Concevez votre premier circuit imprimé
KiCAD Pcbnew - Les Bases
Ce tutoriel couvre les fonctionnalités de base de l'éditeur de PCB Pcbnew de KiCAD.
Logiciels :
Machines/Outils :
Pcbnew est l’éditeur de circuits imprimés (PCB) intégré à KiCAD. Après avoir créé votre schéma électronique dans Eeschema, Pcbnew vous permet de concevoir le circuit imprimé physique : placer les composants, router les connexions, définir les contours de la carte et générer les fichiers de fabrication.
Ce tutoriel vous guidera à travers les bases de Pcbnew : du passage du schéma au PCB jusqu’à la génération des fichiers Gerber pour la fabrication.
Ce tutoriel suppose que vous avez déjà créé un schéma électronique avec Eeschema, avec les composants annotés et les empreintes assignées. Si ce n’est pas le cas, consultez d’abord notre tutoriel sur Eeschema.
Depuis le gestionnaire de projets KiCAD, double-cliquez sur le fichier .kicad_pcb ou cliquez sur l’icône Éditeur de circuit imprimé. Pcbnew s’ouvre avec un PCB vierge ou votre PCB existant.
Pour importer ou mettre à jour les composants depuis votre schéma, allez dans Outils > Mettre à jour le circuit imprimé depuis le schéma ou appuyez sur F8. Une fenêtre s’ouvre listant tous les changements.
Dans la fenêtre de mise à jour :
Tous vos composants apparaissent empilés, prêts à être placés. Les connexions (chevelu/ratsnest) sont visibles.
Les lignes blanches fines qui relient les composants s’appellent le ‘chevelu’ ou ‘ratsnest’. Elles représentent les connexions logiques de votre schéma et vous guident pour router vos pistes.
L’interface de Pcbnew est organisée en plusieurs zones :
1. Barre d’outils supérieure : Outils principaux (sauvegarder, annuler, zoom, couches) 2. Barre d’outils verticale droite : Outils de dessin et routage 3. Zone de dessin centrale : Votre PCB 4. Panneau Apparence à droite : Visibilité des couches et éléments 5. Barre de messages en bas : Coordonnées et informations
Un PCB est constitué de plusieurs couches empilées :
F.Cu (Front Copper) : Couche cuivre face avant (rouge) B.Cu (Back Copper) : Couche cuivre face arrière (vert) F.SilkS (Front Silkscreen) : Sérigraphie face avant (marquages) B.SilkS (Back Silkscreen) : Sérigraphie face arrière Edge.Cuts : Contour de découpe de la carte
Pour les PCB 4 couches ou plus, il y a des couches internes (In1.Cu, In2.Cu, etc.)
Mémorisez ces raccourcis pour gagner en efficacité :
M : Déplacer un composant R : Pivoter un composant F : Retourner un composant (face avant/arrière) X : Commencer une piste (route) V : Placer un via D : Glisser une piste (drag) U : Sélectionner la piste complète Delete : Supprimer un élément Page Up/Down : Changer de couche active Échap : Annuler l’action en cours
Utilisez la molette pour zoomer, maintenez le bouton du milieu pour déplacer la vue. Appuyez sur F11 pour passer en mode plein écran et gagner de l’espace de travail.
Une empreinte (footprint) est la représentation physique d’un composant sur le PCB : les pastilles de soudure, l’encombrement, la sérigraphie. Chaque symbole de votre schéma doit avoir une empreinte assignée pour être placé sur le PCB.
Depuis Eeschema, allez dans Outils > Assigner les empreintes. Une fenêtre s’ouvre avec trois colonnes :
Pour chaque composant de votre schéma :
Empreintes courantes :
Utilisez les filtres en haut de la fenêtre pour trouver rapidement les empreintes :
Visualisez l’empreinte avant de l’assigner avec le panneau d’aperçu.
Une fois toutes les empreintes assignées :
Retournez dans Pcbnew et mettez à jour le PCB (F8) pour voir les nouvelles empreintes.
KiCAD inclut des milliers d’empreintes standards. Pour des composants spécifiques, consultez les sites des fabricants ou utilisez SnapEDA/Ultra Librarian pour télécharger des empreintes toutes faites. Pour importer des bibliothèques d’empreintes supplémentaires, consultez notre tutoriel KiCAD - Importer des librairies.
Après l’import, tous les composants sont empilés au même endroit. Cliquez et glissez pour les séparer grossièrement. Ne vous souciez pas encore de leur position finale, dispersez-les simplement pour y voir clair.
Avant de placer finement, réfléchissez à l’organisation logique :
Placez chaque composant en suivant ces principes :
Placez d’abord les composants critiques (connecteurs, µC), puis les passifs autour.
Un bon placement facilite le routage. Vérifiez :
N’hésitez pas à réorganiser plusieurs fois jusqu’à satisfaction.
Les condensateurs de découplage (bypass capacitors) doivent être placés AU PLUS PRÈS des broches d’alimentation des circuits intégrés, avec des pistes courtes et directes. C’est critique pour le bon fonctionnement.
Avant de tracer le contour, sélectionnez la couche Edge.Cuts dans le sélecteur de couche en haut. Cette couche définit où la carte sera découpée lors de la fabrication.
Pour un PCB rectangulaire simple :
Laissez au moins 3-5mm de marge autour des composants.
Pour une forme plus complexe, utilisez l’outil Ligne :
Vous pouvez ajouter des congés d’angle avec l’outil approprié.
Pour ajouter des trous de montage (mounting holes) :
Respectez les distances minimales des bords (généralement 3mm minimum).
Les dimensions courantes de PCB sont : 100x100mm, 100x80mm, 50x50mm. Vérifiez les tarifs de votre fabricant : certaines dimensions sont moins chères que d’autres.
Les règles de conception (Design Rules) définissent les contraintes de fabrication :
Ces valeurs dépendent des capacités de votre fabricant de PCB.
Allez dans Fichier > Configuration du circuit imprimé. Plusieurs onglets apparaissent : Couches, Règles de conception, Classes de nets, etc.
Dans l’onglet Contraintes, configurez les valeurs minimales :
Pour un PCB standard 2 couches :
0.2mm0.2mm2mm (ou plus selon besoins)0.6mm0.3mmCes valeurs fonctionnent avec la plupart des fabricants standards (PCBWay, JLCPCB, etc.).
Pour des pistes spécifiques (alimentation, signaux haute vitesse), créez des classes de nets :
Les pistes d’alimentation seront automatiquement plus larges.
Avant de finaliser vos règles, consultez les spécifications techniques de votre fabricant de PCB. Chaque fabricant a ses propres capacités et contraintes. Respecter ces spécifications évite les erreurs de fabrication.
Pour router une connexion :
La piste apparaît en couleur selon la couche active.
Pour passer d’une couche à l’autre pendant le routage :
Utilisez les vias intelligemment pour éviter les croisements de pistes.
Pcbnew propose plusieurs modes de routage (changez avec / ou \) :
Mode 1 - 45° : Les pistes suivent des angles de 45° (recommandé) Mode 2 - 90° : Angles droits (à éviter pour les signaux rapides) Mode 3 - Libre : Angles quelconques (pour cas particuliers) Push and shove : Les pistes existantes sont écartées automatiquement
Pour la plupart des cas, utilisez le mode 45° avec push and shove activé.
Ordre de routage recommandé :
Gardez les pistes courtes et directes. Évitez les angles de 90° aigus.
Adaptez la largeur selon le courant :
Changez la largeur pendant le routage : appuyez sur W puis tapez la valeur. Utilisez des calculateurs en ligne pour dimensionner précisément selon le courant.
Pour déplacer une piste déjà routée, appuyez sur D (Drag) au lieu de M (Move). Cela déplace la piste en maintenant les connexions, ce qui est beaucoup plus pratique.
Un plan de masse (ground plane ou copper pour) est une grande surface de cuivre connectée à la masse (GND). Avantages :
C’est une bonne pratique pour presque tous les PCB.
Pour créer un plan de masse sur la face arrière :
Dans la fenêtre de configuration de zone, réglez :
Net : GND (ou le net souhaité) Clearance : 0.2mm (distance de sécurité) Pad connection : Thermal reliefs (connexions thermiques) Priority : 0 (pour le plan de masse principal) Fill type : Solid (plein)
Les thermal reliefs facilitent la soudure en limitant l’évacuation de chaleur.
Pour visualiser le remplissage de cuivre :
Le plan s’adapte automatiquement quand vous modifiez le routage.
Pour les PCB 2 couches, ajoutez aussi un plan de masse sur F.Cu :
Vous avez maintenant un plan de masse des deux côtés, ce qui améliore grandement les performances électriques.
Les thermal reliefs (connexions thermiques) sont essentielles : elles connectent les pastilles au plan de masse via des ‘ponts’ fins. Sans elles, il serait très difficile de souder car tout le plan agirait comme un dissipateur thermique.
Le DRC (Design Rule Check) vérifie automatiquement que votre PCB respecte les règles de conception définies :
C’est indispensable avant d’envoyer les fichiers en fabrication.
Vous pouvez importer des règles de conception pré-configurées depuis un autre projet ou un fabricant de PCB :
.kicad_pro ou .kicad_dru du projet sourceConfiguration DRC recommandée : Utilisez la configuration DRC de votre fabricant pour garantir la compatibilité. Par exemple, Aisler fournit des fichiers de configuration DRC prêts à l’emploi sur leur dépôt GitHub : https://github.com/AislerHQ/aisler-support/tree/master/kicad
Importer ces règles vous assure que votre PCB respectera les capacités de fabrication (espacements minimaux, largeurs de pistes, taille de vias, etc.).
Allez dans Inspecter > Vérificateur de règles de conception ou cliquez sur l’icône coccinelle. La fenêtre DRC s’ouvre avec plusieurs onglets.
Dans la fenêtre DRC :
Double-cliquez sur une erreur pour naviguer vers l’emplacement concerné.
Types d’erreurs courantes et solutions :
Clearance violation : Deux pistes trop proches → Écartez-les ou changez le routage Track width : Piste trop fine → Élargissez la piste Unconnected items : Chevelu non routé → Terminez le routage ou supprimez si erreur Via too close to edge : Via trop proche du bord → Déplacez le via
Corrigez toutes les erreurs une par une, puis relancez le DRC jusqu’à obtenir 0 erreur.
Les avertissements (warnings) ne bloquent pas la fabrication mais méritent attention :
Évaluez chaque avertissement : certains sont acceptables, d’autres doivent être corrigés.
Un PCB prêt pour la fabrication doit avoir 0 erreur DRC. Les avertissements peuvent parfois être acceptés selon le contexte, mais les erreurs doivent TOUTES être corrigées.
La sérigraphie (silkscreen) affiche des informations sur le PCB fini :
Ajoutez des informations utiles : nom du projet, version, date, votre logo, etc.
Les références (R1, C1, U1…) sont automatiquement placées mais souvent mal positionnées :
Une sérigraphie propre facilite grandement l’assemblage et le débogage.
Avant de générer les fichiers de fabrication, faites une vérification visuelle complète :
Prenez le temps de vérifier, c’est plus facile maintenant qu’après fabrication !
Utilisez la vue 3D (Alt+3 ou menu Vue > Vue 3D) pour visualiser votre PCB en trois dimensions. C’est excellent pour détecter les problèmes et avoir un aperçu du résultat final.
Félicitations ! Vous maîtrisez maintenant les bases de Pcbnew. Vous savez créer un PCB complet depuis le schéma jusqu’aux fichiers de fabrication.
Une fois à l’aise avec les bases, explorez ces fonctionnalités avancées :
Une fois vos PCB reçus, il faudra les assembler (souder les composants). Commandez vos composants chez Mouser, Digikey, Farnell ou RS Components. Pour le CMS, les fabricants (JLCPCB, PCBWay) proposent aussi des services d’assemblage économiques.
Pour approfondir vos connaissances sur Pcbnew et la conception de PCB :
La conception de PCB est un art qui s’améliore avec la pratique. Commencez simple, apprenez de chaque projet, et n’ayez pas peur de faire des erreurs (c’est comme ça qu’on apprend !). Bon routage !