KiCadを使用してJLCPCBレイアウトを設計する方法

プリント基板(PCB)レイアウトの作成は、電子機器が動作し、信頼できることを確認するための重要な部分です。JLCPCBは高品質のPCBを製造する良い会社であることは多くの人が知っています。KiCadはオープンソースのPCBデザインツールで、プロもアマチュアもよく使います。JLCPCBのサービスとKiCadの強力なツールを組み合わせることで、正確で便利なPCBレイアウトを作成することができます。

この記事ではKiCadを使ってJLCPCBのレイアウトを設計する方法を紹介します。これらのツールを最大限に活用するための最も重要なステップ、ベストプラクティス、トリックについて説明します。

KiCadとは？

電子設計自動化（EDA）のために、KiCadはフリーソフトウエアのセットです。回路図デザインを作成し、製造用のPCBレイアウトに変換するのに役立ちます。KiCadのモジュール構造により、ユーザーは回路図を作成し、コンポーネントを整理し、モデルを実行し、最終的なPCBの3D画像を見ることができます。KiCadは無料で利用でき、PCB作成の様々なニーズに対応する多くのツールがあります。

KiCadの主な機能

・回路図のキャプチャ

・PCBレイアウト

・コンポーネント用ライブラリエディタ

・PCB視覚化のための3Dビューア

エラー検出ツールには、デザインルールチェック（DRC）と電気的ルールチェック（ERC）が含まれます。

JLCPCBについて

JLCPCBはトップPCBメーカーの一つで、リーズナブルな価格でプレミアムPCBを製造しています。JLCPCBは様々なカスタマイズ可能なオプションと迅速な納期を提供するため、初心者のエンジニアや専門家は試作品や小規模な製造にJLCPCBを利用しています。JLCPCBは様々なPCB厚さ、仕上げ、ソルダーマスクの色に対応できるため、様々なプロジェクトに利用しやすい。

JLCPCBを選ぶ理由は？

・サンプルや小ロットでもお財布に優しい価格。

・高品質な材料を使用し、基板の厚さ、層、仕上げの選択肢が豊富です。

・迅速な発送と試作品の迅速な作成。

・SMTアセンブリのサポートと、さまざまな変更方法。

・PCB設計の準備： コンポーネントとレイアウト戦略

PCBレイアウトでのミスや問題を避けるためには、設計プロセスを開始する前に正しい調査を行うことが重要です。ここでは、考えるべきことをいくつか紹介します：

部品の選択

まず、計画に必要な部品がすべて揃っていることを確認してください。KiCadのライブラリにあるすべての部品が、抵抗、コンデンサ、集積回路（IC）、接続などのフットプリントと一致していることを確認してください。ない場合は、自分でトラックを作る必要があるかもしれません。

回路図設計：

KiCadの回路図エディタで回路設計を描きます。ここで、部品がどのように電気的につながっているかを示します。KiCadでは、シンボルを配置したり、ワイヤを配線したりして、パーツが互いにどのように関連しているかを簡単に示すことができます。

デザインルールと制約：

トレース幅、間隔、レイヤーレイアウトなどのデザインルールがJLCPCBで作成できるものと一致していることを確認することが重要です。JLCPCBは様々なタイプのPCBに対してデザインルールガイドラインを提供しています。

部品配置戦略：

表面実装部品（SMD）やスルーホール部品などの部品をどこに配置するかを考えることは、PCB計画を立てる際に非常に重要です。十分に計画された賢明な部品配置により、適切な信号配線、効果的な熱管理、ノイズ干渉の低減が保証されます。

KiCadを使用したJLCPCBレイアウト設計のステップバイステップガイド

ステップ1：KiCadでの回路図設計

まず、KiCadのデザイン・エディタを開き、必要な部品を追加します。以下のことを確認してください：

部品番号とシンボルが正しいことを確認する。

ラインとバスを使用してパーツを適切に接続する。

後で誤解が生じないように、各部品に固有の名前を付ける。

設計に間違いがないことを確認するには、KiCadの電気的ルールチェック（ERC）を使用します。

回路図が完成したら、ネットリストを作成します。ネットリストは回路図とPCBプランをリンクするファイルです。

ステップ 2: PCB レイアウトの作成

ネットリストができたら、KiCad の PCB レイアウトツールに行き、基板にパーツを配置し始めます。ネットリストをロードすると、すべてのパーツが基板に配置できるようになります。以下は、プランニングのヒントです：

電源ピンへの近接：

ノイズを減らすために、デカップリングコンデンサなどの部品を集積回路の電源ピンの近くに配置します。

部品のグループ化：

配線を容易にし、信号の完全性を保つために、SMDコンデンサのように関連性のある部品をまとめる。

熱管理：

熱に敏感な部品が非常に熱くならないよう、十分なスペースを確保する。

グランドプレーン設計：

ノイズを減らし、電力分配を改善するために、レイヤーの1つにしっかりとしたグランドプレーンを設計します。

ステップ3：トレースの配線

配線とは、銅線を使って部品を接続するプロセスです。KiCad では、自動配線とカスタム配線を選択できます。セットアップ時：

高速信号の場合、寄生インダクタンスを減らすため、線をできるだけ短くします。

電磁干渉（EMI）を減らすため、信号線を交差させない。

基板を正しく製作するために、トレース幅と間隔はJLCPCBの設計ルールに従ってください。

配線がルールに従い、ショートや未接続のピンがないことを確認するには、KiCadのデザインルールチェック（DRC）ツールを使用します。

ステップ4：ビアとレイヤーの追加

層以上の基板で層間のトレースを接続するには、ビアを追加する。説明書にあるように、ビアサイズがJLCPCBが製造できる範囲内であることを確認してください。

ステップ5：3Dビジュアライゼーション

設計が完了したら、KiCadの3DビューアーでPCBがどのように見えるかを見てください。これにより、技術的な問題がないこと、部品が正しい位置にあることが保証されます。また、クライアントや他のチームメンバーにアイデアを見せるために3Dビューを使用できます。

ステップ 6: ガーバーファイルの生成

PCBメーカーは基板を作るために標準フォーマットであるガーバーファイルを使用します。KiCadの 「Plot 」からガーバーファイルをエクスポートし、銅、ソルダーマスク、シルクスクリーンなど、必要なレイヤーをすべて含めるようにします。

また、基板上のすべての穴の位置とサイズを示すドリルファイルも作成する。

5. JLCPCBへのデザイン提出

JLCPCBのウェブサイトにアクセスし、ガーバーファイルが準備できたらファイルを送信します。JLCPCBでは、基板のサイズ、厚さ、層数、仕上げを定義することで、即座に提供価格を得ることができます。価格がわかったら、発注し、完成までの製造工程を確認する。

6. JLCPCB レイアウト設計のベストプラクティス

JLCPCB 用の PCB を作成するために KiCad を使用する場合、以下のベストプラクティスに留意してください：

デザインルールチェック（DRC）を使用してください：

KiCad で DRC を頻繁に実行し、ガーバーファイルを作成する前に間違いを見つけます。これはメーカーが起こりうる問題を回避するのに役立ちます。

JLCPCBの機能をチェックする：

最小のトレース幅、ビアサイズ、スペーシングなど、JLCPCBが作成できるものを常に確認します。これらのルールに従うことで、製造プロセスをスムーズに進めることができます。

部品配置の最適化：

集積回路（IC）、抵抗、コンデンサなどの部品は、配線がシンプルになり、シグナルインテグリティの問題が最小限になるように配置してください。高周波コンポーネントは近くに置き、集積回路（IC）はデカップリング・コンデンサの近くに置く。

サーマルリリーフ：

熱を発生する部品には十分なサーマルリリーフを設ける。サーマルビアを追加することと、ハイパワー部品用のヒートシンクを考えることが、この2つの方法です。

結論

KiCad を使用して JLCPCB レイアウトを設計することは、慎重な計画、部品の配置、配線技術を必要とする構造化されたプロセスです。このガイドのステップに従うことで、効率的で作りやすく、機能と性能の両方のニーズを満たすPCB設計を行うことができます。KiCadの柔軟性とJLCPCBの生産サービスを併用することで、単純な単層基板から複雑な多層基板まで、優れた結果を得ることができます。

電子機器の小型化、高効率化、高性能化のニーズが高まるにつれ、エンジニア、デザイナー、初心者にとって、KiCadのようなPCB設計ツールとJLCPCBのようなサービスの使い方を学ぶことはますます重要になるでしょう。