パワーエレクトロニクス回路

パワーエレクトロニクス回路の基板設計が必要なお客様
(スイッチング電源、AC/DC電源、DC/DCコンバータ、DC/ACインバータ、 モータドライバー、IGBT ・SiC・GaNを使用した大容量基板等)

パワーエレクトロニクスの回路を基板製作するにあたり電圧値、電流値に対して導体幅や間隙について

このような問い合わせを多く頂きます。

当社ではパナソニックのデータの数値に基づき設計を行います。
しかしそれだけが全てではありません。
お客様が開発しようとしている機器の種類や販売する地域によって、満足させなければならない試験も異なります。
それぞれの試験に基準や規格があり、その試験を満足させるために必要な導体幅や間隙も違ってきます。

当社では、パナソニックの基材のデータを基に、お客様の開発する製品に必要な基準や規格をお客様とのコミュニケーションから理解して基板設計を行います。

導体許容電流と導体間耐電圧

図1~5はパナソニックの基板材料カタログからの抜粋です


◆ 1.電流値と導体幅
パナソニックの基材カタログでは、銅箔に電流を流したときに銅箔の温度上昇が10℃以下となる値を導体幅の適正値としています。
一般的に1㎜-1Aと言われていますが本当でしょうか。
図2の35μ銅箔の導体幅5㎜をご覧ください。
電流値約5Aで温度上昇が10℃となっていますので、5㎜幅の時5Aを適正値としても良いでしょう。
しかし、10㎜をみてください。温度上昇が10℃以下におさまっているのは約7Aまでとなっています。
10㎜幅では7Aまでが適正値と考えるできでしょう。
図3の銅箔厚70μの時をご覧下さい。
10℃以内におさまっているのは10mm幅までとなっています。
1㎜-1Aとは材料銅箔厚が70μ以上の時目安と考えた方が良いかもしれません。

温度上昇を10℃以下に抑えたい場合は1mm-1Aではありません

◆ 2.電流値とスルーホール数
次に電流値とスルーホールの個数について考えてみましょう。
通常の貫通スルーホール内の銅メッキ厚は15~20μです。
基板の表層銅箔厚の設計値は通常35μで設計しています。
つまり、スルーホールの壁面の銅箔厚は表層の約半分の厚みしかありません。 したがって、図1の銅箔厚18μの導体幅を想定してスルーホールの個数を決定するのが良いでしょう。
例えば、φ0.3のスルーホールの円周は約1.0mmです。
5Aの切り返しえしでは適正導体幅が10mmですので、スルーホールが10個以上必要ということになります。
しかし、1A 以下ではどうでしょうか。
図を見る限りスルーホールの数は大電流の時に比べて影響は少ないように見て取れます。
このような事から、基板を起こす場合には、切り返しスルーホールの適正個数は、その電子回路の固有の特性や性質、コストとのかね合い、製品サイズと電気的特性、EMC等からの要求事項を基板設計上で最適化させることを考えるのが良いでしょう。


◆3.破壊電圧(フラッシュオーバー)
図4は表層のレジストがない場合の導体間隙と破壊電圧の関係です。
レジストがある場合は図よりも間隙を小さく設計しても良いと思いますが、当社ではこの数値を基本に設計しています。
基板設計を行う上で沿面距離が足りなくなる場合は、スリットを入れる等なんらかの工夫が必要となります。

◆ 4.導体幅と破壊電流
図5をご覧ください。銅箔厚35μで導体幅が2mmの時の破壊電流は20Aとなっています。
1)の電流値と導体幅と照らし合わせると、適正導体幅が保てない場合でも直ちに破壊が起こるというわけではありません。
適正幅から外れて破壊が起こるまではかなりの幅があります
このような事からも、基板を起こす場合は、その電子回路の固有の特性や性質、コストとのかね合い、製品サイズと電気的特性、EMC等の要求事項から基板設計上で最適化させることを考えるのが良いでしょう。


◆技術紹介(得意分野)

◆実績紹介

◆発表論文

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