// ============================================================================ // presentation.typ - KiCad: vom Schaltplan zum Gerber (4 Layer als Standard) // // Bauen: make presentation.pdf bzw. typst compile presentation.typ // // Screenshots: // Die Folien enthalten Platzhalter (`shot(...)`), die genau beschreiben, // welche KiCad-Aufnahme fehlt. So wird's ersetzt: // 1. Screenshot in KiCad machen (Fenster vorher auf ~16:9-Zuschnitt bringen) // 2. Als PNG speichern unter assets/.png // (Name steht im Platzhalter, z. B. assets/07-routing.png) // 3. Die `shot(...)`-Zeile durch ein Bild ersetzen, z. B. // #img("assets/07-routing.png", width: 76%, caption: [Routing in Pcbnew]) // Die Folie "Screenshot-Checkliste" am Ende listet die fehlenden Aufnahmen. // ============================================================================ #import "template.typ": * // ---- Palette-Erweiterung (nur für die Querschnitts-Diagramme) -------------- #let cu = ember // Kupfer -> Terrakotta aus der Deck-Palette #let mask = accent // Lötstopp -> Petrol ("blaue Platine") #let fr4 = luma(226) // FR4-Kern #let prepreg = luma(238) // Prepreg // ---- Helfer ----------------------------------------------------------------- // Quellenzeile am Folienboden (wie in presentation01.typ). #let src(body) = { v(0.3em) block( width: 100%, fill: paper.darken(3%), inset: (x: 6pt, y: 3.5pt), radius: 2pt, text(size: 9.5pt, fill: luma(145))[#text(fill: accent)[Quellen:] #body], ) } // Screenshot-Platzhalter: beschreibt die fehlende Aufnahme + Zieldatei. // Ersetzen durch: #img("assets/.png", width: .., caption: [..]) #let shot(name, what, tip: none) = block( breakable: false, width: 100%, stroke: (paint: luma(190), thickness: 1pt, dash: "dashed"), fill: wash, radius: 3pt, inset: (x: 0.6em, y: 0.5em), { text(font: mono, size: 0.58em, weight: "bold", fill: ember, tracking: 0.08em)[ SCREENSHOT → assets/#(name + ".png") ] v(0.12em) text(size: 0.72em)[#what] if tip != none { v(0.08em) text(size: 0.62em, fill: luma(110))[#tip] } }, ) // Ganze Folie für einen Screenshot: großes Bild + kleine Bildunterschrift. #let shot-slide(title, path, height: 250pt, caption: none) = slide(title: title)[ #align(center, image(path, height: height)) #if caption != none [ #v(0.2em) #align(center, text(size: 0.75em, fill: luma(110))[#caption]) ] ] // Schichtband: lückenlos gestapelt (Grid mit row-gutter 0 = kein Par-Abstand). #let _layer(fill, h, round: none) = rect( width: 100%, height: h, fill: fill, stroke: 0.5pt + luma(150), radius: if round == none { 0pt } else { round }, ) #let _stack(..layers) = grid(columns: (1fr,), row-gutter: 0pt, ..layers) // Legendenzeile: Farbfeld + Text. #let _sw(c, note) = grid( columns: (14pt, 1fr), column-gutter: 0.45em, align(horizon, rect(width: 14pt, height: 9pt, fill: c, stroke: 0.5pt + luma(160), radius: 1.5pt)), align(horizon, text(size: 8.5pt)[#note]), ) #let cu2 = rgb("#d5501795") #let cu3 = rgb("#eb6228") // Querschnitt 4-Layer: Stack links, Legende rechts. #let stack-4() = grid( columns: (0.5fr, 1fr), gutter: .5em, _stack( _layer(mask.lighten(40%), 8pt, round: (top-left: 2pt, top-right: 2pt)), _layer(cu, 11pt), _layer(prepreg, 7pt), _layer(cu2, 11pt), _layer(fr4, 18pt), _layer(cu3, 11pt), _layer(prepreg, 7pt), _layer(cu, 11pt), _layer(mask.lighten(40%), 8pt, round: (bottom-left: 2pt, bottom-right: 2pt)), ), grid( row-gutter: 4pt, _sw(mask.lighten(40%), [Lötstopp]), _sw(cu, [Kupfer 35 µm - Signale]), _sw(prepreg, [Prepreg ≈ 0,2 mm]), _sw(cu2, [In1.GND - Masse]), _sw(fr4, [FR4-Kern ≈ 1,0 mm]), _sw(cu3, [In2.PWR - Versorgung]), ), ) // Prozesskasten für die Werkzeugkette (Stil wie diagrams.typ::_pipebox). #let _kbox(title, ..lines, highlight: false) = block( width: 100%, stroke: ( paint: if highlight { accent } else { luma(205) }, thickness: if highlight { 1.1pt } else { 0.6pt }, ), fill: if highlight { accent.lighten(94%) } else { paper }, radius: 3pt, inset: (x: 5pt, y: 6pt), align(center)[ #text(size: 10pt, weight: "bold")[#title] #v(2pt) #for l in lines.pos() [ #text(size: 8.5pt, fill: luma(110))[#l] #v(1pt) ] ], ) #let _arrow = text(fill: accent)[→] // Werkzeugkette in zwei Reihen. #let workflow-pipeline() = block(width: 100%, { grid( columns: (1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr), _kbox("Schaltplan", "Eeschema:", "Symbole & Werte"), _arrow, _kbox("ERC", "Verbindungen &", "Flags prüfen"), _arrow, _kbox("Footprints", "Symbol ↔ Gehäuse", "zuweisen"), _arrow, _kbox("PCB-Import", "Netzliste &", "Ratsnest in Pcbnew"), ) align(center, text(fill: accent, size: 0.85em)[↓]) grid( columns: (1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr), _kbox("Platzieren", "Umriss &", "Signalfluss"), _arrow, _kbox("Routen", "Leitungen & Vias"), _arrow, _kbox("Zonen", "GND-Flächen"), _arrow, _kbox("DRC & 3D", "Regeln prüfen"), _arrow, _kbox("Gerber", "Plotten & Bohren", "→ Fertigung", highlight: true), ) }) // ---- Folientext ------------------------------------------------------------- #show: presentation.with( title: "KiCad", subtitle: "Vom Schaltplan zur fertigen Platine - 4 Layer als Standard", author: "Your Name", ) #slide(title: "Ablauf")[ - *Was ist KiCad?* · Projekt & Schaltplan - *Layout*: Platzieren · Routen · Zonen · Prüfen - *4 Layer* statt 2 - warum - *Praxis*: USB-C & 5 V · 0-Ω-Retter · Löten - *Fertigung*: Gerber · Kosten · China vs. EU #v(0.6em) Danach: Wovon wollt ihr mehr sehen? ] // Big-Picture-Folie: der komplette Weg von der Idee zum fertigen Gerät. #slide(title: "Von der Idee zur Platine")[ #grid( columns: (1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr), _kbox("1 · Schaltplan", "Schaltung zeichnen"), _arrow, _kbox("2 · Layout", "Platine entwerfen"), _arrow, _kbox("3 · Export", "Gerber-Dateien"), _arrow, _kbox("4 · Bestellen", "hochladen + Stückliste", highlight: true), ) #align(center, text(fill: accent, size: 0.85em)[↓]) #grid( columns: (1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr, 10pt, 1fr), [], [], _kbox("5 · Versand", "Platine kommt per Post"), _arrow, _kbox("6 · Löten", "Bauteile auflöten"), _arrow, _kbox("7 · Test", "läuft alles?"), ) #v(0.8em) Heute: Schritte 1-3 in KiCad - ab 4 übernimmt die Fertigung. ] // =================================================================== #section("KiCad-Überblick", note: "Werkzeuge & Workflow") // =================================================================== #slide(title: "Was ist KiCad?")[ #grid( columns: (4fr, 1.35fr), gutter: 1.6em, [ - Leiterplattendesignsoftware - Schaltplan und Layout - git support - Projektdateien sind Text - Windows / Linux / Mac - vom CERN, open source - Eigentlich eine Sammlung von Programmen - Python-Api für Automation ] ) #img("assets/01_projectmanager.png", width: 120%) ] #slide(title: "Werkzeugkette")[ #workflow-pipeline() #v(0.5em) - Später etwas geändert? Ein Klick: Schaltplan → Platine aktualisieren - Erst Electrical Rule check sauber haben, dann Layouten ] #slide(title: "Projekt & Schaltplan")[ - An Beispielschaltungen aus dem Datenblatt orientieren - platzieren, verdrahten - Sorgfalt und Zeit investieren - sauber gruppieren, nach Funktion: - Stecker & Montage - Stromversorgung - geht an alle anderen Gruppen - Zentraler Prozessor + Debug - Funktionale Gruppen - z. B. Schaltergruppe 1: Schalter + Sensor + LED + ... ] #slide(title: "Beispiel: gruppierte Schaltung")[ #align(center, image("assets/02_schaltplan.png", height: 16em)) #v(0.2em) #align(center, text(size: 0.75em, fill: luma(110))[Jede Funktionsgruppe bekommt ihren eigenen Kasten - so bleibt der Plan lesbar.]) ] #slide(title: "Bauteile & Lieferbarkeit")[ #grid( columns: (1.15fr, 1fr), gutter: 1.2em, [ - Direkt beim Zeichnen konkret aussuchen - was es gibt und was lieferbar ist - "irgendein 100 nF" ist okay - "der Schaltregler, aber in der 5-V-Variante" nicht - Check: LCSC · Mouser · DigiKey - Lagerstand, Preis bei 1 / 10 / 100 Stück - LCSC-Nummer als Feld ins Symbol → fertige Stückliste - LCSC gibts als Plugin - Schönster Schaltplan nützt nichts *ohne Bauteile* ], img("assets/04_properties.png", width: 100%, caption: [Symbol-Eigenschaften: Felder, z. B. für die LCSC-Nummer]), ) ] #slide(title: "ERC - Schaltung prüfen")[ - `Prüfen → Elektrische Regeln prüfen` - Findet: offene Pins · vergessene Drähte · fehlende `PWR_FLAG` - Warnungen *beheben* - nicht wegklicken - ERC grün → weiter zum Layout #v(0.4em) #img("assets/03_erc.png", width: 62%, caption: [ERC-Dialog: 10 Fehler - genau die müssen weg]) ] // =================================================================== #section("Layout-Workflow", note: "Der Standard-Workflow") // =================================================================== #slide(title: "Footprints zuweisen")[ - `Werkzeuge → Footprints zuweisen`: Symbol → Gehäuse - Mechanische Maße vorher im Datenblatt prüfen ] #shot-slide( "Footprint Chooser", "assets/05_footprint_assign.png", height: 265pt, caption: [Filter + Vorschau: passt das Gehäuse zum Symbol?], ) #shot-slide( "PCB aus Schaltplan aktualisieren", "assets/06_update_pcb.png", height: 265pt, caption: [`Tools → Update PCB from Schematic` (F8) - Bauteile landen auf der Platine], ) #slide(title: "Setup, Umriss & Platzieren")[ #grid( columns: (3.5fr, 0fr), gutter: 1.4em, [ - Umriss auf *Edge.Cuts* (z. B. 80 × 50 mm) - *Board-Setup* (Standard): - Signal 0,25 mm · PWR 0,5-0,8 mm - Via 0,6/0,3 mm - Platzieren nach *Signalfluss*: - Stecker & Befestigung zuerst - als fix markieren - Dann Bauteile grob zusammenschieben wie auf dem Schaltplan gruppiert - Entkopplungs-Cs direkt an die Versorgungspins - *Platinenbeschriftung*: auf wichtige Eckpunkte reduzieren - z.B. Stecker-Polarität - max Spannung - Versionierung ], // shot("07_floorplan", [Pcbnew: Umriss + platzierte Footprints mit Ratsnest]), ) ] #slide(title: "Routen")[ - `X` - *kritische Signale zuerst*: Takt · PWM · Analog - Kurze Wege, wenige Vias - `V` beim Routen → Via, Lagewechsel - PWR breiter (Netz-Klasse) · GND → Massefläche - Raster: 1,27 / 0,635 mm (THT) · 0,25 mm (SMD) ] #shot-slide( "Routen in Pcbnew", "assets/07_routing.png", height: 280pt, caption: [F.Cu - die dünnen Linien (Ratsnest) zeigen, welche Verbindungen noch fehlen], ) #slide(title: "Zonen - GND-Fläche")[ - Werkzeug *Kupferfläche*: Netz *GND* · Lage wählen \ (4 Layer: In1.GND · 2 Layer: B.Cu) - Thermische Reliefs für Pads - *Stitch-Vias* nahe kritischen Bauteilen \ (Entkopplung · Quarze · Spannungsregler) - Nach jeder Änderung: `B` (Zonen auffüllen) → erst dann DRC #v(0.5em) // #shot( // "09_zone", // [Zonen-Eigenschaften: Netz GND, Lage B.Cu, Füllparameter], // tip: [Rechtsklick auf die Fläche → "Flächen..."], // ) ] #slide(title: "Prüfen & Exportieren")[ - *DRC - nie vergessen!* Nach dem Layout + *nochmal vor dem Export* - *3D-Viewer*: kollidieren Gehäuse & Stecker? - Hilft aber auch nur wenn die 3D-Modelle korrekt sind - Export: Gerber X2 + Bohrdaten → ZIP → Fertigung #v(0.5em) // #shot("11_3d_viewer", [3D-Betrachter: fertige Platine mit Bauteilen]) ] #shot-slide( "DRC", "assets/10_drc.png", height: 210pt, caption: [16 Warnungen - jede anschauen und verstehen, nicht sofort wegklicken], ) // =================================================================== #section("4-Layer", note: "Stackup, Masse & Versorgung") // =================================================================== #slide(title: "2 oder 4 Lagen?")[ #grid( columns: (1.6fr, 1fr), gutter: 1.4em, [ - *4 Lagen als Standard* - Aufpreis klein (oder nicht vorhanden), Nutzen groß - Massefläche unter jedem Signal → weniger Abstrahlung - Impedanzkontrolle (USB · Ethernet · Funk) - Tools in Kicad! - Versorgung als eigene Lage - 2 Lagen: nur Adapter- & Breakout-Boards - Billigvariante des Stackups reicht fast immer ], stack-4(), ) ] // #shot-slide( // "Preis: 2 Lagen", // "assets/13_2layer_jlc.png", // height: 165pt, // caption: [JLCPCB, 50 × 50 mm, 5 Stück: 20,56 \$ - davon 16,56 \$ für "Via Covering", eine Option, die man selten braucht], // ) // #shot-slide( // "Preis: 4 Lagen", // "assets/13_4layer_jlc.png", // height: 165pt, // caption: [Gleiche Größe: 8,00 \$ (Aktion) - vier Lagen sind hier billiger als zwei], // ) #slide(title: "Advanced: Stackup in KiCad einrichten")[ - Board-Setup → *Stapelaufbau*: Innenlagen anlegen, benennen, Dicken eintragen - *Impedanz* im selben Dialog: Ziel 50 Ω → empfohlene Bahnbreite - Netzklassen & Abstände wie gehabt #img("assets/12_stackup.png", width: 80%, caption: [Physical Stackup: hier über "Copper layers" auf 4 Kupferlagen erhöhen]) ] // #slide(title: "Layout-Aufgaben bei 4 Layern")[ // #grid( // columns: (2.1fr, 1fr), // gutter: 1.4em, // [ // - *GND-Ebene durchgehend halten* - Schlitze = Rückstromfallen // - *GND-Via direkt neben* dem Signal-Via // - *Stitching-Vias* regelmäßig verteilen // - Entkopplung: Pad → Via → Plane, so kurz wie möglich // - Versorgung: Via-Paare an In2 // ], // // shot( // // "14_4l_fertig", // // [4-Layer-Board, nur In1.GND sichtbar: durchgehende Massefläche mit Stitching-Vias], // // tip: [Lagen-Liste links: nur In1.Cu + Vias einblenden], // // ), // ) // ] // =================================================================== #section("Praxis-Fragen", note: "Erfahrungswerte fürs erste Board") // =================================================================== #slide(title: "Wie starte ich?")[ - *Klein anfangen*: eine Platine, ein Ziel \ (z. B. Versorgung + MCU-Modul - das Vortrags-Beispiel) - *Bewährtes kopieren*: Referenzdesigns · Open-Source-Boards - Review von Bekannten anfragen - z.B. Mitglieder im Chaos-Verein - Revision 1 = Lernprojekt: *2-3 Anläufe* sind normal - Beispiel Busanzeiger: Versorgung · Mikrocontroller · Display-Anbindung ] #slide(title: "USB-C & 5 V - ein gutes Konzept?")[ - *Ja - guter Standard*: robust · überall verfügbar · nur 5 V - *CC1 & CC2: je 5,1 kΩ nach GND* - sonst kein Strom - A/B-Pins *gespiegelt, nicht gedreht* - Footprint prüfen - USB-2: A6↔B6 (D+) · A7↔B7 (D-) - VBUS: *NIE zurückeinspeisen* - Schützen mit Verpoldiode + ESD-Netzwerk #v(0.2em) #grid( columns: (1fr, 1fr), column-gutter: 1.2em, align(center, image("assets/USB-C-Breakout_Schematic-_PD5V.png", height: 190pt)), align(center, image("assets/usb_2.png", height: 190pt)), ) // #src[Rd (5,1 kΩ): USB-IF, USB Type-C Spec] ] #slide(title: "EMV als Anfänger?")[ - *Bewusste EMV-Optimierung (Funkstörungen): zu früh* - Grundset bringt schon den Großteil: - durchgehende *GND-Fläche* (deshalb 4 Layer) - *Entkopplungs-Cs* an jeden Versorgungspin - Einplanen: *2-3 Revisionen* + *Yellow-Wire* für Rev. 1 ] #slide(title: "Wie flexibel designen?")[ - Jumper *Ja* · Bestückoptionen des gleichen Teils? *Eher nicht* - *Bestückoptionen*, aber z.B. optionaler pulldown Widerstand: *Ja* - Die nächste Platine ist schnell & günstig - Flexibilität kostet: Platz · Zeit · Nerven - *Ausnahme: ab ~100+ Stück* → Varianten lohnen ] #slide(title: "Retter in der Not: 0 Ω & 1 R")[ - *0 Ω in Serie* zu Strom- & heiklen Signalleitungen \ - im Notfall: austauschen · überbrücken - Gehäuse: *0805 / 0603 - nicht kleiner* (handlötbar) - *1 R in 0805 als Sicherung* - geht durch statt abzufackeln ] // =================================================================== #section("Bestückung & Equipment", note: "Löten, Werkzeug & PCBA") // =================================================================== #slide(title: "Bestückung: klein nach groß")[ - *Klein nach groß* - sonst kommt der Lötkolben nicht mehr dran - *Erst SMD, dann THT* - Stecker blockieren sonst SMD-Plätze - *Zoom nicht übertreiben*: Bildschirm ≠ Realität - SMD in einem Rutsch: Lötpaste → setzen → Hotplate / Heißluft - Bestückungsdruck? - Lohnt sich so wirklich - erst ab ~1 000 Stück ] #slide(title: "Equipment - was lohnt sich?")[ #grid( columns: (1fr, 1fr), gutter: 1.2em, panel(c: accent)[ *Kaufen (ja)* - *Lötkolben* - temperaturgeregelt, feine Spitzen - *Hotplate* - SMD-Lötpaste im kleinen Reflow - *Heißluftfön* - Rework · QFN/DFN - *Lötpaste & Lötzinn* ], panel(c: ember)[ *Eher nicht / später* - Reflow-Ofen - Hotplate reicht - Automatischer Picker - Pinzette tut's - Großes Mikroskop - USB-Mikroskop reicht ], ) ] #slide(title: "Factory-Bestückung (PCBA)")[ - *Lohnt sich - öfter als gedacht* (JLCPCB · AISLER) - V. a. bei *feinen Gehäusen*: 0402 · QFN · BGA - Aus KiCad: *BOM* + *Pick-and-Place* \ (`Datei → Fertigungsoutputs`) - Split: *SMD ab Werk · THT & Stecker selbst* - HTML-Bom-Viewer: Ein Traum-Werkzeug zum bestücken - mit Abhakfunktion und Bauteilfinder ] // =================================================================== #section("Prüfung & Fertigung", note: "DRC, Gerber, Bohrdaten & Kosten") // =================================================================== #slide(title: "Endkontrolle")[ - *Innenlagen sichtbar machen*: GND wirklich geschlossen? - *DRC* mit den Regeln des Herstellers (Clearance · Annular Ring · Bohrung) - *3D-Check* + STEP-Export (`Datei → Exportieren → STEP`) - Faustregel: erst Zonen auffüllen (`B`) · dann DRC ] #slide(title: "Gerber & Bohrdaten")[ - `Fertigungsoutputs → Plotten...`: *Gerber X2* - Kupfer · Lötstopp · Bestückungsdruck · Umriss - Bohrdaten (Excellon) separat → beides ins ZIP - Kontrolle in *GerbView*: jede Lage durchschauen #v(0.5em) #grid( columns: (1fr, 1fr), gutter: 1.2em, shot("15_plot", [Plot-Dialog: Gerber X2, Layer-Liste mit Haken]), shot("16_gerbview", [GerbView mit geladenen Lagen (F.Cu, B.Cu, Masken)]), ) ] #slide(title: "Was kostet eine Platine?")[ #table( columns: (auto, 1fr), stroke: (bottom: 0.5pt + luma(210)), inset: (x: 4pt, y: 2.5pt), [*Stückzahl*], [*Richtwert (kleine 4-Layer-Platine, China)*], [1-5], [ca. 10-25 € - fast nur Grundgebühr, Panel & Versand], [10], [kaum teurer als 5 - Setup einmal bezahlt], [100], [ca. 1-2 € pro Stück], [1000], [ca. 0,3-0,8 € pro Stück], ) #v(0.4em) - *Kleinmengen = Fixkosten*: Setup · Panel · Versand - Preis-Treiber: *Fläche · Lagenzahl · Mindestabstände* · Menge #v(0.3em) #src[Richtwerte - aktuell immer im Preisrechner prüfen (jlcpcb.com, aisler.net)] ] #slide(title: "China oder EU?")[ #grid( columns: (1fr, 1fr), gutter: 1.2em, panel(c: ember)[ *China - JLCPCB, PCBWay, SEEED* - sehr günstig · riesige Auswahl - Versand 1-2 Wochen - lange Transportwege ], panel(c: accent)[ *EU - AISLER, Beta layout, Würth* - Direkt sichtbar? Faktor 2-5 teurer · schnell & unkompliziert - Eigentlich: Preisunterschied egal - deutschsprachiger Support · Gewährleistung - kurze Wege → besser für Umwelt & Klima ], ) #v(0.5em) - China: günstiges Prototyping · EU: Zeit, Service, CO₂ ] #slide(title: "Screenshot-Checkliste")[ #set text(size: 11.5pt) Noch fehlende Aufnahmen - machen, als `assets/.png` speichern, \ `shot(...)` durch `img(...)` ersetzen: #v(0.4em) #table( columns: (auto, auto, 1fr), stroke: (bottom: 0.5pt + luma(210)), inset: (x: 4pt, y: 2.5pt), [*Nr*], [*Datei*], [*Motiv*], [15], [plot], [Plot-Dialog mit Gerber X2 und Layer-Liste], [16], [gerbview], [GerbView mit geladenen Lagen], ) ] #slide(title: "Quellen & Links")[ - `docs.kicad.org` - Handbuch & Getting Started (de/en) - `kicad.org` - Downloads · Release Notes · Blog - `forum.kicad.info` - Community-Forum - Design-Rules der Fertigung (JLCPCB · PCBWay · AISLER) \ - vor dem Layout ins Board-Setup - Tools: - https://github.com/hulryung/kicad-lcsc-manager - https://github.com/dsa-t/jlc-kicad-lib-loader ] #slide(title: "Diskussion")[ - Was zeigen wir *live*? (Layout-Demo ~15 min) - Wovon wollt ihr mehr? Kosten · PCBA · EMV · Impedanz #v(1em) #align(center, text(size: 1.3em, weight: "bold")[Danke - Fragen?]) ]