マイクロストリップの線幅は、層構成が決めている

線幅を決めているのは、線の下の絶縁層

表層のパターンと、そのすぐ下の GND プレーンの組み合わせがマイクロストリップ線路です。特性インピーダンスを決める要素は、パターンの幅 w、パターンの厚み t、プレーンまでの絶縁層の厚み h、絶縁層の比誘電率 εr の 4 つです。

設計者が選べるのは w だけで、t は銅箔厚（1oz なら 35µm 前後、めっき後は 40〜50µm）、h と εr は層構成で決まります。同じ 50Ω でも h が 0.2mm なら w は 0.35mm 前後、0.1mm なら 0.15mm 前後で、h が半分になれば線幅もほぼ半分です。

線幅を先に決めて層構成をあとから変えると、インピーダンスは大きく外れます。先に表層と第 2 層の間を決めてください。

4層 1.6mm の「標準構成」で何が起きているか

4層・板厚1.6mmという指定だけでは、表層からL2までの絶縁厚は決まりません。ここでは比較用の仮定としてh=0.2mmとh=0.1mmを使います。実際には発注先が提示する完成後の絶縁厚・銅厚・材料・周波数条件を入手してください。ガラスクロスの品種名だけからプレス後の厚さを固定できません。

図ではh=0.2mmの例を50Ωで約0.35mm幅として比較しています。ただし部品から引き出せるかは、ピッチだけでなくパッド幅・間隙・ビア・製造最小間隔に依存します。細い引き出しを短く使ってから設計幅へ広げる案も含め、パッケージの推奨ランドと製造ルールを確認します。

表層を薄くすると、線幅は 0.1mm 台まで細くなる

表層〜第 2 層を 0.1mm 以下に薄くすれば、50Ω の線幅は 0.15mm 以下になり、細ピッチ部品から引き出せます。そのかわり内層の絶縁層が厚くなり、全体で 1.6mm に収まる構成になります。「インピーダンス対応の 4 層」を標準品で用意しているメーカもあり、最初からそれを指定するのが早道です。

図の線幅はIPC-2141近似による丸めた例（銅厚35µm、εr≈4.3）です。ソルダーレジストや隣接銅箔などは含めていません。計算機・電磁界ソルバ・基板メーカーの値が数%以内で一致する保証はなく、製造用の線幅はメーカーと合意したスタックアップと計算方法で決めます。

製造ばらつきで、インピーダンスはどれだけ動くか

設計で 50Ω と計算しても、できあがった基板は 50Ω ちょうどになりません。動く要因は主に 3 つです。

絶縁層の厚み。プリプレグは加熱加圧で樹脂が流れるので、公称に対して ±10% 程度ばらつきます。h が 0.1mm で ±0.01mm なら ±2〜3Ω です。

線幅。エッチングで細くなる方向に ±0.02mm 程度の誤差が乗り、線幅 0.15mm では 13%、±3Ω 前後です。

比誘電率。FR-4 の εr は材料・ガラス布の含有率・周波数で 4.0〜4.7 の幅があり、±0.2 で ±1Ω 程度です。周波数が上がると下がります（1GHz で 4.2 前後、10GHz で 4.0 前後）。

図の45〜55Ωは説明用の範囲で、無管理の基板が必ずその範囲に入るという意味ではありません。厚さ・線幅・材料の許容差を発注先から入手して評価します。インピーダンス管理を依頼する場合も、許容差、クーポン位置、測定方法、合否基準、線幅変更の承認範囲を事前に確認します。

ソルダーレジストの影響は膜厚・材料・線幅に依存します。図の−2〜3Ωは例であり、一律の補正値として引かず、実際の断面を含むモデルで確認します。

メーカへの依頼は「線幅」ではなく「インピーダンス」で書く

インピーダンス管理の依頼では、線幅の絶対値ではなく、目標のインピーダンスを渡します。メーカは自社の材料と工程で線幅を微調整し、0.15mm で設計した線が 0.16mm になることがあります。

依頼票には、対象のネット、目標インピーダンスと許容差（例：50Ω ±10%、差動 100Ω ±10%）、設計での線幅とギャップ、対象のレイヤと参照プレーンのレイヤを書きます。層構成はメーカの提案を受け、絶縁層の厚みと材料名が入った層構成図を戻してもらいます。この図がないと次の改版で再現できません。メーカが線幅を変えるとギャップも変わるので、隣接パターンとのクリアランスには余裕を持たせます。

あわせて、参照プレーンが途切れていないか（スリットや大きな穴の上ではインピーダンスが跳ね上がる）、線幅を途中で絞っていないか（数 mm 以下なら影響は小さく、長いと不連続点）、ビアの前後で参照プレーンが変わっていないか（変わるとリターン経路が切れる）を確かめます。

手計算と計算機の使い分け

特性インピーダンス計算機で、絶縁厚やεrを変えた場合の線幅の動きを比較できます。近似式の結果を製造保証には使わず、最終的にはメーカーが合意した断面・材料・許容差で照合します。

数 GHz を超えて損失やレジスト、銅箔の粗さまで詰めるなら、電磁界ソルバと低損失材（Megtron、Rogers など）の領域です。