作図例「導体レイヤに特殊形状を配置する」

今回は、基板表面に通常の手順では描けない特殊形状の配置の仕方について解説します。

まず「アンテナパターン」や「センサーパターン」については、PCBエディタ上で通常の導体配線操作で作図は可能ですので、今回の記事では省略します。

配線長さ調整の基本「ミアンダ配線」

最初に「ミアンダ配線」の描き方について説明します。

「ミアンダ」とは主に川の蛇行を意味する言葉とされています。PCBの導体配線では、複数の配線の長さを等しくする必要が生じる機会が多く、調整の為に片方の配線を蛇行させて、配線の総長を稼ぐ処理としてミアンダ配線が行われます。

描いた配線(セグメント)を選択すると、エディタ下部にその配線の情報が表示されます。

この情報の中に「セグメント長」「配線長」が表示されています。上画像の例では下側の配線長は「29.46mm」になっています。

これに対して、上側の配線長は「41.5711mm」になっています。

この2本の線の長さが同じになる様に、下側の配線にミアンダ処理を行います。

普段使用している「配線」アイコンの下にある「単線の配線長を調整」アイコンをクリックします。

次に、調整したいセグメントの上で右クリックをしてサブメニューから「配線長の環境設定」を開きます。

「ターゲット長」には目標値にしたい配線長さを入力、蛇行させる配線の振幅についても最大値と最小値を決定します。

最少間隔も初期値が定められていますが、間隔が狭すぎると距離を稼いだ効果が薄れますので、問題が無い範囲で広げられそうであれば間隔は広げた方が良いと思います。

ここでは、ターゲット長に上側の配線長「41.5711mm」を入力して続行します。

編集画面に戻ったら、改めて編集したい配線をクリックします。

クリックする場所は、蛇行処理を開始したいスタート地点にします。

何もしない状態ではターゲット長さに対して短すぎるとメッセージが表示されますのでそのまま配線に沿ってカーソルを動かしていきます。

カーソルが進む方向に沿って、環境設定で入力した値を基にターゲット長さになる迄自動で蛇行した配線に変更されていきます。

ターゲット長に到達したところで左クリックして、編集を完了させます。

通常は複数の配線の長さを調整する事が目的のミアンダ編集ですが、応用する事で「角が丸いアンテナパターン」を描く事も出来ます。

アンテナパターンはフットプリントエディタ推奨

RFアンテナやコイル状のパターンについては、フットプリントエディタで専用パターンを作成する方法をお勧めします。

フットプリントエディタでは、導体レイヤにも通常操作で円弧を描く事が出来ます。

パッドのプロパティで、形状に「カスタム」を選択して「カスタム形状の基本要素」タブ内で数値を入力して作図する方法もありますが、描かれる図形を確認しながら編集する事が困難なので、慣れるまでは通常の描画作業で作図した方が良いでしょう。

丸渦巻き型のコイルパターンも、結構簡単な方法で描く事が出来ます。

最初に、いちばん外側になる半円を描きます。

次に「コイルピッチの半分」の長さだけ中心をずらした半円を下側に描きます。

少しわかりづらいですが、図の中の説明もよく確認してください。

続けて上側に、元の中心点を基準に下側から繋がる半円を描きます。

この上下の作図を、必要な回数繰り返します。

必要なパッドや線幅を調整して完成です。

あとはフットプリントとして登録しておけば、いつでも配線パターンとして利用する事が出来ます。

PCBエディタ上で、特殊形状を直接描く

基本的には特殊形状のパターンはフットプリントとして部品登録して利用する事をお勧めしていますが、最後にPCBエディタ上で導体レイヤに直接作図していく方法をご紹介します。

例としては画像左側の、扇状に広がる形状を描いてみます。

まず導体層以外のレイヤに希望する形状の図形を描きます。ここでのポイントは、描いた図形の端が導体線と重なった状態(後で接続されている状態)になるよう描きます。

次に、描いた図形の線を全て選択した状態で右クリックからサブメニューを開きます。

「選択対象から作成」-「選択対象から配線を作成」の順に選択し、左クリックで決定します。配線が作成できたら、元の図形は削除してしまっても大丈夫です。

ここから次の工程に進む前に、編集レイヤを「導体層」に必ず切り替えてから作業を進めて下さい。

レイヤを切り替えたら先ほどと同様に、作成された図形のセグメントを全て選んだ状態で

「選択対象から作成」-「選択対象からゾーンを作成」の順に選択して決定します。

通常の塗りつぶし処理時と同じ様にプロパティ画面が開きます。塗り潰して接続する図形のネット情報を確認して、ゾーンの塗りつぶしを実行します。

扇上の図形内側をベタ塗り潰した導体面が出来上がりました。

緻密な設計を要するアンテナ形状などの作図はもちろん、手順を工夫すれば独創的な図形を導体層に作図する事も出来ます。

「電子回路CAD」と言うと、やはり専門的な業種のエンジニアだけが扱えるツールというイメージが付いて回りがちです。

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ABOUT KiCAD MASTER

KiCADの達人
KiCAD歴15年程度。雑誌記事や教育用テキストの執筆経験等複数あり。私大電気電子工学科での指導とフリーランスエンジニアを兼業しながらFab施設の機器インストラクターや企業セミナー講師を歴任し、KiCADの普及と現代の働き方に対応した技術者育成に務める。