PCB配線幅計算ツール：電流、電圧降下、インピーダンスに基づいて配線幅を決定する方法

配線幅は一見単純に見えますが、間違えやすいものです。狭すぎると電源配線が過熱したり、電圧降下が大きくなりすぎたりします。広すぎるとスペースが無駄になったり、インピーダンスが崩れたりします。配線幅計算ツールは妥当な初期値を示してくれますが、実際にどのような値を入力すれば良いのかを知ることが、負荷がかかった際に故障する基板と信頼性の高い基板を分ける鍵となります。このガイドでは、特定の電流値に対してどのくらいの幅が必要か、内部配線と外部配線のどちらが良いか、50Ω配線のサイズをどのように決めるかなど、実際の疑問に答え、Highleap Electronicsが製造工程で配線幅が確実に維持されるようにする方法を紹介します。

1. プリント基板の配線幅計算ツールはどのように機能しますか？

PCB配線幅計算ツールは、IPC-2221規格の式を用いて、電流、許容温度上昇、銅箔厚、層数から最小配線幅を逆算します。電流は最も重要な入力項目であり、電流値が高くなると必要な面積も急激に増加します。一方、温度上昇の影響ははるかに小さいため、許容温度を高くしても容量の増加はわずかです。入力項目は以下のとおりです。

• 電流プローブ ― トレースが流せる最大連続電流。
• 許容温度上昇 10℃は控えめな目標値であり、例では30℃がよく示されています。上昇幅が小さいほど、グラフの幅は広くなります。
• 銅の重量 ―通常は1オンスまたは2オンス。より重い銅線は、より細い幅で同じ電流を流すことができる。
• 層（外側または内側） ―同じ電流を流すには、内部配線は外部配線の約2倍の幅が必要となる。

2 つの解釈上の注意により、間違いを防止できます。この式はベアトレースのテストデータに基づいており、混雑した実際の基板に対しては楽観的な値になっているため、連続電源パスにはマージンを追加してください。また、結果は最小値であり、目標値ではありません。電源トレースが広くても問題になることはほとんどありませんが、狭すぎると大きな問題になります。必要な幅が非現実的になった場合は、 重い銅のPCB 多くの場合、よりクリーンです。トレースがどのように電流を運ぶかの本質はここにあります。 PCBトレース入門.

2. 1アンペア、3アンペア、または5アンペアの場合、どのくらいの配線幅が必要ですか？

保守的な10℃の温度上昇で、外層に1オンスの銅を使用する場合、1Aでは約0.5mm（20ミル）、3Aでは約1.8mm（70ミル）、5Aでは約3.3mm（130ミル）が必要です。この表はIPC-2221に基づいた出発点であり、独自の温度目標に対する計算の代わりとなるものではありません。内層の配線には、およそ2倍の配線幅が必要です。

電流が増加すると幅も急速に広がります。数アンペアを超えると、単一の配線では実用的ではなくなり、銅箔、銅平面、またはより厚い銅が適切な解決策となります。高電流レールは細い配線には適しておらず、専用の配線が必要となります。 重銅電流容量エンジニアリング 涼しく保ちます。

3. 内部配線と外部配線の幅：なぜ内部配線の方が幅が広いのか

内部配線は、ラミネート材に挟まれているため空気中に熱を放出できず、同じ電流を流すには外部配線の約2倍の幅が必要になります。IPC-2221では、この理由から、外部配線と外部配線で異なる定数を使用しています。外部配線は空気への対流によって冷却されるのに対し、内部配線は断熱されているため、同じ幅でもより多くの熱を蓄積します。

実際的な結果として、外層用に検証された幅でも、同じネットを多層基板の内層に配線すると、静かに過熱する可能性があります。層間で電源を移動させる場合は、内層の場合に合わせてサイズを調整し、各遷移箇所で複数のビアを並列に配置することで、層の変更がホットボトルネックにならないようにしてください。

4. 50オームの制御インピーダンス配線のサイズを決定する方法

50オームの配線幅は、電流計算機ではなく、積層構造に基づいて決定してください。その幅は、下の誘電体層の厚さ、銅箔の重量、および積層体の誘電率によって決まります。高速信号やRF信号はインピーダンスに基づいてサイズが決定され、一般的にはシングルエンドで50オーム、差動ペアでは90オームや100オームなどの目標値が設定されるため、電流に基づく幅は適用できません。

2 つの結果が続く。まず、インピーダンス制御幅を単独で選択することはできない。それはスタックアップに固定されているため、 高速スタックアップ 配線形状を決定する前に、配線形状を決定する必要があります。次に、インピーダンスが正しくなるように、製造業者はその形状を正確に構築する必要があります。つまり、適切な方法で、基板を製造する業者と制御インピーダンス配線について合意する必要があります。 インピーダンス制御 処理。

5. よくあるPCB配線幅の間違い

配線幅に関するよくある間違いは、すべてに同じデフォルト幅を使用すること、内層のペナルティを無視すること、電圧降下を忘れること、インピーダンスではなく電流に基づいて信号配線のサイズを決定することです。それぞれに簡単な修正方法があります。

• すべてに共通のデフォルト幅 信号には最適だが、電力には危険なほど狭い。電力配線のサイズは、その電流値に応じて決まる。
• 内層のペナルティを無視する 外側の幅が十分だと内側の層が過熱してしまうため、内側の幅はおよそ2倍必要になる。
• 電圧降下を忘れて – 低温配線でも、低電圧・高電流レールでは電圧降下が大きすぎる可能性があります。熱と電圧降下の両方を考慮したサイズは、優れた配線の一部です。 熱管理.
• 電流用の信号トレースのサイズ設定 高速配線には、IPC-2221の電流幅ではなく、スタックアップに合わせたインピーダンスベースの幅が必要です。
• プロセスが構築できるよりも細かい幅を指定する －製造業者に最小幅と間隔を確認してください。

6．配線幅は製造工程を経ても維持されるか？

設計図で描いた幅と、実際に得られる幅は必ずしも一致するとは限りません。エッチングによって各配線の側面から少量の銅が除去されるため、完成した配線は設計値よりもわずかに狭くなります。また、銅の厚みが増すと、この許容範囲が広がります。電力線などのタイトな配線では、電流容量や電圧降下が不利な方向に変化し、インピーダンス制御の配線ではインピーダンスが変化する可能性があります。いずれにしても、幅が重要な場合は、製造業者と設計意図を確認してください。

組み立て済み 製造性を考慮した設計チェック トレース幅と間隔がプロセス能力の範囲内であること、電源トレースがエッチング後に電流と電圧降下の要件を満たしていること、および制御インピーダンス トレースが構築可能なスタックアップに適合していることを確認します。その後、Highleap はボードを次の工程に進めます。 厚銅加工 実装工程では、大電流設計向けの厚銅オプションや、高速基板向けのインピーダンス制御処理およびテストも提供しています。お見積もりをご依頼の際は、銅の重量、電源配線の最大電流、電圧降下に敏感なレール、およびインピーダンス制御要件とその目標値および積層構成をご明記ください。

私のボードを引用してください

7. PCB配線幅に関するよくある質問

1アンペアの場合、どのくらいの配線幅が必要ですか？

外層に銅を1オンス使用し、温度上昇を控えめに10℃とした場合、厚さは約0.5mm（約20ミル）です。銅を2オンス使用する場合は、その約半分になります。同じ電流を流すには、内層配線の厚さは約2倍必要です。

内部配線は外部配線よりも幅が広くなければならないのはなぜですか？

内部配線はラミネート材で囲まれているため、熱を空気中に放出することができません。そのため、同じ電流を同じ温度上昇で流すには、外部配線の約2倍の幅が必要になります。

電流ではなくインピーダンスに基づいて配線サイズを決定するにはどうすればよいですか？

インピーダンス制御幅は、誘電体層の厚さ、銅の重量、および材料の誘電率によって決まるため、積層構造に依存します。まず積層構造を決定し、それに基づいて計算を行い、製造業者と製造内容を確認してください。

電源線と信号線は同じ幅にするべきでしょうか？

いいえ。電源配線は電流と電圧降下を考慮してサイズが決められており、多くの場合、はるかに幅が広くなっています。信号配線は配線経路に合わせて、あるいは高速配線の場合はインピーダンスに合わせてサイズが決められています。どちらの配線にも共通する標準的な幅は、過熱の一般的な原因となります。

Highleapは、高銅箔基板やインピーダンス制御基板を製造できますか？

はい。Highleapは、大電流設計向けの高銅配線、高速基板向けのインピーダンス制御処理およびテストを提供しており、配線幅が製造工程で問題なく動作することを確認するための製造性レビューも実施しています。