PCB トレースの幅と電流容量:IPC-2221 対 IPC-2152
特定の電流のPCBトレース幅を計算する方法。IPC-2221規格とIPC-2152規格を比較し、温度上昇について説明し、外層と内層の違いについて説明します。
IPC-2221とIPC-2152の違い：どちらを使うべきですか？
IPC-2221 (1998) はレガシースタンダードです。1954 年の測定値に基づく控えめな基準で、次のような単純な実験式が使われています。「MATHBLOCK_0」
ここで、*k* = 0.048 は外部配線、0.024、内部配線は 0.024、*ΔT* は温度上昇 (°C)、*A* は断面積 (mil²) です。
IPC-2152 (2009) が現在の標準です。これは最新の測定値に基づいており、保守的ではありません。同じ温度上昇でも、IPC-2221よりもトレースが狭くなったり、電流が高くなったりします。10Aの外部トレースで上昇温度が 10°C の場合、IPC-2152 では IPC-2221 よりも約 30 ～ 40% 狭いトレースが許容されます。 新しい設計には IPC-2152 を使用してください。 IPC-2221 は、お客様が名前で要求する場合にのみ使用してください。温度上昇予算
トレース温度は、周囲温度と上昇量の合計です。
「MATHBLOCK_1」
FR4の場合、ガラス転移温度 (Tg) は通常130～170°Cです。Tgより少なくとも20°C低く保ってください。70°Cの環境 (高温のエンクロージャー内) では、最大トレース温度は約110°Cで、上昇バジェットはわずか40°Cです。
一般的な設計目標は以下のとおりです。 -コンシューマエレクトロニクス:10℃上昇 -工業用:20～30℃上昇 -パワーエレクトロニクス:30～40°C 上昇
外部層と内部層
内部配線は熱を空気に放散することができず、PCB積層を通してのみ熱を発散できるため、熱伝導率が高くなります（熱伝導率が低く、銅の場合は約150 W/m・kに対して、熱伝導率が低いため、約0.3 W/m・k）。IPC-2221の*k*係数が内部が0.024であるのに対し、外部が0.048であることは、これを直接反映しています。同じ電流と温度上昇でも、内部トレースの断面積は約2倍必要です。
銅の重量と断面
| 銅の重量 | 厚さ | 幅1mmのトレースの面積 |
|---|---|---|
| ½ オンス | 17.5 µm (0.7 ミル) | 1 ミル幅あたり 0.7 ミル² |
| 1 オンス | 35 µm (1.4 ミル) | 1 ミル幅あたり 1.4 ミル² |
| 2 オンス | 70 µm (2.8 ミル) | 幅1ミルあたり2.8 ミル² |
| 3 オンス | 105 µm (4.2 ミル) | 幅1ミルあたり4.2ミル² |
抵抗と電圧降下
温度制限を満たしていても、電圧降下をチェックしてください。
「MATHBLOCK_2」
20°Cでの銅抵抗率** = 1.72×10Ω·m、温度係数*α* = 0.00393/°C。
3Aを搭載した100mm、幅1mm、1オンスのトレースの場合: -R = 0.049Ω -V_Drop = 0.15V -p_Loss = 0.44W
この0.15Vの降下は、3.3Vレールの場合かなり大きい値です。長時間の大電流駆動には、幅の広いトレースまたは2オンスの銅線を検討してください。
実践的なヒント
-配線配線ではなく、電源レールに銅線を注ぎます。1オンスで10mmの銅を注ぐと、上昇温度が5℃未満で20A+の電流が流れます。 -ホットトレースの下にサーマルビアがあると、熱の拡散が改善されます。0.5～1mmのピッチで配列してください。 -最初のプロトタイプで赤外線カメラで検証してください。計算値は理想的な条件を前提としています。実際のボードは、隣接するコンポーネントや空気の流れによって、温度が低くなったり熱くなったりすることがよくあります。
当社の [PCBトレース幅計算ツール] (/電卓/PCB/トレース幅電流) を使用してトレース寸法を計算してください。IPC-2221とIPC-2152の両方の結果が並べて表示されます。