1. はじめに
人工知能（AI）メガネはリチウム電池（通常容量300mAh--500mAh）で駆動されますが、PCB自体の消費電力は全体の20％--30％を占めます。業界データによると、未最適化のAIメガネPCBでは静止時消費電流が50mA以上、動作時消費電流が300mAを超え、バッテリー駆動時間はわずか3--4時間となり、ユーザーの「6時間以上」要求を大きく下回ります。あるスマートグラスメーカーではPCBの消費電力が高すぎたため、発売後に「バッテリー持ちが悪い」とユーザーからクレームが相次ぎ、売上が40％減少しました。
PCBGOGOは低消費電力PCB設計に6年以上注力し、開発したAIメガネPCBは静止時消費電流≤30mA、動作時消費電流≤220mAを達成。メーカーの製品バッテリー駆動時間を5.5時間以上に延長することに成功しています。本記事ではPCBの消費電力の根源、電源配置最適化、放熱設計のポイントを解説し、電源エンジニア向けの実践的な低消費電力ソリューションを提供します。
2. コア技術解析
AIメガネPCBの消費電力は主に「電源配線損失」と「放熱不良による追加消費電力」に起因します。IPC-2221第5.2条（電源配線設計）およびGB/T 19226第4.3条（エネルギー効率制限）に準拠する必要があります。
電源配線損失は「配線抵抗」によって決まります。抵抗はR=ρL/S（ρは銅の抵抗率、Lは配線長、Sは断面積）で計算されます。従来のPCB電源配線（幅0.2mm、銅厚1oz）は抵抗約0.5Ω/m、1A電流時の損失電力は0.5Wです。最適化後（幅0.3mm、銅厚2oz）は抵抗0.2Ω/m、損失電力0.2Wで、60％低減されます。
放熱不良はチップ温度上昇により消費電力を増加させます。チップ温度が10℃上昇すると消費電力は8％増加します（例：プロセッサが40℃から60℃に上昇すると消費電力16％増）。IPC-9701（PCB熱性能標準）第3.2条に準拠します。
低消費電力PCBの設計ポイントは以下の通りです。
電源配線銅厚≥2oz（70μm）で抵抗を低減
電源配置は「近接給電」を採用（チップ電源ピンと電源モジュール距離≤10mm）
放熱領域（例：プロセッサ下部）に「銅箔オープンウィンドウ」を設け、放熱面積を増加（IPC-2221第7.3条参照）
3. 実践的な設計-製造方法
3.1 低消費電力設計の4ステップ
電源配線設計
主電源配線（3.7Vリチウム電池供給線）：幅0.3mm～0.4mm、銅厚2oz（70μm）、抵抗≤0.2Ω/m、R=ρL/S（ρ=1.72×10^-8Ω·m）で計算
分岐電源配線（センサー給電線など）：幅0.2mm、銅厚1.5oz（52.5μm）、抵抗≤0.3Ω/m
配線迂回を避け、長さ≤15mm（プロセッサ電源線は電源モジュールからピンまで≤10mm）
接地最適化
「単一点接地」を採用（電源GNDと信号GNDをPCB端で単一点接続）し、グランドループによる消費電力増加（10％～15％）を防止
接地配線銅厚2oz、幅≥0.3mm、接地抵抗≤50mΩ（IPC-2221第6.1条準拠）
放熱設計
高消費電力チップ（プロセッサ、Wi-Fiモジュール）下部PCBに「銅箔オープンウィンドウ」を設け、覆銅面積≥チップ面積1.5倍、開口領域にハンダレジストなし
チップ間距離≥0.5mm、局所的な熱集中を防止（距離<0.3mmで局所温度5℃～8％上昇）
高熱伝導基材採用（生益S1130、熱伝導率0.35W/(m·K)、従来FR-4より25％高）
部品選定
低消費電力部品を採用（例：プロセッサはQualcomm XR2 Gen 2低消費電力版、静止時消費電流≤10mA）
電源モジュール出力端に「低ドロップアウトレギュレータ（LDO）」（TI TPS7A4700、静止電流≤1μA）を並列配置し、電圧変動を抑制
3.2 消費電力検証と最適化
静止時消費電力テスト：PCB空荷時（電源モジュールのみ稼働）、直流電源アナライザJPE-DCA-600（精度±1μA）で測定、静止電流≤30mA
動作時消費電力テスト：PCBフル負荷（プロセッサ＋Wi-Fi＋センサー同時稼働）、電流≤220mA、消費電力≤0.814W（3.7V×0.22A）
温度テスト：フル負荷1時間後、赤外線サーモグラフィJPE-IR-800（精度±0.5℃）でチップ表面温度測定≤55℃（60℃超過時は放熱改善）、IPC-9701第4.1条準拠
4. まとめ
AIメガネPCB低消費電力設計は、「配線損失低減」と「放熱最適化」が核心です。電源配線の銅厚増加、配線長短縮、銅箔オープンウィンドウの導入により達成されます。さらに低消費電力部品とLDOレギュレータを組み合わせることで安定した消費電力を確保します。
PCBGOGOは「低消費電力PCB設計＋消費電力検証」サービスを提供しており、電源配線シミュレーション（抵抗と損失の事前計算）、放熱設計、フル負荷消費電力検証まで対応可能で、PCBの消費電力を確実に規格内に収めます。
