表皮効果
導体表面に対し、電流が1/e=0.37倍まで減衰する深さの計算機です。 導体を伝搬する信号は、導体の表面ほど流れやすく、内側ほど流れにくい性質があります。 信号の周波数が高いほど、その傾向が強くなります。 インパルスノイズや静電気のノイズは周波数が高く、表皮効果により導体や基板の表面に流れやすいです。
SI接頭辞可（4k7 / 1M / 10m / 220）。大文字M=メガ、小文字m=ミリ
計算履歴
計算式
（f：周波数[Hz]）
例：1 GHz → δ ≈ 2.1 µm
設計のポイント
交流電流は周波数が高いほど導体の表面近くに集中します（表皮効果）。高周波では実効断面積が減少し、抵抗が増加して損失が大きくなります。
表皮深さの目安（銅）：
• 60 Hz（商用電源）: ≈ 8.5 mm
• 1 MHz: ≈ 0.066 mm
• 100 MHz: ≈ 6.6 µm
• 1 GHz: ≈ 2.1 µm
ESD（静電気）やサージは表皮効果で導体・基板の表面を流れます。シールドの設計でこの特性を活用できます。
こんなときに使います
高周波での導体損失を見積もるときや、「銅箔を厚くしたのに高周波では効かない」理由を確かめるときに使います。電源の話に見えて、実際には高速信号の減衰やスイッチング電源のインダクタ設計で効いてくる数字です。
表皮深さとは
交流電流は導体の内部を均一には流れません。周波数が高くなるほど表面に集中し、内部はほとんど電流が流れなくなります。表皮深さ δ は、電流密度が表面の 1/e（約 37%）まで減る深さです。
実用上は「導体の表面から δ の厚みだけが使われている」と考えて差し支えありません。導体の厚みが δ の 2 倍以上あると、それ以上厚くしても交流抵抗はほとんど下がらなくなります。
銅での表皮深さ
| 周波数 | 表皮深さ | 1oz（35µm）との比較 |
|---|---|---|
| 100 kHz | 約 209 µm | 銅箔全体を使えている |
| 1 MHz | 約 66 µm | まだ厚み全体が使える |
| 3.5 MHz | 約 35 µm | ここで銅箔厚と一致 |
| 10 MHz | 約 21 µm | 厚みの 6 割しか使えない |
| 100 MHz | 約 6.6 µm | 厚みの 2 割 |
| 1 GHz | 約 2.1 µm | 厚みの 6% |
1oz 銅箔では 3.5MHz あたりが境目です。それより高い周波数では、銅箔を 2oz に厚くしても交流抵抗はほとんど変わりません。厚くする代わりに幅を広げるほうが効きます。表皮効果は周辺長で効くためです。
実務で効いてくる場面
- 高速差動配線の損失。数 GHz では表皮効果に加えて銅箔表面の粗さ（Rz）が効きます。粗い銅箔は表面積が増えて電流経路が伸び、損失が増えます。10Gbps を超える設計では低粗度銅箔（VLP / HVLP）を指定します。
- スイッチング電源のインダクタ。数百 kHz のリップル電流に対して、太い単線より細線を束ねたリッツ線のほうが交流抵抗を下げられます。
- 大電流パターンの交流成分。直流は断面全体で流れますが、リップルやスイッチングノイズは表面しか使いません。直流抵抗で発熱を見積もると過小評価になります。
- GND 面のリターン電流。高周波のリターン電流は信号配線の真下に集中して流れます。表皮効果によって面の表層しか使わないため、内層 GND の「厚み」は高周波にはほとんど寄与しません。
よくある質問
銅箔を厚くすれば高周波の損失は減りますか？
表皮深さの式に温度は関係しますか？
銅箔の表面粗さはどのくらい効きますか？
アルミや金では違いますか？
参考にした規格・資料
- IPC-2141A — 高周波での導体損失と表皮効果。
- IPC-4562 — 銅箔の仕様。粗さ（プロファイル）の区分。
最終更新: 2026-08-29