Si alguna vez has desmontado algún equipo electrónico, debes haber visto en su interior una tarjeta que soporta una gran cantidad de componentes. Se trata de una tarjeta de circuito impreso, PCB (por sus siglas en inglés, Printed Circuit Board).
Da curiosidad entender, ¿cómo se diseña esa cantidad de líneas en una PCB?
Pues, hoy haremos una introducción a KiCad, un poderoso software libre que nos permite realizar esquemáticos y PCBs de manera sencilla, además exportarlos en formato PDF o Gerber para construir el PCB nosotros mismos o enviarlos a una empresa especializada.
Aunque para llegar a un alto dominio de KiCad se necesita bastante tiempo de práctica, vamos a estudiar sus principales características para que puedas iniciarte en el diseño de circuitos impresos y fabricar tu primera PCB.
Toma asiento y acompáñame con tu lectura a conocer este interesante software.
Indice de contenidos
¿Qué es KiCad?
KiCad es un paquete de software creado por Jean-Pierre Charras en 1992 mientras trabajaba en el Instituto Universitario de Tecnología (IUT) en Grenoble, Francia.
Este es un software gratuito creado especialmente para diseño electrónico automatizado, EDA (del inglés, Electronic Design Automation) o diseño asistido por ordenador, CAD (por sus siglas en inglés, Computer-Aided Design). En su entorno integrado podemos realizar, entre otras cosas, captura esquemática y diseño de PCB.
Aunque existen gran cantidad de software para diseño de PCB, tales como: Orcad, Altium, MultiSim, DipTrace, Free PCB, CircuitMaker, entre muchos otros, cada uno de ellos con sus ventajas y desventajas, hemos escogido a KiCad por ser uno de los más completos y utilizados para el diseño de PCB profesionales, es un software totalmente gratuito y de código abierto (open source), además su curva de aprendizaje es relativamente sencilla, como si fuera poco puedes realizar PCB de hasta 32 capas.
Aunque nuestros prototipos de circuitos electrónicos podemos realizarlos en protoboards, o en tarjetas perforadas, hacerlo en PCB tiene muchas ventajas. Veamos algunas.
- Facilidad en el montaje de los componentes.
- Interconexión eléctrica segura.
- Ahorro de espacio.
- No es fácil que se produzca rotura de pistas o cortocircuitos.
- Facilidad para producción en masa.
- Comodidad para identificar los componentes de un circuito.
- Facilita la revisión de equipos electrónicos para su reparación o mantenimiento.
Podemos seguir con la lista, pero con esas características es suficiente.
Ahora bien, como nada es perfecto, el diseño y fabricación de los PCB tiene algo de dificultad; sin embargo, aquí es donde entra KiCad para facilitarnos el diseño del PCB donde afortunadamente existen muchas empresas especializadas que pueden hacer la tarjeta física a un precio favorable.
Trata de hacer todos los pasos indicados en este artículo para que obtengas el máximo provecho del mismo. Lo primero será descargar KiCad para instalarlo en nuestro ordenador.
Descargar e instalar KiCad
Para esto vamos a su sitio web kicad.org y entramos en la sección de descarga (Download).
Al ser multiplataforma nos permite seleccionar nuestro sistema operativo, en mi caso es Windows y 64 bits.
Al momento de escribir este artículo la versión de KiCad es 6.0.10.
Escoges el servidor de descarga, en mi caso al estar en Latinoamérica puedo escoger entre GitHub y OSDN, selecciono este último, que es un entorno de desarrollo colaborativo para proyectos de software de código abierto; de su repositorio descargamos KiCad.
Al ser el archivo de un tamaño superior a 1GB el tiempo necesario para la descarga dependerá de tu PC y la velocidad de tu servicio de Internet, la instalación es un poco demorada.
Ejecutamos como administrador el archivo ejecutable descargado.
El asistente de instalación de KiCad nos irá orientando paso a paso, solo damos clic en siguiente las veces que sea necesario. Elegimos el directorio de destino para KiCad y empezará la instalación.
Antes de terminar, el asistente de instalación nos indica que si deseamos crear o editar modelos en tercera dimensión (3D), debemos instalar FreeCAD. Si es así, marcamos la casilla de verificación, aunque no es necesaria su instalación para hacer el diseño de PCB en KiCad.
¿Cómo usar KiCad?
Ya hicimos la instalación de KiCad, ahora vamos a abrir el programa. Al ejecutarlo verás una interfaz como la mostrada en la imagen inferior. En ella encontramos el explorador de documentos y proyectos con su barra de herramientas.
Como no hemos creado ningún proyecto, el explorador de documentos y proyectos estará vacío.
Una de las características principales de KiCad son los atajos de teclado. Si acercas el puntero del ratón a un icono, mostrará el atajo de teclado para acceder a esa aplicación.
El flujo básico o pasos para realizar el diseño de una PCB en KiCad son tres.
- Realizar el diagrama esquemático
- Trazar el PCB
- Creación de los archivos Drill y Gerber
Vamos a iniciar el diseño de nuestro proyecto.
Configuración de tu primer proyecto KiCad
Vamos a crear nuestro primer proyecto en KiCad. Pero primero necesitamos saber a qué circuito electrónico vamos a diseñarle el PCB. Usaremos para tal fin una fuente de alimentación AC/DC como la que aparece en el diagrama inferior.
Es una fuente de alimentación lineal no regulada.
La lista de componentes es la siguiente.
- Transformador reductor de 120/12 V AC
- Cuatro diodos rectificadores 1N4004
- Un condensador de 2200 µF a 50 V
- Una resistencia de 470 Ω 1/2 Watt
- Un diodo LED de 5 mm de color rojo
- Dos conectores para circuito impreso
Luego de saber qué diagrama esquemático vamos a utilizar, vamos a crear nuestro proyecto. La ruta es Archivo/Nuevo proyecto o el atajo de teclado (Ctrl+N).
Ubicamos en dónde queremos guardar nuestro proyecto, yo lo haré en Documentos. Creamos una nueva carpeta para nuestras prácticas de KiCad, guardamos en ella nuestro primer proyecto asignándole un nombre al archivo.
Puedes observar que como ya creamos un proyecto, el explorador de documentos ya no está vacío, ahora muestra un archivo con extensión pcb (archivo para la tarjeta de circuito impreso) y otro con extensión sch (archivo para el diagrama esquemático).
Vamos a entrar en el Editor de esquemas. Es probable que al dar clic en su icono al ser nuestro primer proyecto salga el siguiente mensaje.
Hacemos clic en aceptar y mostrará la interfaz del Editor de esquemas.
Este es el primero de los tres pasos necesarios para terminar nuestro proyecto, crear el esquemático en KiCad.
En esta ventana vamos a crear y editar nuestro diagrama esquemático.
Notamos que hay cinco barras de herramientas. Una al lado izquierdo, otra al lado derecho, dos en la parte superior y una en la parte inferior.
Vamos a describir las funcionalidades más importantes a medida que las necesitemos en nuestro proyecto.
Inicialmente vamos a personalizar nuestra hoja de trabajo, es decir vamos a colocar las propiedades.
Para esto seleccionamos el icono Ajustes del tamaño de papel e información del bloque de título.
Y se abrirá el siguiente cuadro.
Aquí podemos escoger el tamaño de papel para imprimir, A4 en nuestro ejemplo y configuramos lo demás a nuestro gusto. La fecha de emisión aparecerá automáticamente si damos clic en el botón <<<.
Así quedará la información en la hoja de trabajo.
Puedes acercar o alejar la hoja con la rueda de desplazamiento (scroll wheel) del ratón, o con las teclas F1 y F2 del teclado.
Para desplazarte por la hoja en sentido horizontal, Ctrl+Rueda de desplazamiento del ratón y si deseas desplazarte en sentido vertical, Ctrl+Shift+Rueda de desplazamiento del ratón.
Lo anterior es el equivalente a desplazarte con las barras de desplazamiento horizontal y vertical para ubicarte en el lugar que necesites en la hoja.
Para volver a la zona de trabajo en tamaño normal y centrada, presionamos la tecla Inicio del teclado o el símbolo de lupa Zoom a hoja (Home), en la barra de herramientas superior.
En KiCad podemos hacer el uso de atajos de teclado para muchas de las herramientas importantes; tienes una lista de los mismos a disposición en la herramienta Ayuda/Listar atajos de teclado (Ctrl+F1).
Biblioteca de componentes, símbolos y huellas
Antes de realizar nuestro esquemático en KiCad veamos en dónde podemos editar los símbolos y las huellas en KiCad.
Los componentes que necesitemos para nuestros proyectos los encontraremos en la biblioteca o librería de componentes. Damos clic en Explorar librería de símbolos.
Se abrirá una ventana que nos muestra todos los componentes incluidos en las librerías de KiCad.
Observemos ahora la ubicación de la biblioteca de huellas.
Una huella (footprint) en KiCad es la representación gráfica de un componente, es el patrón que nos muestras sus puntos de contacto en la PCB, su disposición y el tamaño de los mismos. Necesitamos conocer la huella del componente para determinar algunos parámetros tales como cuántos pines tiene, cuál es la separación entre los mismos, si están dispuestos en línea, si es de montaje superficial o no, entre otros.
Damos clic en la herramienta Crear, eliminar y editar huellas.
Se abrirá una ventana que nos muestra todas las huellas de los componentes en KiCad.
Es posible crear nuevos componentes y huellas si al realizar un proyecto no los encontramos en las bibliotecas correspondientes.
Agregar un componente al esquema de KiCad
Antes de agregar los componentes para realizar el esquema en KiCad con la herramienta Añadir imagen de mapa de bits podemos importar el diagrama esquemático que nos va a servir de referencia.
En la ventana emergente buscamos la ruta hasta encontrar la imagen que nos servirá de referencia y con el botón Abrir la subimos al Editor de esquemas. Podemos darle el tamaño que consideremos adecuado y colocarla en un lugar que no moleste y nos permita ubicar los componentes del esquemático.
Cuando no necesitemos más el esquemático auxiliar lo podemos suprimir.
Importante: no olvides ir guardando los cambios realizados en tu proyecto de KiCad dando clic en el icono del disquete o con el atajo de teclado Ctrl+s.
Vamos a hacer algunas modificaciones en el esquemático de referencia.
La primera modificación es que no colocaremos una huella para el transformador, ya que es un componente pesado y voluminoso e irá fuera de la PCB.
Otra modificación es que necesitamos un conector de dos terminales para ingresar la tensión AC del secundario del transformador y otro de las mismas características para obtener la tensión DC de salida de la fuente.
Ahora bien, es necesario que tengamos los componentes físicos que vamos a utilizar en nuestra PCB para colocar la huella correcta. La idea es que cada uno de los componentes encaje perfectamente en la PCB.
Puede ser complejo tratar de encontrar un componente en la gran cantidad de opciones que ofrece en sus librerías KiCad, una solución puede ser buscar en Internet el nombre técnico del conector que deseamos o buscar su hoja de datos técnicos (datasheet).
En mi caso, tengo dos borneras atornillables para circuito impreso como la que aparece en la imagen inferior.
Para añadir un componente damos clic en la herramienta Añadir un símbolo (A), y buscamos el componente.
Es probable que la primera vez que trates de agregar un componente aparezca el siguiente cuadro.
Le das clic en Aceptar.
En la ventana emergente escribimos la palabra connector. Solo con escribir las primeras letras nos ofrece las alternativas para seleccionar el componente.
Vamos a elegir un conector hembra (female) de dos terminales y clic en aceptar.
Colocamos el conector en el lado izquierdo de la hoja de esquemas.
Importante: cuando deseemos realizar alguna acción de edición con uno de los elementos o componentes debemos dar clic en la herramienta Seleccionar elemento (S) o también pulsar escape (Esc). Luego seleccionaremos el elemento deseado colocando el puntero sobre él y damos clic.
Con el componente seleccionado y con clic derecho podemos acceder a todas las herramientas de edición como mover, cortar, copiar, arrastrar, entre otras.
Otra forma de seleccionar un elemento es colocar el puntero a un lado y con clic izquierdo sostenido arrastrar el ratón sobre el componente hasta que se resalte en un cuadro de color rosa, entonces soltamos el botón y el componente estará seleccionado.
También podemos girar los componentes con la letra R del teclado o con las letras X e Y reflejamos los terminales del componente en esos ejes.
Reflejamos (para que no se invierta el orden de los terminales) el conector en el eje X, ya que será la entrada de alimentación AC.
Ahora necesitamos otro conector para la salida de nuestra fuente de alimentación, pero con orientación contraria en el eje X.
Podemos añadir un símbolo nuevamente o seleccionar el conector que ya tenemos. Luego, con el botón derecho del ratón copiamos y pegamos. También se puede usar el atajo de teclado Ctrl+D para duplicar componentes.
Modificar valores, símbolos y referencias
Ahora podemos darles un nombre apropiado o identificador a nuestros conectores según el proyecto.
Para esto seleccionamos el elemento a modificar su referencia y valor. Por ejemplo, el conector J? damos doble clic izquierdo sobre él o clic derecho y en Propiedades (E) editamos la referencia y aceptamos. Podemos cambiar el valor en Propiedades del elemento de texto e identificar el conector de entrada y de salida, colocar el texto en Negrita, en Cursiva o hacerlo no visible, si no queremos que aparezca. Arrastramos los textos con el ratón a la posición deseada.
Así pueden quedar nuestros conectores luego de cambiar la referencia y el valor.
La referencia la podemos cambiar cada vez que agreguemos un nuevo componente o esperar y hacerlo en forma automática al terminar el esquema.
Para eso, al terminar completamente nuestro esquemático usaremos la herramienta Rellenar los indicadores de referencia de los símbolos de esquema.
En la ventana emergente damos clic en Anotar y Cerrar. Automáticamente, se da nombre a todos los componentes.
Con la herramienta Añadir texto (T) podemos colocar anotaciones a la polaridad del conector J2 y darle un tamaño adecuado.
En texto colocamos el símbolo de más (+) y un tamaño de texto de 3 mm y Aceptar, lo mismo con él menos (-).
Agregar pistas a KiCad
Ahora necesitamos unir los símbolos de los componentes con líneas que representan conductores eléctricos o pistas. Probaremos uniendo el pin 1 de J1 con el pin 2 de J2, solo para realizar la prueba, con la herramienta Añadir un cable (W).
Llevamos el cursor hasta el terminal 1 del conector J1, damos clic izquierdo y llevamos el ratón hasta donde queremos trazar el cable (no es necesario dejar presionado el botón izquierdo). Si es necesario realizar cambios en la trayectoria de la línea damos clic con el botón izquierdo (en el primer cambio de dirección esto no es obligatorio) y llevamos el ratón hasta llegar al terminal 2 del conector J2, allí haremos nuevamente clic con el botón izquierdo para «pegar» el cable.
Así puede quedar nuestra conexión.
Pensarás que he dado una vuelta innecesaria y tienes razón, pero lo hago para mostrarte algo importante. El cable ha pasado por encima de él mismo cruzándolo sin producir unión o contacto eléctrico; cuando necesitemos un contacto entre cables lo haremos con la herramienta Añadir una unión (J) y llevando el puntero hasta el punto donde se necesite la unión lo colocamos presionando el botón izquierdo del ratón. Así quedaría realizando la unión de los conductores.
Pero recuerda que era solo un ejemplo para aprender la conexión de los símbolos y debemos borrar la unión y el cable. Podemos hacerlo dando clic en el icono de Seleccionar elemento, dando clic izquierdo sobre el elemento o cable que deseamos eliminar y presionando la tecla suprimir o con la herramienta Deshacer la última edición (Ctrl+Z).
A la derecha de la herramienta Deshacer la última edición se encuentra la función contraria que nos vuelve a Rehacer la última edición (Ctrl+Y).
Si deseas mover un componente lo seleccionas y presionas la letra M, con el ratón lo llevas donde lo necesites. Ahora si deseas arrastrar el componente con las conexiones que ya tenga hechas, lo puedes hacer presionando la letra G y mueves el ratón.
Ahora te toca a ti practicar lo aprendido con el resto del esquema eléctrico, puedes colocar los componentes como desees, según consideres conveniente.
Seguro que tu esquema queda mejor que el mío, pero recuerda que ambos deben corresponder al esquemático original.
Podemos colocar etiquetas a nuestro esquema, vamos a hacerlo con el negativo o GND.
Inicialmente borramos todos los componentes unidos a GND y seleccionamos la herramienta Seleccionar un puerto de alimentación (P).
Escribimos GND y aceptamos.
Colocamos las etiquetas y las unimos a los componentes en donde corresponda.
Así quedará nuestro esquemático hecho en KiCad.
Verificar reglas eléctricas
Es hora de verificar si tenemos algunos errores en el esquemático. Para esto utilizamos la herramienta: Realiza un control de las reglas eléctricas.
Aquí se revisan algunas características tales como las conexiones de nuestro esquemático, si falta darle nombre a algún componente, si dos componentes tienen la misma numeración, si hay algún pin de un componente sin conectar entre otros. Pero esto no significa que nuestro circuito electrónico vaya o no a funcionar, solo nos indica si estamos infringiendo alguna regla básica en el diseño del esquemático.
En este caso, cuando damos clic en Ejecutar ERC nos dice que hay un error: símbolo#PWR0101 [GND] Pin1 [GND, Entrada de alimentación, Línea].
Aunque no está escrito en chino, así parece ya que no brinda mayor información. De vez en cuando aparecerán errores y debemos tratar de resolverlos o buscar en Internet alguna solución. También podemos pasarlos por alto si verificamos que no incidirá en el diseño del PCB.
En este caso KiCad nos solicita colocar una bandera de alimentación a GND. En la barra de herramientas seleccionamos Añadir un puerto de alimentación (P), en la ventana emergente colocamos Power flag y Aceptar.
Colocaremos la bandera de alimentación en un símbolo de GND y hacemos de nuevo un control de reglas eléctricas. Verificamos que ya no hay errores. Así queda el diagrama esquemático en KiCad.
Ya podemos eliminar el esquemático que importamos para que nos sirviera de referencia.
Agregar huellas a los componentes
Ha llegado el momento de indicarle a KiCad las características particulares de nuestros componentes. Por ejemplo, el tamaño no es el mismo si tenemos una resistencia de 470 Ω a 1/2 W o a 2 W, o la separación de los terminales no es la misma si un condensador es axial o radial.
Para esto vamos a colocar huella a cada componente. Seleccionamos la herramienta Ejecutar la herramienta de asignación de huellas.
En la ventana emergente observamos tres columnas, al lado izquierdo las librerías de huellas, en la del medio están los componentes de nuestro diagrama esquemático y a la derecha las huellas filtradas.
Algo interesante es que si seleccionamos un componente de la columna central Símbolo: asignación de huellas, por ejemplo, el diodo 4 en el esquemático se resaltará en color lila.
En este punto necesitamos un poco de paciencia debido a la gran cantidad de componentes y huellas que existen. Debemos escoger exactamente cada componente que vamos a utilizar para así seleccionar la huella correcta y que los taladros para ese componente en la PCB queden con la separación de terminales exacta.
Empecemos con el conector de entrada (J1) y de salida (J2), que en nuestro caso son iguales.
En la columna del lado izquierdo buscamos la librería correspondiente a los conectores. Escojamos una, por ejemplo, Connector_PinHeader_1.00 mm y en la columna del lado derecho escogemos la huella filtrada #4, que nos indica que es de dos pines y vertical. Para hacernos una idea de su forma física hacemos clic en la herramienta Mostrar la huella seleccionada el visor de huellas.
En la ventana emergente podemos ver la huella del componente seleccionado. Si no estamos seguros todavía que es la deseada, seleccionamos la herramienta Mostrar ventana de visor 3D (Alt+3) y se mostrará el diseño en 3D del componente seleccionado.
Realmente, no es el componente que corresponde a los conectores que tenemos para nuestra fuente de alimentación.
Mientras adquirimos experiencia con KiCad repetimos el procedimiento con cada uno de los componentes del esquemático.
Después de buscar un rato lo encontramos en la librería de huellas TerminalBlock_Phoenix y en la huella filtrada 1. Al observar su imagen en 3D vemos que corresponde al tipo de conectores que tenemos disponible.
Si no aparece ninguna huella filtrada verifica que no estén seleccionados (de color azul) los tres Filtros de huellas. Si es así, da clic sobre ellos y puedes ir quitando filtros para que aparezcan las huellas. Puede ser conveniente habilitar solo la opción Filtrar por librería.
Es muy importante verificar el tamaño de nuestro componente y la distancia de separación entre sus pines o cualquier medida en la huella que consideremos necesaria. Por ejemplo, para ver la distancia en diagonal en la base del componente, colocamos el cursor en una esquina y presionamos la barra espaciadora, en la parte inferior la medida se coloca en 0,0 mm.
Movemos el ratón hasta el extremo diagonal y leemos la medida en distancia, en este caso 14,36 mm.
Vamos a asignar esa huella a nuestros conectores J1 y J2.
Damos doble clic izquierdo en la huella filtrada 1, que sabemos corresponde a nuestro terminal y se aplicará como huella al símbolo 7 que corresponde a J1, hacemos lo mismo con J2, ya que son iguales.
Si aparecen huellas predefinidas, verificamos si son las que necesitamos.
Asignamos huellas a cada uno de los componentes del esquemático.
Ten en cuenta que hay componentes de tecnología de orificio pasante, THT (Through Hole Technology), que son los componentes tradicionales que atraviesan la tarjeta y se sueldan por el otro lado, y los dispositivos de montaje superficial, SMD (Surface-Mount-Device), que son aquellos que no atraviesan la tarjeta y se sueldan por el mismo lado del componente.
La herramienta de Asignar huellas posee filtros que nos ayudan a facilitar la búsqueda de la huella deseada. Por ejemplo, buscando la huella para el diodo LED sin usar ningún Filtro de huella, en la columna de la derecha se ofrecen 12504 resultados posibles, ya que no solo se muestran las huellas de los LED.
Colocando los tres filtros y además en el cuadro un valor de 5mm, las opciones mostradas se reducen a 45.
Así ha quedado la asignación de huellas. KiCad pedirá guardar los cambios que hemos realizado en la asignación de huellas, confirmamos los cambios.
Al fin estamos listos para diseñar nuestra PCB, este es el segundo paso en nuestro diseño.
¿Cómo diseñar una PCB en KiCad?
Inicialmente vamos a dar clic izquierdo en la herramienta Abrir la placa en el editor de placas.
Se abrirá el Editor de placas para nuestro proyecto Fuente de Alimentación en KiCad. Ahora debemos traer el esquema que ya habíamos hecho. Para eso seleccionamos la herramienta Actualizar placa con los cambios realizados en el esquema (F8).
En una ventana emergente nos pedirá actualizar la placa desde el esquema, actualizamos placa y cerramos la ventana.
Con ayuda del ratón ubicamos nuestras huellas en la hoja de trabajo.
Distribuir los componentes
Distribuimos los componentes como creamos sea la mejor ubicación de los mismos. Para ello seleccionamos el componente a mover con clic izquierdo sobre él y luego lo arrastramos con el ratón. El componente que esté seleccionado aparece de un color amarillo un poco más tenue.
Ubicaremos todos los componentes tratando en lo posible de que las líneas no queden cruzadas unas con otras, podemos rotar los componentes si es necesario.
En mi caso, veo que hay solo dos líneas que se cruzan y no deben hacerlo, pero nuestro esquemático es sencillo y no tendremos dificultad de llevar las pistas por otro camino para evitar su contacto.
Dibujar el contorno de tu PCB
Vamos a delinear el contorno de nuestra PCB, para ello en Apariencia/Capas, seleccionamos la herramienta Cortes de borde (Edge.Cuts).
Si deseamos una PCB cuadrada, seleccionamos el cuadrado y empezaremos a dibujar líneas que bordeen a nuestros componentes hasta completar el cuadrado.
Podemos seleccionar la herramienta Añadir una dimensión linear alineada (Ctrl+Shift+H) y colocar unas reglas que nos permiten conocer las dimensiones de nuestra PCB. Si es necesario, podemos cambiar las dimensiones de la tarjeta más adelante.
Es conveniente agregar unas perforaciones en cada uno de los extremos de la PCB para sujetarla con tornillos al chasis en donde la vamos a instalar. Para esto seleccionamos la herramienta Añadir una huella (A), esperamos que cargue la librería de huellas y en el cuadro emergente y para facilitar la búsqueda escribimos Hole (agujero), seleccionamos uno de ellos y aceptamos.
Colocamos el agujero, lo copiamos y pegamos en las otras esquinas hasta tener las marcas para las cuatro perforaciones.
Dibujar las pistas
Vamos a dibujar cada una de las pistas de nuestra PCB.
Como todos nuestros componentes atraviesan el PCB, usaremos una PCB de una capa, seleccionamos en Apariencia B.Cu (cobre posterior) señalada por la línea verde en la imagen inferior. Luego para trazar las pistas seleccionamos la herramienta Enrutar pistas (X), encerrada en un círculo.
Pero al trazar nuestras primeras pistas observamos que son demasiado delgadas, como muestra la flecha amarilla. Debemos definirlas un poco más gruesas ya que nuestro circuito es una fuente de alimentación.
Seleccionamos la herramienta Editar la configuración de la placa.
Se abrirá una ventana emergente donde seleccionaremos la herramienta Clases de red. Allí vemos un Ancho de pista predefinida a 0.25 mm, adecuada para unos 0.5 amperios, cambiamos a 1.00 mm ya que nuestra fuente de alimentación no supera los 3 amperios y aceptamos.
Una forma de saber aproximadamente el ancho de pista necesario según la corriente que pase por ella es usar Herramientas de Cálculo.
En la ventana emergente seleccionamos la herramienta Ancho de pista y colocamos en nuestro caso una corriente de 3 A y un aumento de temperatura máximo de 15 °C. El ancho de pista sugerido es de 1 mm.
Ahora sí, terminemos de dibujar nuestras pistas.
Es hora de mirar cómo está quedando nuestra PCB y corregir los detalles que consideremos convenientes. Para esto entramos en la herramienta Ver/Visor 3D (Alt+3).
Podemos quitar de la serigrafía frontal a REF** y colocar los nombres a los conectores de entrada y salida de la fuente de alimentación.
Colocamos en un lugar visible los nombres de los conectores de entrada y salida y ambos deben quedar en color amarillo, eso indica que su serigrafía saldrá en la capa frontal del PCB, donde estarán los componentes del circuito.
Para hacer esto, con doble clic izquierdo seleccionamos el texto y en la ventana emergente Propiedades de valor de huella seleccionamos en Capa, F.Silkscreen (Serigrafía frontal), Guardamos los cambios (Control+s) y verificamos la PCB en el visor 3D.
Si se dificulta colocar los textos en el lugar deseado podemos disminuir la Cuadrícula. Por ejemplo, de 2,54 a 0,63 mm (flecha roja en la imagen inferior). Con la herramienta de Añadir un elemento de Texto (Ctrl+Shift+T) (flecha amarilla) podemos colocar los símbolos más (+) y menos (-) (encerrados en óvalo verde) al conector J2 y con un tamaño adecuado (ancho y alto) para facilitar las conexiones al usuario.
Quedará de la siguiente forma con los componentes instalados.
Ya tenemos terminada nuestra PCB, veamos la parte superior e inferior de la misma.
Para observar la PCB sin los componentes, en el Visor 3D da clic en Alternar modelos 3D para componentes de tipo ‘pasante’ (T).
Verificar reglas de diseño
Al igual que hicimos con el esquemático, ahora con el PCB es necesario verificar si cometimos errores y corregirlos. Para esto vamos a ejecutar: Mostrar la ventana comprobación de las reglas de diseño.
Y ejecutamos el Control DRC (del inglés Design Rules Check) dando clic en Ejecutar DRC.
Nos muestra dos errores y cero avisos. Los errores debemos corregirlos, los avisos no son tan importantes.
Al volver al Editor de placas vemos que unas flechas rojas nos indican el error en las reglas. Retiramos las reglas que habíamos utilizado para saber el tamaño de la PCB, guardamos los cambios y volvemos a correr el DRC.
Verificamos que no haya errores y ya podemos ir al tercer y último paso.
¿Cómo fabricar tu placa?
Llegados a este punto debemos decidir el proceso de fabricación física de nuestra PCB. Tal vez tengas experiencia en hacerla tú mismo con los diferentes métodos caseros que hay: utilizando un marcador de tinta permanente, con el método de planchado o con serigrafía. Pero ahora hay facilidades para enviar a construir nuestra PCB con trazado automatizado a diferentes fabricantes por precios económicos y tiempos prudenciales.
El fabricante de PCB te solicitará unos archivos especiales llamados Gerber y Drill.
Un archivo Gerber es un formato estándar utilizado para describir el diseño de una PCB y que lo utilizan muchos fabricantes para poder procesar el diseño que les enviamos los diseñadores. El archivo Gerber describe las pistas, los componentes, las capas, las dimensiones de la placa, entre otras.
Un archivo Drill también es un estándar de la industria y se utiliza para describir la posición y el diámetro de los agujeros donde se insertan los componentes de una PCB.
Generar archivos Drill y Gerber en KiCad
Para generar el archivo Gerber entramos en la herramienta Archivo/Salidas de fabricación/Gerbers (.gbr).
En la ventana emergente observamos que ya aparecen marcadas las capas mínimas necesarias para enviar al fabricante. Ahora seleccionamos una carpeta de destino para guardar los archivos Gerber (clic en el icono de carpeta, encerrado en el círculo verde en la figura inferior). Si quieres puedes crear una carpeta llamada Gerber en donde tienes guardado tu proyecto KiCad.
Guardamos los archivos Gerber en esa carpeta dando clic en Trazar.
En esta misma ventana damos clic en Generar archivos de taladro, para crear los archivos Drill y cerramos.
Si necesitas los archivos en formato PDF, también puedes generarlos en esta ventana seleccionando en Formato de trazado la opción PDF.
Si revisamos los archivos generados en la carpeta en donde los hemos guardado, vemos los archivos Gerber y Drill.
Finalmente, debemos comprimir los archivos Gerber y Drill y seleccionar un fabricante para enviarle nuestro diseño del PCB realizado en KiCad.
Lista de fabricantes de PCB
Son varios los fabricantes donde puedes dirigirte para que fabriquen los diseños que tú crees en KiCad.
- JLCPCB
- Eurocircuits
- PCBWay
- OSH Park
- Fusion PCB
Puedes ir al sitio web de cada uno de ellos y ver los servicios que ofrecen, tiempos de entrega, costos y además debes verificar los requisitos que solicitan para enviar tu diseño realizado en KiCad.
Conclusiones sobre KiCad
Ya hemos creado nuestro primer diseño en KiCad, espero que haya sido interesante. Te animo a construir tarjetas de circuito impreso para todos los proyectos que tengas en mente o que ya tengas funcionando en tarjetas perforadas.
Te sugiero si el tema te ha llamado la atención y deseas aprender a realizar tus diseños de una forma profesional, leas un poco acerca de las normas IPC (Association Connecting Electronics Industries). IPC-2221B, IPC-2222 e IPC A 610.
Hasta una próxima ocasión.
Gracias a Depositphotos por la cesión de las imágenes.
