第14章 基板化（PCB・KiCad）― 届いたチップを、実用ボードへ
本講座のゴールです。前章でテープアウトに送り出した設計は、数ヶ月後、一個の"部品"として手元に届きます。けれど、チップ単体では何もできません。電源も、クロックも、外部メモリも、コネクタもないからです。そのチップを「使えるボード」にする最後の工程が、基板化（PCB設計）です。ここでも主役はオープンソース――KiCadで回路図と基板を設計し、格安のPCB製造サービスへ送ります。チップの周りに、これまで各章で設計してきた周辺（外部Flash・RAM・microSD・無線・音声・モータ・Ethernet…）を現物として配置し、一枚の実用ボードへまとめます。
14.1 なぜ基板化が"ゴール"なのか
第13章で「設計の自由」がシリコンになりました。けれど、それを現実に動かし、人に使ってもらうには、もう一段の自由が要ります。基板の自由です。チップ設計をオープンツール（LibreLane/OpenROAD）で民主化したのと対をなす形で、基板設計もオープンツール（KiCad）で民主化されています。自作のチップを、自作の基板に載せる――この二つが揃って初めて、「個人が、世界に通用する実用デバイスを、巨大資本なしに作る」という本講座の旗印が、文字どおり手のひらの上で完成します。
14.2 KiCad ― PCB設計の民主化
KiCadは、回路図エディタと基板（PCB）レイアウトエディタを備えた、オープンソースのEDAです。かつて高価だった基板設計ツールが無償で手に入り、回路図 → 部品配置 → 配線 → 製造データ（ガーバー）出力までを一貫して行えます。LibreLaneが「チップの中」を、KiCadが「チップの外（基板）」を担う――内と外、両方がオープンになったことが、個人ものづくりの地図を塗り替えました。
14.3 チップの周りに、何を載せるか
基板の中心は、もちろん私たちの自作SoCチップです。その周りに、各章で設計してきた機能を現物の部品として配置します。
自作SoCボード（概念配置図）
───────────────────────────────────────────────────────────────
┌── 電源（LDO＋デカップリング） ┌── 水晶＋負荷容量（クロック）
│ │
[USB-UART]──┐ ┌──[ 外部SPI Flash ]（XIP起動・第4章）
書込/コンソール│ ┌─────────────┐ │
│ │ 自作SoC │────────┤──[ 外部RAM ]（MicroPython/表示・第4/10/11章）
[リセット/SW/LED]──┤ （RISC-V） │ │
│ │ チップ本体 │ ├──[ microSDスロット ]（SPI・第6章）
[Pmod/GPIOヘッダ]──┘ └─────────────┘ ├──[ 技適済み無線モジュール ]（UART・第6/7章）
│ ├──[ 音声（コーデック/アンプ） ]（第8章）
[モータドライバ端子]（第9章） ├──[ Ethernet PHY＋RJ45 ]（第5章）
│ └──[ 表示コネクタ（VGA/SPI-LCD/I2C-OLED） ]（第10章）
───────────────────────────────────────────────────────────────
※ どれを実装するかは用途で取捨選択。全部載せでなく「作りたいボード」に合わせて選ぶ。
※「USBホスト/ハブ」は載せません（設計の整合）。 本講座は途中で、難所のUSBホストを採らず、microSD（SPI）と技適済み無線モジュール（UART）の外付けへ方針転換しました（第6・7章）。基板もその判断に従い、無線を自分で実装せず技適済みモジュールを外付けします。USB-UART変換（書き込み・コンソール用）は有線の橋なので別物として載せます。
14.4 電源・クロック・リセット ― 地味だが、ここで決まる
動く基板と動かない基板の差は、たいてい地味な土台で決まります。
- 電源： 入力電圧を、チップが必要とする電圧へ整えるLDO（レギュレータ）。各ICの近くにデカップリングコンデンサを置き、ノイズと電圧の揺れを抑える（第9章で触れた電源分離も、モータを載せるなら踏襲）。
- クロック： 水晶発振子と、その負荷容量。SoCの動作周波数の源。値は使う水晶とチップの仕様に合わせる（現物確認）。
- リセット： 起動時に確実にリセットがかかる回路と、手動リセットのボタン。第12章で「リセット中のアクセス」を検証したのは、ここが現物で効くから。
14.5 各章を、一枚の基板に集約する
基板化は、これまでの旅の"現物による総復習"でもあります。設計してきた周辺が、ここで実際の部品・コネクタになります。
記憶
外部SPI Flash（XIP起動・第4章）と外部RAM（MicroPythonや表示のフレームバッファ・第4/10/11章）、microSDスロット（第6章）。
通信
USB-UART（書き込み・コンソール）、技適済み無線モジュール（第6/7章）、Ethernet PHY＋RJ45（第5章）。
身体（入出力）
音声（コーデック/アンプ・第8章）、モータドライバ端子（第9章）、表示コネクタ（VGA/小型LCD・第10章）。
外に出すべきは、Pmod/GPIOヘッダも。拡張の余地を残しておくと、ボードが「閉じた完成品」ではなく「育てられる土台」になります。これは第11章「使えるボード」の思想の、ハード側の表れです。
14.6 KiCadのワークフロー ― 回路図から、製造データまで
KiCadでの作業は、おおむね次の順で進みます（各段の深部は専用の学習へ）。
KiCad：回路図 → 基板 → 製造データ ─────────────────────────────────────────────────────────────── 1. 回路図 部品（シンボル）を置き、配線（ネット）でつなぐ 2. フットプリント 各部品に実装形状を割り当てる（チップ・コネクタ・受動部品） 3. 部品配置 基板上に部品を並べる（電源・クロックは近接、熱・ノイズに配慮） 4. 配線(ルーティング) 銅箔で各ネットを結ぶ（電源は太く、高速線は短く等） 5. DRC 基板の設計ルール違反がないか確認（第13章のDRCの基板版） 6. 出力 ガーバー＋ドリル＋部品表(BOM)＋実装座標 を生成 ─────────────────────────────────────────────────────────────── ※ チップのピン割り当ては、テープアウトで確定した実チップのピンアウトに従う。
14.7 製造へ出す ― 格安PCBという、もう一つの民主化
出来上がった製造データ（ガーバー等）を、オンラインのPCB製造サービスへ送れば、数日〜数週間で基板が届きます。少量なら非常に安価で作れる、とされ、部品実装まで請け負うサービスもあります。これも、チップ・基板ツールに続く「ものづくりの民主化」の一翼です。具体のサービス・価格・納期・対応は変動するので、本文では断定せず、その時点の各サービスの公式で確認してください（［改訂マーカー：PCB製造サービスの現状］）。
14.8 我々のチップの現実 ― デモ基板か、フル基板か
最後に正直な設計判断を。どんなチップが届くかで、基板の作り方は変わります。
タイル型シャトルの場合
多数の設計が相乗りしたチップ（第13章）は、提供元の専用デモ基板＋ブレイクアウト基板で扱う形が用意される、とされる。まずはそれで自分のタイルを動かし、必要な部分だけ外付けする。
パッケージ単体の場合
自分のSoCが独立したパッケージで届くなら、本章のフル基板を自前で設計する。電源・クロック・周辺を全部、自分の基板で受け持つ。
※まず小さく、確実に（第13章と同じ精神）。 いきなり全部載せの大基板を狙わず、最小構成（電源＋クロック＋外部Flash＋USB-UART）で「起動する」を確認してから、周辺を一つずつ足していく。基板も、検証と同じく段階的に積み上げるのが安全です。
14.9 この章のまとめ
- 基板化がゴール： チップは"部品"。基板に載せて初めて使える。チップ（LibreLane）と基板（KiCad）、内と外の両方がオープンで完成する。
- チップの周りを固める： 電源・クロック・リセットという地味な土台が、動く/動かないを決める。
- 各章を現物化： 外部Flash/RAM・microSD・無線・音声・モータ・Ethernet・表示――旅で設計した周辺が、実部品として一枚に集まる。
- USBホスト/ハブは載せない： 第6・7章の方針転換どおり、無線は技適済みモジュール外付け。USB-UARTは別物として搭載。
- KiCad→製造： 回路図→配置→配線→DRC→ガーバー→格安PCBへ。基板製造もまた民主化されている。
- 段階的に： 最小構成で起動を確認してから周辺を足す。デモ基板かフル基板かは、届くチップ次第。
これで、設計から製造、そして基板まで――一気通貫の道具立てがそろいました。あとは、本物のチップが届くのを待つだけです。製造から数ヶ月後、手のひらに乗ったシリコンを基板で動かし、設計どおりかを確かめる。本講座が"完成"する、その瞬間へ――終章：実チップ検証と、世界への宣言です。