フットプリントエディタで部品を作図する

今回は、フットプリントエディタを使って独自にPCB設計用のフットプリントを作図、追加していく手順について解説します。

「フットプリント」とは?

プリント基板設計における「フットプリント」とは、その名の通り「電子部品の足跡」を意味しています。

特定の形状をした電子部品をPWBの表面に取り付ける為に、半田付けを行う端子の形状とそのレイアウトをまとめた図形の事を指します。

銅箔の接続端子単体の場合は「ランド(land)」や「パッド(pad)」と呼ばれます。

別記事「ネットリストを作成し、フットプリントを割り当てる」でも触れていますが、電子部品のフットプリントは実に多様な形状をしています。

KiCADの標準ライブラリには国際的に流通している規格のフットプリントデータがあらかじめ用意されています。更に様々なWEBサービスを利用してフットプリントのデータを追加する事も出来る様になっています。

ですが、特殊な形状をしていても専用部品を使用する必要がある場合や、開発途中の治具基板を部品に見立てて使いたいといった場合には、独自にフットプリントを描いてデータを登録する作業が必要になります。

フットプリントエディタを起動する

KiCADのフットプリントエディタは、管理画面からICのフットプリントをイラストにしたアイコンをクリックして起動します。

起動する際、インストール済のライブラリを読み込む作業に少し時間がかかる場合がありますのでその場合はしばらく待機します。

起動すると、PCBエディタによく似た画面が開きますので、中央の画面にフットプリントを描いていきます。

今回は、最近電子工作で利用する機会も多いフルカラーLEDを例に挙げて説明していきます。

事前準備:データシートを入手する

マイコン内蔵RGBLED WS2812C-2020(10個入)

取扱:秋月電子通商

作図に取り掛かる前に、販売ページのリンク先からデータシートを入手します。

PDFファイルが提供されているので、ダウンロードしていつでも見られる様にしておきましょう。

データシートの中を探すと、この部品の外観やフットプリントの形状を示した図が見つかります。

この図中の情報を基にフットプリントをエディタで描いていきます。

新規フットプリントを作図する

新規にフットプリントを作図するので、メニューバーから「ファイル」-「新規フットプリント」の順にクリックするか、アイコンが並んでいる中の一番左端のアイコンをクリックします。

新規フットプリントの名称を入力するウィンドウが開きます。

部品の名称を入力してOKボタンを押します。特殊形状の部品を作図する場合はその部品の型番を、互換性のあるピン配置や形状を作図する場合はそのパッケージの規格名を登録するのが一般的です。

名称の入力が終わると、中央の編集画面に登録した名称と、部品番号になるリファレンスラベルが表示されます。

文字やシンボル、図形の移動は対象の上までカーソルを移動させて右クリックで開くメニューから行います。

部品名称やリファレンスを中央に配置したままでは作業しづらいので、上下に移動させて編集するスペースを確保してから銅箔の接続部分「パッド」を配置します。

パッドを配置するには、エディタ右上の緑色のドーナツ状イラストが描かれたアイコンをクリックします。クリックすると編集画面のカーソルに黄色いドーナツ状のシンボルが現れます。

標準設定では「半田付けスルーホール」のパッドが自動的に選択されていますが、とりあえずはパッドの形状は気にせず任意の場所にクリックして1つ配置します。

任意と言いましたが、編集画面中央に青い線で十字に交差した線が表示されていますので、出来ればこの交点に1個目は配置する事をお勧めします。

この青い線の交点がフットプリント単体の原点となり、PCBエディタで設計した後で製造工程に提供するデータとして役立ってきます。

連続して次々配置しても良いのですが、今回は1個だけ配置したら「右クリック」―「キャンセル」か、ESCキーを押してパッドの配置を一度終了します。

終了後、パッドの編集メニューから「プロパティ」を開きます。

今回のLEDのフットプリントは「長方形の面実装用パッドが四つ配置されている」形状になりますので、プロパティ内の各項目を変更して一つのパッドの形状を変更していきます。

プロパティ内のパッド形状をスルーホールからSMD(面実装)に、形状を円から四角に変更すると、次の図の様になります。

この後横方向(サイズX)、縦方向(サイズY)の数値を変更して形状を変えます。

ここでもう一度部品のデータシートをよく見てみましょう。

パッドのサイズそのものが記述されているデータシートもありますが、今回はデータから計算が必要になりそうです。

縦方向は0.7mmと記載があるので問題無さそうですが、横方向の記載がありません。

なので、その他の各部寸法から計算してパッドの寸法を決めていきます。

データシートの推奨レイアウトに習ってパッドの幅の1/3程度を外にはみ出させようと思い計算した結果、縦横共に0.7mmで上手く収まりそうだと分かりました。

なのでサイズX、Y共に0.7mmと入力してOKボタンを押します。

この端子番号1番のパッドについてデータシートと同じレイアウトで作図しようと思います。

部品を上から見た状態の図があり、ピン番号1番は右下に配置されていますので現在の位置から移動させましょう。

メニューから「数値を指定して移動」を選択して移動させる数値を入力します。

数値を入力する際にプラス、マイナスとそれぞれの移動方向に注意しましょう。

X方向:プラスが画面右方向、マイナスが画面左方向

Y方向:プラスが画面下方向、マイナスが画面上方向

数値の代わりに簡単な計算式を入力する事で計算結果を自動で入力してくれる機能もありますので、データシートをよく確認しながら数値を調整してパッドを移動させます。

1番ピンのパッドを移動したら、次はパッドを複製して2番ピンを作ります。

メニューから「複製」をクリックします。

ピン番号が同じままですがパッドが一つコピーされますので、これを任意の場所に配置します。

今回は数値入力で正確に移動させたいので、最初の1番パッドの上にピッタリ重ねて配置します。

配置した後選択を一度解くと、シンボルの上でクリックする際に表示されるメニューが少しだけ変わります。

画面上で重なっているシンボルを選択するウィンドウが開きますので、編集、操作したい方のシンボルを選択します。

通常は「左クリックで選択後、右クリックでメニューを開く」手順になりますが、現在のKiCADのバージョンではシンボルの選択からメニューを開くまで全部右クリックで操作する事も出来ます。

感覚的な差しかないかもしれませんが、作業の軽快さがちょっとだけ変わってきます。

現時点ではどちらも「ピン番号1」なので、どちらでも好きな方を選択して「数値を入力して移動」メニューで上方に移動させます。

上方に移動させたパッドのプロパティを開いて、ピン番号を2に変更します。

同じ要領で3番ピン、4番ピンのパッドも複製して配置します。

4つのパッドをピン番号も揃えて配置する事が出来ました。

CADのデータ上ならこれだけで表面実装用のレイアウトは可能になりました。

ですが、製作時に必要な部品の実装方向や設計時に周りの部品とのクリアランス量を確認する為に必要な情報がまだ描かれていません。

そこで、シルク印刷レイヤー(F.SilkS)に部品の外形線や1番ピンを示す情報を描いていきます。

エディタ右側のレイヤーをF.SilkSに切り替え、その隣の緑の丸と青い線で図形を表現しているアイコン群を使用してシルク印刷層の図形を描きます。文字の入力も可能です。

基板に印刷する図形などは基本的にシルク層に作図します。また、パッドの配置は導体層レイヤー(F.Cu)のみにしか行えません。

その他様々な情報をあらかじめ盛り込んでおきたいと言った場合には、ユーザー層レイヤーやFabレイヤー等を使用する事もあります。

実際の設計に使用するフットプリントとしては、必要最低限として下記の図くらいまで描いてあれば大丈夫ではないかなと思います。

最後の難関?ライブラリにフットプリントを登録しよう

「図形も描けたよかったよかった」と、×マークを押してウィンドウを閉じてはいけません。

あと一息です、描いたフットプリントを任意のライブラリに登録しましょう。

メニューから「ファイル」-「名前を付けて保存」をクリックします。

ウィンドウ下部で追加したいライブラリを選択して「保存」を押します。

KiCAD標準のライブラリは読み取り専用になっておりユーザーが追加編集できない様になっています。

オリジナルのフットプリントを保存して置ける様に専用のライブラリをあらかじめ作成しておきましょう。

書き込み可能なライブラリを選択して「保存」を押して、エディタ左側のライブラリ内に登録した部品名が表示されれば登録は完了です。

これで、作図したフットプリントを基板設計に使用する事が出来ます。

フットプリントの保存を実行する際、KiCADを色々使っている事に起因する様々なメッセージが表示される場合があります。確認を促してOKボタンを押すだけの物からエラーメッセージまで色々表示されますので、手間ではありますが個々に確認する様にしましょう。

特に注意したいのが「選択したライブラリに登録できていない」ケースです。

ここまでの努力が一気に消えてしまいますので、必ず最後にライブラリに登録されている事を確認する習慣をつける様にしましょう。

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。