KiCad Tutorial – Pcbnew – Bemaßungen und Design Regeln

Gültig für die Version 4016 (2013-05-16)

Diese Artikel-Reihe beschäftigt sich mit dem Programm KiCad, einem Tool zu Erstellung von Schaltplänen und dem Entwurf von Leiterplatten. Diese Software ist kostenlos, völlig ohne Beschränkungen und sie wird ständig weiterentwickelt.

Hier geht es zur Übersichtsseite mit allen Artikeln der KiCad-Tutorial-Reihe.

Im letzten Artikel habe ich die Funktionen von Pcbnew vorgestellt und die ersten Einstellungen vorgenommen. Nachdem nun das Rastermaß verändert und der Umriss der Leiterplatte gezeichnet wurde kann es weitergehen. Diesmal werde ich die Leiterplatte bemaßen und die sogenannten Design-Rules genauer beleuchten und verändern. Damit wäre die grundsätzlichen Vorbereitungen für ein neues Projekt erledigt

Eine Bemaßung einfügen

Für meine GREETBoard Projekte verwende ich, als kleine Leiterplatte, Module in der Größe 50x40mm. Damit haben sie ein Achtel der Größe einer Europlatine. Diese Maß möchte ich neben der Leiterplatte auftragen um zu zeigen, wie Bemaßungen durchgeführt werden.

Zunächst wird die Maßeinheit auf mm gesetzt, da ich hierfür ein metrisches Raster benötige. Das Raster stelle ich danach auf 2,5 (mm) ein.

Pcbnew - Maßeinheit auf mm setzen

Pcbnew – Maßeinheit auf mm setzen

Für zusätzliche Informationen, wie diese Bemaßung, gibt es eine eigene Lage mit dem Namen „Dwgs.User“. Diese wähle ich mit einem Klick auf den Lagennamen im „Lagenfenster“ aus.

Pcbnew - Lagenauswahl für die Bemassung

Pcbnew – Lagenauswahl für die Bemassung

Anschließend muss ich noch das Werkzeug für die Bemaßung aktivieren. Dieses befindet sich in der rechten Werkzeugleiste und wird mit einem Klick auf die Schaltfläche eingeschaltet.

Pcbnew - Schaltfläche des Bemaßungswerkzeugs

Pcbnew – Schaltfläche des Bemaßungswerkzeugs

Das 2,5mm-Raster biete einen schönen Abstand zum Platinenumriss. Mit dem richtigen Abstand bei anderen Projekten muss man einfach etwas rumspielen. Falsch machen kann man hier eigentlich nichts. Ich beginne mit der rechten Bemaßung in dem ich an der oberen rechten Ecke mit dem Mauszeiger klicke und die Bemaßung nach unten ziehe. Dort klicke ich erneut und die Länge ist fixiert (Schritt 1). Zum Abschluss ziehe ich die Linie einen Rasterpunkt nach rechts und klicke wieder (Schritt 2) Damit ist die Bemaßung fertig.

Pcbnew - Bemaßung zeichnen

Pcbnew – Bemaßung zeichnen

Am Ende sollte die Bemaßung wie folgt aussehen:

Pcbnew - Die fertige Bemaßung

Pcbnew – Die fertige Bemaßung

Design Regeln

Um mit dem Leiterplattenprojekt zu starten möchte ich vorher einige Einstellungen in den Design Regeln kontrollieren und gegebenenfalls anpassen. Wichtig sind hierbei drei Faktoren Leiterbahnbreite, -abstand und Durchkontaktierungen. Es ist wirklich blöd, wenn die Leiterplatte fertig konstruiert wurde und der Platinenhersteller im Anschluss sagt, dass die Mindestabstände zu klein sind oder die Restringe zu klein dimensioniert hat. Und das nur, weil vorher vergessen wurde diese Einstellungen zu ändern. Ich kann euch davon ein Lied singen 🙁

Daher öffne ich das Design Regeln Menü über die oberste Menüleiste und wähle den Punkt „Design Regeln“

Pcbnew - Drop-Down-Feld für Design Regeln

Pcbnew – Drop-Down-Feld für Design Regeln

Es öffnet sich der Design Regeln Editor und die Größen der Standard-Netzklasse (Default) werden angezeigt. Wirklich interessant sind zu Beginn nur Abstandsmaß, Leiterbahnbreite und die DuKo-Durchmesser (Durchkontaktierung).

Ein Netz ist die Verbindung zwischen zwei oder mehreren Bauteilkontakten. Ein gutes Beispiel hierfür sind VCC und GND, diese Netze sind mit sehr vielen Bauteilen verbunden. Soll nun ein Netz eine unterschiedliche Leiterbahnbreite erhalten, wird eine neue Netzklasse erstellt und das entsprechende Maß geändert. Das werde ich später genauer erklären. Die Default-Netzklasse wird herangezogen, wenn einem Netz noch keine spezielle Netzklasse zugeordnet wurde. Es sollten bereits jetzt die Maße verwendet werden, die der zukünftige Platinenhersteller (vielleicht du selbst!) verarbeiten kann. Ich nutze eine Leiterbahnbreite und einen Leiterbahnabstand von 10mil.

Im folgenden Bild wurde der Editor mit der Millimeter-Maßangabe geöffnet (Schaltfläche in der linken Werkzeugleiste), daher steht dort nun jeweils 0,254 (in mm). Wie im letzten KiCad-Artikel beschrieben ist 1mil = 25,4µm, sodass 0,254mm = 254µm = 10mil sind. Die Angabe passt also.

Pcbnew - Der Design Regeln Editor

Pcbnew – Der Design Regeln Editor

Anders sieht es mit den Durchkontaktierungen aus. Der Mindestbohrdurchmesser liegt (bei mir) bei 0,6mm und geht dann in 0,1m Schritten nach oben. Zur Sicherheit nutze ich lieber eine 0,700mm Bohrung, sodass ich diesen Wert ändern muss. Darüberhinaus benötigt eine Durchkontaktierung einen sogenannten Restring, das ist der Ring der um die Bohrung übrig bleibt und nicht weggeätzt wird. Dieser soll bei mir mindestens +0,4mm betragen und erhöht den DoKu Durchmesser auf 1,100mm.

Pcbnew - Geänderte Designregeln

Pcbnew – Geänderte Designregeln

Die krummen Zahlen zu Beginn kommen durch die Umrechnung von Inch in Millimeter. 0,889mm entsprechen 0,035 Inch (oder 35 mil). Den Editor schließe ich nun mit einem Klick auf OK. Damit ist sichergestellt, dass die zukünftigen Leiterbahnen und Durchkontaktierungen die richtigen Maße aufweisen werden.

Zum Vergleich habe ich noch zwei Leiterbahnen mit Durchkontaktierungen (sog. Vias) aufgezeichnet. Die oberen Vias entsprechen der ursprünglichen Größe, die Unteren verwenden die geänderte Größe.

Pcbnew - Vergleich der geänderten Durchkontaktierung

Pcbnew – Vergleich der geänderten Durchkontaktierung

Den Design Regeln Editor werde ich in Zukunft noch das ein oder andere Mal besuchen, dann werde ich die übrigen Einstellungen genauer erklären. Jetzt geht es erstmal darum, dass die grundlegenden Einstellungen vor der ersten Linie richtig sind. Ist im Nachhinein eine Änderung notwendig, kann das sehr umständlich werden. Nun sind jedoch die Weichen gestellt um mit der eigentlichen Leiterplatten-Konstruktion zu beginnen. Im nächsten Artikel wird es darum gehen die Netzliste zu laden und die Bauteile zu platzieren.

Ich hoffe, meine Erklärungen waren verständlich und informativ. Wie immer gilt: Wenn ihr Fragen oder Anmerkungen habt, dann freue ich mich über Emails und vor allem über Kommentare hier im Blog.

Alles gute, Timo

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