PCB トレース幅:熱災害の回避

トレース幅が思った以上に重要な理由

PCBを設計したエンジニアなら誰でも、そのコツを知っています。トレースを配線し、妥当と思われる幅を選び、最善の結果を期待します。しかし、希望は設計戦略ではありません。特に、通電容量に関してはそうです。

トレースは単なるワイヤーではありません。これらは本物の熱特性を備えた小さな抵抗器で、注意しないと美しい回路基板を小型のスペースヒーターに変えてしまいます。1つのトレースの計算ミスが、信頼性の高い設計と喫煙災害の分かれ目になることがあります。

トレース幅の基礎を理解する

PCB トレースに電流が流れると、熱が発生します。熱量は、次の 3 つの重要な要素によって決まります。

1. 電流の大きさ
2. トレース断面積
3. 銅の重量/厚さ

IPC-2221およびIPC-2152規格には、特定の電流を過熱せずに安全に処理するために必要なトレースの幅を正確に予測する数学モデルが用意されています。

実際の例

具体的なシナリオを見ていきましょう。たとえば、2A を連続して流す必要があるトレース付きの電源ボードを設計しているとします。外層に標準の 1 オンス銅 (厚さ35 µm) を使用しており、10°C という適度な温度上昇を望むとします。

• 電流:2A
• 銅重量:1オンス
• 温度上昇:10°C
• レイヤータイプ:外部

計算ツールでは次のことがわかります。

• 最小幅 (IPC-2221): 0.41 ミリメートル
• 最小幅 (IPC-2152): 0.38 mm
• 直流抵抗:0.0325 Ω/m
• 電圧降下:2Aで0.065V
• 電力損失:0.13ワット

エンジニアが犯すよくある間違い

ほとんどのPCB設計者は次のような重大な間違いを犯します。

1. すべてのトレースが等しいと仮定: 内側の層の 2A の配線には、外側の層と異なる幅が必要です。
2. 銅の重量を無視: 1オンスの銅は2オンスとは異なります。銅が厚いほど、抵抗が小さくなり、電流処理が向上します。
3. サーマル・ネグレクト: 温度上昇は学問的なことだけではない。20°Cの上昇は小さく見えるかもしれませんが、トレースの信頼性に大きな影響を与えます。

熱暴走のリスク

トレースが熱くなると、抵抗が増加します。抵抗値が高いほど発熱量が多くなり、フィードバックループが破壊される可能性があります。これが、トレース幅を正確に計算することが単に良い習慣であるだけでなく、回路の存続に不可欠である理由です。

どのような場合に異なる規格を使用するべきか

• IPC-2221: より保守的で一般的な標準
• IPC-2152: より近代的で、より正確な計算が可能

ほとんどの場合、IPC-2152 の推奨事項に従ってください。これらはより包括的な熱モデリングに基づいています。

プロのコツ

• 計算したトレース幅には必ず安全マージンを加えてください
• 高電流経路には、幅の広いトレースを使用するか、複数のトレースを並列に使用することを検討してください。
• さらなる放熱が必要な場合はサーマルビアを使用してください。

試してみる

推測しないでください。PCB トレース幅計算ツール (IPC-2221/IPC-2152) を開いて、自信を持って設計してください。あなたの回路と評判は、きっとあなたに感謝されるでしょう。