初めてのPCB設計方法：ステップバイステップ プロジェクトチュートリアル（2025年版）

はじめに

PCB設計の理論について読んできました。ビデオも見てきました。今こそ、実際に何かを作る時です。 このチュートリアルは、ゼロから製造されたPCBまで、実際に手に持てる実物のプロジェクトで、ステップバイステップで案内します。

理論的なガイドとは異なり、完全に動作する回路（555タイマーLEDフラッシャー）を構築します。 午後で完成できるほどシンプルですが、今後のあらゆるプロジェクトで使用する必須のPCB設計スキルをすべて教えます。

このチュートリアルの終わりまでに、以下を習得します：

• EasyEDAでゼロから回路図を設計
• 適切なトレースルーティングでPCBレイアウトを作成
• 製造ファイル（Gerber）を生成
• JLCPCBから実際の基板を発注
• 初めてのPCBを組み立ててテスト

何を作るか

私たちのプロジェクトは555タイマーLEDフラッシャーです - 調整可能な速度でLEDを点滅させる 古典的な初心者向け回路です。学習に最適な理由：

• シンプルな回路図： 合計わずか8個の部品
• 明確な機能： LEDが点滅 = 動作確認OK！
• すべてスルーホール部品： 手ではんだ付けが簡単
• JLCPCBベーシック部品： 安価で入手しやすい
• 実世界アプリケーション： タイマー、発振器、PWMの基礎

プロジェクト要件

LEDフラッシャーは以下の仕様を持ちます：

• 電源入力：5〜12V DC（USBパワーバンク対応）
• 点滅速度：約1〜2 Hz（調整可能）
• 基板サイズ：30mm × 40mm（クレジットカードサイズ）
• 取り付け：スタンドオフ用の3mm穴
• 部品：すべてスルーホールで組み立てが簡単

必要なツール

ステップ1：回路図を作成する

回路図は回路の設計図です。EasyEDAの回路図エディタで555タイマー回路を描き、 それをPCBレイアウトに変換します。

新しいプロジェクトを開始する

1. easyeda.comにアクセスしてサインイン（必要に応じて無料アカウントを作成）
2. File → New → Projectをクリック
3. 「555-LED-Flasher」と名前を付ける
4. File → New → Schematicをクリックして回路図シートを作成

部品を追加する

次に、回路図に各部品を追加します。検索バー（キーボードショートカット：Shift+F）を使用して EasyEDAのライブラリから部品を見つけます。

以下の部品を検索して配置します：

回路を配線する

555アステーブル構成に従って部品を接続します：

1. 555タイマー接続：
   • ピン1（GND）→ グランド
   • ピン2（TRIGGER）→ ピン6（THRESHOLD）- 一緒に接続
   • ピン3（OUTPUT）→ R3 → LEDアノード
   • ピン4（RESET）→ VCC（タイマーを動作させ続ける）
   • ピン5（CONTROL）→ C2 → グランド（ノイズフィルタリング）
   • ピン6（THRESHOLD）→ C1 → グランド
   • ピン7（DISCHARGE）→ R2 → ピン6
   • ピン8（VCC）→ 電源（+）
2. タイミング回路：
   • R1はVCCをピン7に接続
   • R2はピン7をピン2/6に接続
   • C1はピン2/6をグランドに接続
3. LED回路：
   • LEDカソード（平らな側）→ グランド

配線ツール（キーボード：W）を使用して接続を描きます。クリックして配線を開始し、 もう一度クリックして角を追加し、ピンをクリックして接続を完了します。

ネットラベルを追加する

ネットラベルは回路図を明確にし、PCBレイアウト時に役立ちます。以下のラベルを追加します：

• VCC - 電源プラス
• GND - グランド

Nを押すかPlace → Net Labelを使用し、ラベル名を入力して配線上に配置します。

電気ルールチェックを実行する

PCBレイアウトに移る前に、回路図にエラーがないことを確認します：

1. Design → Check ERCをクリック（またはCtrl+Shift+Eを押す）
2. 表示されたエラーを修正（一般的な問題：未接続ピン、電源シンボルの欠落）
3. 未使用の555ピンに関する「unconnected pins」の警告はOK

ステップ2：PCBレイアウトを作成する

次に、回路図を物理的な基板設計に変換します。これで回路が現実のものになります！

回路図をPCBに変換する

1. 回路図エディタで、Design → Convert to PCBをクリック
2. EasyEDAがすべての部品を含む新しいPCBファイルを作成
3. 部品は一緒にクラスター化され、接続を示す「ラッツネスト」ラインが表示されます

基板外形を設定する

まず、物理的な基板サイズを定義します：

1. レイヤーパネルでBoard Outlineレイヤー（紫）を選択
2. 長方形を描く：幅30mm × 高さ40mm
3. またはTools → Set Board Outlineを使用して寸法を入力

部品を配置する

部品配置は良いPCBにとって重要です。以下のガイドラインに従ってください：

1. 555 ICを最初に配置 - 中心部品です
   • 基板の中央左に配置
   • ピン1（ドットでマーク）は左上にあるべき
2. 関連部品をグループ化：
   • タイミング部品（R1、R2、C1）をピン6/7の近くに
   • バイパスコンデンサ（C2）をピン5の近くに
   • LEDとR3をピン3（出力）の近くに
3. コネクタを基板端に配置：
   • 電源コネクタ（J1）を上端または下端に
4. 角に取り付け穴のスペースを残す

ステップ3：トレースを配線する

配線はラッツネストラインを実際の銅トレースに変えます。このシンプルな基板では、 すべてを上層で配線し、下層にグランドプレーンを配置します。

配線の基本

• トレース幅： 信号には0.25mm（10 mil）、電源には0.5mm（20 mil）を使用
• ビアサイズ： 0.3mm穴、0.6mmパッド（EasyEDAのデフォルトで問題なし）
• クリアランス： トレース間に少なくとも0.2mmを保つ
• 角度： 90°ではなく45°角度を使用（信号完全性向上、製造が容易）

電源トレースを最初に配線する

常に電源（VCC）とグランドを最初に配線します：

1. Top Layer（赤）を選択
2. 配線ツールのためにWを押す
3. プロパティパネルでトレース幅を0.5mmに設定
4. J1からすべてのVCCピン（555ピン4、ピン8、R1）にVCCを配線
5. GNDは後でグランドプレーンで処理します

信号トレースを配線する

残りの接続を配線します：

1. 信号トレースのトレース幅を0.25mmに設定
2. タイミング回路を配線：R1 → 555ピン7 → R2 → 555ピン2/6
3. ピン2/6からグランドパッド領域へC1を配線
4. ピン5からグランドパッド領域へC2を配線
5. 出力を配線：555ピン3 → R3 → LED → グランドパッド領域

グランドプレーンを追加する

下層のグランドプレーン（銅ベタ）は優れた接地と電磁シールドを提供します。 このシンプルな基板では、配線するトレースも少なくなります！

1. Bottom Layer（青）を選択
2. Tools → Copper AreaをクリックまたはShift+Pを押す
3. 基板外形全体をカバーする長方形を描く
4. プロパティでNetをGNDに設定
5. Rebuild Copper Areaをクリックしてプレーンを埋める

グランドプレーンはサーマルリリーフパターンを通じてすべてのGNDパッドに自動的に接続されます。

ステップ4：仕上げ

シルクスクリーンラベルを追加する

シルクスクリーンテキストは組み立て時に役立ちます。以下のラベルを追加します：

• 基板タイトル： 上部に「555 LED Flasher」
• バージョン： 「v1.0」
• 極性マーカー： プラス電源ピンの横に「+」
• あなたの名前/ウェブサイト（オプションですが楽しい！）

Top Silk Layerを選択し、Place → Textを使用してラベルを追加します。 読みやすさのために1mmのテキスト高さを使用します。

取り付け穴を追加する

取り付け穴により、基板をエンクロージャやスタンドオフに取り付けられます：

1. ライブラリで「mounting hole 3mm」を検索
2. 各角に1つずつ配置、端から3mm
3. シールドのためにGNDネットに接続（オプション）

設計ルールチェックを実行する

DRCは基板が製造可能であることを保証します：

1. Design → Design Rule Checkをクリック（またはCtrl+Shift+D）
2. JLCPCBの設計ルールを使用（EasyEDAにデフォルトでロード済み）
3. エラーを修正 - 一般的な問題：
   • クリアランス違反： トレースが近すぎる
   • 未配線ネット： 接続の見逃し
   • 銅/外形の競合： トレースが基板端に近すぎる

ステップ5：PCBを発注する

現実にする時です！製造ファイルを生成してJLCPCBから発注します。

Gerberファイルを生成する

GerberファイルはPCB製造の業界標準フォーマットです：

1. Fabrication → PCB Fabrication File (Gerber)をクリック
2. プレビューを確認 - すべてのレイヤーが正しく見えるはず
3. Generate GerberをクリックしてZIPファイルをダウンロード

JLCPCBから発注する

1. jlcpcb.comにアクセス
2. Order Now → Add Gerber fileをクリック
3. Gerber ZIPファイルをアップロード
4. オプションを設定：
   • Base Material: FR-4
   • Layers: 2
   • Dimensions: Gerberから自動検出
   • PCB Qty: 5（最小、通常最安）
   • PCB Color: 緑（最安）または好み
   • Surface Finish: HASL（鉛フリー）
   • Copper Weight: 1 oz
5. PCBプレビューを確認して正しく見えることを確認
6. カートに追加してチェックアウト

一般的なコスト： 5枚で2〜5ドル + 送料2〜15ドル（速度による）。 基板は通常5〜14日で到着します。

BOMと部品リスト

基板を待っている間、LCSCまたはお好みのサプライヤーから部品を発注します：

ステップ6：基板を組み立てる

基板が到着したら、はんだ付けの時間です！スルーホール部品は初心者に優しいです - 鉛筆が使えればはんだ付けもできます。

初心者向けはんだ付けのヒント

1. 低いものから高いものへ作業：
   • 最初：抵抗（R1、R2、R3）
   • 2番目：セラミックコンデンサ（C2）
   • 3番目：ICソケット（U1用、オプションだが推奨）
   • 4番目：電解コンデンサ（C1）- 極性に注意！
   • 5番目：LED（D1）- 極性に注意！
   • 最後：ピンヘッダー（J1）
2. 極性が重要：
   • 電解コンデンサ： 長い脚 = プラス、ストライプ = マイナス
   • LED： 長い脚 = アノード（+）、平らな側 = カソード（-）
   • 555 IC： ノッチまたはドットがピン1を示す
3. はんだ付けテクニック：
   • パッドとリードを一緒に2〜3秒加熱
   • はんだごてではなく接合部にはんだを適用
   • 良い接合部は光沢のある火山のように見える
   • 部品を動かす前に冷ます

基板をテストする

1. 目視検査： はんだブリッジ、コールドジョイント、または接続の欠落を確認
2. 導通チェック： マルチメーターを使用して確認：
   • VCCとGND間にショートがない
   • VCCがすべての電源ピンに到達
   • GNDがすべてのグランドピンに到達
3. 電源投入：
   • 5〜12V電源を接続（USBパワーバンクが最適）
   • プラスをVCC、マイナスをGND
   • LEDが点滅を開始するはずです！

一般的な問題のトラブルシューティング

次に試すプロジェクト

初めてのPCBを完成させたので、徐々に難易度を上げた以下のプロジェクトを試してみてください：

1. RGB LEDコントローラー - PWMでLED輝度を制御するポテンショメーターを追加
2. USB電源LEDストリップドライバー - MOSFETと高電流について学ぶ
3. Arduino Nanoクローン - 独自のマイコンボードを構築
4. ESP32開発ボード - SMD部品を使ったWiFi対応IoTプロジェクト

よくある質問