ビアの電流容量と本数の決め方｜1個何A？抵抗・発熱の計算と配置

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前回の記事で、IPC-2221を使ってパターン幅を計算する方法を解説しました。「2A流すなら外層0.5mm」と即答できるようになった方も多いと思います。

しかし、実際の基板設計ではパターン幅だけでは足りません。なぜなら、外層と内層を行き来するときに必ず通る「ビア」が、しばしばボトルネックになるからです。

この記事を読み終えたとき、あなたは「10A流すラインなら、Φ0.3mmビアを最低10個並列で打つ」と即答できるようになります。客先レビューで「ビア本数の根拠は？」と聞かれても、自信を持って答えられる知識が身につきます。

まず結論：ビア本数の早見表

細かい計算式の前に、結論を見せます。これは標準的なΦ0.3mm（ドリル径）ビアを前提とした、必要本数の早見表です。

「電源ラインに○A流す → ビア何個並列？」と聞かれたら、まずこの表を頭に浮かべてください。

流したい電流	最低ビア本数	推奨本数（マージン2倍）
1A	1個	2個
2A	2個	4個
5A	5個	10個
10A	10個	20個
20A	20個	40個

ビア1本の抵抗・電圧降下・発熱を計算する

ビアは長さが板厚、断面積がメッキの円筒の銅の線と考えると、抵抗を計算できます。銅の抵抗率を ρ＝1.72×10⁻⁸Ω·m とします。

発熱は電流の2乗で増えるので、1本に電流を集めるほど急に熱くなります。10Aを1本に流すと、2本に分けたときの2倍ではなく、1本あたり4倍の熱が出ます。ビアは周りが樹脂で熱が逃げにくいため、本数を増やして電流を分けるのが基本です。

メッキ厚がばらつくと、容量はどれだけ変わる？

断面積はメッキ厚に比例します。メッキが25μmのつもりで20μmしかなければ、断面積も抵抗の逆数も2割減り、同じ電流での発熱は約1.25倍になります。基板メーカーの標準のメッキ厚を確かめ、薄めの値で本数を決めると安全です。

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よくある質問

そもそもビアって何？

ビア（Via）は、基板の表面と裏面、または異なる層をつなぐための「縦方向の電気の通り道」です。日本語では「スルーホール」と呼ばれることもあります。

ビアは「ビルのエレベーター」

ビアの役割を直感的に理解するなら、ビルのエレベーターを思い浮かべてください。

10階建てのビルで、毎日1万人が出入りするのに、エレベーターが1基だけだったら大渋滞しますよね。ビアも同じで、1個では流せる電流に限界があります。

ビアの構造

ビアは、基板に開けた穴の内壁に銅をメッキして作られます。重要な3つの寸法を覚えておきましょう。

寸法	標準値	役割
ドリル径	0.3〜0.5 mm	穴の直径。電流容量の決定要素
板厚	1.6 mm	基板の厚み。ビアの長さ＝抵抗値に影響
銅メッキ厚	25 μm	穴の内側の銅の厚み。電流容量に直結

ビア1本の許容電流はどう決まる？

ビアの許容電流の考え方は、実はパターン幅と全く同じです。「銅の断面積で決まる」という基本ルールは変わりません。

ビアの「断面積」を計算する

ビアは円筒形の銅メッキです。その断面積（電流が流れる方向に対して垂直な面）は、「円周 × メッキ厚」で計算できます。

なぜ「円周 × メッキ厚」なのか？

ビアは「中身が空っぽのストロー」のような構造です。電流が流れるのは銅メッキの部分だけで、穴の中央は空洞（または樹脂で埋まっている）です。

ストローの紙の部分の断面積は、「紙の長さ（=円周）× 紙の厚み」で計算しますよね。ビアもこれと全く同じ考え方です。

標準ビア（Φ0.3mm・メッキ25μm）で計算してみる

ビア径による許容電流の違い

ビア径を大きくすれば、1本あたりの許容電流は増えます。「太いビア1本」と「細いビア複数」のどちらが有利かを比較してみましょう。

ビア径別の許容電流（メッキ25μm前提）

ドリル径	銅断面積	許容電流（目安）	用途
Φ0.2 mm	0.016 mm²	約 0.5 A	高密度・信号系
Φ0.3 mm	0.024 mm²	約 1 A	標準（最頻出）
Φ0.5 mm	0.039 mm²	約 2 A	電源系
Φ0.8 mm	0.063 mm²	約 3 A	パワー系・大電流

「太い1本」vs「細い複数」どちらが有利？

ビアの配置パターン3種類

ビアを複数並べるとき、その配置の仕方によって性能が変わります。代表的な3パターンを紹介します。

配置パターンの比較

用途別の使い分け

用途	推奨配置	本数の目安
信号ライン（〜1A）	一列配置	1〜2個
電源ライン（〜5A）	一列または千鳥	5〜10個
大電流ライン（10A〜）	面状配置	20個以上
熱伝導用（サーマルビア）	面状配置	部品サイズ次第

実例：10A流す電源ラインの設計

具体例で考えてみましょう。「12V電源から10Aを基板内で配電する」というシナリオです。

設計の流れ

サーマルビア：熱を逃がす特殊な使い方

ビアは電流を流すだけでなく、熱を逃がすためにも使われます。これをサーマルビアと呼びます。

サーマルビアが活きる場面

パワーMOSFETやレギュレータICなど、発熱する部品の真下に大量のビアを配置することで、表面の熱を内層や裏面の銅箔に逃がします。

サーマルビアの設計のコツ

1. 部品の熱パッド（裏面の放熱板）の真下に密集配置：面状（マトリクス）配置がベスト
2. 本数は多ければ多いほど効果的：パッド面積に詰められるだけ詰める
3. ビア径は標準のΦ0.3mmでOK：本数で稼ぐ方が効率的
4. 裏面に大きな銅箔（ヒートスプレッダ）を配置：熱を広い面積に分散させる

よくある失敗パターン4選

ビア設計で新人がやりがちな失敗を4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：パターンは太いのにビアが少ない

最も多い失敗です。「パターン10mm幅で設計したから大丈夫」と思い込んで、ビアを2〜3個しか打たない。結果、ビアでボトルネックになって発熱します。パターンの許容電流とビアの許容電流は別々に計算する必要があります。

失敗②：ビア間隔が狭すぎる

「面積を節約したい」と考えてビアを詰めすぎると、製造時にドリル穴がつながったり、基板強度が落ちます。ビア中心間隔は最低0.6mmを守ってください。基板メーカーの製造ルールも必ず確認しましょう。

失敗③：熱パッド下のビアでハンダが吸われる

サーマルビアを部品の裏面に配置するとき、対策をしないとリフロー実装時にハンダがビアの穴に吸い込まれます。結果、部品と基板の接合が不十分になり、放熱性能も落ちます。ビアフィル（樹脂埋め）またはビアテンティング（レジスト塞ぎ）で対策してください。

失敗④：ビアの抵抗を無視する

ビアにも抵抗があります（Φ0.3mm・板厚1.6mm・メッキ25μmで1本あたり約1.2mΩ）。10Aを1本に流すと約12mVの電圧降下です。20個並列なら1本あたり0.5Aになり約0.6mVと小さくなりますが、1〜2本だと約6〜12mVの電圧降下が発生します。低電圧回路（3.3V以下）では特に注意が必要です。

実務で使える設計チェックリスト

ビア設計のチェックポイントをリスト化しました。設計レビュー前に必ず確認してください。

これらをすべてクリアできれば、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ます。「IPC-2221に基づいてパターン幅を決め、Φ0.3mmビアを2倍マージンで配置しました」と一言で説明できる状態が理想です。

まとめ：パターン幅とビアはセットで考える

基板設計の電流容量設計では、パターン幅・ビア本数・銅箔厚の3つを必ずセットで考えてください。1つでも細いと、そこがボトルネックになって発熱します。

ビア設計の核心は「Φ0.3mmビア = 1個1A」と覚えること。これさえ押さえていれば、どんな電流値でも即座に必要本数が計算できます。

最初は計算がややこしく感じるかもしれませんが、何度か手を動かせば「電流5Aだから10個」「サーマルビアなら詰められるだけ詰める」と感覚的にわかるようになります。

基板設計は「電流の通り道全体」を意識するスキルです。パターン幅とビアをセットで設計できるようになれば、次のステップ（GND設計、ノイズ対策、熱設計）にも自信を持って進めます。