ビア電流容量計算機

PCBビアの電流容量はどのように決定しますか？

PCBビアは基板レイヤー間のトレースを接続するめっきスルーホールです。電流容量は、ドリル穴内に中空円筒を形成する銅めっきの断面積に依存します。本計算機はその銅リングに外層定数のIPC-2221導体式を適用します（ビアで一般的な慣例）。より詳細な熱的指針はIPC-2152が提供します。

ビアの有効導体面積はめっきの環状リングです：A = π × t_plating × (D_hole + t_plating)。D_holeは仕上がり穴径、t_platingは電気めっき銅厚（標準PCBの場合通常18〜25 μm）です。この面積は同等幅の表面トレースよりかなり小さくなります。

ビア抵抗はめっき断面とビア長さ（基板厚）から計算されます。大電流経路では、複数のビアを並列に使用して総断面積を増やします。熱ビア（内部銅プレーンに接続する小型ビアの配列）はパワー部品の放熱導管としても機能します。

Formula: A = π × t_plating × (D_hole + t_plating) R_via = ρ_Cu × L / A I_max ≈ k × ΔT^0.44 × A^0.725 P_dissipated = I² × R_via

計算例

穴径0.3 mm、めっき厚25 μm、基板厚1.6 mmのビア：A = π × 0.025 × (0.3 + 0.025) = 0.0255 mm²。R = 1.724×10⁻⁵ × 1.6 / 0.0255 = 1.08 mΩ。1Aでの電力消費 = 1² × 0.00108 = 1.08 mW。

この計算機を使用する場面

• PCB層間高電流接続に必要な並列ビア数の決定
• 信号遷移に単一ビアが十分か評価
• パワー部品下のサーマルビアアレイ設計
• PDNのビア抵抗寄与計算

よくある間違い

• ビアホールが銅で充填されていると仮定する — 標準は中空銅シリンダー
• 公称めっき厚を実際の製造能力なしに使用する
• 高電流パスにビアが少なすぎてホットスポットを作る
• ビアアスペクト比の制限を無視する

結果の解釈方法

• ビア電流容量はホール径だけでなく銅リング断面積(バレル周囲のめっき厚)に比例します — めっきが厚いほど多くの電流を流せます。
• 結果は単一ビア基準です。高電流ネットには複数のビアを並列に用いて、電流と熱負荷をともに分散してください。
• 熱抵抗はビアが層間の熱をどれだけよく伝導するかを示します — パワーデバイス下のサーマルビアアレイは、ビアあたりの低い熱抵抗に依存します。
• 一般的なめっきバレル厚は約 20–30 µm です。製造業者がより薄くめっきする場合、実際の容量は算出値より低くなります。

関連規格・参考資料

• IPC-2152 — PCB電流容量決定規格
• IPC-6012 — リジッドプリント基板性能仕様
• IPC-2221 — プリント基板設計汎用規格

よくある質問

大電流接続には何個のビアが必要ですか？

単一の標準ビア（0.3 mmドリル、25 μmめっき）は、許容温度上昇に応じて通常0.5〜1.5Aを処理できます。大電流には複数のビアを並列に使用します。各ビアは総断面に断面積を追加します。例えば、5A接続には4〜6個の標準ビアが必要な場合があります。

IPC-2221とIPC-2152のビア電流容量の違いは何ですか？

IPC-2221にはビア専用のチャートがなく、一般的な慣例（本計算機も同様）はバレル断面積に外層定数でその経験式を適用します。IPC-2152は基板スタックアップ、銅プレーンの近接性、ビアアスペクト比を考慮したより詳細な熱解析を提供します。IPC-2152は一般的に大きな銅プレーン近くのビアに対して、より良い熱拡散により高い許容電流を算出し、現代の多層PCBにより現実的な結果を提供します。

サーマルビアは放熱と電気電流の両方に使えますか？

はい。パワー部品のサーマルパッド下に配置すると、熱と電流の両方を内部銅プレーンに伝導します。大きいドリル径（0.3-0.5 mm）で密なアレイに配置してください。