マイクロマウス | アールティ　移動型ロボットブログ

はじめに

今回は、実際の基板を製作します。板マウスなので、前回制作した車体外形をそのまま基板の外形として取り込みます。

KiCad7で基板データ（ガーバーデータ）を作成し、そのデータを基に基板の発注を行います。

機体設計 – 100日後に完走するマウス【307日目】 Part.11

はじめにお久しぶりです。倉澤ズズくんです。前回の回路設計に続き、今回は機体の設計をします。既に機体の実物が手元にあるため、完成後の画像も交えつつ解説していきます。車体外形の決定今回は板マウスなので、基板自体が車体になります。縦横幅の...

部品とフットプリントの紐付け

基板を製作するには、回路図上の各部品に対してフットプリント（部品を取り付けるパターン）を割り当てる必要があります。

回路図エディターの起動を選択し、各部品に対して設定したいフットプリントを選択してください。

フットプリントの割り当てボタン

KiCadには汎用パッケージ（規格）や特定の部品のフットプリントが用意されています。
使用する部品のパッケージについては、部品のデータシートやDigikeyの商品ページなどに記述されています。

データシートのパッケージ寸法

Digi-Keyの製品ページ

部品のフットプリントの割り当てには、回路図上の各部品にはアノテーション（通し番号の割り当て）とエレクトリカルルールのチェックまで完了している状態を想定しています。

部品とフットプリントの端子番号の確認

回路図上のシンボルの各端子と紐付けられるフットプリントのランド（銅箔）は同じ番号のものです。また、フットプリントの端子番号だけでなく、端子の寸法もフットプリントエディターから確認できます。

回路図上のシンボル

フットプリント

同じパターンであっても部品によって端子番号が違うこともあるため、フットプリントを割り当てる際には部品のデータシートと端子が一致していることを確認しましょう（一敗）。
見事に間違えてしまったため、画像のように無理やり実装する形態になってしまいました。

ランドパターン

パターンに無理やり回転して付けた部品

フットプリントの作成

KiCadに対応するフットプリントが用意されていない場合は自作する必要があります。自作する場合も端子番号に気をつけてください。データシートには推奨のパターンが載っている場合もあるので、しっかりと確認しましょう。

推奨ランドパターン

PCBへの回路図のに取り込み

回路図エディターで[ファイル] → [エクスポート] → [ネットリスト…] → [ネットリストをエクスポート]を選択すると<任意のファイル名.net>のファイルが出力されます。PCBエディターに移って[インポート]を選択すると、作成した回路図ひ紐付けた部品全てが現れます。これらの各部品をマウスドラックで移動して設置します。

PCBへの基板の外形図の取り込み

部品を配置するために基板外形が必要なので、こちらも取り込みましょう。

前回、Fusion360で完成させた基板となる車体のTopViewからスケッチに入ります。ファイルのエクスポートを選択して基板外形のDXFファイルを作成し、KiCadでインポートしましょう。

Fusion360上で基板外形のスケッチをDXF形式に保存

Fusion360で出力したDXFファイルの形式ではKiCadで正しく取り込めない可能性があります。今回はうむ夫さんのブログ記事を参考にし、記事中に紹介されている2つめのLibreCADを使った方法でR12形式にしました。特に楕円は取り込みが失敗しやすいみたいなので多用しないほうが良いかもしれません。

参考：Nucleo-32boardを使ったクラシックマウスの開発その6 ～シャーシ＆モーターマウントの設計 Part3～ | うむ夫の歩み

インポートした後に、部品ガイドラインを除いた基板の外形のラインをEdge.Cutsのラインに設定します。これが基板をカットするラインになります。

基板外形のDXFをインポート

部品の配置

基本はマウスのドラッグ＆ドロップで部品を配置します。プロパティから部品の詳細な位置・姿勢の決定もできます。

距離センサやIMU等は設置する位置や向きが決まっています。Fusion360で原点からの位置が分かるため、KiCad上にインポートしたDXFファイルとの相対位置を計算して数値を指定しました。

部品配置の注意点

部品配置で気をつけたことは以下の点です。

部品とコンデンサの距離は極力短くなるように配置する
1つの部品に対してコンデンサを複数設置する場合は、静電容量が低いものから順に近くに配置する（容量が小さいものほど時定数が小さく、迅速に電圧の変動に対応できる）

デザインルール

基板製造サービスを運営している会社によって基板のデザインルールが設けられています。

主要な基板製造サービスのデザインルール

設計する基板

今回製作する基板は以下の通りの数値です。

厚み1.6[mm]
銅箔1oz(35[μm])
2層基板

KiCadでのデザインルールの設定

今回設計する基板では以下の寸法を守る必要があります。基板の層・厚みによってデザインルールは変わってくるので注意してください。

項目	PCBGOGO	Elecrow	P板.com
配線パターン幅	≥ 0.0762[mm]	≥ 0.15[mm]	≥ 0.127[mm]
配線のクリアランス	≥ 0.0762[mm]	≥ 0.15[mm]	≥ 0.127[mm]
貫通ビア径	≥ 0.2[mm]	≥ 0.3[mm]	≥ 0.3[mm]
貫通ビアクリアランス	≥ 0.25[mm]	≥ 0.35[mm]	≥ 0.3[mm]
スルーホールアニュラー幅	≥ 0.13[mm]	≥ 0.15[mm]	≥ 0.15[mm]