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第6章：FreeRoutingで自動配線する ― 任せる所と、人がやる所

この章の学習のねらい
前章で用意した予約線（ラッツネスト）を、本物の銅の配線に変えます。ただし、線を一本ずつ手で引くのではなく、FreeRoutingという自動配線ツールに、大部分を引いてもらいます。この章のゴールは、KiCadから配線対象を書き出し → FreeRoutingで自動配線 → 結果をKiCadに戻し → 機械が引ききれなかった数本を人が仕上げ → GNDのベタ塗りをして → DRC（最終チェック）をゼロにするまでを通すこと。このコースの背骨――どこまでを機械に任せ、どこからを人がやるのか――が、いちばんはっきり出る回です。

6.1 FreeRoutingとは何か

FreeRoutingは、KiCadの外にある、独立した自動配線（オートルーター）ツールです。オープンソースで、長く使われてきました。KiCadと直接つながっているわけではなく、あいだをファイル2種類でやり取りする関係になっています。KiCadから「これを配線して」と配線対象（.dsn）を渡し、FreeRoutingが引き終わった結果（.ses）を受け取ってKiCadに戻す――この橋渡しが基本です。

用語：.dsn と .ses（Specctra形式）
.dsn（Specctra DSN）は、KiCadが「この基板の、部品配置・外形・つなぐべき結線・線の太さのルール」をまとめて書き出したファイルです。FreeRoutingはこれを読み込んで配線します。.ses（Specctraセッション）は、FreeRoutingが「どこにどう線を引いたか」という配線の結果を書き出したファイルです。KiCadはこれを読み込んで、予約線を本物の銅線に置き換えます。KiCadとFreeRoutingは、この2つのファイルだけで会話します。

ここで面白いのは、「配線という物理作業のうち、線を引く部分だけを、標準的なファイル形式で外の道具に切り出した」という発想です。KiCadに全部を抱え込ませるのではなく、配線が得意な専門の道具に、決まった形式で仕事を渡す。だからこそ、KiCadを使いながら、配線だけ別のツールの力を借りる、という分業が成り立ちます。

6.2 準備：Javaで動かす

FreeRoutingはJavaで書かれたプログラムです。そのため、動かすにはPCにJavaの実行環境（JRE）が必要です。本体は、配布されている .jar ファイル（Javaの実行ファイル）を起動して使うのが基本の形です。

版番号・Javaの版・起動方法は、各自の環境と公式に合わせる

FreeRoutingの版、対応するJavaの版、起動のしかた（インストーラ版か、.jar を直接起動するか、KiCadのプラグインとして入れるか）は、時期と環境で変わります。執筆時点では、公式はJava JRE のバージョン25を案内し、本体は2.2系（例：freerouting-2.2.4）が配布されています。ただしこれは古びる情報なので、実際に使うときはFreeRoutingのReleasesページと公式ドキュメントで最新を確認してください。macOSではターミナルから起動する必要があるなど、OSごとの作法もあります。困ったら、まず公式の案内に立ち返るのが近道です。

実際にこう通した、という一例

参考までに、本コースの題材ボードを実際に通したときの構成を、あくまで一例として挙げておきます。Java 25をフルパス指定で起動し、FreeRouting 2.2.4（.jar）で自動配線しました。結果、大部分（この設計では34本の予約線のうち33本）を自動で引き、混み合って引けなかった1本（マイコンのある信号）だけを、人が裏面へビアで逃がして手配線。最終的に未接続ゼロ・DRCゼロまで到達しました。数字はこの設計・この時点での一例で、あなたのボードでは変わります。大事なのは「ほとんど自動、残りわずかを人」という配分の感覚のほうです。

6.3 KiCadから .dsn を書き出す

まず、KiCadの基板エディタから、配線対象を .dsn ファイルとして書き出します。KiCadのメニューでいえば「ファイル」→「エクスポート」→「Specctra DSN」にあたります（メニューの位置は版で変わることがあります）。

書き出す前に確認すること
  • 部品が並んでいるか（前章5.2）。配置が済んでいないと、配線しようがありません。
  • ネットクラス（線の太さ）が設定されているか（前章5.3）。ここが、次の自動配線の太さを決めます。
  • その状態で「Specctra DSN」を書き出し、.dsn ファイルを作ります。
ここが大事：自動配線の線の太さは、.dsn を書き出した時点のルールで決まる
FreeRoutingが引く線の太さやクリアランスは、KiCadで .dsn を書き出したときのルート設定（＝前章5.3で決めたネットクラス）に従います。つまり、「電源は0.5mm、信号は0.3mm」という前章の設定が、そのままFreeRoutingの配線に効きます。逆に言うと、太さを決めずに書き出すと、FreeRoutingも意図した太さで引いてくれません。「先にKiCadでルールを決める→そのあとFreeRoutingに渡す」という順番を、必ず守ってください。5章と6章がつながっているのは、ここです。

6.4 FreeRoutingで自動配線する

.dsn を書き出したら、FreeRoutingを起動して読み込ませ、自動配線を実行します。

自動配線の手順（概要）
  1. FreeRoutingを起動し、「Open Your Own Design（自分の設計を開く）」から、書き出した .dsn を選びます。
  2. 基板と予約線が表示されます。自動配線（Magic Wandのアイコン）を押すと、配線が始まります。
  3. 画面で配線が進む様子と、残りの本数が数字で見えます。パスが終わるまで待ちます。
  4. 終わったら、結果を .ses（Specctraセッション）として書き出します（「Export Specctra Session File」など）。
GNDは「線」ではなく「面」で受ける

自動配線では、信号線と電源線を引くことに集中させ、GNDは一本ずつ引かず、前章で範囲を決めたベタGND（面）で受けるのが素直なやり方です。FreeRoutingにも、特定のネット（GNDなど）を自動配線の対象から外す設定があります。GNDを面で受けると、配線がすっきりし、ノイズにも強くなります。GNDのベタ塗りは、この章の最後（6.7）で行います。

6.5 .ses をKiCadに取り込む

FreeRoutingが書き出した .ses を、KiCadに戻します。メニューでいえば「ファイル」→「インポート」→「Specctraセッション」にあたります。取り込むと、これまで予約線だった部分が、本物の銅の配線に置き換わります。画面の上で、細い予約線が、太さを持った銅線に変わっていれば成功です。

戻したあとは、必ず自分の目で見る

自動配線は便利ですが、結果をそのまま鵜呑みにしないのが大事です。取り込んだら、電源線がちゃんと太く引かれているか、変な遠回りをしていないか、部品の下を不自然に通っていないか、といった点をざっと見ておきます。おかしなところがあれば、次の6.6で人が手直しします。「機械に任せる」と「結果を確かめる」はセットです。

6.6 任せる所と、人がやる所

ここが、この章の核心です。FreeRoutingは大部分の線を引いてくれますが、すべてを引ききれるとは限りません。とくに、部品が混み合ったところや、他の線に囲まれて逃げ場のないところでは、「どうしても引けない線」が数本、残ることがあります。そこが、人の出番です。

人がやること
  • 引けなかった線を見つける。取り込んだあとに残っている予約線が、それです。
  • その線を手で引く。まっすぐ引けなければ、ビアで裏面に逃がして、混雑を避けて回すといった判断をします（KiCad入門・第6章の手配線と同じ操作）。
  • 電源や、ノイズに気をつけたい線が、自動配線で不本意な引き方をされていたら、その線だけ引き直す。
「全部自動」を目指さない。それでいい
初めてだと「一本でも手で引いたら負け」のような気がするかもしれませんが、そうではありません。混み合った最後の数本を人が仕上げるのは、ごく普通のことです。むしろ、そここそが人の判断の見せどころ――「この線は裏に逃がす」「ここはビアを1つ足す」といった、盤面を見ての判断です。大部分を機械に任せて時間を節約し、難しい所に人の手をかける。この配分こそ、このコースがずっと言ってきた「論理はコード、物理は人と機械」の、いちばん具体的なかたちです。前の6.2の実例でも、33本は自動、残り1本を人が引いていました。

6.7 仕上げ：ベタGNDを塗り、DRCをゼロにする

信号と電源の配線が終わったら、前章5.4で範囲を決めておいたベタGNDを、実際に塗りつぶします。KiCad入門・第6章と同じで、B キー（すべてのゾーンを塗りつぶし）を押すと、空いている所がGNDの銅で埋まります。配線をすべて終えてから塗る――この順番だから、きれいに埋まります。

最後に、製造へ進む前の最終チェック、DRC（デザインルールチェック）です。KiCad入門・第6章でやったのと同じ、機械による全数検査です。

仕上げの手順
  1. B キーで、表・裏のベタGNDを塗りつぶす。
  2. 「検査」→「デザインルールチェック（DRC）」を実行する。
  3. 未接続（Unconnected）がゼロ、クリアランス違反がゼロになるまで直す。
DRCゼロは、発注の最低条件
DRCのエラーが残ったまま発注してはいけません。とくに見落としやすいのが「未接続」――引き忘れた予約線が残っているケースです。自動配線と手配線を合わせて、予約線が一本残らず銅線に変わり、DRCの未接続がゼロになって、はじめて設計データの完成です。エラーが残ったまま発注すると、工場に断られるか、つながっていない不良基板が届きます。ゼロになるまで、根気よく直してください。

これは半導体でいう「テープアウト」に当たる節目

DRCがゼロになり、設計データが確定するこの瞬間は、KiCad入門でも触れたとおり、半導体設計でいう「テープアウト（製造データの確定）」に相当する、ものづくりの大きな節目です。しかも今回は、結線はコードで書き、配線の大半は機械に任せ、要所だけ人が仕上げた――新しいやり方で、この節目にたどり着きました。

6.8 次章への橋渡し

この章のゴール
  • KiCadから .dsn を書き出した（前章の太さ設定を持った状態で）
  • FreeRoutingで自動配線し、.ses を書き出した
  • .ses をKiCadに取り込み、予約線を銅線に変えた
  • 引けなかった数本を、人が手配線した（ビアで裏に逃がすなど）
  • ベタGNDを塗り、DRCの未接続・クリアランス違反をゼロにした

設計データが完成しました。結線をコードで書き、配線を機械と人で仕上げ、検算まで通した一枚です。ここまでくれば、あとは現物にするだけ。次章では、この完成データを製造用のデータに書き出し、実際に基板を発注し、部品を調達します。画面の中の設計が、手に取れる基板になります。