb2) AT=1.0
.meas dc is_b2_10 FIND i(Vshb2) AT=1.0
.meas dc v_b2_33 FIND v(rb2) AT=3.3
.meas dc ih_b2_33 FIND i(Vhlb2) AT=3.3
.meas dc is_b2_33 FIND i(Vshb2) AT=3.3
.meas dc v_b2_43 FIND v(rb2) AT=4.3
.meas dc ih_b2_43 FIND i(Vhlb2) AT=4.3
.meas dc is_b2_43 FIND i(Vshb2) AT=4.3
.meas dc v_b3_10 FIND v(rb3) AT=1.0
.meas dc ih_b3_10 FIND i(Vhlb3) AT=1.0
.meas dc is_b3_10 FIND i(Vshb3) AT=1.0
.meas dc v_b3_33 FIND v(rb3) AT=3.3
.meas dc ih_b3_33 FIND i(Vhlb3) AT=3.3
.meas dc is_b3_33 FIND i(Vshb3) AT=3.3
.meas dc v_b3_43 FIND v(rb3) AT=4.3
.meas dc ih_b3_43 FIND i(Vhlb3) AT=4.3
.meas dc is_b3_43 FIND i(Vshb3) AT=4.3
.meas dc v_b4_10 FIND v(rb4) AT=1.0
.meas dc ih_b4_10 FIND i(Vhlb4) AT=1.0
.meas dc v_b4_33 FIND v(rb4) AT=3.3
.meas dc ih_b4_33 FIND i(Vhlb4) AT=3.3
.meas dc v_b4_43 FIND v(rb4) AT=4.3
.meas dc ih_b4_43 FIND i(Vhlb4) AT=4.3
.meas dc vset_a4_ih100m WHEN i(Vhla4)=0.1
.meas dc vset_b4_ih100m WHEN i(Vhlb4)=0.1

주입 절차: 연결부터 발열 확인까지

1. 주입 지점 고르기

쇼트 라인에 물린 큰 커패시터의 양극 패드나 테스트 포인트가 작업하기 편합니다. 인덕터 출력 쪽 패드도 좋습니다. 집게가 미끄러지지 않도록 단단히 물리고, 가능하면 GND는 가까운 나사 구멍이나 쉴드 캔에 연결합니다.

2. 전원 인가 후 관찰

전원을 켜고 파워서플라이 표시를 봅니다. 전류가 제한값까지 차고 전압이 거의 0에 가깝다면 저항이 매우 낮은 쇼트일 가능성이 큽니다. 데워지기 시작하는 데 걸리는 시간은 단락 부품의 크기와 발열량에 따라 1초가 안 걸리기도 하고 한참 걸리기도 합니다(아래 직접 계산 참고).

3. 가장 먼저 뜨거워지는 곳 찾기

열이 전도되면 주변도 같이 데워지므로 처음 몇 초에 뜨거워지는 지점이 중요합니다. 오래 켜 두면 열이 퍼져서 오히려 판단이 어려워집니다. 발열이 확인되면 즉시 전원을 끕니다.

열화상 카메라가 있으면 편하지만(사용법은 열화상카메라로 발열 부품 찾아내는 방법에 정리했습니다), 없어도 찾을 수 있습니다. IPA를 해당 영역에 얇게 바르고 주입하면 쇼트 부품 위의 알코올이 가장 먼저 마릅니다. 로진을 얇게 녹여 입혀 두면 쇼트 부품 위에서 로진이 먼저 녹아 흐릅니다.

직접 계산: 작은 부품이 몇 초 안에 먼저 데워지는 이유

같은 전류를 넣어도 어떤 단락은 1초도 안 돼 보이고 어떤 단락은 한참 지나도 안 보입니다. 단락 부품의 크기, 즉 열을 담는 양(열용량)과 열이 기판으로 빠져나가는 정도(열저항)가 다르기 때문입니다. 부품 크기별로 몇 초 만에 주변보다 10℃ 높아지는지 직접 계산해 그래프로 만들었습니다.

가정은 다음과 같습니다. 단락 부품 하나를 온도가 고르게 오르는 덩어리 하나로 보고, 열용량 C와 기판(주변)까지의 열저항 Rth 하나로 나타냈습니다(집중 열용량 모델). 온도 상승은 ΔT = P·Rth·(1 − e^{−t/(Rth·C)})입니다. MLCC 크기는 EIA 크기 코드의 길이×폭(0201 0.6×0.3mm, 0402 1.0×0.5mm, 0603 1.6×0.8mm, 1206 3.2×1.6mm)에 두께는 폭과 같다고 보았고, 재료는 BaTiO₃ 계열 세라믹과 니켈 전극을 하나로 묶어 밀도 6.0g/cm³, 비열 0.45J/(g·K)로 가정했습니다. SOT-23은 몸체 2.9×1.3×1.0mm, QFN은 5×5×0.9mm에 구리 노출 패드 3.5×3.5×0.2mm를 넣었고, 몰드 수지는 밀도 1.9g/cm³, 비열 0.9J/(g·K), 구리는 8.96g/cm³, 0.385J/(g·K)로 두었습니다. 칩 부품의 열저항은 일반용 후막 칩 저항에 흔히 쓰는 정격 전력(0201 1/20W, 0402 1/16W, 0603 1/10W, 1206 1/4W)과 70℃에서 155℃까지 줄어드는 감액 곡선을 ‘정격 전력에서 약 85℃ 상승’으로 보고 역산한 대략값이고, SOT-23은 350K/W, 노출 패드를 납땜한 QFN은 40K/W로 가정했습니다. 메인보드처럼 넓은 동박면에 붙은 부품은 열이 더 잘 빠지므로, 열저항을 4분의 1로 줄인 경우도 함께 계산했습니다. 눈에 띄는 기준은 +10℃, 위험 기준은 SAC305 무연 납이 녹기 시작하는 217℃(주변 25℃에서 +192℃)로 잡았습니다.

부품	열용량 C	가정 Rth	0.02W에서 +10℃	0.1W에서 +10℃	1W에서 +10℃	1W에서 +192℃ (Rth / Rth÷4)
0201 MLCC	0.146mJ/K	1700K/W	86ms	15ms	1.5ms	30ms / 37ms
0402 MLCC	0.675mJ/K	1360K/W	0.42초	70ms	6.8ms	0.14초 / 0.19초
0603 MLCC	2.76mJ/K	850K/W	2.09초	0.29초	28ms	0.60초 / 1.37초
1206 MLCC	22.1mJ/K	340K/W	닿지 않음	2.62초	0.22초	6.25초 / 닿지 않음
SOT-23	6.45mJ/K	350K/W	닿지 않음	0.76초	65ms	1.79초 / 닿지 않음
QFN 5×5	42.7mJ/K	40K/W	닿지 않음	닿지 않음	0.49초	닿지 않음 / 닿지 않음

직접 계산 결과, 열용량은 0402 MLCC가 0.675mJ/K로 QFN 5×5(42.7mJ/K)의 약 63분의 1이었습니다. 그래서 0.1W만 나도 0402는 70ms, 0603은 0.29초 만에 +10℃에 닿고, 1206은 2.62초, SOT-23은 0.76초가 걸렸습니다. QFN은 열이 노출 패드로 잘 빠져 0.1W에서는 오래 두어도 4℃만 오르고, +10℃를 넘기려면 이 가정에서 0.25W보다 큰 발열이 필요했습니다(10℃ ÷ 40K/W). 열저항을 4분의 1로 줄여도 0402가 0.1W에서 +10℃에 닿는 시간은 80ms로 거의 같았습니다. 작은 부품이 얼마나 빨리 데워지는지는 주로 열용량이 정하고, 끝까지 몇 도 오르는지는 열저항이 정하기 때문입니다.

반대로 발열이 너무 크면 작은 부품은 손쓸 틈 없이 뜨거워집니다. 1W에서 0402는 0.14초(열저항 4분의 1이면 0.19초), 0201은 30ms 만에 납이 녹기 시작하는 온도에 닿았습니다. 발열이 0.02W처럼 아주 작으면 0201·0402·0603만 +10℃에 닿았고, 열저항을 4분의 1로 줄인 경우에는 어느 부품도 닿지 않았습니다.

이 계산을 절차에 쓰는 방법은 다음과 같습니다.

• 낮은 전류로 시작해도 작은 MLCC는 몇 초 안에 드러납니다. 위 계산에서 0.1W 정도면 0201부터 0603까지의 MLCC는 1초 안에 +10℃를 넘었습니다. 처음부터 전류를 높게 걸 이유가 없고, 높게 걸면 1W 행처럼 눈으로 확인하기도 전에 패드와 납이 상할 수 있습니다.
• 몇 초 지켜봐도 안 보이면 전류를 한 단계씩 올립니다. 단락 저항이 아주 낮아 발열이 0.02W 수준이거나, 단락이 큰 칩 안에 있어 열이 넓게 퍼지는 경우입니다. 전류를 올릴 때마다 몇 초씩 관찰하고, 올리기 전에 전원을 끄고 식힙니다.
• 처음 몇 초를 놓치지 않습니다. 작은 부품의 시정수(Rth·C)는 0201 0.25초, 0402 0.92초, 0603 2.35초로 계산되었습니다. 몇 초가 지나면 열이 기판과 이웃 부품으로 퍼지기 시작하므로, 전원을 넣은 직후에 가장 먼저 색이 바뀌거나 IPA가 마르는 곳을 봅니다.
• 큰 칩 표면이 고르게 미지근해지는 것은 다른 신호입니다. QFN처럼 열용량이 크고 열이 잘 빠지는 부품은 같은 발열에서 온도 상승이 작습니다. 작은 부품이 하나도 데워지지 않고 칩 전체가 천천히 따뜻해진다면 칩 내부 단락을 의심하고, 아래 단계처럼 주변 부품을 떼어 구간을 나눠 확인합니다.

이 계산은 부품 하나를 온도가 고른 덩어리로 보고 주변 기판 온도는 변하지 않는다고 둔 단순한 모델입니다. 실제로는 단락 지점이 부품 안의 한 곳이라 그 부분이 더 먼저 뜨거워지고, 기판과 이웃 부품도 함께 데워집니다. 열저항은 패드 크기와 동박면, 층 수에 따라 크게 달라지며, 열화상 카메라는 표면 재질(방사율)에 따라 온도가 다르게 표시될 수 있습니다. 표의 시간은 부품 크기에 따른 차이를 비교하는 용도로 보시기 바랍니다.

쇼트 부품을 찾은 뒤 확인할 것

• 의심 부품을 떼고 라인 저항을 다시 측정합니다. 쇼트가 사라졌다면 원인을 제거한 것입니다.
• 떼어낸 부품도 단독으로 측정합니다. MLCC는 양단 저항이 거의 0Ω이면 확정입니다.
• 원인 부품 앞단을 점검합니다. MLCC 단락은 기판 휨이나 충격으로 생기기도 하지만, 전원 IC나 MOSFET 단락은 과전압이나 앞단 불량의 결과일 수 있습니다. 부품만 갈고 원인을 놔두면 다시 같은 자리가 터집니다.
• 쇼트가 칩 내부(대형 IC) 쪽이라면 전압 주입만으로 판정하기 어렵습니다. 칩 표면이 균일하게 따뜻해진다면 해당 칩 교체나 리볼링을 검토합니다.

초보자가 자주 하는 실수

• 정격보다 높은 전압을 바로 인가 — 쇼트가 아닌 정상 부품까지 손상시킬 수 있습니다. 단락 부위가 타서 끊기는 순간 설정 전압이 정상 부품에 그대로 걸리기 때문입니다. 항상 낮게 시작합니다.
• 전류 제한을 너무 높게 설정 — 작은 쇼트 부품은 열용량이 작아 순식간에 뜨거워지고, 패드와 주변 패턴까지 손상될 수 있습니다.
• 배터리를 연결한 채 주입 — 배터리 쪽으로 전류가 흐르거나 보호 회로가 오동작할 수 있습니다.
• 극성 반대 연결 — 전원 IC의 내부 다이오드를 통해 엉뚱한 곳으로 전류가 흐릅니다. 연결 전 +/− 를 두 번 확인합니다.
• 너무 오래 켜 두기 — 열이 퍼져서 진짜 발열점이 흐려지고, 기판이 과열됩니다.

자주 묻는 질문

Q. 쇼트 라인 저항이 0.0Ω인데 주입해도 발열이 안 느껴집니다.
A. 저항이 거의 0이면 같은 전류에서 발열도 작아집니다(P = I²R). 전류 제한을 단계적으로 올려 보고, 그래도 안 보이면 IPA나 로진처럼 미세한 열을 잡는 방법을 씁니다. 발열 대신 전류를 흘린 채 커패시터마다 mV를 재서 위치를 좁히는 방법도 있습니다(병렬 커패시터 mV 측정 시뮬레이션). 패턴 자체가 단락된 경우(기판 내층 쇼트)도 있으니 부품을 몇 개 떼어 가며 구간을 나눠 보는 방법을 병행합니다.

Q. 어댑터 전압(예: 19V) 라인도 1V로 주입하나요?
A. 네. 주입 전압은 쇼트를 찾기 위한 것이지 보드를 동작시키기 위한 것이 아닙니다. 단락 저항이 낮으면 1V 전후로도 전류 제한까지 전류가 흐르고, 위 시뮬레이션처럼 단락이 살아 있는 동안에는 설정 전압을 높여도 발열이 늘지 않습니다. 반대로 단락이 끊기면 설정 전압이 라인 전체에 걸리므로, 높은 전압을 쓸 이유가 없습니다.

Q. 파워서플라이 없이 할 수 있는 방법은 없나요?
A. 전류 제한이 없는 전원은 쓰지 않는 것이 좋습니다. 쇼트 부품뿐 아니라 패턴까지 태울 수 있습니다. 전류 제한형 파워서플라이는 수리 작업의 기본 장비이니 하나 갖춰 두는 것을 권합니다.

정리

• 전압 주입은 쇼트 라인에 낮은 전압, 제한된 전류를 흘려 단락 부품만 발열하게 만드는 방법입니다.
• 주입 전압은 라인 정격 이하, 보통 1V 전후에서 시작합니다.
• 배터리·어댑터 분리, 극성 확인, 짧은 인가 시간이 안전의 핵심입니다.
• 처음 몇 초에 가장 먼저 뜨거워지는 곳이 유력한 후보이며, 부품을 뗀 뒤 라인 저항으로 확정합니다.
• 단락이 단단할 때 발열을 키우는 것은 설정 전압이 아니라 전류 제한입니다. 작은 부품은 낮은 전류에서도 1초 안에 데워질 수 있으니 낮게 시작해 한 단계씩 올립니다.
• 부품만 교체하지 말고 쇼트가 생긴 원인(앞단 불량, 과전압)까지 확인해야 재발하지 않습니다.

※ 이 글은 일반적인 수리 방법을 설명한 것입니다. 기기마다 회로가 다르므로 반드시 해당 보드의 회로도·보드뷰로 라인 정격을 확인한 뒤 작업하세요.