回路の作図が終わり、いよいよPCB設計の作業に移るのも目前になったら次はそれぞれのシンボルに対応した部品の形状を紐づけして行きます。
使用する部品毎に形が変わる「フットプリント」
電子基板の表面に部品を取り付ける為に、銅箔を露出させた接合端子を基板表面に成形します。この接合端子の形状の事をフットプリントと呼び、部品の規格や使用目的ごとに様々な形状をしています。
このフットプリントと回路図中のシンボルの紐づけがされていなければ、PCBの設計を行う事が出来ません。
半導体ICの例に代表される様にその形状に国際的な標準規格が定められている事が多く、KiCADにもある程度標準化されたフットプリントのライブラリが用意されている為、これらの情報を利用して目的の電子回路を構成するフットプリントの情報を作成します。
フットプリントを関連付ける
フットプリントの割付作業を実行するには、回路図エディタで「シンボルのマーク」と「フットプリントのマーク」が重なって1つになっているアイコンをクリックします。
ファイルメニューからは［ツール］－［フットプリントを関連付け］の順にクリックします。
アイコン／メニューをクリックすると、次のようなウィンドウが開きます。
大きく三つの表示が並んだ形の構成になっています。
向かって左の表示は、現在KiCADに読み込まれているフットプリントのライブラリを一覧で表示しています。
次に中央の表示は、回路図エディタでアノテーションされたシンボルが一覧になって表示されます。
最期に右側の表示欄には、ライブラリとシンボルを選択すると、それに対して紐づけ候補となるシンボルの一覧がフィルタリングされて表示されます。
ここで、フィルタリングを効率よく行う為に「フットプリントフィルタ」を利用します。
複数のシンボルアイコンが並んでいるエリアがあり、それぞれのアイコンをクリックするとアイコンの背景が水色に切り替わりアクティブになります。
左から順に
「回路図シンボルフットプリントフィルタを使用」
「ピン数でフットプリントを絞り込み」
「ライブラリでフットプリントを絞り込み」
「名前の一部またはパターンでフットプリントを絞り込み」
一番右端のアイコンのみ、更に右側にあるテキストボックスとセットで使用します。
テキストボックスに使用したい部品の名称、あるいはフットプリントの種類等キーワードの一部を入力すると、該当するフットプリントがウィンドウ右側の選択欄に表示されます。
最初に一番左のアイコンでフィルタ使用のＯＮ／ＯＦＦを選択し、次に並んでいる三つのアイコンの組み合わせで絞り込むフィルタの構成を決めて利用します。
但し、組み合合わせによっては登録されているフットプリントが全く該当しないかの様に表示されないといった現象も起きます。特にピン数で絞り込みを掛けると複雑なIC系のシンボル以外は表示されなくなる事がありますので、必要に応じて使用を使い分ける様にしましょう。
フィルタを設定したら、回路シンボル毎にフットプリントの割付をしていきます。
手順としては次の３ステップを繰り返す作業になります。
- フットプリントを紐づけたい回路シンボルを選択（クリック）する。
- 使用したいフットプリントが登録されているライブラリを選択（クリック）する。
- 表示される候補の中から使用するフットプリントを選択（ダブルクリック）する。
基本的にはこの手順の繰り返しになりますが、ここで一つ問題が生じます。紐づけ作業のウィンドウに表示されるフットプリントの数は膨大なのに、選択欄に表示されるのは文字情報のみなのです。
フットプリントの形状をプレビュー確認する
フットプリントの紐づけを文字情報だけで判断するのは難易度も高く、このままでは確認作業も煩雑になりますし何より間違いの原因になります。
この問題を解決する為に「選択したフットプリントを表示」アイコンをクリックしましょう。
このアイコンをクリックすると、更に別ウィンドウが開き、選択されているフットプリントをプレビュー表示して閲覧する事が出来ます。
用意されているアイコン群に寸法等を計測するメニューもありますので、ここで使用したいフットプリントかどうかを確認する事が出来ます。
これらの機能を利用して、回路図内の全シンボルにフットプリントを紐づけして行きます。
尚、機能としては必要充分な構成をしているKiCADですが、ここまでの作業をしていてあえて問題を上げるとすれば「開かれるサブウィンドウの数が多い」事には注意が必要かもしれません。
いま解説している「フットプリントの紐づけ」作業を行うだけでも、回路図エディタを含めて３枚のウィンドウが開かれていて、それぞれ連動して表示が変わるなどします。
ノートパソコン等のスペックが比較的軽量なコンピュータでも動作するのがKiCADの強みではありますが、出来る事ならばディスプレイの表示環境は充実させておきたいものです。
要注意！「回路図の保存＆続行」
全てのシンボルに紐づけが終わったら、
ここで要注意です。
紐づけした情報を保存する為に押すボタンは
「適用して、回路図の保存＆続行」
こちらのボタンを必ず押します。
押し忘れて「ＯＫ」ボタンを押すと、今まで苦労して紐づけた情報がすべてクリアされます。「編集中で一旦閉じたい」という時にも必ず押す習慣を付けましょう。
筆者もこのボタンで過去何回泣いた事か・・・
フットプリントの紐づけが終わったら、ネットリストファイルを生成します。
ネットリストの生成
ネットリストとは、基本的には回路図に描かれた部品の間を結ぶワイヤーの接続情報を記したデータの事を指します。KiCADのライブラリに登録されているフットプリントも紐づけた状態でファイルを生成しておく事で、次の工程であるPWB設計作業へスムーズに情報を引き継ぐことが可能になります。
エディタ上部の「ネットリストを生成」アイコンか、ファイルメニューから［ツール］－［ネットリストを生成］の順にクリックします。
生成メニューからOrcadやCadStarといった他CADに読み込みが可能なネットリストを生成する事も出来ますが、ここではKiCAD標準のPCBエディタであるPcbnewを選択したままで「ネットリストを生成」ボタンを押してファイルを保存します。
設計情報のまとめ「BOMファイル」
回路図エディタによる設計手順の最後に、部品表（BOM）を生成します。
「部品表」と呼ばれる物には「設計部品表（EBOM）」と「製造部品表（MBOM）」が存在します。MBOMは製造の現場で管理しやすい様に、設計データ以外の情報も付加されたものを指しますので、基本的にCADを使用して自ら設計した物が用意する部品表はEBOMという事になります。
回路図エディタのアイコン、又はファイルメニューから［ツール］－［部品表を生成］の順にクリックします。
部品表生成の為のサブウィンドウが開きます。
この部品表（ＢＯＭ）には標準でインストールされている書式以外にも後から追加できる様々なプラグインが用意されていてそれらをダウンロードして利用する事も可能です。
ここではインストール時に用意されている「bom2csv」プラグインを選択して「生成」ボタンを押すとプロジェクトフォルダ直下に生成されたcsvファイルが保存されます。
保存されたcsvファイルの構成は次の様になっています。
次の工程であるPWB（PCB）設計に使用する情報はほぼここに纏められているので、必要に応じてデータを抽出、編集して利用します。
ここまでの作業で回路図エディタを使う工程はほぼ完了しました。
別記事で以下の工程についても書かせて頂いてますので、ご覧いただけると幸いです。
回路設計が完了したらPCBエディタにデータを移して基板の設計作業に着手しましょう。
