PCBトレース幅計算機

IPC-2221を使用してPCBトレース幅はどのように決定しますか？

IPC-2221は、許容される温度上昇で指定された電流を流すために必要な最小PCBトレース幅を計算する経験式を提供します。この式はまず必要な銅の断面積を計算し、次に銅の厚さ（重量）に基づいてトレース幅に変換します。

規格は外層（表面）と内層を区別します。内部トレースはFR-4誘電体に囲まれており、開放空気よりも効率的に放熱できないためです。内部トレースは同じ電流と温度上昇に対して外部トレースの約2倍の断面積を必要とします。

IPC-2221の式は経験データから導出されており、保守的です。新しいIPC-2152は広範な熱シミュレーションに基づく更新されたチャートを提供します。高信頼性設計では、高度、周囲温度、隣接トレースの発熱に対する追加のディレーティングを適用する必要があります。

Formula: A = (I / (k × ΔT^b))^(1/c) W = A / (T_cu × 1.378) k=0.048, b=0.44, c=0.725（外層） k=0.024, b=0.44, c=0.725（内層） A: mils²、T_cu: oz/ft²

計算例

外層で1 oz銅、10°C上昇で3A：A = (3 / (0.048 × 10^0.44))^(1/0.725) = 74.2 mils²。幅 = 74.2 / (1.0 × 1.378) = 53.8 mils ≈ 1.37 mm。最小推奨幅は1.4 mmです。

この計算機を使用する場面

• PCBレイアウトで電力供給トレースの最小幅を決定する場合
• 高密度部品エリアでトレース幅削減が安全か評価する場合
• 電流要件と配線スペースに基づき銅厚を選択する場合
• 電力敏感部品への電圧降下を確認する場合

よくある間違い

• 内部トレースに外部層の係数を使用する — 内部トレースは放熱が悪く約2倍の断面積が必要
• 高温環境での温度ディレーティングを無視する
• ビア遷移を見落とす — 表面層で適切なトレースもビアで電流ボトルネックになり得る
• パルス電流に対する調整なしで計算する

結果の解釈方法

• 必要な幅は、選択した電流と許容温度上昇に対して IPC-2221 の式から算出されます。内層は外層より放熱が効率的でないため、より広いトレースが必要です。
• 厚い銅箔(2 oz 対 1 oz)は同じ電流をより狭いトレースで流し、基板コストと配線密度をトレードオフします。
• 抵抗・電圧降下・電力損失はインチあたりで示されます — 総降下は実際のトレース長を掛けて求め、電源・グランド配電で最も重要になります。
• 算出した幅が配線チャンネルに収まらない場合は、許容温度上昇を高めるか、銅箔重量を増やすか、並列トレースで電流を分散してください。

関連規格・参考資料

• IPC-2221 — プリント基板設計の汎用規格
• IPC-2152 — PCB設計の電流容量決定規格
• IPC-2141 — 高速制御インピーダンス回路基板設計ガイド

よくある質問

同じ電流に対して内部トレースが外部トレースより幅広くなければならないのはなぜですか？

内部トレースは熱伝導率の低いFR-4誘電体（k ≈ 0.25 W/m·K）に埋め込まれています。外部トレースは空気への対流冷却の恩恵を受け、はるかに効果的に放熱します。IPC-2221の内層係数（k=0.024）は外層係数（k=0.048）の半分であり、約2倍の断面積が必要になります。

IPC-2221は現代のPCB設計にまだ正確ですか？

IPC-2221は保守的で広く受け入れられていますが、1950年代のデータに基づいています。IPC-2152（2009年）は現代のシミュレーションとテストに基づく更新された熱モデルを提供します。厚銅（>2 oz）、多層基板、または熱ビアを使用する設計では、IPC-2152がより正確な結果を提供します。IPC-2221はほとんどの標準設計で安全な出発点として残ります。

銅厚はトレース幅要件にどう影響しますか？

厚い銅（2 oz, 3 oz）ではより狭いトレースで同じ電流を流せます。1 ozから2 ozに倍増すると必要幅はおよそ半分になりますが、コスト増加とファインピッチの制限があります。