電源パターンの幅は、温度上昇と電圧降下の両方で決める

温度上昇で決まる幅（IPC-2221）

パターンの発熱（I²R）と放熱が釣り合う温度で、温度上昇が決まります。IPC-2221 は外層について I = 0.048 × ΔT^0.44 × A^0.725（I は A、ΔT は ℃、A は断面積 mil²）という経験式を示し、内層は係数が半分の 0.024 です。

1oz（35µm）、10℃ 上昇で解くと、1A で 0.3mm、2A で 0.8mm、3A で 1.4mm、5A で 2.8mm 程度です。20℃ まで許せば幅は約 2/3、2oz なら半分程度です。

内層は係数が半分なので、同じ電流に 2.6 倍の幅が要る計算です。ただし 1950 年代の測定に基づく式で、2009 年の IPC-2152 では、内層は隣接プレーンや基材へ放熱できるため外層と同程度以上の電流を流せると改められました（図 1）。

電圧降下は長さに比例する

温度上昇の式に長さは出てきませんが、電圧降下は長さに比例します。1oz 銅箔のシート抵抗は約 0.5mΩ/□（20℃）で、幅 0.3mm・長さ 100mm は 333 □で 167mΩ、1A で 167mV 落ちます。3.3V の ±3%（100mV）の許容を超えます。

1A・100mm で 25mV 以内なら 50 □で w = 2mm。温度で決めた 0.3mm の 7 倍です（図 2）。

外層は表面処理のめっきで 1oz が仕上がり 50〜60µm になるので、実際のシート抵抗は 0.3〜0.35mΩ/□ で、電圧降下は 3〜4 割小さくなります。

短い配線は温度、長い配線は電圧降下で決まる

短い配線（数 mm〜10mm 程度）は温度上昇で、長い配線は電圧降下で幅が決まると考えると実務に合います（図 3）。IC の電源ピンからコンデンサまでは温度の式で足り、コネクタから基板を横断する電源は電圧降下で計算します。

銅の抵抗は温度で 4 割増える

銅の抵抗率の温度係数は +0.39%/℃ で、20℃ で計算した抵抗は 80℃ で 23%、120℃ で 39% 増えます。パターン抵抗の計算機に最高動作温度を入れて計算してください。

ビアの電流容量

ビアの導体は、穴の壁のめっき（厚み 20〜25µm）の円筒です。穴径 0.3mm、めっき 25µm なら断面積は約 0.0236mm²（36mil²）で、1oz の幅 0.68mm のパターンと同じです（図 4）。IPC-2221 の式で 10℃ 上昇なら 1.8A 程度です。

電流が集中するのはめっきの薄い部分なので、最小値（20µm など）で計算します。3A なら 2〜3 本、5A なら 4〜6 本を、パターンの幅方向に一列に並べます。

ベタとサーマルリリーフ

1A を超える電源は、細いパターンではなくベタで引くのが基本です。電圧降下も発熱も小さくなります。

ベタに接続するスルーホールのパッドには、サーマルリリーフ（十字型の細い接続）を入れます。この細い部分（幅 0.3mm × 4 本など）が電流経路になるので、大電流のパッドではリリーフを広げるか、リリーフなしで直結して半田付けは予熱で対応します（図 5）。