使用KiCad设计PCB

教程撰写的要点

  1. 安装和配置KiCad
  2. 体验KiCad的屏幕并创建一个原理图和PCB板图
  3. 选择正确的器件并创建你自己的项目
  4. 创建你自己的库和元器件并修改现有的元器件
  5. 生成Gerber文件并提交加工
  6. 焊接穿孔的元器件和SMD元器件
  7. 学会如何组织你的设计思路和工作流程
  8. 设计异形板
  9. 学习进阶技能，将你的设计升华到另一个层次

1 简介

印刷电路板PCB

表面贴装和穿孔器件

原型板

  1. 面包板
  2. 洞洞板

1 下载并安装KiCad

  1. KiCad的版本及下载链接
  2. Windows下的安装
  3. Mac下的安装
  4. Linux下的安装

第一次运行

加载一个示例工程

安装第三方软件

  1. 安装Adafruit和Sparkfun的库
  2. 安装SParkfun的设计规则
  3. 下载本书的案例

总结

2 快速熟悉

创建一个项目

绘制原理图

  1. 添加一个元器件
  2. 将它们连在一起

电气规则检查ERC

布板

  1. 将元器件放置在板上
  2. 调整板子的尺寸
  3. 布线

总结

3 元器件和库

美标和欧标的符号

电阻

  • 穿孔电阻
  • SMD电阻

电容

  • 穿孔电容
  • SMD电容

晶体管和二极管

  • 穿孔晶体管
  • SMD晶体管和二极管

集成电路

  • 穿孔IC
  • SMD IC

连接器

其它元器件

购买元器件

纸制PCB

总结

4 编辑原理图

原理图编辑器剖析

命令工具栏

  • 公共命令
  • 其它命令

网络标号

总线

Worked案例

  1. 启动一个原理图
  2. 添加一个元器件
  3. 添加一个供应商
  4. 添加一个网络名称
  5. 分配一个网络类别
  6. 运行ERC

总结

5 PCB布局布线

实验

层

公共工具栏

  1. 公共工具栏
  2. 其它工具栏

网格

声音表布局（穿孔）

从原理图创建一个板
决定板子的大小
调整元器件的位置和方向
添加安装孔
获得一些设计规则
运行自动布线
微调结果
运行设计规则检查
丝印层上的文字
添加文字到背面

声音表的布局（SMD）

创建一个新的原理图和板
在原理图上交换器件的parts
调整正板子的大小并规整化

手工布局

总结

6 印刷电路板加工

Gerber文件

生成Gerber文件

加载Gerber View查看生成的Gerber文件

提交Gerber文件到制板厂

遵守指令

光刻

切割

总结

7 焊接

工具

通用工具
用于表面贴装的工具

焊接穿孔电路板

SMD的手工焊接

焊接2-3个管脚的元器件
焊接IC封装

SMT的热风枪焊接

焊接2-3个管脚的元器件
焊接IC封装
处理有隐蔽连接的封装

用回流炉焊接

准备工作
上锡膏
安装器件在板子上
烘烤板子

总结

8 案例1：设计一个Arduino的扩展板

关于Arduino

Arduino外设的设计

Arduino R3外设的模版

一个四位LED的案例

原理图
PCB布局布线

加工

总结

9 案例2：一个树莓派扩展板

设计考虑

原理图

板子

电源部分的布局布线
电源和电机走线的布线考虑

总结

10 命令、脚本

11 创建库和元器件

创建一个库

从其它库中复制一个器件

元器件编辑

器件、符号和封装

编辑一个器件

创建一个新的器件

创建一个封装
创建一个符号
创建一个器件

总结

12 PCB设计要点

工作座右铭

开始前知道你要什么

实际点

要知道每层的含义

美观

规范

安装

角度

连接

改变方向

重新放置器件

收缩

设计规则检查DRC

英制还是公制

0欧姆电阻的使用

记住，不是所有的板子第一次都能工作

总结

13 设计不同形状的PCB

不是所有的板子都是长方形或正方形的

圆角
复合的形状

内部挖槽、割板

真正的双面板

拼板

总结

14 高级PCB设计技巧

地平面以外

电源平面
散热

混合网格

定制化的图案

自动元器件放置

板子还是模块？

总结

15 从供应商处获得更好

铜的厚度

板厚

板材

表面处理

板子、阻焊、丝印颜色

附加服务

总结

附录A 设计资源

官方文档

论坛

教程

获取库的渠道

众筹网站

  • Kickstarter - 号称是全球最大的众筹网站，能够帮助很多新创意迅速获得全球性的曝光，并能够通过众筹的方式测试市场的反应，因此在这个网站上的项目都具有很高的参考价值，我们不仅可以看其创意、构成，也可以看市场对每个产品创意的反响；
  • Crowdsupply - 一家新的众筹网站（成立于2012年），号称其众筹的成功率是Kickstarter和Indiegogo的两倍以上；上面的产品不是很多，但比较专业，会广受工程师的喜爱，大名鼎鼎的SiFive板子就通过这个网站进行了众筹发布；
  • Indiegogo - 比较老牌的众筹网站，创办于2008年，每个月有1500万访问用户，现在跟著名的分销商Arrow深度合作；

元器件数据手册查询

  • DataSheet5, 与非网旗下的数据手册网站，汇聚了全球3000多家半导体原厂的上亿颗元器件的技术参数和PDF数据手册
  • EasyDatasheet，矽搜网络旗下的数据手册网站，汇聚了海量的元器件技术资料和贸易商的货源信息
  • DatasheetArchive，号称全球最大的元器件免费资源网站，汇聚了5亿个器件型号、12000家半导体厂商3.5亿个元器件的技术参数和数据手册
  • AllDatasheet，比较历史悠久的数据手册网站，韩国的一家公司做的
  • Octopart, 知名PCB工具厂商Altium旗下的元器件信息查询网站

元器件库下载网站

  • UltraLibrarian, 该网站已经汇聚了400个元器件原厂的主流元器件，能够支持20多种CAD软件的格式输出，个人用户直接注册就可以查询、下载，对于企业用户每年收费500美元，也可以在Digikey官网上进行操作。
  • SnapEDA, 该网站已经汇集了2500家元器件原厂的原理图库、封装库信息，其3D模型是收费的。
  • Samacsys 英国的一家做库的网站，跟Zuken、Mentor、Findchips有合作，已经被SupplyFrame收购，SupplyFrame也已经成为西门子旗下的公司。
  • GrabCAD，非常有用的3D模型分享、下载网站。
  • 3dcontentcentral，是由网友上传分享的一个3D模型网站，质量需要注意，但可以供参考。

板卡及外设

  • Adafruit industries - 由MIT的女学生Limor Fried于2005年在其宿舍里创办的开源硬件公司，该公司设计和制造很多产品、模块、工具等，2014年的年收入已经达到3300万美元；
  • Sparkfun, 这也是一个大学生在2003年创办的开源硬件平台，现已经成为150多个员工的公司，其网上商店销售各种创客、开源硬件相关的产品、模块，帮助这些人群快速构建各种原型产品；
  • Seeed Studio - 虽然网站界面全英文，但这是一家中国公司，在深圳，做的非常好，立足深圳的加工配套优势，面向全球的市场，为国内的创业团队、创客提供全方位的服务，帮助他们将创意做成产品并推向市场；在其网站上也能看到很多流行的开发平台、配套模块等；
  • Tindie - 这也是SupplyFrame旗下的一个帮助创客制作、销售产品的C2C网站；

PCB/PCBA制造生产

  • 深圳兴森快捷，高端PCB加工及PCBA，上市公司
  • 深圳博敏电子，PCB加工及PCBA
  • 深圳嘉立创，快板加工
  • 杭州捷配，快板加工
  • 深圳捷多邦，快板加工
  • 深圳华秋电路|“原华强PCB”，快板加工
  • 深圳SeeedStudio，快板加工，主要定位海外创客市场
  • 苏州欧朗，法国在苏州投资的加工企业
  • 苏州易德龙，苏州上市企业，服务物联网领域的大企业
  • 瑞典NCAB，全球著名的PCB服务企业，自己没有加工厂，但针对海内外大客户提供高质量的加工保障

重量级厂商

传感器
  • 盛思锐，温湿度传感器很出名
  • 意法半导体，处理器很厉害，传感器也很强
  • 微芯电子，经过几轮收购MCU产品线越来越强，触摸传感器也很厉害
  • 芯科科技，技术很强的模拟器件公司，最近几年聚焦物联网应用
  • TDK/Invensense， 主要产品MPU6050
  • 意法半导体ST，在汽车、工业功率控制、电源管理、传感器解决方案和物联网(IoT)安全等领域提供了全面的半导体设计
模拟/电源厂商
模数/数模转换器件
数字逻辑/数字信号处理

控制器/处理器

连接/网络
测试测量工具
设计工具（PCB/FPGA）
元器件采购

附录B KiCad的层

布局布线编辑器中的层

原理图编辑器中的层

附录C 脚本/插件

附录D 线宽和电流的关系表