基板のパターン幅・電流・抵抗の計算
流したい電流と、許容できる温度の上がり方を入れると、IPC-2221の考え方にもとづく近似式で、必要な配線(パターン)の幅を計算します。配線の長さを入れれば、抵抗の目安もわかります。
くわしい条件を変える(なくても計算できます)
計算方法
必要な断面積 IPC-2221の考え方にもとづく近似式では、電流 = k × 温度の上がり方0.44 × 断面積0.725という関係が使われます(kは外層でおよそ0.048、内層でおよそ0.024)。この式を断面積について解き、銅箔の厚みで割ると、必要な配線の幅が求まります。
抵抗 抵抗 = 銅の抵抗率 × 配線の長さ ÷(配線の幅 × 銅箔の厚み)(銅の抵抗率は20℃でおよそ1.7241×10⁻⁸Ω・m)
例:電流1A、外層、許容する温度の上がり方20℃、銅箔35µmなら、必要な幅はおよそ0.197mmです。
出典:銅(標準軟銅)の体積抵抗率=1.7241×10⁻⁸Ω・m、20℃(JIS C 3001による、電気抵抗の基準となる値)、IPC-2221(プリント基板の設計に関する標準)にもとづく、外層・内層の許容電流と温度上昇の近似式(電流=k×温度の上がり方の0.44乗×断面積の0.725乗、を幅について解いたもの)
よくある質問
外層と内層で必要な幅が違うのはなぜ?
内層は基板の中にあって熱がこもりやすいため、同じ電流・同じ温度上昇でも、外層よりも幅を太くする必要があります。
温度の上がり方はどれくらいにすればいい?
設計する機器によりますが、10℃〜30℃くらいの範囲で決めることが多いです。厳しい条件ほど幅を太くする必要があります。
銅箔の厚み1ozとは?
プリント基板でよく使われる厚みの単位で、1ozはおよそ35µmです。
電流が0のときは?
発熱による幅の制約がなくなるため、必要な幅は0として計算されます(実際には、機械的な強度などから最小限の幅が必要です)。
この計算だけで設計を決めてよい?
目安の近似式です。実際の基板設計では、基板メーカーの計算ツールやシミュレーションであわせて確認してください。