- 「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。
目次
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。
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。
📚 次に読むべき記事
許容電流の基礎であるIPC-2221の使い方を、グラフの読み方から計算手順まで完全網羅。本記事と併せて読めば、外層・内層どちらの設計も自信を持ってできます。
層をまたぐときに必ず使うビア。何本並べれば良いのか、配置はどうするのか。電流容量の計算方法を実務手順で解説しています。
「内層の許容電流が足りないなら銅箔を厚くすればいい？」その答えはYesでもありNoでもあります。銅箔厚の選定基準を完全解説。
そもそも「内層を使う必要があるのか？」を判断するための、層構成の決め方の基礎知識。設計の最初に押さえておきたい一本です。
基板設計の上流工程である「部品配置」。ここでミスると、内層・外層の使い分けで詰みます。設計の最初に読むべき記事。