「パターン幅」はどう決める？許容電流と設計ルールの基礎知識

2026年1月28日

電子機器の心臓部ともいえるプリント基板の設計において、設計者が最初の一歩で直面し、かつ最後まで悩まされるのが「配線の幅をどう決めるか」という問題です。

単に配線を繋げば動くというわけではなく、流れる電流の大きさ、許容される温度上昇、そして製造コストや基板のサイズ制約など、多くの要素が複雑に絡み合っています。

この記事では、パターン幅（トレース幅）の決定プロセスにおいて必須となる許容電流の考え方や、設計ルールの基礎知識を網羅的に解説します。

この記事を読むことで、設計の根拠を明確に説明できるようになり、発熱による故障や電圧降下といったトラブルを未然に防ぐスキルを身につけることができます。

言葉の定義と背景：なぜパターン幅の決定が重要なのか

基板設計におけるパターン幅とは、基板表面や内部に形成された銅箔の配線の幅を指します。

この幅を適切に設定することは、電子機器の信頼性を担保する上で極めて重要なプロセスです。

電子回路に電流が流れると、銅箔の持つ抵抗成分によって熱が発生します。

これをジュール熱と呼びます。配線が細すぎると抵抗値が高くなり、過剰な発熱を招きます。

最悪の場合、基板の絶縁材である樹脂が炭化したり、銅箔が剥離・断線したりする事故につながります。

許容電流とは、特定の条件下で配線の温度上昇が許容範囲内に収まる最大の電流値のことです。

設計者は、回路が必要とする電流値に対して、この許容電流が上回るようにパターン幅を決定しなければなりません。

基板設計には通常、デザインルール（設計ルール）が存在します。

これは製造業者の能力（加工精度）と、電気的な信頼性のバランスをとるためのガイドラインです。

これらの背景を理解した上で、具体的な仕組みを深掘りしていきましょう。

パターン幅を決めるための計算式や基準には、物理的な法則と、長年の実験データに基づく標準規格が深く関わっています。

配線の抵抗値Rは、以下の式で表されます。

ここで、$\rho$は材料の抵抗率（銅の場合は約1.72 x 10^-8 Ω）、Lは配線の長さ、Aは配線の断面積です。断面積Aは「パターン幅 × 銅箔の厚み」で決まります。

つまり、パターン幅を広げることは断面積を大きくすることであり、結果として抵抗値を下げ、発熱（P = I^2R）を抑制することに直結します。

基板で使用される銅箔の厚さは、一般的に以下の種類がよく使われます。

パターン幅を決める際は、必ずこの「銅箔厚」をセットで考える必要があります。同じ1mm幅の配線でも、18mu m厚と70mu m厚では許容電流が大きく異なるからです。

基板の表面（外層）にある配線と、多層基板の内部（内層）にある配線では、同じ幅でも許容電流が変わります。

外層配線：周囲の空気や対流によって熱が逃げやすいため、許容電流は比較的高くなります。
内層配線：熱伝導率の低い絶縁材（FR-4など）に挟まれているため、熱がこもりやすく、外層に比べて許容電流を低く（通常は外層の半分程度に）見積もる必要があります。

世界的に参照されている設計基準がIPC規格です。

IPC-2221：長年使われてきた古い規格で、シンプルなグラフ（チャート）に基づいて計算します。計算が容易ですが、現在の複雑な多層基板の実態とは乖離があると言われています。
IPC-2152：より新しい規格で、基板の厚みや周辺の銅箔分布、配線の密度など、より詳細なパラメータを考慮した実験データに基づいています。精度の高い設計を求める場合はこちらが推奨されます。