リジッド PCB のトレース幅の計算は、プリント基板の性能、信頼性、安全性に直接影響するため、設計プロセスにおける重要なステップです。私はリジッド PCB サプライヤーとして、この計算を正しく行うことの重要性を理解しています。このブログ投稿では、考慮すべき重要な要素と、リジッド PCB の適切なトレース幅を計算する方法を共有します。
リジッドPCBにおけるトレース幅の重要性
リジッド PCB 上のトレース幅は、電流が流れる電気経路として機能します。トレース幅が狭すぎると、抵抗が高いために過剰な発熱が発生し、トレースが焼損したり、コンポーネントが損傷したり、火災の危険が生じる可能性があります。一方、トレース幅が広すぎると、貴重な基板スペースが無駄になり、生産コストが増加し、信号の完全性に関する問題が発生する可能性があります。したがって、最適なトレース幅を見つけることは、PCB の適切な機能を確保するために不可欠です。
トレース幅の計算に影響を与える要因
リジッド PCB のトレース幅を計算するときは、いくつかの要素を考慮する必要があります。
1. 電流容量
トレースを流れる電流の量は、最も重要な要素の 1 つです。電流が大きくなると、抵抗と発熱を最小限に抑えるために、より幅の広い配線が必要になります。トレースの電流容量は、トレースの材質 (通常は銅)、銅層の厚さ、および周囲温度の影響を受けます。
2. 銅の厚さ
PCB 上の銅層の厚さは、トレースの電流伝達能力に影響します。銅層が厚いほど、より低い抵抗でより大きな電流を処理できます。リジッド PCB の一般的な銅の厚さには、1 オンス (35 μm)、2 オンス (70 μm)、および 3 オンス (105 μm) があります。
3. 許容温度上昇
PCB やそのコンポーネントに損傷を与えることなくトレースが耐えられる最大温度上昇も重要な考慮事項です。許容温度上昇が低いほど、より効果的に熱を放散するために配線の幅を広くする必要があります。
4. PCB材質
使用される PCB 材料の種類は、トレースの熱放散特性に影響を与える可能性があります。材料が異なれば熱伝導率も異なり、熱がトレースからどの程度速く伝達されるかに影響します。
5. トレースの長さ
配線が長くなると抵抗が大きくなり、大幅な電圧降下や発熱が発生する可能性があります。したがって、配線が長くなると、増加した抵抗を補うためにより広い幅が必要になる場合があります。
トレース幅の計算方法
1. IPC-2221規格
IPC-2221 規格は、プリント基板設計のガイドラインとして広く認識されています。電流、銅の厚さ、許容温度上昇に基づいてトレース幅を計算するための式と表が提供されます。トレース幅 (W) をインチ単位で計算する式は次のとおりです。
[ W=\frac{I}{k\times(T_{max}-T_{amb})^b\times D^c} ]
どこ：
- (I) はアンペア単位の電流です
- (k)、(b)、および (c) は、銅の厚さと PCB の種類 (内部層または外部層) に基づく定数です。
- (T_{max}) はトレースの最大許容温度です。
- (T_{amb}) は周囲温度です
- (D) は平方フィートあたりの銅の重量をオンスで表します。
IPC-2221 規格には、さまざまな電流レベルと銅の厚さのトレース幅を迅速に決定するために使用できる、事前に計算されたテーブルも用意されています。
2. オンライン配線幅計算ツール
計算プロセスを簡素化するオンラインのトレース幅計算ツールが多数あります。これらの計算機は通常、電流、銅の厚さ、許容温度上昇、PCB 材料などの入力値を要求し、推奨されるトレース幅を提供します。人気のあるオンライン計算機には、次のものがあります。Saturn PCB 設計カリキュレーターそしてEagle PCB トレース幅計算ツール。
3. 経験則
トレース幅を計算するための簡単な経験則は、1 オンスの銅層の電流 1 アンペアごとにトレース幅 10 ミル (0.254 mm) を使用することです。ただし、このルールは大まかな推定値にすぎず、すべてのアプリケーション、特に高電流または厳格な温度要件のあるアプリケーションに適しているとは限りません。
計算例
1 オンスの銅層、最大許容温度上昇が 20°C、電流が 2 アンペアのリジッド PCB があるとします。 IPC-2221 規格またはオンライン計算機を使用すると、適切なトレース幅を決定できます。
オンライン計算機を使用して値を入力すると仮定します。
- 電流 ((I)) = 2 A
- 銅の厚さ = 1オンス
- 許容温度上昇 ((\Delta T)) = 20°C
計算機は、約 20 ミル (0.508 mm) のトレース幅を推奨する場合があります。
さまざまなタイプのリジッド PCB に関する考慮事項
1.片面リジッドPCB
片面リジッド PCB には、基板の片面のみにコンポーネントとトレースがあります。片面 PCB のトレース幅を計算するときは、限られたスペースを考慮することが重要です。必要なトレースがすべて適切な幅になるように、トレース レイアウトを最適化する必要がある場合があります。
2.両面リジッドPCB
両面リジッド PCB には基板の両面にコンポーネントとトレースがあり、トレース配線の柔軟性が向上します。ただし、両側のトレースが電流を処理するのに適切な幅を持っていることを確認する必要があります。さらに、両側のトレースを接続するビアも全体の電気的性能に影響を与える可能性があるため、考慮する必要があります。
3.メタルコアリジッドPCB
メタル コア リジッド PCB には、優れた放熱特性を提供するメタル コア (通常はアルミニウムまたは銅) が含まれています。これにより、従来の PCB と比較して、より高い電流密度と潜在的により狭いトレース幅が可能になります。メタル コア PCB のトレース幅を計算する場合、改善された熱性能を利用して設計を最適化できます。
結論
リジッド PCB のトレース幅の計算は、複数の要素を慎重に考慮する必要がある複雑なプロセスです。トレース幅の重要性、それに影響を与える要因、計算方法を理解することで、PCB 設計の信頼性、効率性、安全性を確保できます。
リジッド PCB サプライヤーとして、当社はトレース幅の計算と PCB 設計を支援する専門知識と経験を持っています。ご質問がある場合、または次の PCB プロジェクトに関するサポートが必要な場合は、お気軽にご相談ください。お客様の特定の要件を満たす高品質のリジッド PCB を作成するために、お客様と協力できることを楽しみにしています。
参考文献
- IPC-2221 プリント基板設計規格
- Saturn PCB 設計カリキュレーターのドキュメント
- Eagle PCB トレース幅計算ツールのドキュメント
