Project 01 First LED

Learning-KiCad-Projects

你好！我是 柯宇鴻，這是用來記錄我從零開始學習 KiCad PCB 設計的 GitHub 倉庫。 我希望藉由實作不同的專案，掌握電路圖設計與 PCB 佈線的技能，為未來的專案打下基礎。

🎯 KiCad 硬體開發標準 SOP 學習目標✅

為了掌握系統化的硬體電路設計流程，我將依據標準 SOP 逐步完成以下階段的學習與實作：

1. 原理圖設計 (Schematic Capture)

• ✅ 掌握元件庫搜尋與基本元件放置（R, C, IC, Connector）

  實作筆記：

  1. 按下快捷鍵'A'可以搜尋並新增符號
  2. 將滑鼠移到元件上，按'R'可以旋轉方向、按'M'可以移動。
  3. 按下快捷鍵'W'可以畫綠色的導線(其實也可以不用按)連接元件接腳，按'Esc'退出。

• ✅ 理解並正確放置「電源標籤」(Power Flag) 解決電源供應端判定問題

  實作筆記：

  1. ★★★ 雖然在電路圖中放了'+5' 和 'GND'，但 KiCad 預設不知道電源是從哪裡「輸入」的，因此直接執行 ERC 會報錯。
  2. ★★★ 解決方法：按 'A' 搜尋 'PWR_FLAG'（電源標籤）並放置兩個。
  3. 將其中一個接在 '+5V'和'GND'線路上，藉此告訴系統這兩條是電源源頭。

• ✅ 執行原理圖「電氣規則檢查」(ERC) 並修正所有 Errors 與 Warnings

  實作筆記：

  1. 點選上方工具列的圖示(ERC)開啟檢查視窗。
  2. 點擊「執行 ERC」，只要「違規」頁籤顯示為 (0) 即代表完全通過。

2. 元件庫管理與自建元件 (Library Management)

• ✅ 學會閱讀晶片數據手冊 (Datasheet)，理解引腳定義與電氣屬性

  實作筆記：

  1. 畫晶片的第一步絕對是查 Datasheet 確認引腳功能(例如 NE555 讓 LED 閃爍的電路中，Pin 1 是 GND、Pin 8 是 VCC、Pin 3 是 OUT)。
  2. ★★★ 註：如果要參考 Datasheet 的詳細設計與封裝規範，請以 HackMD 講義 網站裡的標準為主。

• ✅ 實作「自建電路圖符號」(Custom Symbol)，手動繪製晶片符號並設定 Pin Type (Input/Output/Power)

  實作筆記：

  1. 建立新圖庫並在「管理符號庫」掛載時，路徑一定要選 ${KIPRJMOD} 開頭的「相對路徑」！
  2. ★★★ 如果留著 C:\... 開頭的絕對路徑，換台電腦或上傳 GitHub 後，系統會去別人的 C 槽找檔案，絕對會大翻車「查無此零件」，而且系統也會查不到。
  3. ★★★在畫晶片接腳(按 'P')時，端點小圓圈要朝外(那是用來接線的)。
  4. 「電氣類型」一定要照 Datasheet 乖乖選（例如 VCC 和 GND 要選 Power Input）。亂選的話，畫完電路圖按 ERC 會被錯誤訊息淹沒。

• ✅ 實作「自建封裝」(Custom Footprint)，根據 Datasheet 尺寸精密計算焊盤 (Pad) 大小、間距 (Pitch) 與邊界線 (Courtyard)

  實作筆記：

  1. 建立封裝庫一樣要選 '專案(Project)' 層級，確保上傳 GitHub 後路徑不會出錯。
  2. ★★★ 尺寸計算與格點設定：DIP-8 封裝的引腳間距 (Pitch) 是 2.54mm (100 mil)，左右排間距是 7.62mm (300 mil)。可以直接把上方選單的格點改為 '2.5400 mm (100.00 mils)'。這樣放置下一個焊盤時，只要相差一格，距離就絕對精準！
  3. ★★★ 焊盤(Pad)擺放與編號規則：點選右側的黃色圓圈圖示(加入焊盤)開始打洞
  4. ★★★ 第一腳防呆設定：滑鼠指著 Pin 1 按鍵盤'E'編輯，將形狀改成'矩形' (其餘 2-8 腳保持圓形)。並在 'F.Silkscreen'(絲印層)用圓形工具畫個小圓點在 Pin 1 旁邊。
  5. 外框與邊界設計：在 'F.Silkscreen' 用矩形工具畫個框包住 8 個腳；接著★★★ 絕對不能忘記切換到 'F.Courtyard'(邊界線)再畫一個更大的隱形外框！這是零件的防撞結界，沒畫的話 DRC 無法進行碰撞檢查，到時候跟其他零件擠在一起工廠會拒絕生產。

3. 電路板佈線 (PCB Layout)

• ✅ 將原理圖設計正確導入 PCB 編輯器中

  實作筆記：

  1. 在原理圖中按下快捷鍵 'F8' 就可以把零件實體化傳送到 PCB 世界。
  2. 剛傳過去時零件會黏在滑鼠上，在畫面點一下左鍵就可以把它們放出來。

• ✅ 在 Edge.Cuts 層定義精確的電路板尺寸與板框

  實作筆記：

  1. ★★★ 畫板框前，右邊圖層一定要切換到 'Edge.Cuts' 層（通常是黃色的）。如果用別層畫，工廠會不知道從哪裡切板子！
  2. 選好圖層後，使用右側的「繪製矩形」工具在零件周圍畫一個框，這就是板子的邊界(點兩下可以修改長寬)。

• ✅ 設定符合生產工廠規範的「設計規則」(Constraints / Design Rules)

  實作筆記：

  1. 預設的 '0.2mm' 線寬太細了，工廠做出來可能會斷掉。
  2. ★★★ 解決方法：在左上角線寬選單點選「編輯預定義尺寸」，新增一個 '0.4mm' 尺寸並選用它。

• ✅ 執行「設計規則檢查」(DRC) 確保板子無任何短路、斷路或間距衝突

  實作筆記：

  1. 按下快捷鍵'X'可以開始拉線(F.Cu紅色的那一層)。
  2. ★★★ 把所有白色的飛線都拉成紅色的實體導線後，點擊上方圖示(ERC)執行檢查。

• ✅ 實作去耦電容 (Decoupling Capacitor)「盡量靠近晶片電源腳」的佈局規範

  實作筆記：

  1. ★★★ 去耦/濾波電容(如 C2)一定要貼死在晶片對應的引腳旁邊(Pin 5)！
  2. 這是因為高頻雜訊很敏感，只要導線拉長一點點，電容直接當場廢掉。
  3. 佈線時，所有的 GND 飛線通通不准用手拉。
  4. ★★★ 預留秘密武器：下一動要用「大面積鋪銅」，讓所有的 GND 自動接通。

• ✅ 執行「設計規則檢查」(DRC) 確保板子無任何短路、斷路或間距衝突

  實作筆記：

  1. 按下快捷鍵'X'可以開始拉線(F.Cu紅色的那一層)。
  2. ★★★ 把所有白色的飛線都拉成紅色的實體導線後，點擊上方圖示(ERC)執行檢查。
  3. 舖完銅之後，點擊上方圖示(DRC)執行檢查，只要違規與未連線項目都顯示為 (0) 就算完美通關！

• ✅ 透過 3D 檢視器(3D Viewer)進行機構防撞與高度驗證，並導出高解析度 3D 渲染圖

  實作筆記：

  1. 按下快捷鍵 'Alt+3' 可以開啟 3D 查看器。
  2. ★★★ 機構驗證重點：不只是好看，更重要的是在送去工廠前，確認電感、電容、排針實體高度會不會跟板框或外殼卡到（進行機構干涉檢查）。

• 如果有更新原圖，可以按圖是(更新PCB進行放置新元件)

↑第一個作品↑

4. 生產製造輸出 (Manufacturing & DFM)

• ✅ 導出符合工廠打樣標準的 Gerber 光繪檔與鑽孔檔 (Drill files)

  實作筆記：

  1. ★★★ 導出路徑建議：不要直接丟在專案根目錄，新建一個叫 'Gerber' 的資料夾來放，不然上百個製造檔會把 GitHub 塞爆。
  2. 在 PCB 編輯器點選「檔案」->「製造輸出」->「Gerber」，勾選必備圖層 (F.Cu、B.Cu、F.Silkscreen、B.Silkscreen、F.Mask、B.Mask、Edge.Cuts)。
  3. 點選「繪製(Plot)」生成光繪檔；接著點選「產生鑽孔檔」生成孔位數據，缺一不可！

• ✅ 使用 Gerber 查看器 (Gerber Viewer) 進行出廠前自主檢查

  實作筆記：

  1. 這是 DFM(可製造性設計)的精髓。在送交工廠前，必須用 KiCad 主畫面的 'Gerber 查看器' 開啟剛導出的所有檔案。
  2. ★★★ 自檢重點：確認文字(Silkscreen)有沒有疊在焊盤上、孔位(Drill)有沒有偏心、板框(Edge.Cuts)是不是閉合的。

• ✅ 輸出完整的物料清單 (BOM 表)

  實作筆記：

  1. BOM 表就是零件採購清單。
  2. 在原理圖編輯器點選「工具」->「產生 BOM」，導出一個 CSV 格式的檔案。
  3. ★★★ 採購核對重點：確認元件的阻值、容值、封裝規格(如 DIP-8)都有寫清楚，到時候去電子材料行買零件才不會買錯。