KiCAD PCB 설계 튜토리얼: 오픈소스 PCB 개발 마스터하기
KiCAD 구성 도구
KiCad는 전자 회로도와 PCB 아트워크 생성을 위한 오픈소스 소프트웨어 도구입니다. 단일 인터페이스 아래 다음과 같은 독립적인 소프트웨어 도구들이 유기적으로 통합되어 있습니다.
| 프로그램명 |
설명 |
파일 확장자 |
| KiCAD | 프로젝트 매니저 | *.pro |
| Eeschema | 회로도 에디터 (회로도 및 컴포넌트) | *.sch, *.lib, *.net |
| CvPcb | 풋프린트 선택기 | *.net |
| Pcbnew | 회로 기판 에디터 | *.kicad_pcb |
| GerbView | 거버 뷰어 | 모든 일반 거버 |
| Bitmap2Component | 비트맵 이미지를 컴포넌트/풋프린트로 변환 | *.lib, *.kicad_mod, *.kicad_wks |
| PCB Calculator | 컴포넌트, 트랙 폭, 전기적 간격, 색상 코드 등 계산기 | None |
| Pl Editor | 페이지 레이아웃 에디터 | *.kicad_wks |
KiCad는 복잡한 전자 보드의 성공적인 개발과 유지보수에 충분히 성숙했습니다. 보드 크기 제한이 없으며 최대 32개 구리층, 14개 기술 레이어, 4개 보조 레이어까지 쉽게 처리합니다. 포토플로터용 거버 파일, 드릴링 파일, 부품 위치 파일 등 PCB 제작에 필요한 모든 파일을 생성할 수 있습니다. 오픈소스(GPL 라이선스)이므로 오픈소스 하드웨어 지향 프로젝트에 이상적인 도구입니다.
전자 회로도 그리기
- 컴퓨터에서 KiCad 실행. KiCad 프로젝트 매니저 메인 창 진입. 왼쪽부터 8개 독립 도구 접근 가능: Eeschema, Schematic Library Editor, Pcbnew, PCB Footprint Editor, GerbView, Bitmap2Component, PCB Calculator, Pl Editor
- 새 프로젝트 생성: File → New Project. 프로젝트 파일명 'tutorial1' 입력. 자동으로 ".pro" 확장자 부여. 전용 디렉토리 생성 여부 묻면 Yes 클릭. 모든 프로젝트 파일이 여기에 저장됨.
- 회로도 작성 시작: 회로도 에디터 Eeschema 실행 (왼쪽 첫 번째 버튼).
- 페이지 설정: 상단 툴바의 Page Settings 아이콘 클릭. 용지 크기 A4, 제목 'Tutorial1' 입력. 추가 정보 입력 가능. OK 클릭하면 정보가 회로도 시트 우하단에 표시. 마우스 휠로 확대. File → Save Schematic Project로 전체 저장.
- 첫 부품 배치: 오른쪽 툴바의 Place Component 아이콘 클릭.
- 회로도 시트 중앙 클릭. Choose Component 창 나타남. 저항 배치 예제. 검색/필터에서 Resistor의 'R' 입력. Resistor 위의 'device'는 컴포넌트가 위치한 라이브러리명으로, 범용적이고 유용한 라이브러리.
- 더블클릭으로 선택 후 창 닫기. 원하는 위치 클릭해 부품 배치.
- 돋보기 아이콘 또는 마우스 휠로 확대/축소. 휠 버튼(중앙) 누르면 수평/수직 팬.
- 부품 R 위에 마우스 올리고 'r' 키 누르면 회전. 클릭 불필요.
- 부품 중앙 우클릭 → Edit Component → Value 선택. 또는 마우스 올리고 'v' 키. 'e' 키는 일반 Edit 창. 우클릭 메뉴에 모든 액션의 단축키 표시.
- Component value 창에서 현재 값 'R'을 '1 k'로 변경. OK.
- 다른 저항 배치: 원하는 위치 클릭. Component Selection 창 다시 나타남.
- 이전에 선택한 저항이 히스토리 목록에 'R'로 표시. OK 클릭 후 배치.
- 부품 삭제: 부품 우클릭 → Delete Component. 또는 마우스 올리고 'del' 키.
- 부품 복제: 부품 위에 마우스 올리고 'c' 키. 새 복제 부품 배치할 위치 클릭.
- 두 번째 저항 우클릭 → Drag Component 선택. 재배치 후 좌클릭으로 드롭.
- 그리드 크기 변경: 회로도 시트에서 부품이 큰 피치 그리드에 스냅됨. 우클릭 → Grid select로 그리드 크기 변경. 일반적으로 회로도 시트엔 50.0 mils 그리드 권장.
- 기본 프로젝트에 구성되지 않은 라이브러리에서 부품 추가: 메뉴 Preferences → Component Libraries → Component library files의 Add 버튼 클릭. 이후 전원/그라운드 심볼 배치, 핀 추가, 라벨을 사용한 연결 등 위와 유사한 단계로 회로도 완성.
- 회로도 오류 검사 (ERC): 상단 툴바의 'Perform electrical rules check' 아이콘 클릭. Run 버튼 클릭. 연결되지 않은 와이어 등 오류/경고 리포트 생성. 0 Errors, 0 Warnings여야 함. 오류/경고 시 해당 위치에 녹색 화살표 표시. 'Create ERC file report' 체크 후 Run 다시 눌러 상세 정보 확인.
- BOM(Bill Of Materials) 생성: Eeschema에서 상단 툴바의 'Bill of materials' 아이콘 클릭. 기본적으로 활성 플러그인 없음. Add Plugin 버튼으로 *.xsl 파일 추가 (예: bom2csv.xsl). Generate 클릭. 프로젝트 폴더에 동일 이름의 *.csv 파일 생성. LibreOffice Calc나 Excel로 열기. 임포트 창에서 OK.
PCB 레이아웃
- KiCad 프로젝트 매니저에서 Pcbnew 아이콘 클릭. Pcbnew 창 열림. *.kicad_pcb 파일 없음 에러 시 Yes 클릭해 생성.
- 페이지 설정: 상단 툴바 Page settings 아이콘 클릭. 용지 A4, 제목 Tutorial1.
- 설계 규칙 설정: PCB 제조사 요구사항에 맞춰 클리어런스와 최소 트랙 폭 설정. 일반적으로 클리어런스 0.25mm, 최소 트랙 폭 0.25mm. Design Rules → Design Rules 메뉴. Net Classes Editor 탭에서 Clearance 0.25, Track Width 0.25 설정 (단위: mm).
- Global Design Rules 탭에서 Min track width 0.25 설정. OK로 변경사항 확정 후 창 닫기.
- 넷리스트 임포트: 상단 툴바 'Read Netlist' 아이콘 클릭. 'Browse Netlist Files' 버튼으로 tutorial.net 선택 후 'Read Current Netlist' 클릭. Close 버튼.
- 모든 부품이 랫츠네스트(얇은 와이어 그룹)로 연결됨. 'Hide board ratsnest' 버튼이 눌려 있는지 확인하여 랫츠네스트 표시.
- 부품 이동: 부품 위에 마우스 올리고 'g' 키. 원하는 위치 클릭. 모든 부품을 움직여 와이어 교차 최소화. 이상적인 PCB 레이아웃이 될 때까지 수정.
거버 파일 생성
맞춤 회로 설계 완료 후 각 레이어별 거버 파일을 생성해 제조사에 전송합니다.
- KiCad에서 Pcbnew 실행 후 보드 파일 로드 (폴더 아이콘 클릭).
- File → Plot. Plot Format에서 'Gerber' 선택, 거버 파일 저장할 폴더 지정. Plot 버튼 클릭.
본 글에서 다룬 작업은 KiCad 전체 기능의 일부입니다. 더 자세한 내용은 실습을 통해 익히시기 바랍니다.
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