KiCad - ออกแบบแผงวงจรครบสูตร

Kicad เป็นโปรแกรมออกแบบแผงวงจร PCB ที่ใช้ได้บน Windows, Linux และแมคด้วย หลังจากเราออกแบบแผ่น PCB เรียบร้อยแล้ว Kicad สามารถจะสร้างไฟล์ Gerber ซึ่งเป็นไฟล์มาตรฐานที่บริษัทที่รับทำแผ่น PCB ต้องรู้จัก วันก่อนผมทำแผงวงจรสำหรับ MAX232 เพื่อเอาไว้ต่อ PIC เข้า serial port บนคอมพิวเตอร์ (แต่ไม่ได้สั่งทำเพราะวงจรเล็กๆแค่นี้ต่อขาตรงๆเลยง่ายกว่า ไม่ต้องเสียตังค์ด้วย) มาดูขั้นตอนคร่าวๆของการออกแบบ PCB บน Kicad กันดีกว่า

พอเปิดโปรแกรมมาก็จะเป็นแบบนี้ ในแถบด้านซ้ายคือไฟล์ทั้งหมดในโปรเจกต์ของเรา การออกแบบแผงวงจรจะแบ่งออกเป็น 4 ส่วนหลักๆ ซึ่งแต่ละส่วนจะมีโปรแกรมย่อยให้ใช้งานเป็นของตนเอง หากดูที่ด้านขวาของหน้าต่างจะเห็นปุ่ม 4 ปุ่ม ซึ่งเป็นปุ่มที่ไว้เรียกใช้โปรแกรมย่อยที่บอกไว้

โปรแกรมย่อยแรกมีไว้สำหรับวาดวงจร จริงๆแล้วเราสามารถข้ามส่วนนี้ แล้วไปส่วนที่ใช้ออกแบบแผงวงจรเลยก็ได้ แต่การที่เราวาดวงจรในส่วนนี้ก่อนจะทำให้ Kicad รู้ว่าในวงจรเรามีชิ้นส่วนอะไรบ้าง และต่อกันยังไง พอเราไปออกแบบแผงวงจร Kicad ก็จะบอกเราได้ว่าเราทำอะไรผิดหรือเปล่า ลืมต่อขาใหนหรือเปล่า อะไรแบบนั้น

ขั้นต่อมาก็กำหนด footprint ให้กับชิ้นส่วนอิเล็กโทรนิคที่ในวงจรที่เราออกแบบไว้ในขั้นแรก footprint คือตัวที่บอก Kicad ว่าชิ้นส่วนอิเล็กโทรนิคแต่ละชิ้นหน้าตาเป็นยังไง กว้างยาวเท่าไหร่ ขาห่างกันกี่มม. เป็นต้น

Kicad มี footprint ให้เราเลือกใช้เป็นร้อยๆชิ้น และยังสามารถดาวน์โหลดเพิ่มได้ด้วย แต่ถ้าเราหา footprint ที่เราต้องการจริงๆไม่ได้ เราก็สามาระสร้างขึ้นมาเองได้โดยใช้ footprint editor ที่เป็นในรูป

ต่อมาเราก็สามารถออบแบบแผงวงจรได้ละ ถ้าหากเราได้ทำขั้นตอนทั้งสองก่อนหน้านี้มาแล้ว Kicad ก็จะเอา footprint ที่เราเลือกในขั้นก่อนหน้านี้มาวางไว้ให้แล้ว เราก็เลื่อน footprint แต่ละอันมาไว้ในตำแหน่งที่เราต้องการ แล้วก็วาดลายทองแดงต่อขาตามที่เราออกแบบ

สำหรับวงจรในรูปเป็นวงจรที่มีลายทองแดงแค่ชั้น (layer) เดียว แต่ถ้าเราต้องการใช้หลายชั้น Kicad ก็ทำได้ โดยสามารถทำได้มากสุดถึง 16 ชั้น แต่สำหรับมือสมัครเล่นอย่างเราๆก็ไม่ควรทำมากกว่าสองชั้น เพราะจะได้ไม่แพงมากเวลาเอาส่งบริษัททำแผ่นปรินต์

ลองดูแผงวงจรของเราแบบ 3D ก็ได้ ไม่มีประโยช์เท่าไหร่ แต่ก็ทำให้โปรแกรมดูดี

หลังจากนั้นก็ทำการ export เป็น Gerber file โดยไปที่ File->Plot โดยขั้นแรกเราต้องเลือก layer ที่เราต้องการ สมมุติว่า PCB เรามีสอง layer เราก็ต้องเลือก 5 อย่าง
- Copper คือแผงวงจรด้านล่าง
- Component คือแผงวงจรด้านบน
- Mask Copp คือ Masking สำหรับแผงวงจรด้านล่าง
- Mask Cmp คือ Masking สำหรับแผงวงจรด้านบน
- SilkS Cmp คือตัวหนังสือต่างๆที่เราต้องการพิมพ์ลงบนแผงวงจรด้านบน

จากนั้นเราก็เลือก plot format ให้เป็น Gerber เสีย แล้วก็สั่ง plot ได้ แต่ยังไม่เสร็จนะ เราก็ต้องทำ drill file ด้วย ก็กด "create drill file" ก็จะมีหน้าต่างอีกหน้าต่างเปิดขึ้นมา แต่ค่าที่เราต้องใส่ในหน้าต่างนี้ก็ขึ้นกับว่าเราจะให้บริษัทใหนทำแผ่นวงจรให้เรา ต้องถามค่าพวกนี้จากบริษัทนั้น แต่บริษัทในเมืองไทยที่ผมเคยใช้เนี่ย เราไม่ต้องแก้ไขอะไรเลย กด execute ได้เลย

ชั้นสุดท้ายก็เปิด GERBER viewer ขึ้นมาดูว่าที่เรา export ออกมาถูกต้องหรือเปล่า ถ้าเรียบร้อยดีก็ส่งโรงงานได้เลย