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- 「外層で10A流せる幅だから、内層も同じでいいよね？」と考えて基板を発注した
- 試作品を動かしたら、特定の場所だけ異常に熱い…触ると火傷しそう
- 先輩から「それ、内層だから許容電流半分だよ」と言われて頭が真っ白になった
- IPC-2221やIPC-2152を読もうとしたら、英語と数式の壁で挫折した
- 外層と内層で許容電流が違う「物理的な理由」
- 内層は外層の約50〜60%しか流せないという事実
- IPC-2152の温度上昇係数（補正係数）の使い方
- 内層を使うときに必ず守るべき3つの注意点
基板設計を始めたばかりの頃、誰もが一度はハマる落とし穴があります。それが 「内層パターンの許容電流」 です。
「外層で大丈夫だったから内層も同じでいいだろう」――この思い込みが、試作品の発熱トラブルや、最悪の場合は基板の焼損事故に繋がります。
結論を先に言います。同じ銅箔厚・同じパターン幅でも、内層は外層の半分くらいしか電流を流せません。
なぜそんなことが起きるのか？答えは「熱の逃げ道があるかないか」です。この記事では、その仕組みを「魔法瓶」のたとえで完全図解していきます。
そもそも「外層」と「内層」って何が違うの？
まずは前提知識から整理しましょう。基板の「層」とは、銅箔（パターン）が配置されている平面のことです。4層基板を例にすると、こんな構造になっています。
ポイントは1つだけ。
外層（L1・L4）は空気に直接触れていて、内層（L2・L3）は樹脂（FR-4）にサンドイッチされているということです。
この「空気に触れているかどうか」の違いが、許容電流を半分にしてしまう犯人です。
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許容電流が違う「たった1つの理由」=放熱できるかどうか
許容電流を決めるルールはシンプルです。
「銅箔の温度上昇が、決められた値（例：10℃ や 20℃）を超えない範囲で流せる電流」
電流を流すと、銅箔は I²R の損失で必ず発熱します。この熱が逃げないと、銅箔の温度はどんどん上がっていく。だから「温度上昇 ≦ 許容値」となる電流の上限を決めているのです。ここで重要なのが、「熱がどれだけ逃げられるか」=放熱経路です。
外層は「窓を開けた部屋」、内層は「魔法瓶の中」
イメージしてみてください。同じ熱源（銅箔の発熱）が2つあるとします。
外層パターン
状態：窓を開けた部屋
放熱：空気に直接逃がせる（対流＋放射）
結果：温度が上がりにくい
内層パターン
状態：魔法瓶の中
放熱：樹脂（FR-4）伝いにしか逃げられない
結果：温度がこもる
FR-4（基板材料）の熱伝導率は 約0.3 W/(m·K)。これは 空気の約12倍ありますが、銅（約400 W/(m·K)）と比べると 1300分の1 しかありません。つまり樹脂は、銅から見ればほとんど「断熱材」です。だから内層の熱は、なかなか外に逃げてくれない。
「内層は囲まれてるから、むしろ熱に強そう」と思いがちですが、実際は逆です。囲まれている=熱が逃げないということ。これは魔法瓶やステンレス水筒と同じ原理です。
実際どれくらい違うの？=IPC-2152の補正係数
ここまでの話を数値で押さえておきましょう。基板の許容電流の業界標準ルールである IPC-2221 および IPC-2152 では、外層と内層で異なる扱いをしています。ざっくりした目安は以下の通りです。
| 層の種類 | 許容電流の目安 | 外層比 |
|---|---|---|
| 外層（L1・L4） | 基準値（100%） | 1.0倍 |
| 内層（L2・L3） | 外層の50〜60%程度 | 約0.5〜0.6倍 |
具体例で考えてみましょう。銅箔厚 35μm、パターン幅 2mm、温度上昇 10℃ という条件で:
外層：許容電流 約 4A
内層：許容電流 約 2.5A（外層の約60%）
同じパターンを描いても、内層に置いた瞬間に「流せる電流が4Aから2.5Aに減る」ということです。これを知らずに設計すると、内層パターンが規格上限を超えて発熱します。
IPC-2221のグラフは「外層用」と「内層用」で別々のカーブが用意されています。設計時は必ず層に合った方を見ること。混同すると倍近い設計ミスになります。
銅箔厚35μm・70μm・105μmの使い分け
温度上昇係数の使い方=実務での計算ステップ
では、実際にどう計算するか。手順を3ステップで整理します。
許容温度上昇を決める
一般的には10℃や20℃。発熱が許されない精密回路の近くなら10℃以下、電源ラインなど発熱前提なら20〜30℃。
外層の許容電流を求める
IPC-2221のグラフ、または計算ツール（Saturn PCB Toolkit など）で外層基準の値を出す。
内層なら係数 0.5〜0.6 を掛ける
安全側で見るなら 0.5、IPC-2152準拠で詳細評価するなら 0.6 程度。これが内層の実力値。
実務では「外層の半分しか流せない」と覚えておけば9割OKです。厳密な値が必要な場合（量産設計・客先審査用）だけ、IPC-2152の詳細グラフやシミュレーションで詰めます。
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内層を使うときの落とし穴3選
「内層は許容電流が小さい」を頭に入れたうえで、さらに気をつけるべき3つの落とし穴があります。
落とし穴①：外層と内層で同じパターン幅をコピペする
CADで「同じネット名だから」と外層パターンをそのまま内層にコピーする。これが一番多いミスです。同じネットでも、層が変われば必要な幅が変わります。内層に降ろすときは、幅を1.5〜2倍に広げるのが基本です。
落とし穴②：ビアでの層変更を軽く見る
電流の通り道で「外層→ビア→内層→ビア→外層」という経路にしたとき、内層区間で発熱がボトルネックになります。さらに、ビア自体も電流容量がそれほど大きくない（1本あたり数百mA〜1A程度）ため、複数本並列にしないと許容電流を超えます。
落とし穴③：周囲の層に「熱を逃がしてくれるGND面」がない
内層パターンの熱は、隣の層（GND面など）に銅伝いで逃げると少しマシになります。逆に言えば、周囲がスカスカの内層は、放熱がさらに悪化します。高電流ラインを内層に配置するときは、隣接層に広いGNDプレーンがあるかを必ず確認しましょう。
特にパワエレ基板では、内層に大電流ラインを通すと「熱集中→FR-4の劣化（Tg超え）→絶縁破壊」という最悪のシナリオがあります。原則として、大電流は外層を優先してください。
内層を「あえて使う」べきケースもある
ここまで「内層は不利」という話をしてきましたが、内層が悪者というわけではありません。むしろ 内層を使うべき場面 もあります。
| 用途 | 理由 |
|---|---|
| GNDプレーン | 広い面でリターン電流を流す。ノイズ対策の要 |
| 電源プレーン | 面で配るので電流密度が低くなり、許容電流の心配が減る |
| 高速信号配線 | 外層のノイズから守れる（シールド効果） |
| 小信号ライン | そもそも電流が少ないので発熱が問題にならない |
ポイントは、「電流密度が低い用途」または「面で広く使う用途」なら内層が活きるということ。逆に「細い線で大電流を通したい」なら、内層は最悪の選択になります。
基板設計の鉄則：「大電流は外層、ベタは内層」。これだけ覚えておけば、放熱トラブルの9割は防げます。
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まとめ=内層を使うときの最終チェックリスト
今日の話を一言でまとめると：
内層は「魔法瓶の中」。
外層の半分（50〜60%）しか電流を流せない。
内層に大電流ラインを置くときは、以下のチェックリストを必ず通してください。
許容電流を 外層の0.5〜0.6倍 で再計算したか？
パターン幅を外層より 1.5〜2倍 広げたか？
ビアの本数は十分か？（1本=1A目安で複数並列）
隣接層に GNDプレーン があり、熱が逃げる経路は確保できているか？
そもそも その電流ライン、外層に置けないか？ を再検討したか？
基板の発熱トラブルの多くは「内層の許容電流を外層と同じだと思い込んでいた」ことが原因です。今日の知識があれば、その地雷を踏むことはもうありません。安心して内層を使いこなしていきましょう。
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メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。
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この記事の内容がわかったら、基板のパターン設計の次のテーマに進みましょう。続けて読むと、現場でそのまま使える知識になります。
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