2026年11月6日 星期五

用 AI 從零設計電路板：KiCad × Claude Code 半天完成 USB-C 供電 LED 小板

2026 年 11 月｜實作筆記｜KiCad 10 × Claude Code × KiCad MCP 伺服器

這篇記錄我第一次用 AI 從零做出一塊電路板的完整過程：安裝軟體、讓 AI 連上 KiCad、畫原理圖、選嘉立創料號、電路板佈局，最後輸出可以直接下單的打樣與貼片檔。全程大約半天。

練習題目刻意選得很簡單：一塊 USB Type-C 供電、經 3.3V 穩壓、點亮一顆 LED 的小板。電路簡單，才能把注意力放在「AI 能做到哪裡、人要在哪裡把關」。

先講結論
・AI 可以完成原理圖、選料、佈局、設計規則檢查與製造檔輸出，品質超出我的預期。
・每一步都建議用 KiCad 官方的命令列工具 kicad-cli 另外驗證，不要只看 AI 的回報。
・極性、腳位、貼片方向這類會讓板子直接報廢的地方，最後一定要人工對照規格書。

一、需要哪些工具

類別工具用途
電路設計軟體KiCad（免費開源）原理圖與電路板佈局，AI 的操作對象
AI 代理Claude Code在終端機裡執行，負責規劃與操作
橋接工具KiCad MCP 伺服器讓 AI 能直接操作 KiCad，並查詢嘉立創元件庫
執行環境Node.js（長期支援版）、GitMCP 伺服器執行與下載所需

MCP（Model Context Protocol，模型上下文協定）是讓 AI 呼叫外部工具的標準。KiCad 的 MCP 伺服器有好幾個版本，我用的是 Avinash1286 維護的分支，可以直接以 Claude Code 外掛安裝，並整合嘉立創超過 250 萬筆元件資料，對常在嘉立創打樣的人很方便。

二、安裝與設定

1. 安裝 KiCad

到官方網站 https://www.kicad.org/download/ 下載，我裝的是 KiCad 10.0。第一次開啟時右下角會顯示「載入符號庫」，等它跑完再關閉。

2. 確認 Node.js、Git 與 Claude Code 版本

node -v
git --version
claude update

3. 安裝 KiCad MCP 外掛

在 Claude Code 裡依序輸入：

/plugin marketplace add Avinash1286/KiCAD-MCP-Server-THEAVI
/plugin install kicad@kicad-mcp
/reload-plugins
/mcp

安裝範圍選「Install for you (user scope)」，之後在任何專案資料夾都能用。在 /mcp 清單中看到 plugin:kicad:kicad 打勾、顯示 219 個工具，就代表連線成功。

4. KiCad 不在 C 槽時要設定路徑

MCP 伺服器預設只到 C 槽找 KiCad。我的 KiCad 裝在 D 槽，所以要設定環境變數，指向 KiCad 內建的 Python：

[Environment]::SetEnvironmentVariable("KICAD_PYTHON", "D:\Program Files\KiCad\10.0\bin\python.exe", "User")

設定後關掉整個 Windows Terminal 再重開，讓 Claude Code 讀到新變數。

5. 測試連線

先用一句簡單的指令測試：

請用 kicad MCP 在 Test 專案的原理圖放一顆 10k 電阻

用 KiCad 打開原理圖看到電阻出現，就可以開始正式設計。

補充：這個 MCP 伺服器原本為 KiCad 9 開發，在 KiCad 10 加上中文 Windows 環境下有幾個小問題（開專案較慢、中文編碼讀取失敗）。我直接請 Claude Code 讀日誌診斷並修正，幾分鐘就排除了。遇到類似狀況，把錯誤訊息交給 AI 處理通常就能解決。

三、原理圖

給 AI 的指令很直接：

請設計一塊 USB Type-C 5V 輸入、經 3.3V 穩壓器、驅動一顆 LED 的小板，完成原理圖並跑電氣規則檢查

AI 的設計：

USB-C VBUS ─ F1 500mA 自恢復保險絲 ─ +5V ─┬─ C1 10µF
                                          └─ U1 AP2112K-3.3 ─ +3V3 ─┬─ C2 1µF
                                                                    └─ R3 100Ω ─ D1 綠光 LED ─ GND
CC1 ─ R1 5.1kΩ ─ GND
CC2 ─ R2 5.1kΩ ─ GND
元件選擇理由
USB-C 6P 座只需要 5V 供電，不需要 16P 的資料腳
R1、R2 5.1kΩCC1、CC2 必須各自一顆下拉，共用一顆的話，正規的 Type-C 對 Type-C 充電器不會送電
F1 500mA 保險絲短路保護，故障排除後可自動恢復
U1 AP2112K-3.3低壓降穩壓器，壓降約 250mV，最大 600mA，5V 轉 3.3V 餘裕充足
C1 10µF、C2 1µF穩壓器規格書要求至少 1µF 陶瓷電容；10µF 也是 USB 規範對輸入電容的上限
R3 100Ω、D1 綠光依 LED 實際順向電壓計算，電流約 2–7mA，足夠當指示燈

AI 也處理了幾個細節：穩壓器不用的第 4 腳標上「不接」記號，並在電源與接地放了電源旗標，讓電氣規則檢查知道電源從 USB 進來。我另外要求原理圖依訊號流向由左到右排列、主要路徑用導線連接、填好標題欄，方便日後審查與存檔。

【原理圖(電路圖)】

四、選定嘉立創料號

請用嘉立創元件庫為所有元件選定實際料號（優先基礎庫），並對照規格書確認 D1 極性與 J1 腳位

MCP 伺服器第一次查料時，會要求下載約 250 MB 的嘉立創元件資料庫到本機，這只是查詢用，不會動到設計檔。AI 優先選基礎庫（貼片不另收換料費），9 顆元件中有 7 顆是基礎庫，並把料號寫進原理圖的元件欄位。

位號規格嘉立創編號庫別
R1、R25.1kΩ 0603C23186基礎
R3100Ω 0603C22775基礎
C110µF 0805C15850基礎
C21µF 0603C15849基礎
D1綠光 LED 0805C2297基礎
F1500mA 自恢復保險絲 0805C135329擴展
U1AP2112K-3.3 穩壓器C51118擴展
J1USB-C 6P 只接電源C283540擴展

規格書核對有兩點值得注意：

  • LED 極性編號與 KiCad 相反。規格書的 1 腳是陽極，KiCad 的 1 腳是陰極。原理圖接法正確，但貼片時要確認綠色角標對準 KiCad 的 pad 1。
  • USB 座封裝。我請 AI 依規格書建立專案自有封裝，焊盤長度照建議值 1.60mm。USB 座會被反覆插拔受力，焊盤照規格書做，焊點比較牢靠。

五、電路板佈局

請做電路板：雙層板、盡量小於 25×20mm、依嘉立創標準製程設定設計規則，USB 座放板邊並使用專案庫的加長焊盤 J1 封裝，完成擺件與佈線（底層大面積鋪地），跑設計規則檢查，並輸出頂層佈局圖與 3D 預覽圖

成果是一塊 20 × 17 mm 的雙層板：

  • 擺件：USB 座切齊下板邊；兩顆 CC 下拉電阻就在 CC 腳正上方；保險絲緊接在 USB 輸入後；穩壓器的輸入與輸出電容都靠近元件；LED 在左上角。
  • 走線：電源線 0.4mm、訊號線 0.25mm，過孔 0.3／0.6mm。
  • 鋪地：底層幾乎整面接地，約佔板面 92%；頂層每個接地焊盤都就近打過孔下去。
  • 絲印：位號放在各元件旁，並加上「USBC_LED Rev A」版次標示。

設計規則依嘉立創雙層板標準製程寫入專案（最小線寬、間距、過孔、孔距、銅到板邊、絲印字高等）。設計規則檢查結果：0 違規、0 未連接、0 原理圖不一致。

我很欣賞 AI 驗證設計規則的方式：它在副本裡故意把最小線寬改成 0.3mm，檢查立刻抓出 6 條 0.25mm 的線，以此證明規則真的有被讀到，而不是只看到「0 違規」就放心。


【3D 俯視圖】
                                                                          【3D 等角視圖】

六、輸出製造檔

請輸出嘉立創打樣與貼片所需檔案：Gerber 與鑽孔檔打包成 zip、嘉立創格式的物料清單與元件座標檔，並用 Gerber 查看器確認檔案完整
檔案內容
Gerber 壓縮檔9 層 Gerber 加鑽孔檔，依嘉立創對 KiCad 的建議參數輸出
物料清單（BOM）嘉立創格式，含位號、封裝與嘉立創編號，共 8 種料、9 顆
元件座標檔（CPL）貼片機用的位置、層別與角度

AI 最後把壓縮檔重新讀回並渲染成圖，核對焊點數、鑽孔數與板框尺寸都與設計一致，確認上傳給板廠的檔案沒有缺漏。


七、向嘉立創下單

  1. 上傳 Gerber 壓縮檔，板厚 1.6mm、無鉛噴錫、綠油即可。
  2. 勾選貼片，上傳物料清單與元件座標檔。
  3. 在貼片預覽畫面逐一確認元件方向，不對就在網頁上旋轉修正。

貼片預覽要特別看三顆：

  • LED：綠色角標（陰極）要在靠接地的那一端。
  • 穩壓器：嘉立創元件庫與 KiCad 對「0 度」的定義不一定相同，SOT-23 類元件常需要轉 180°。
  • USB 座：開口朝板邊；它的外殼腳是插件式，經濟型貼片可能不處理，需加購插件組裝或收到後自己手焊。

八、心得

  1. AI 的電路知識是夠的。Type-C 下拉電阻、輸入電容上限、穩壓器電容需求這些細節，它都主動處理到位。
  2. 驗證要用獨立的工具。讓 AI 用官方的 kicad-cli 檢查自己的成果，比相信單一工具的回報可靠。
  3. 人負責審圖。原理圖排版、絲印擺放這類可讀性問題，需要人看過才知道好不好用。
  4. 攸關報廢的細節對照規格書。極性、腳位、貼片方向，最後一關一定是人。
  5. 把流程固化。整個流程可以整理成 Claude Code 的 Skill，下一塊板子直接套用。

從安裝到拿到可以下單的製造檔，大約半天。下一步打算挑戰有微控制器的板子，到時再分享。

使用工具：KiCad 10.0.8、Claude Code、KiCad MCP 伺服器 2.7.1（Avinash1286/KiCAD-MCP-Server-THEAVI）、嘉立創元件庫。本文電路為練習用途，正式產品請依相關法規進行完整的設計驗證。



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