パターン幅と許容電流の早見表｜1A・2A・5A・10Aは何mm？IPC-2221の計算式

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基板設計で必ず最初にぶつかる壁が「パターン幅をいくつにすればいいか」です。

細すぎれば発熱・断線、太すぎれば基板サイズが大きくなりコストアップ。この絶妙なバランスを決めるのが、世界中の基板設計者が使っている業界規格IPC-2221です。

この記事を読み終えたとき、あなたは「2A流すなら外層で約0.8mm」と即答できるようになります。客先レビューで根拠を聞かれても、自信を持って答えられる知識が身につきます。

まず結論：パターン幅の早見表

細かい計算式の前に、結論を見せます。これは銅箔厚35μm（1oz）、温度上昇10℃を前提とした、IPC-2221に基づくパターン幅の早見表です。

基板設計の現場で「2A流すなら何mm？」と聞かれたら、まずこの表を頭に浮かべてください。

電流	外層パターン幅	内層パターン幅
1A	約 0.3 mm	約 0.8 mm
2A	約 0.8 mm	約 2.0 mm
3A	約 1.4 mm	約 3.6 mm
5A	約 2.8 mm	約 7.2 mm
10A	約 7.2 mm	約 19 mm

パターンの許容電流は、配線の温度上昇で決まります。熱設計の全体像は次の記事で3ステップに整理しています。

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そもそもなぜパターン幅が重要なのか？

基板上の銅箔（パターン）には、当然ながら抵抗があります。電流が流れると、抵抗によってジュール熱が発生します。

パターンは「水道管」と同じ

パターンを水道管に例えるとわかりやすいです。

細すぎると何が起きる？

パターン幅が不足していると、以下のような問題が発生します。

1. 温度上昇による樹脂劣化：基板の絶縁樹脂（FR-4など）はガラス転移温度Tgを超えると軟化します。長期使用で剥離や反りの原因に
2. ハンダ接合部の劣化：熱応力でハンダクラックが発生
3. 電圧降下：細いと抵抗が大きく、IC手前で電圧が落ちて誤動作
4. 最悪、断線・発火：許容電流を大きく超えると、銅箔が溶断（ヒューズと同じ原理）

IPC-2221とは？基板設計の世界共通ルール

IPC-2221は、アメリカの電子機器業界団体IPC（Association Connecting Electronics Industries）が発行する、プリント基板設計の一般要求事項を定めた業界規格です。

パターン幅と許容電流の関係は、この規格の中でグラフと計算式で示されており、世界中の基板設計者が共通の基準として使っています。

なぜIPC-2221に従うのか？

客先や上司から「設計根拠は？」と聞かれたとき、「自分の経験で決めました」では通りません。「IPC-2221に基づいて計算しました」と答えれば、設計の根拠として説明しやすくなります。

IPC-2221とIPC-2152の違い

「IPC-2152もある」という話をよく聞きますが、これは2009年に制定された新しい規格で、IPC-2221の計算式が「やや保守的すぎる（=安全側に振りすぎ）」とされ、新しい実測データをもとに作られた別の規格です。

本記事では、まずシンプルで使いやすいIPC-2221をメインに解説します。これがわかればIPC-2152も理解しやすくなります。

IPC-2221の計算式を完全解説

いよいよ計算式です。難しく見えますが、やっていることは「許容電流から、必要な銅箔の断面積を求める」だけです。順番に追っていきましょう。

IPC-2221の許容電流の式

式の意味を直感で理解する

数式は3つの「掛け算」でできています。それぞれの意味を見ていきましょう。

実際に計算してみよう：2A流す場合

公式だけでは何のことかわかりません。実際の数値を入れて計算してみます。

条件設定

• 流したい電流：2A
• 銅箔厚：35μm（1oz、標準）
• 許容温度上昇：10℃
• 位置：外層（k = 0.048）

計算ステップ

外層と内層で計算が違う理由

早見表を見ると、内層は外層の2〜3倍の幅が必要でした。なぜでしょうか？

熱の逃げ道の違い

パターンが発熱したとき、その熱がどこに逃げるかを考えてみましょう。

これは魔法瓶の中身と外側の温度を考えるとわかりやすいです。外側はすぐ冷めますが、中身は何時間も熱いまま。内層パターンも同じで、熱がこもりやすいのです。

IPC-2221の係数の違い

この熱の逃げ方の違いが、計算式の係数kに反映されています。

配置	係数 k	同じ電流に必要な断面積
外層	0.048	基準（×1）
内層	0.024	外層の約2.6倍

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温度上昇ΔTの決め方

計算式の中に出てきた「許容温度上昇ΔT」。これを何℃に設定するかで、必要なパターン幅が大きく変わります。

ΔTの目安

ΔT	用途・推奨ケース	パターン幅の傾向
10℃	高信頼性が必要（医療・自動車・産業機器）	太め（安全側）
20℃	一般的な民生機器	バランス型
30℃	小型化優先（短時間使用機器）	細め（攻めの設計）

なぜΔTが大きいと細くできるのか？

「温度上昇を許容する」とは、「パターンが多少熱くなってもOK」と妥協することです。

例えば周囲温度25℃で、ΔT=10℃なら最終温度35℃、ΔT=30℃なら最終温度55℃です。後者の方が熱いですが、その分細い銅箔でも電流が流せる、という考え方です。

銅箔厚との関係

パターンの「断面積」は、幅 × 厚みで決まります。つまり、銅箔を厚くすれば、同じ電流をより細い幅で流せるということです。

標準的な銅箔厚

表記	厚み	用途
1oz（標準）	35μm	一般的な信号系・低電流回路
2oz	70μm	電源系・中電流（5〜10A）
3oz	105μm	大電流・パワエレ・モーター制御

銅箔を厚くするメリット・デメリット

無料で使えるパターン幅計算ツール

毎回電卓で計算するのは大変です。実務では以下のような無料ツールを使うのが一般的です。

代表的な計算ツール

実務での注意点とマージンの考え方

IPC-2221の計算結果は「最低限これだけは必要」という値です。実際の設計では、これにマージンを上乗せする必要があります。

考慮すべき4つのマージン要因

実務での推奨マージン

パターンだけでなく、層を移るビアにも流せる電流の上限があります。

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よくある失敗パターン3選

最後に、新人の頃によくやりがちな失敗を3つ紹介します。これを知っておけば、同じ穴に落ちません。

失敗①：内層に大電流ラインを通す

「外層は信号で混んでるから、電源ラインは内層にしよう」とやると、必要なパターン幅が想像以上に大きくなります。10A流すために内層約19mmなんて取れない、と気づいたときには手遅れ。大電流ラインは原則として外層です。

失敗②：ピーク電流ではなく平均電流で設計する

モーター負荷やコンデンサ充電回路では、平均電流の3〜5倍のピーク電流が流れます。「平均2Aだから0.8mmでOK」と設計すると、起動時の瞬間電流で発熱・劣化します。必ずピーク値で計算してください。

失敗③：ビアの電流容量を忘れる

パターン幅は十分でも、外層から内層への乗り換えで使う「ビア」が細いと、そこがボトルネックになります。Φ0.3mmのビアに流せる電流は、めっきの厚さや温度上昇の条件で変わり、1A前後がひとつの目安です。10A流すなら、最低でもビアを10個並列で打つ必要があります。

まとめ：3つのチェックリストで設計レビューを乗り切る

この記事の内容を、設計レビュー前のチェックリストとしてまとめました。

基板設計の現場では「IPC-2221に基づいて計算し、1.5倍のマージンで設計しました」と説明できれば、まず問題ありません。逆に、根拠なく「経験で決めました」だと、大手客先のレビューでは通りません。

最初は計算ツールを使ってOKです。少しずつ「式の意味」を理解していけば、ツールの結果を見て「これは妥当か？」と判断できる目が育ちます。

パターン幅の設計は、基板設計の最も基本的なスキルです。ここをしっかり押さえれば、自信を持って次のステップ（GND設計、ノイズ対策、熱設計）に進めます。