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Tutoriel de conception de PCB : réalisez votre premier PCB avec KiCad 9

Ce tutoriel de conception de PCB vous guide d’un projet KiCad 9 vierge jusqu’à des fichiers Gerber et de perçage prêts pour la fabrication : schéma → empreintes → routage du PCB → DRC → Gerbers/perçages.

Tool: KiCad 9 • Output: Gerbers + drill files • Example: ESP32 power + analog front‑end board

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Sommaire

Ce que vous allez réaliser

Dans ce tutoriel, nous concevons un PCB simple à deux couches qui fournit l’alimentation et une interface analogique pour une carte ESP32 DevKitC. Le flux de travail est volontairement « de bout en bout » afin que vous puissiez le réutiliser pour vos propres conceptions.

Conseil : Si vous réalisez votre premier PCB, restez sur deux couches et validez régulièrement avec ERC/DRC à chaque étape clé.

Pré-requis

1) Créer un projet KiCad

  1. Ouvrez KiCad → Gestionnaire de projets → Fichier → Nouveau projet .
  2. Choisissez un nom de projet et un dossier. KiCad crée :
    • .kicad_pro (projet)
    • .kicad_sch (schéma)
    • .kicad_pcb (routage PCB)
  3. (Facultatif) Configurer les sauvegardes : Préférences → Paramètres généraux .

2) Configuration du schéma (mise en page + classes de nets)

Mise à jour du cartouche

Une bonne documentation est rentable sur le long terme (traçabilité, révisions, transfert vers la fabrication). Dans l’éditeur de schéma : Fichier → Paramètres de page , renseignez ensuite le titre, l’entreprise, l’auteur, la version, la date et les commentaires.

Définir les classes de nets à l’aide des calculs de largeur de piste

Les classes de nets définissent des règles telles que la largeur de piste et les distances d’isolement. Avant de les configurer, utilisez Outils → Outils de calcul → Largeur de piste pour dimensionner prudemment votre net d’alimentation. Dans l’exemple de la vidéo (0,5 A, cuivre 1 oz / 35 µm), le calculateur indique un minimum d’environ 5 mil ; nous arrondissons à 10 mil .

Ensuite, dans l’éditeur de schéma : Fichier → Configuration du schéma → Classes de nets . Conservez la classe Par défaut pour les signaux et ajoutez :

3) Placement des symboles et ajout de bibliothèques externes

Utilisez Placer → Placer des symboles pour insérer les composants (connecteurs, TVS, résistances/condensateurs, transformateur, etc.). Si un symbole ou une empreinte n’est pas présent(e) dans la bibliothèque par défaut, installez-le/la comme bibliothèque.

Ajouter un symbole et une empreinte ESP32 DevKitC

  1. Téléchargez le composant depuis SnapEDA/SnapMagic et décompressez l’archive.
  2. Gestionnaire de projets → Préférences → Gérer les bibliothèques de symboles → ajoutez le fichier .kicad_sym .
  3. Gestionnaire de projets → Préférences → Gérer les bibliothèques d’empreintes → ajoutez le même dossier pour les empreintes.

Conseil : Privilégiez des bibliothèques locales au projet et versionnées pour les tutoriels et les travaux clients, afin de garantir la reproductibilité des conceptions.

4) Câblage + ERC (et correction des erreurs PWR)

Dessinez les connexions avec Placer → Tracer des fils . Ajoutez les symboles d’alimentation via Placer → Symboles d’alimentation . Attribuez ensuite les nets à leurs classes dans Configuration du schéma → Classes de nets → Affectation des classes .

Lancer l’ERC

Lancez Inspection → Vérification des règles électriques (ERC) . Dans l’exemple, les broches ESP32 non utilisées génèrent des erreurs (comportement normal dans un tutoriel), mais +5V et GND peuvent également provoquer des erreurs, car KiCad ne « voit » pas de source d’alimentation.

Corrigez cela en plaçant des symboles PWR_FLAG sur les nets alimentés extérieurement (+5V et GND).

5) Attribution des empreintes (et création d’une empreinte personnalisée)

Ouvrez Outils → Attribuer les empreintes . Sélectionnez un symbole dans la liste centrale, puis double-cliquez sur une empreinte dans la liste de droite. Utilisez le champ de recherche pour trouver rapidement une empreinte par son nom.

Inspecter les empreintes avant validation

Créer une empreinte personnalisée (lorsqu’aucune n’existe en bibliothèque)

  1. Ouvrez l’ Éditeur d’empreintes via le gestionnaire de projets ou la barre d’outils.
  2. Copiez une empreinte similaire : clic droit → Enregistrer sous , puis modifiez la copie.
  3. Ajustez les dimensions des pastilles et des perçages, puis renumérotez les pastilles pour qu’elles correspondent aux numéros de broches du schéma.

6) Génération de la nomenclature (BOM)

Le générateur de nomenclature de KiCad, Outils → Générer la nomenclature , regroupe les composants identiques (valeur, référence fabricant, empreinte) sur une seule ligne avec les quantités correspondantes. Utilisez l’onglet Export pour générer un fichier CSV exploitable dans un tableur.

Conseil : Ajoutez dès le début des champs tels que la référence fabricant et l’URL de la fiche technique — votre futur vous (et votre assembleur) vous remercieront.

7) Import du PCB + configuration de la carte + placement

  1. Ouvrez l’éditeur PCB : Outils → Basculer vers l’éditeur PCB .
  2. Importez les modifications : Outils → Mettre à jour le PCB depuis le schéma (les paramètres par défaut conviennent).
  3. Ouvrez Fichier → Configuration de la carte pour configurer les couches, les règles et les classes de nets (beaucoup sont reprises depuis le schéma).

Activez l’affichage du « ratsnest » (panneau Apparence à droite) pour visualiser les connexions requises. Placez d’abord les composants volumineux ou mécaniques (connecteurs, transformateur), puis affinez pour obtenir des pistes plus courtes et une meilleure CEM.

8) Routage + plan de masse + mécanique

Plan de masse sur la couche inférieure

Afin de réduire les boucles de courant et d’améliorer la CEM, créez un plan de masse plein sur la couche inférieure : Tracer une zone remplie → sélectionnez B.Cu et assignez la zone à GND . Fermez le polygone (clic droit → Fermer le polygone), puis appuyez sur la touche B pour le remplir.

Routage sur la couche supérieure

Routez les signaux et l’alimentation sur la couche supérieure et laissez le plan fournir des chemins de retour propres. Conservez des boucles de courant élevées aussi compactes que possible et éloignez les sections analogiques sensibles des antennes/RF.

Si votre PCB ne comporte que deux couches et que l’une d’elles est un plan de masse, le croisement de pistes sur la couche supérieure à l’aide de vias peut être difficile. Dans ce cas, vous pouvez dessiner une zone remplie (CTRL + SHIFT + Z) sur la couche de masse afin de créer un petit « îlot » dans le plan de masse permettant à la piste de passer. Après avoir créé cet « îlot », appuyez sur la touche B pour remplir à nouveau les zones. KiCad appliquera alors l’espacement requis entre le plan de masse et l’îlot de signal conformément aux paramètres de votre classe de nets (Net Class).
Cependant, veillez à ce que cette modification n’agrandisse pas les boucles de courant de retour, car cela peut dégrader les performances CEM.

Trous de fixation, logo de sérigraphie et contour de carte

9) Visualisation 3D et modèles

Attribuez les modèles 3D dans Propriétés de l’empreinte → Modèles 3D (échelle / rotation / décalage selon les besoins), puis ouvrez Affichage → Visualiseur 3D pour inspecter la carte assemblée.

Note RF : Si vous utilisez une carte ESP32 avec une section antenne intégrée, maintenez cette zone exempte de cuivre et de métal, et éloignée des zones analogiques bruyantes.

10) DRC (vérification des règles de conception)

Avant la fabrication, lancez Inspection → Vérification des règles de conception (DRC) . Corrigez les problèmes tels que les chevauchements de sérigraphie, les violations de dégagement et les éléments non connectés.

11) Fichiers Gerber et perçages

  1. Fichier → Sorties de fabrication → Gerbers .
  2. Sélectionnez les couches nécessaires (cuivre, masque, sérigraphie, contour de carte), puis cliquez sur Tracer .
  3. Cliquez sur Générer les fichiers de perçage et enregistrez-les dans le même dossier Gerbers/ .
  4. Inspectez les fichiers générés dans le Visualiseur Gerber avant de les transmettre à votre fabricant.

12) Checklist de revue de conception

Les problèmes de PCB proviennent souvent d’erreurs évitables (CEM, chemins de retour inadaptés, dégagements, fabricabilité, contraintes thermiques, accès aux points de test). Utilisez une checklist avant de commander les cartes afin de limiter les mauvaises surprises.

Recommandé : Règles de conception PCB – Checklist (inclut une fiche de revue téléchargeable).

Ressources

FAQ

Pourquoi l’ERC signale-t-il des erreurs sur +5V et GND ?

Si votre carte est alimentée de manière externe (par exemple via un bornier à vis), KiCad peut ne pas détecter de « sortie d’alimentation » pilotant le net. Ajoutez un PWR_FLAG sur +5V et GND afin d’indiquer à l’ERC que ces nets sont volontairement alimentés.

Faut-il toujours utiliser un plan de masse ?

Pour la plupart des cartes numériques ou à microcontrôleur, un plan de masse continu réduit les boucles de courant et le bruit. Il facilite également le routage et améliore les chemins de retour. Validez les dégagements et zones d’exclusion (en particulier à proximité des antennes) à l’aide du DRC.

Que faut-il vérifier avant de commander des PCB ?

À minima : le contour de la carte (Edge.Cuts), les diamètres de perçage, les ouvertures de masque de soudure, la lisibilité de la sérigraphie, les distances d’isolement et de fuite, les paramètres de relief thermique, ainsi que la connectivité de tous les nets. Ouvrez toujours les fichiers Gerber dans un visualiseur avant de les transmettre à un fabricant.
Il est fortement recommandé d’effectuer une revue finale du design à l’aide d’une checklist, comme la PCB Design Rules – Checklist JAK Services, afin de détecter les problèmes de fabricabilité, de CEM/EMI, d’assemblage et autres points que le DRC seul ne permet pas d’identifier.