KiCad cho người mới: từ sơ đồ nguyên lý tới mạch in 2 lớp, đổ đồng GND và xuất Gerber

Vẽ mạch in 2 lớp bằng KiCad: symbol và footprint, ERC, các lớp F.Cu, B.Cu, mask, silkscreen, đi dây, đổ đồng GND có cầu nhiệt, phím tắt hay dùng, xuất Gerber và tệp khoan.

KiCad là phần mềm vẽ mạch in mã nguồn mở, miễn phí, chạy trên máy tính (Windows, macOS, Linux), không cần tài khoản hay kết nối mạng. Nó đủ mạnh cho mạch nhiều lớp phức tạp nhưng vẫn hợp với người mới làm mạch hai lớp. Bài này vẽ lại mạch ví dụ của bài EasyEDA (đế mở rộng 50 × 30 mm cho ESP32) bằng KiCad, giải thích hai loại thư viện symbol và footprint, các lớp của mạch in, cách đổ đồng GND, các phím tắt hay dùng và cách xuất tệp gửi xưởng.

1. Quy trình trong KiCad

Một dự án KiCad gồm tệp dự án .kicad_pro, sơ đồ .kicad_sch và mạch in .kicad_pcb. Các bước:

1. Schematic Editor: đặt symbol (phím A), nối dây (W), đặt nhãn mạng (L), ký hiệu nguồn 3V3, GND (P). Ghi giá trị cho từng linh kiện (220Ω, 10k).
2. ERC (electrical rules check): báo chân chưa nối, hai ngõ ra nối nhau, mạng nguồn chưa có nguồn cấp.
3. Gán footprint (công cụ Assign Footprints): ví dụ điện trở cắm lỗ khoảng cách 7,62 mm hoặc dán 0805, LED 3 mm, đầu nối PinHeader 1x07 bước 2,54 mm, nút 6 × 6 mm.
4. PCB Editor: cập nhật từ sơ đồ (Update PCB from Schematic, phím F8), vẽ viền mạch trên lớp Edge.Cuts, sắp xếp, đi dây.
5. DRC rồi Plot xuất Gerber và Generate Drill Files xuất tệp khoan.

Phân biệt rõ symbol (ký hiệu trên sơ đồ) và footprint (dấu chân thật trên mạch). Một symbol điện trở dùng được với nhiều footprint khác nhau; chọn footprint là bước phải làm cẩn thận, đối chiếu với linh kiện sẽ mua.

2. Các lớp của mạch in

• F.Cu, B.Cu: đồng mặt trên, mặt dưới, nơi có đường mạch và chân hàn.
• F.Mask, B.Mask: lớp phủ (thường màu xanh) che đồng, chừa chân hàn ra.
• F.SilkS, B.SilkS: chữ in, khung linh kiện.
• Edge.Cuts: đường viền ngoài của mạch, phải là đường khép kín.

3. Đi dây và đổ đồng GND

Đặt quy tắc trước khi đi dây (Board Setup → Design Rules): khoảng cách tối thiểu 0,25 mm, đường tối thiểu 0,25 mm, via 0,8 mm lỗ 0,4 mm; tạo một lớp mạng (net class) "Nguon" cho 3V3 rộng 0,6 mm. Đi dây bằng phím X; trong lúc đi dây nhấn V để đặt via và đổi sang lớp kia.

Đổ đồng: chọn Add Filled Zone, chọn lớp B.Cu, mạng GND, vẽ vùng bao cả mạch. KiCad tự chừa khoảng cách với các mạng khác và tạo cầu nhiệt cho chân GND. Sau mỗi lần dời linh kiện, nhấn B để đổ lại mặt đồng trước khi chạy DRC.

4. Phím tắt hay dùng

5. Xuất tệp gửi xưởng

1. Chạy DRC (Inspect → Design Rules Checker) tới khi không còn lỗi, không còn mạng chưa nối.
2. File → Plot: chọn định dạng Gerber, các lớp F.Cu, B.Cu, F.SilkS, B.SilkS, F.Mask, B.Mask, Edge.Cuts, thư mục xuất riêng (ví dụ gerber).
3. Trong cùng hộp thoại, bấm Generate Drill Files để xuất tệp khoan (định dạng Excellon).
4. Nén cả thư mục thành một tệp .zip, mở thử bằng trình xem Gerber của KiCad để kiểm tra trước khi gửi.

Cách đọc các tệp Gerber và chọn thông số khi đặt làm mạch nằm trong bài đặt gia công mạch in của cùng loạt.

6. Lỗi hay gặp

7. Xem thêm

• ESP32 DevKit V1 30 chân và màn hình OLED 0.96 inch I2C: hai thứ cắm vào mạch ví dụ.
• Bài vẽ mạch in bằng EasyEDA (cùng mạch ví dụ, có chương trình thử mạch) và bài đặt gia công mạch in trong cùng loạt.