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PCB トレース抵抗計算ツール

幅、長さ、厚さ、および温度からPCBの銅トレースDC抵抗を計算します。シート抵抗と温度係数が含まれます。

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公式

R = \rho(T) \cdot \frac{L}{W \cdot T_c}

参考: IPC-2221B; copper ρ₂₀ = 1.72×10⁻⁸ Ω·m, α = 3.93×10⁻³ /°C

ρ(T)— 温度Tでの抵抗率 (Ω·m)

L— トレース長 (m)

W— トレース幅 (m)

Tc— 銅の厚さ (m)

仕組み

PCBトレース抵抗カリキュレータは、パワーインテグリティ解析、電圧降下バジェット、および熱管理に不可欠な銅トレースのDCおよび温度補正抵抗を計算します。ほとんどのICデータシートで義務付けられているように、パワーエレクトロニクスやアナログのエンジニアはこれを使って電圧降下を電源レールの1～ 2% 未満に抑えます。

IPC-2221B 付録 A によると、トレース抵抗は R = rho x L/(W x T) に従います。ここで rho は銅抵抗率 (25C で 1.724e-8 オーム/m)、L は長さ、W は幅、T は厚さです。温度係数アルファ = 0.00393/C (ASTM B193 準拠) は、摂氏100度上昇ごとに抵抗が 39.3% 増加することを意味します。25℃で50ミリオーム用に設計されたトレースは、75℃で70ミリオームを測定します。これは高精度の電流検出に不可欠です。

銅の厚さは製造によって異なります。1オンスの銅の公称値35umはエッチング後に30～32umになり、抵抗は計算値と比較して10～15％増加します。IPC-6012D Class 2によると、銅の最小厚さは公称値の 80% なので、設計マージンを考慮する必要があります。表面粗さ（IPC-4562あたりRz = 2-5um）は、表皮効果により、高周波での実効抵抗がさらに3〜8％増加します。

配電網 (PDN) では、トレース抵抗によってDC降下が起こりますが、1MHz以下を超えるとインダクタンスが支配的になります。幅1mmの100mmトレースのインダクタンスは約100nHです。10MHzでは6.3オームのリアクタンスになり、DC抵抗は50mオームになります。これが、デカップリングコンデンサをICの近くに配置しなければならない理由を説明しています。

計算例

問題：500mAを伝送する3.3V電源レールの25℃と75℃における長さ50mm、幅0.5mm、1オンスの銅トレースの抵抗を計算します。

IPC-2221B に準拠したソリューションは次のとおりです。 1.銅パラメータ:rho = 1.724e-8 オームm、T = 35um (1オンス)、アルファ = 0.00393/C 2.25C での R: R = 1.724e-8 x 0.050/(0.0005 x 35e-6) = 8.62e-10/1.75e-8 = 49.3 mオーム 3.75C での R: R (75) = R (25) x [1 + 0.00393 x (75-25)] = 49.3 x 1.197 = 59.0 ミリオーム 4.500mAでの電圧降下:V = 0.5 x 0.059 = 29.5mV (3.3Vの 0.9%) 5.電力損失:P = 0.5^2 x 0.059 = 14.8mW

検証:0.9% の低下は通常の 2% の予算内です。1Aの電流の場合、ドロップは2倍の59mV (1.8%) になりますが、それでも許容範囲内です。2Aの場合、ドロップ=118mV (3.6%)。予算を超える場合は、より広いトレースまたは2オンスの銅が必要です。

実践的なヒント

✓電源トレースに2オンスの銅を使用して抵抗を半分にします。IPC-2221Bによると、コストの増加はわずか10〜15％で、信頼性が大幅に向上します。
✓重要な電源トレースに抵抗測定テストポイント（ケルビンセンスパッド）を追加すると、IPC-9252のテスト方法に基づく製造検証が可能になります。
✓高精度アナログの場合：IPC-4562によるエッチングのばらつきと表面粗さを考慮して、計算時に銅抵抗率を 15% 下げます。

よくある間違い

✗1オンスの銅に公称35umを使用。実際のエッチング後の厚さはIPC-6012Dあたり30〜32umで、抵抗が10〜15％増加します。控えめな計算には 32um を使用してください。
✗温度係数を無視すると、動作温度が50℃上昇すると抵抗が 20% 増加し、予期しない電圧降下が発生し、IC電源の許容誤差 (標準値は+/ -5%) に違反する可能性があります。
✗高周波電流のDC抵抗の計算 — 表皮効果により電流を表層に限定し (表皮の深さ = 10MHzで21um)、ポザールあたり10MHzを超えると抵抗が実質的に2倍になります。

よくある質問

トレース幅は抵抗にどのように影響しますか？

抵抗は幅に反比例します。幅を2倍にすると抵抗は半分になります。IPC-2221Bによると、幅1mmの1オンス銅トレースは49ミリオーム/100ミリ、幅2ミリの場合は24.5ミリオーム/100ミリです。高電流経路 (1A以上) では、電圧降下を50mV/100mm未満に抑えるために、1mm以上の幅が推奨されます。

トレース抵抗は大幅な電圧降下を引き起こす可能性がありますか？

はい。幅1mm（銅1オンス）の100mmトレースは、1Aで49mV低下します。許容誤差が +/ -5% (165mV) の 3.3 V 電源の場合、この単一トレースは許容範囲の 30% を消費します。IPC-2152 PDN ガイドラインに従い、マルチアンプ電源 (5A+) を予算内に収めるには、2 ～ 3 mm のトレースまたは 2 オンスの銅ケーブルが必要です。

銅タイプはトレース抵抗に影響しますか？

はい。電着（ED）銅は、IPC-4562に準拠した結晶粒構造により、圧延焼きなまし（RA）銅よりも抵抗率が5〜10％高くなっています。ED銅:約1.8e-8オーム、RA銅:約1.72e-8オームm。ほとんどの PCB ファブでは ED 銅が使用されています。高精度電流検出アプリケーションには RA が規定されています。

PCBのトレース抵抗の計算はどの程度正確ですか？

標準形状の理論計算の精度は +/ -5% です。(1) IPC-6012D ごとの銅の厚さのばらつき、(2) エッチングによる幅の変動 (+/ -10%)、(3) 表面粗さ、(4) 温度の不確実性により、現実世界の変動は +/ -15% 加算されます。製造時には、代表的なサンプルの実際の抵抗を測定してください。

標準PCBトレースの最大電流はどれくらいですか？

IPC-2152によると、外側に銅線1オンス、上向き10℃、幅1mmで約2A、幅2mmで約3.5Aを運搬できます。摂氏20度上昇の場合:1.4倍を掛けます。冷却速度が低下するため、内部トレースの運搬量が40～ 50% 少なくなります。標準2オンス銅の最大実用電流:適切な熱管理を行えば、5mm以上のトレースで10～15Aです。

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