【KiCad】プリント基板(PCB)に挑戦【PCBGOGO】

こんにちは、あろっちです。

はじめてプリント基板の設計と製造に挑戦してみました。
本記事はその過程を記述していきたいと思います。

プリント基板の製造はPCBGOGO様にご協力いただきました。ありがとうございます。

今回KiCadでのプリント基板設計とPCBGOGOにプリント基板を発注をしましたが、何もわからないところから始めたというところで、初心者向けの以下の動画を参考にさせていただきました。

KiCadで設計したオリジナルのプリント基板(PCB)を作ってみよう
(ELEN CHANNEL – 黒杜えれん)

【#pcb 】KiCadで設計したオリジナルのプリント基板(PCB)を作ってみよう【はじめての電子工作36】#pcbgogo #vtuber #作ってみた

提供：PCBGOGO (@OfficialPCBGOGO )「PCBGOGO」は中国・深センの基板製造＆部品実装メーカーであり、世界中の10万人以上のお客様に高品質なプリント基板と実装サービスを提供しています。今なら「でプリント基板試作...

はじめてのプリント基板設計・発注
(ちゃーのYouTube大学工学部)

【プリント基板設計入門】はじめてのプリント基板設計・発注〜ほぼすべての作業を実演で解説！マネすればできる！〜【ものづくり、電子工作】

プリント基板の発注はJLCPCBへ！プリント基板って自分で設計して発注できるんです！はじめの一歩が踏み出せない方は、ぜひこの動画をそのままマネして発注してみてください！---------- ↓関連リンク↓ ----------プリント基板設...

KiCadで設計したもの
1. KiCad 8のフォルダ構成とRaspberry Pi PicoのKiCadライブラリについて
プリント基板の注文【PCBGOGO】
届きました
部品実装
1. 各パーツのGPIOについて
動作テスト
まとめ

KiCadで設計したもの

KiCadはバージョン8.0.2(Mac版)を使いました。

Raspberry Pi PicoでOLEDやLCD、LEDなどを試せる基板を設計してみました。
「どんな基板なの?」というところですが後述のテストのところで説明していますので最後までご覧いただければと思います。

表

裏

実物基板や部品実装後の様子、部品とGPIOの対応関係は後述しています。

KiCad 8のフォルダ構成とRaspberry Pi PicoのKiCadライブラリについて

KiCad 8ではユーザーのドキュメントフォルダ配下に以下の構成のフォルダが作成されます。

KiCad
└ 8.0
　 ├ 3dmodels
　 ├ 3rdparty
　 ├ footprints
　 ├ plugins
　 ├ projects
　 ├ scripting
　 ├ symbols
　 └ template

Raspberry Pi PicoのKiCad用ライブラリは以下を使用しています。

https://datasheets.raspberrypi.com/rp2040/VGA-KiCAD.zip

こちらにはシンボルライブラリとフットプリントライブラリが含まれています。

今回使った3フォルダについて説明します。

フォルダ	説明
projects	KiCadのプロジェクトを保存します。
symbols	シンボルライブラリを保存します。今回、Raspberry Pi Picoのシンボルライブラリ(RPi_Pico.lib)を保存しました。ライブラリファイルは旧バージョンでは拡張子が.libですが、8.0では.kicad_sym形式になっています。旧バージョンの.libファイルを[設定] – [シンボルライブラリを管理…]のフォルダアイコンから追加し、[ライブラリの移行]から.kicad_sym形式のファイルが作成できます。 ※下図参照
footprints	フットプリントライブラリを保存します。今回、Raspberry Pi Picoのフットプリントライブラリ(RPi_Pico.prettyフォルダ)を保存し、フットプリントを[設定] – [フットプリントライブラリを管理…]のフォルダアイコン(下図参照)から追加しました。

フォルダーアイコン(赤枠)

アイコン左から2番目(画像はMac版のフォルダアイコン)

シンボルライブラリ画面

[ライブラリを移行](赤枠)ボタンから.lib形式から.kicad_sym形式に変換できます。

プリント基板の注文【PCBGOGO】

プリント基板の製造をPCBGOGOに注文しました。
注文する過程を記述します。

ガーバーデータの準備

KiCadでプリント基板設計後、ガーバーデータ(プリント基板製造用のデータ)を出力、zipファイル化しました。

見積もりについて

ガーバーデータ(.rarや.zipにまとめてあることが前提)があると以下の画面より即時見積もりができます。
見積もりは会員登録していなくても可能です。

各種基板の仕様も選択できます。

各項目については以下のサイトに詳しく書かれていました。

KiCADからプリント基板を発注する／PCBGoGoの場合 - KiCADの達人

今回の記事では、設計したプリント基板（PWB）を製作外注する例として、個人や小規模製作にオススメの海外製造業者である「PCBGoGo」に発注するうえでの見積りと手配の流れをご紹介します。「短納期」かつ「低価格」が魅力的...

なお、PCBGOGOでは初回注文限定で送料込み$1でプリント基板が作成できるサービスを実施しています。

KiCad用PCBGOGOプラグインについて

記事執筆後、KiCad用のPCBGOGOプラグインの存在を知りました。
このプラグインは、KiCadで設計したPCBデータをPCBGOGOに簡単に送信し、見積もりを即座に取得できるツールです。

主な利点

ワンクリックで見積もり送信
KiCadデータをそのままPCBGOGOへ送信し、zip化や手動アップロードが不要。
手動作業を省略し、時間短縮が可能となります。
自動認識
基板のサイズや層数を自動的に認識し、デフォルトは5枚注文。
簡単インストール
KiCad内の「プラグイン&コンテンツマネージャー」からインストール可能。
手動インストールも対応。

インストール方法

1. プラグイン&コンテンツマネージャーからインストール
KiCadのプラグイン&コンテンツマネージャーを開き、プラグイン検索で「pcbgogo」を入力しインストール。
※2つ出てきますが、日本語(JP)のものをインストールすればOKです。

2. 手動インストール
GitHubからファイルをダウンロードし、KiCadのプラグイン&コンテンツマネージャーの「ファイルからインストール…」からインストール可。

参考リンク:
https://github.com/pcbgogodev/PCBGOGO-JP-Plug-in-for-Kicad/releases

会員登録について

PCBGOGOにアクセスし会員登録をしました。
画面が日本語表記なので登録は難しくはなかったですね。

PCBGOGOのホーム画面の「会員登録に進む (無料)」(画像赤枠)から会員登録できます。

以下のリンクからPCBGOGOにアクセスできます。

注文について

各種基板仕様がよく分からないこともありデフォルトの状態で注文してみました。
注文枚数は最低5枚からとなっています。

注文方法ですが、ガーバーデータをカートに入れるとステータスが「データ確認中」になります。

実際にチェックが終わるとチェック完了のメールが届きます。
画面には実際の価格が表示され、ステータスが「支払い待ち」になります。

$5.00(送料別)ということですが、初回の場合レジの画面から初回クーポンを適用すると$1になります。
PayPalで決済できますが、PayPalでの決済手数料は別途$1かかります。

レジの画面からお届け先住所等を入力し、決済すると注文のステータスが「製作中」になります。
製作が完了し発送されると「トラッキング番号のお知らせ」という通知メールが届きます。
ちなみに今回の配送会社はDHLです。

届きました

注文してから1週間ほどで届きました。

届いたものがこちら

プリント基板はしっかりと梱包されています。

プリント基板表

プリント基板裏

設計通りに製造されていますね。仕上がりはいい感じです。

配線幅は電源(ターミナルブロック→スライドスイッチ→VSYS)が0.5mm、それ以外は0.25mmです。

部品実装

部品を取り付けてみました。

各パーツのGPIOについて

パーツ	GPIO
LED	3
ユーザボタン	2
リセットボタン	RUN
ブザー	28(A2)
ターミナルブロック ⇒ スライドスイッチ	VSYS
J1 (I2C OLED用)	左から GND、3.3V、5(SCL)、4(SDA)、15(RSTピン用)
J2 (I2C 1.3インチOLED用)	左から 3.3V、GND、5(SCL)、4(SDA)
J3 (SPI LCD用1)	左から GND、3.3V、18(SCK)、19(MOSI)、27(RST)、26(DC)、17(CS)、22(Back Light)
J4 (SPI LCD用2)	左から 22(Back Light)、18(SCK)、19(MOSI)、26(DC)、27(RST)、17(CS)、GND、3.3V