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KiCad

KiCad is a donation-ware to design circuit and PCB. KiCad was released in 1992 by a researcher; Jean-Pierre Charras in France. In 2013 the CERN started contributing to improve KiCad. KiCad is compatible with Win, Mac and Linux.

(2023 KiCAD7 install, 2024.2.23-25 KiCAD7.0.8, 2024.7 8.0.4)

2021年からKiCadでCoMBIの回路やプリント基板をデザインしています。それ以前はCADLUS（Winのみ）を使っていましたが、私がWindows環境から離れつつあったため、KiCadへ移行しました。KiCadは1992年にフランスの研究者によってリリースされ、改良が続けられています。2013年からは欧州原子核研究機構が開発に参加するようになり、改良がより進むようになりました。KiCadは寄付または無料で利用できます。Win Mac Linuxに対応。2021年v6から日本語に対応。

Installation/インストール

(2023 KiCad v7, 2024 v8)

  1. Official site. https://www.kicad.org
  2. "DOWNLOAD" tab to get an installer. Install KiCad7(2023).
  3. (Most of parts libraries are already included in KiCad ver.6 or newer.)
  4. KiCad is often updated, with a major update every year. Links to additional libraies and self-made symbols are needed to be managed upon update.

Prepare additional libraries/必要に応じてライブラリを追加

  1. 部品のシンボル・フットプリント・3D形状をインターネットで探してダウンロードする。KiCADサイトにもある。KiCad v6以降は、部品情報がすでに入っているが、足りない場合がある。DigiKey JST's connectors（以前は追加が必要だったが、v6以降はKiCadに元々はいっている）Arduino micro （今回はこれだけ追加した）。

  2. ダウンロードしたものをDocument（書類、/Users/(User)/Document/KiCad/）に置く。どこでもよいが、パスに日本語がない場所が無難。ダウンロードしたファイルは、書類フォルダだけでなく、別（実験のフォルダなど）にも保存しておく

  3. KiCADを開いたときのウィンドウ（プロジェクトが並んでいるウィンドウ）にて

    1. パスを設定
      1. 設定＞パスを設定
      2. 環境変数、名前を追加「LOCALREPO」
      3. /Users/(user)/Documents/KiCad/ を入力
    2. シンボルライブラリを追加
      1. 設定＞シンボルライブラリを管理
      2. グローバルライブラリに追加する「＋」
      3. ニックネーム：「Arduino」
      4. ライブラリのパス：/Users/(user)/Documents/KiCad/kicad-lib-arduino-main/Arduino.lib
      5. ライブラリ形式：Legacy（忘れても自動でLegacyになる）
    3. フットプリントライブラリを追加
      1. 設定＞フットプリントライブラリを管理
      2. グローバルライブラリに追加する「＋」
      3. ニックネーム：「Arduino」
      4. ライブラリのパス：/Users/(user)/Documents/KiCad/kicad-lib-arduino-main/Arduino.pretty
      5. ライブラリ形式：KiCad（デフォルトのまま）

[NOTE] KiCadアプリをアップデートすると、追加したライブラリへのリンクが切れる場合がある。上記の設定３種を改めて行うこと。書類 /Document/KiCad/ に置いたライブラリファイルは残っているはず。パソコンを変えない限り。

[NOTE] 回路図エディタにも、「設定（メニューバーの右から２つめ）＞　シンボルラブラリを管理　＞　フォルダマーク」がある。Openできるフォルダやファイルならいくつでもやっておく。PCBエディタにも、「設定（メニューバーの右から２つめ）＞　フットプリントラブラリを管理」がある。同様に設定できる。KiCadのはじめのウィンドウの「設定」のほうが3種ともあるので便利。

New project/プロジェクトを新規作成

  1. New Project or New Project from Template (Arduino micro etc.)
  2. Two files will be appeared within a project; .kicad_pcb and .kicad_sch

プロジェクト内にファイルが２つ、回路図とプリント基板

Curcuit/回路図をつくる

  1. ファイル *.kicad_schをダブルクリックして、回路図エディタを起動する
  2. 回路図上の部品記号は「シンボル」、PCB上で部品の形状は「フットプリント」と呼ぶ。
  3. フットプリントエディタ：ボタン「フットプリントを作成、削除、編集」より。個々の部品のフットプリントを一つづつ設定する
  4. ボタン「フットプリント割り当てツール」では、部品一覧が出てくる。こちらのほうが便利。
  5. 前項でのシンボルとフットプリントのライブラリを揃えておくこと

PCB, parts and circuit/基板をデザインする

  1. ファイル *.kicad_pcbをダブルクリックして、PCBエディタを起動する
  2. ボタン「回路図で行われた更新で基板を更新」
  3. すべての部品が現れる
  4. 配置する
  5. 配線する　表はF.Cu、裏はB.Cu　線幅は1mm/1A、シグナルは0.15〜0.5らしい。銅箔はデフォルト0.035 mm
  6. シルク 表はF.SiikScreen、裏はB.SilkScreen
  7. ベタ（まだやったことない）

Outline/基板外形

  1. 線を引く、レイヤーはEdge.cut
  2. 線や孤を組み合わせて複雑な形状をつくれる。端点をきっちり位置合わせする
  3. 外形から配線までの距離は最低0.3mm（P板）。それ以下でも製造は可能。

Mount hole/PCBにネジ穴

  1. ボタン「モジュールの追加」
  2. MountingHole_3.2mm_M3
  3. OK

Solid pattern/ベタパターン、ベタGND

（2024.7 KiCAD v8.0）

ベタ

  1. 「配置」「塗りつぶしゾーンを追加」
  2. 始点ワンクリックで設定ウィンドウ
  3. OKすると、カーソルに戻る。
  4. ゾーンにしたい多角形の頂点をクリックしていく。
  5. 囲みおわったら、キーボード「b」

ベタ禁止（やったことない）

  1. ツール「ルールエリアを追加」
  2. 始点ワンクリックで設定ウィンドウ
  3. 「導体塗りつぶしを禁止」を指定してOK
  4. エリアにしたい多角形の頂点をクリックしていく。
  5. 囲みおわったら、キーボード「b」

Check/点検

  1. PCBで配線したら、ボタン「デザインルールチェッカー」（DRC）
  2. 近すぎる配線、未接続の端子、外形の線が微妙にくっついていない
  3. KiCadをアップデートした場合、ライブラリがなくなったり、自作シンボル（シルクにしたCoMBIロゴ）がなくなる。上記のライブラリ追加手順や、下記のロゴをシルクをやり直す
  4. エラーが無くなるまで繰り返す

3D

  1. 表示 > 3D viewer

Logo as a silkscreen/ロゴを基板に印刷する

Design a CoMBI logo by Illustrator etc

  1. ロゴをデザインする　大きさはのちのKiCADイメージコンバーターで決める
  2. Export as…
  3. PNG、300 dpi、今回はPNG, Artboardごと JPG, BMPでもよいらしい
  4. 今回は高さ12mm。文字の線幅がちいさいかも。Photoshopで拡張できる（選択して、丸くsmooth, 1 pix拡張 expand）が、今回は、文字を大きくしてデザインし直した。
  5. 余計な領域が含まれていてもシルクにならない色であれば無視されるが、この段階でクロップされているほうが良い

Design a QR code linking "Manual of CoMBI"

  1. QRコードを生成する。Adobe Express（オンライン、登録なし・無料で使える範囲）、InDesign, Illustrator
  2. PNGで保存

P板.comの規格

  • 推奨基準 線幅 0.15mm 以上、文字高さ 1.5mm 以上。
  • 最小基準 線幅 0.127mm、高さ 1.0mm。それ以下はカスレやにじみなどで判読不可能となる可能性あり
  • 印刷位置ずれ±0.25mm は許容差

8-bit binary, ImageJの場合

8-bit、二値化した画像がよい。KiCADイメージコンバータでの失敗がすくないらしい。

  1. Image > Type > 8 bit
  2. Image > Adjust > Threshold
    • 128-255
    • Default
    • B&W
    • Apply、0と255で構成されていることを確認する（反転flipは必要ない）
  3. File > Save as… （今回はPNG）

8-nit binary, Photoshopの場合

  1. Image > Mode > 8-bit
  2. Image > Adjustments > Threshold

KiCad イメージコンバーター

  1. 元画像をロード：デザインしたPNG画像を読み込む
  2. 出力サイズ：今回は高さ12 mm。比率は固定。のちのPCBエディタではサイズを変えられないので、ここでサイズを決める。
  3. オプション：閾値50デフォルト。negaをチェックしたら、白い領域（255）がシルクになる。negaにチェックしないと、黒い領域（0）がシルクになる（今回はこれ）
  4. 図形用のPCBレイヤー：表面シルクスクリーン
  5. 出力フォーマット：フットプリント（.kicad_modファイル）にチェック
  6. ファイルにエクスポート
  7. *.kicad_moodファイルが保存された

Finderでファイル操作（macの場合）

  1. つくった*.kicad_moodファイルを下記のアドレスに置く /Applications/KiCad/KiCad.app/Contents/SharedSupport/footprints/Symbol.pretty/
  2. アクセスするには、KiCad.appの上で、右クリック、「パッケージの内容を標示する」

KiCad PCBエディタ

通常の操作

  1. ボタン「フットプリントを追加」、フットプリントを選択。ファイル名を検索すると見つけやすい
  2. フットプリントのプロパティ（ダブルクリック）で、
    • 位置 > 面 > 裏面
    • レイヤー > B.Silkscreen

変更する操作、ファイル名が異なる場合）

  1. 変更したいフットプリント（ロゴやQRコード）をダブルクリック
  2. ウィンドウ「フットプリントのプロパティ」
  3. 「フットプリントを変更」
  4. 「新しいフットプリント　ライブラリID」で、symbol中の自作したファイル（今回は"QR"）を選ぶ
  5. 「変更」「閉じる」
  6. シルク面に、Reference 名称（今回は G**だった）が被るように新設される、それは削除する
  7. DRCを走らせると、エラーは出ない、はず

変更する操作、ファイル名が異なる場合）

  1. 変更したいフットプリント（ロゴやQRコード）をダブルクリック
  2. ウィンドウ「フットプリントのプロパティ」
  3. 「指定のライブラリIDのフットプッリントを更新」
  4. 「新しいフットプリント　ライブラリID」で、symbol中の自作したファイル（今回は"CoMBI2_binarry"）を選ぶ
  5. 「OK」

  6. DRCを走らせると、エラーは出ない、はず

  7. KiCadアプリをアップデートすると、ロゴなどの自作フットプリントがなくなり、エラーがでるようになる。KiCad.appのなかに自作フットプリントファイルを置くため、上書きアップデートでそれら自作ファイルがなくなるらしい。