Réalisation de cartes électroniques

• Introduction à la fabrication d’un circuit imprimé
• Vocabulaire
• Conception d'un PCB sous Kicad
• Qu'est ce que KiCad?
• Importation de bibliothèques
• Création et édition du schéma électronique
• Fabrication d'un PCB
• Autoroutage sous KiCad
• Générer les fichiers Geber sous KiCad pour la fraiseuse numérique de l'IUT
• Installation et création de plugins pour KiCad
• Outils externes pour KiCad
• Démarche générale de la conception à la fabrication de PCB
• Utilisation de Kiri:Moto
• Configuration de Kiri:Moto
• Qu'est ce que Kiri:Moto
• Simulation d'un circuit
• Utilisation de l'outil de simulation intégré

Introduction à la fabrication d’un circuit imprimé

Préambule sur les circuits imprimés

Un circuit imprimé (PCB, pour Printed Circuit Board) est un support physique utilisé pour connecter électriquement et maintenir mécaniquement des composants électroniques dans un circuit.

Il se présente sous la forme d’une plaque, généralement un substrat rigide (mais parfois flexible), composée d'une ou plusieurs couches de matériaux conducteurs (comme le cuivre) séparées par un matériau isolant (diélectrique).

Circuit imprimé

Rôle du circuit imprimé :

• Connexion électrique : Il relie les différents composants électroniques selon un schéma défini.
• Support physique : Il maintient les composants en place, garantissant leur stabilité et leur organisation.
• Miniaturisation : Il permet d’intégrer des circuits complexes dans des espaces réduits, rendant les dispositifs électroniques plus compacts.
• Fiabilité : Les connexions sont reproductibles et robustes, réduisant les risques d’erreurs par rapport aux câblages manuels.

Structure d’un circuit imprimé :

• Substrat : Une base rigide ou flexible, souvent en fibre de verre (plaque époxy FR-4) ou en polyimide, qui donne au PCB sa forme et sa solidité.
• Couche de cuivre : Une ou plusieurs fines couches de cuivre gravées pour créer les pistes électriques et les pastilles nécessaires à la connexion des composants.
• Couche de diélectrique : Une fine couche pour isoler les couches de cuivre internes
  
• Pistes : Des lignes conductrices reliant les différents composants selon les besoins du circuit.
• Pastilles : Des points de connexion où les composants sont soudés. Il existe 2 types de pastilles : pastilles perforés pour souder les composants traversants et les pastilles non perforées (plots) pour souder les composants montés en surface.
  
• Vias :  Des trous métallisés pour relier les couches de cuivre entre elles. Il existe trois types de vias : les vias borgnes, les vias traversants et les vias enterrés. Les vias traversants offrent une connexion électrique entre les couches supérieure et inférieure. Les vias aveugles et enterrés sont associés à des couches internes qui manquent à un PCB à 1 ou 2 couches.
  
• Masque de soudure : 
• Sérigraphie : Une couche imprimée indiquant les références des composants et les informations utiles pour le montage.

Types de circuits imprimés :

• • Simple face : Une seule couche de cuivre pour les connexions.
  • Double face : Deux couches de cuivre, avec des vias pour relier les deux faces.
  • Multicouches : Plusieurs couches de cuivre séparées par des isolants, utilisées dans les circuits complexes comme ceux des ordinateurs.
  • PCB flexibles : Réalisés sur des matériaux flexibles pour s’adapter à des formes non planes.

Carte double face

Carte multicouches (2 couches internes de cuivre, 1 plan interne)

Fabrication d’un circuit imprimé ou PCB

La fabrication d’un circuit imprimé est un processus qui comprend plusieurs étapes :

• La conception : c'est l’étape initiale de la fabrication d’un circuit imprimé. Elle consiste à créer le schéma électronique du circuit imprimé.
• Le routage : cela consiste à placer les composants électroniques sur le circuit imprimé et à les relier entre eux par des pistes de cuivre.
• La gravure (ou l'impression) : c'est l'étape qui permet de graver la piste de cuivre (ou déposer la couche de cuivre) sur la couche appropriée.
• Le perçage : c'est l’étape qui consiste à créer les trous des pastilles.
• Le montage : c'est la dernière étape qui consiste à souder les composants électroniques sur le circuit imprimé.

La conception d'un circuit imprimé

La conception d’un circuit imprimé commence par la réalisation d'un schéma électronique, où sont définis les composants et leurs connexions. Elle se poursuit par le transfert d'une netlist de l'éditeur de schéma vers l'éditeur de PCB afin de réaliser le placement des composants sur la carte puis le routage des pistes sur une ou plusieurs couches de cuivre.

Le développement de circuits imprimés est généralement réalisé à l'aide d'une suite logicielle de conception électronique (Electronic Design Automation - EDA). A l'IUT de Haguenau, nous utilisons le logiciel KiCad depuis la rentrée universitaire 2024 (Altium Designer pendant 15 ans).

Le Schéma

Le schéma est une représentation graphique du circuit électronique. Il est constitué de symboles normalisés, représentant chaque composant du circuit (résistances, condensateurs, transistors, diodes, etc.), et de fils de connexion reliant les broches des symboles. Chaque composant y est identifié par une référence unique (par exemple, R1 pour une résistance ou U1 pour un circuit intégré), accompagnée éventuellement de ses valeurs ou spécifications (telles que la résistance en ohms ou la capacité en farads) comme illustré sur la figure ci-dessous.

Ce schéma est essentiel lors de la conception d’un circuit imprimé, car il décrit les interconnexions à reproduire sur le PCB pour garantir le fonctionnement attendu. Dans une suite logiciel de conception PCB, le schéma électronique joue un rôle central en tant que première étape du processus de création dont voici ses principales fonctions :

• Définir le circuit et ses connexions :
  • Le schéma électronique décrit les composants du circuit et la manière dont ils sont connectés.
  • Il sert de base pour organiser et comprendre le fonctionnement global avant de passer à l’étape physique du PCB.
• Faciliter la simulation et la validation :
  • Grâce à des outils de conception assistée par ordinateur (CAO), le schéma permet de simuler le comportement du circuit, de détecter des erreurs ou des incompatibilités, et de vérifier sa fonctionnalité avant toute fabrication.
• Générer une Netlist :
  • Le schéma produit un fichier appelé Netlist, qui répertorie toutes les connexions électriques entre les broches des composants.
  • Ce fichier est utilisé pour guider la conception du PCB en garantissant que toutes les connexions spécifiées dans le schéma sont respectées.
• Simplifier le placement des composants :
  • Chaque composant présent dans le schéma est associé à une empreinte physique sur le PCB.
  • Cela facilite leur placement correct sur la carte en respectant le design logique du circuit.
• Assurer la cohérence et le contrôle des erreurs :
  • Le schéma est utilisé pour vérifier automatiquement que le routage des pistes sur le PCB correspond aux connexions définies.
  • Des outils de vérification (Design Rule Check, DRC) comparent le schéma au PCB pour s’assurer qu’aucune connexion n’a été oubliée ou mal réalisée.

Ce schéma est ensuite traduit en un plan de PCB à partir d'une netlist qui permet de transférer les empreintes des composants et les équipotentiels afin de tracer les pistes. 

La carte de circuit imprimé

La carte de circuit imprimé est la réalisation physique du schéma, avec des empreintes physiques de composants positionnées sur la carte et des pistes en cuivre pour établir les connexions décrites dans le schéma. Les empreintes sont un ensemble de pastilles de cuivre qui correspondent aux broches d'un composant physique. Les composants eux-mêmes sont fixés au PCB via des pastilles de soudure, soit en traversant la carte (Through-Hole Technology), soit en surface (Surface-Mounted Device ou CMS).

Une fois conçu, les couches de cuivre sont fabriquées par gravure, impression ou des procédés plus avancés comme la photolithographie pour former les pistes qui assurent les connexions électriques entre les différents empreintes des composants.

Chaque composant sera ensuite soudé sur son empreinte correspondante sur le circuit imprimé.

Vocabulaire

Un schéma

• Un schéma est une collection d’une ou plusieurs pages (feuilles) de dessins schématiques de circuits électroniques.
• Chaque fichier schématique KiCad représente une seule feuille.

Un schéma hiérarchique

• Un schéma hiérarchique est un schéma composé de plusieurs pages imbriquées les unes dans les autres.
• KiCad prend en charge les schémas hiérarchiques, mais il doit y avoir une seule feuille racine au sommet de la hiérarchie.
• Les feuilles au sein d'une hiérarchie (autres que la feuille racine) peuvent être utilisées plus d'une fois, par exemple pour créer des copies répétées d'un sous-circuit.

Un symbole électrique

• Un symbole électronique est un élément du circuit qui peut être placé sur le schéma.
• Les symboles peuvent représenter des composants électriques physiques, tels qu'une résistance ou un microcontrôleur, ou des concepts non physiques tels qu'un rail d'alimentation ou de terre.
• Les symboles ont des broches qui servent de points de connexion qui peuvent être câblés les uns aux autres dans un schéma.
• Pour les composants physiques, chaque broche correspond à une connexion physique distincte sur le composant (par exemple, un symbole de résistance aura deux broches, une pour chaque borne de la résistance).
• Les symboles sont stockés dans des bibliothèques de symboles afin de pouvoir être utilisés dans de nombreux schémas.

Une Netlist

• Une netlist est une représentation d'un schéma qui est utilisée pour transmettre des informations à un autre programme.
• Il existe de nombreux formats de netlist utilisés par divers programmes EDA (Electronic Design Automation), et KiCad possède son propre format de netlist qui est utilisé en interne pour transmettre des informations entre les éditeurs de schémas et de PCB.
• La netlist contient (entre autres choses) toutes les informations sur les broches qui se connectent les unes aux autres et quel nom doit être donné à chaque réseau ou ensemble de broches connectées.
• Les netlists peuvent être écrites dans un fichier netlist, mais dans les versions modernes de KiCad, cela n'est pas nécessaire dans le cadre du flux de travail normal.

Une carte de circuit imprimé (ou PCB)

• Le PCB est un document de conception qui représente la mise en œuvre physique d'un schéma (ou techniquement, d'une netlist).
• Chaque fichier de carte KiCad fait référence à une seule conception de PCB.
• Il n'existe pas de support officiel pour la création de tableaux ou de panneaux de PCB dans KiCad, bien que certains modules complémentaires créés par la communauté offrent cette fonctionnalité.

Une empreinte physique

• Une empreinte est un élément de circuit qui peut être placé sur un PCB.
• Les empreintes représentent souvent des composants électriques physiques, mais peuvent également être utilisées comme bibliothèque d'éléments de conception (logos sérigraphiés, antennes et bobines en cuivre, etc.).
• Les empreintes peuvent avoir des pastilles ou des plots qui correspondent à des zones de cuivre pour souder les broches des composants et les connectées électriquement entre eux à l'aide de pistes.
• La netlist associera les broches des symboles aux pastilles des empreintes.

Le traçage

• Le traçage est le processus de création de résultats de fabrication à partir d'une conception.
• Ces résultats peuvent inclure des formats lisibles par machine tels que des fichiers Gerber ou des listes de sélection et de placement, ainsi que des formats lisibles par l'homme tels que des dessins PDF.

Le simulateur Ngspice

• Ngspice est un simulateur de circuits à signaux mixtes, basé à l'origine sur Berkeley SPICE, intégré à l'éditeur de schémas de KiCad.
• En utilisant des symboles avec les modèles SPICE attachés, vous pouvez exécuter des simulations de circuits sur des schémas KiCad et tracer les résultats graphiquement.
  

Conception d'un PCB sous Kicad

Qu'est ce que KiCad?

KiCad? Késako?

KiCad est une suite de logicielle de conception électronique ( Electronic Design Automation - EDA) comparable à Altium Designer. Il permet de saisir des schémas, de réaliser les dessins des circuits imprimés (Printed Circuit Board – PCB, appelé également "typon" ou plus simplement "carte") correspondants et de produire les fichiers de fabrication (fichiers gerber) en vue de leur réalisation. Il permet également de visualiser la carte en 3D et de simuler les circuits électroniques.

KiCad est distribué sous licence GPL (GNU General Public License) et est donc totalement gratuit et libre d'usage. Il est de plus disponible pour la plupart des OS (Windows, macOS, Linux).

KiCad intègre 6 outils pour concevoir des cartes électroniques :

• Un éditeur de schématique avec l'outil de simulation ngspice intégré
• Un éditeur de circuit imprimé avec de la visualisation 3D intégrée
• Un éditeur d'empreinte et de symbole de circuit intégré/composant
• Un outil de visualisation des Gerbers
• Un outil permettant de calculer des régulateurs, taille de vias, paire différentielles, etc...

Le but de ce tutoriel n'est pas de présenter de manière exhaustive toutes les possibilités de ce logiciel mais simplement de vous guider dans les opérations de base afin de mener à bien la conception de circuits imprimés de base en simple en double face. KiCad offre de nombreuses autres possibilités et, si vous souhaitez aller plus loin, vous êtes invités à consulter les différentes aides en ligne et tutoriaux disponibles à l'adresse suivante :

https://docs.kicad.org

Où le télécharger ?

KiCad est téléchargeable à l'adresse suivante. 

Pour Windows, téléchargez l'exécutable et installez-le comme un programme normal.

Pour Ubuntu/Debian, KiCad est disponible dans les dépôts :

sudo apt install kicad

Pour Linux ou pour récupérer la dernière version sur Ubuntu/Debian, utilisez le flatpak mis à disposition par KiCad. Ce moyen d'installation est recommandé car il n'est pas limité à une distribution (ex: PPA pour Ubuntu) et il vous assurera également que votre version sera toujours à jour dans les plus brefs délais. 

Ressources

• Documentation officielle de KiCad (possibilité de choisir la version et la langue)  :
  • https://docs.kicad.org/
• Ressources externes :
  • Chaîne Youtube de Eric Perronin
  • Moodle de Eric Perronin (comporte des ressources sur KiCad et l'électronique en général)

 Travail licencié sous licence  Attribution-NonCommercial-Partage 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Importation de bibliothèques

Import des projets, symboles et empreintes Altium vers KiCad

• Import des schématiques

  1. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Fichier schématique Non KiCad.
     
     
     

  2. Changez le type de fichier cherché en fichier schématique Altium (*.SchDoc), sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
     

• Import des circuits imprimés

  1. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Fichier C.I. Non KiCad
     
     
     
  2. Gardez le type de fichier cherché en tout formats supportés (il existe plusieurs types de fichiers C.I. Altium, cela permet de tous les visualiser) , sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
     

• Import des symboles de composants

  • Import d'une librairie

    1. Ouvrez le gestionnaire de librairie des symboles via le chemin Préférences > Configurer les Librairies de Symboles
    2. Cliquez sur l'icône "Dossier".
    3. Changez le type de fichier en Librairie schématique Altium (*.SchLib, *.IntLib) puis cliquez sur ouvrir.
       

       Vos librairies de symboles sont maintenant importées ! 

• • Import d'un seul symbole
    

    1. Sélectionnez une librairie en cliquant dessus. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Symbole.
       
       
       

    2. Changez le type de fichier cherché en fichier symbole Altium (*.SchLib), sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
       
       
    3. Sauvegardez vos changements sous peine de ne pas avoir votre composant dans sa librairie
       
       

       Votre symbole est maintenant importé !

• Importation des empreintes de composants

  • Importation d'une librarie

    1. Ouvrez le gestionnaire de librairie des symboles via le chemin Préférences > Configurer les Librairies d'Empreintes.
       
    2. Cliquez sur l’icône "Dossier" puis sur l’élément "Altium Designer" de la liste qui vous est proposée. 
    3. Sélectionnez l'option "Librairie PCB Altium" puis cliquez sur "ouvrir".
       

       Vos librairies d'empreintes sont maintenant importées !

  • Importation d'une seule empreinte
    

    1. Sélectionnez une librairie en cliquant dessus. Accédez à l'outil d'importation en utilisant le chemin Fichiers > Importer > Symbole.
       
       
    2. Changez le type de fichier cherché en fichier symbole Altium (*.PcbLib), sélectionnez votre fichier, puis cliquez sur ouvrir. 
       
       
    3. Après avoir fait les éventuelles modifications, sélectionnez la librairie dans laquelle vous voulez sauvegarder votre empreinte (Pour faciliter les choses, utilisez l'outil "Filtre" pour pouvoir trouver votre librairie plus facilement). Cliquez sur "valider" pour sauvegarder votre travail.
       
       

       Votre symbole est maintenant importé !

 Travail licencié sous licence  Attribution-NonCommercial-Partage 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Création et édition du schéma électronique

Créer un nouveau projet

Comme la majorité des logiciels CAO (Conception Assistée par Ordinateur), KiCad fonctionne par l'intermédiaire de projets. Un projet CAO se compose d'un ensemble de fichiers, habituellement organisés dans un même répertoire de travail. Ces fichiers sont essentiels pour la conception de votre circuit imprimé et sont interdépendants. Il est donc crucial d'éditer vos fichiers (typons, schémas, etc.) en utilisant le gestionnaire de projet intégré de KiCad pour s'assurer que les liens entre eux soient correctement mis à jour.

La création de projet s'effectue à travers le gestionnaire de projet KiCad et chaque circuit imprimé (carte) devra avoir son propre projet.

Gestionnaire de projet KiCad

Le gestionnaire de projet KiCad est un outil qui crée et ouvre des projets KiCad et lance les autres outils KiCad (éditeurs de schémas et de cartes, visualiseur Gerber et outils utilitaires).

La fenêtre du gestionnaire de projet KiCad est composée d'une arborescence à gauche affichant les fichiers associés au projet ouvert et d'un lanceur à droite contenant des raccourcis vers les différents éditeurs et outils.

Les projets KiCad contiennent au moins un fichier de projet, un schéma et une conception de carte. Les schémas peuvent contenir plusieurs feuilles, chacune dans son propre fichier, mais un projet ne peut contenir qu'une seule carte. KiCad s'attend à ce que le fichier de projet, le fichier de feuille racine schématique et le fichier de carte portent tous le même nom.

Procédure pour créer un nouveau projet KiCad :

• Lancer le logiciel KiCad. Le gestion de projet KiCad s'ouvre et apparaît comme ci-dessus.
  
• Sélectionner le menu Fichiers>>Nouveau Projet... à partir du gestionnaire de projet.
  
• Sélectionner/Créer le répertoire de travail pour votre projet.
• Saisir le nom du projet dans le champ Nom du fichier et cliquer sur le bouton Enregistrer.
  

Après cette étape, vous devez avoir dans le répertoire racine sélectionné un nouveau dossier intitulé avec le même nom que votre projet et contenant les trois fichiers ci-dessous :

• Un fichier avec l'extension ".kicad_pro" comportant les différentes informations propres à votre projet
• Un fichier avec l'extension ".kicad_pcb " qui est le typon de votre carte.
• Un fichier avec l'extension ".kicad_sch" qui est le schéma de votre carte.

Gestion des bibliothèques

KiCad dispose de nombreuses librairies de symboles et d'empreintes (footprints) de composants qui couvrent la majorité des besoins. Toutes les bibliothèques de KiCad sont installées et activées par défaut.

La gestion (configuration) des bibliothèques se fait à partir du menu Préférences.

Gestions des bibliothèques de symboles

Intégration de nouvelles bibliothèques

Afin d'utiliser de nouvelles bibliothèques, il est nécessaire de définir leur chemin d'accès dans votre projet KiCad.

• Intégration de bibliothèques de symboles : 
  • Sélectionner le menu Préférences>>Configurer les librairies de symboles…
  • Dans l'onglet "Librairies Spécifiques au Projet", ajoutez le chemin vers le fichier de symboles.
    

• Intégration de bibliothèques d'empreintes :
  • Sélectionner le menu Préférences>>Configurer les librairies d'empreintes…
  • Dans l'onglet "Librairies Spécifiques au Projet", ajoutez le chemin vers le fichier d'empreintes.

Importation de bibliothèques Altium Designer : se reporter à la section xxxx 

Saisir le schéma électrique de la carte à réaliser

Afin de réaliser la saisie du schéma de votre carte, il suffit de double cliquer sur le fichier schématique (encore vide) via le gestionnaire du projet.

L’éditeur de schéma s’ouvre avec une feuille vide !

Fabrication d'un PCB

• Préparation du PCB

  • Modifier la taille des perçages des composants

    •  Lors de la création du PCB, il est possible que les trous des composants de la librairie soient plus petits que l'outil utilisé dans la machine. Pour parer à cela, vous pouvez utiliser le plugin "Set Hole diameter" par seigedigital. Celui ci vous permettra  de saisir une taille pour tous les trous traversants du circuit.
      
      Pour l'utiliser , suivez la procédure sur le GitHub puis ouvrez l'éditeur de PCB. Cliquez ensuite sur le menu suivant:

      •  Outils > Plugins externes > Set Hole Diameter
        
        
        
        
    • Après cela, une fenêtre contextuelle avec un champ d'entré va apparaitre. Vous pouvez maintenant entrer la valeur désirée et cliquer sur "OK" pour valider.
      
      
      

Notez que la valeur par défaut est de 0.8 mm et qu'il n'y a pas de valeur maximale à laquelle le plugin se bloque. En cas de doute, demander à un professeur. 

• Configuration de l'éditeur PCB pour  les machines de l'IUT

  • • CNC

      • Placement de l'origine du PCB
        
        

        1. Cliquez sur l’icône "placer  le point d'origine de la grille
           
           
        2. Cliquez en bas à droite du contour de la carte pour placer votre origine.
            

      • Configuration des contraintes d'isolation et de largeur de piste 
        

1. 1. 1. 1. 1. Ouvrez la fenêtre des contraintes
               
            2. Configurez/modifiez les contraintes données du tableau
               

               Paramètres	Valeurs
               Isolation minimale	0.3 mm MAX
               Largeur de piste minimale	0.4 mm
               Largeur minimale d'anneau	0.5mm
               Diamètre minimum du trou traversant	0.6mm ->Il s'agit ici du plus petit forêt dont l'IUT dispose. Deux choses importantes: Pour beaucoup de composants, les fabricants utilisent des broches ayant des diamètres égal à  ± 0.5 mm. Cette valeur par défaut devrait convenir pour la plupart des circuits intégrés que vous allez rencontrer. Si vous êtes amenés à devoir modifier la taille des broches, suivez la convention F7.5 de la KLC (Convention Librarie KiCad).
               Diamètre minimum du via	1.1 mm

               Vous devriez arriver à un résultat similaire à celui-ci :

               

En cas de doute ou si vous remarquez une erreur dans les contraintes, vous avez accès à un projet KiCad template :
Template_KiCad.zip

• • Exportation du PCB

• • • Fichiers nécessaires 
      

      • Nécessite le gerber du bottom (B.Cu) OU du top (F.Cu), celui du détourage (Edge.cuts)

      • Optionnellement le fichier trous (.drl), et le fichier "textes" (User_1)

         

    • Spécificités de l'exportation 
      

      • Ajoutez un plan sur le F.Cu (Face supérieure cuivre) si vous avez créé votre circuit imprimé sur cette couche. Si vous utilisez la face inférieure, répétez l'opération sur B.Cu (Face inférieure cuivre).
        
        

Marche à suivre :

1. 1. 1. Cliquer sur le bouton "Ajouter une zone remplie"
         
         
      2. Créer une zone sur la face routée
         
         

Votre éditeur de circuit imprimé est désormais correctement configuré

Autoroutage sous KiCad

Configuration de l'autoroutage sous KiCad

Actuellement, KiCad ne dispose pas d'un outil de routage automatique intégré. Il y a cependant la possibilité d'utiliser l'extension KiCad Freerouting.

Installation de l'extension Freerouting

Pour faire fonctionner l'extension, il es nécessaire d'installer une version d'OpenJDK  </= à OpenJDK 21  sur votre ordinateur.

Raison technique:
Pour pouvoir fonctionner, l'extension a besoin d'une version JRE (Java Runtime Environnement) < à JRE 17. OpenJDK 21 est une version stable et à code ouvert de Java et est recommandée par le développeur 

sudo apt-get install openjdk-21-jre

dnf install java-21-openjdk

Après avoir installé OpenJDK, suivez la procédure d'installation du plugin via le gestionnaire de plugin KiCad.

Générer les fichiers Geber sous KiCad pour la fraiseuse numérique de l'IUT

Définir l’origine de la carte simple face 

• Sélectionner la couche de cuivre B_Cu.
• Sélectionner l’item Origine des Coord de Perçage/Placement à partir du menu Placer.
• Placer l’origine dans le coin inférieur droit de votre carte.
  

Générer les fichiers de tracé (couches physiques)

• Sélectionner le menu Fichier>>Tracer ou cliquer sur l'icône en forme de Plotter.
• La fenêtre suivante s'ouvre :

•  Sélectionner le format du tracé Gerber à partir du menu déroulant.
  
• Paramétrer le répertoire de sortie pour organiser la sauvegarde des fichiers Gerber au niveau de la racine du projet ou dans un nouveau dossier.
  
  • Il est conseillé de créer un dossier spécifique à la racine du projet pour stocker tous les fichiers Gerber qui vont être générés par la suite.
    
• Dans la zone Couches incluse, sélectionner toutes les couches physiques (cuivre, contour, texte…) qui sont utiles à la fabrication de votre carte simple face avec la fraiseuse numérique (CNC) de l'IUT :
  
  • Cuivre (obligatoire) : B_Cu
  • Contour de la carte (obligatoire) = Edge_Cuts
  • Texte (optionnel) = User.1
• Valider les options suivantes :
  
  • Cocher l’option Utiliser origine de perçage/placement.
• Cliquer sur le bouton Tracer pour générer les fichiers de tracé.
  

Générer les fichiers de perçage

• Dans la fenêtre Tracer précédente, cliquer sur le bouton Créer fichiers de Perçage.
• La fenêtre suivante s’ouvre :
  

• Paramétrer les options de perçage suivants :
  
  • Cocher l’option Origine des Coord de perçage/placement.
  • Cocher le format Excellon.
  • Cocher l’option Trous métallisés et non métallisés en 1 seul fichier.
• Une fois les options paramétrées, cliquer sur le bouton Créer Fichier de perçage pour générer le fichier de perçage.
  
• Fermer les 2 fenêtres.
  

Installation et création de plugins pour KiCad

Kicad dispose d'une API ainsi qu'un gestionnaire de plugin permettant à l'utilisateur d'ajouter

https://adoptium.net/fr/temurin/releases/?os=windows

Outils externes pour KiCad

• CAD

  • Freecad

    1. KicadStepUpMod:
       KicadStepUpMod est un outil développé par easyw  permettant d'importer une fichier *.kicad_pcb dans Freecad. Ce module (Add-on) va automatiquement créer une plaque PCB, les perçages et placer les composants sur cette plaque.
       Ce module permet aussi d'ouvrir les fichiers librairies d'empreinte *.kicad_mod et d'inspecter leurs perçages en 3D. Il est alors également possible de créer le modèle 3D de ce composant dans Freecad.
       Il est également possible de modifier la plaque dans Freecad et de recharger les modifications dans KiCad. 
       
       Le développeur met une documentation (en anglais) à disposition avec des liens vers des vidéos YouTube explicatives. 

  • Visualisation de schématique 

    1. Kicanvas
       Kicanvas est un script Javascript permettant de visualiser dans un navigateur Web le schématique d'un projet Kicad. Kicanvas est développé par Thea Flowers, une ingénieure en électronique américaine. Ce projet dispose d'une version stand-alone  permettant de visualiser des documents d'un dépôt GitHub. Il est également possible d'utiliser l'API fournie ou d'ajouter le Javascript au code d'un site web.
       
       Cet outil se base sur des composants standard du web et marche donc sur tout navigateur de bureau. Le support des navigateurs web mobiles est en cours d'implémentation.

• Ressources
  

  • Listing d'outils externes par KiCad

 Travail licencié sous licence  Attribution-NonCommercial-Partage 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0) 

Démarche générale de la conception à la fabrication de PCB

CNC/PCB

logiciels à utiliser dans cet ordre :

• Kicad
• Gilles
• Flatcam
• Autoleveler
• John
• Mach4 mill

Kicad

pour concevoir le PCB

Une fois le PCB créé, placer l'origine de perçage en bas à droite pour gravure BOTTOM.

Puis, choisir fichier fabrication gerber, cocher :

• B.Cu : gravure
• Edge.Cuts : détourage
• User1 : si il y a du texte
• utiliser origine de perçage

Choisir fichier de fabrication perçage, cocher :

• utiliser origine de perçage
• millimètre
• format des zèros décimal
• trous métalisés et trous non métalisés en un seul fichier

Paramètres :

• clearence : ~1.5 fois la taille de l'outil de gravage : 0.2 mm (taille de l'outil 0.12 mm)
• kicad violations (contraintes?) : 12, 12 et 12 mil

fichiers créés :

• B.Cu*.gbr
• Edge.Cuts*.gbr
• User1*.gbr (si il y a du texte)
• *drl

Gilles

pour lancer FlatCam et générer le GCode

Une fois les fichiers exportés par Kicad, les copier dans le dossier vide :

 "CNCTechnoDrill/FichierExport"

Si le dossier n'est pas vide, supprimer les fichiers.

Puis exécuter Gilles.exe qui se trouve dans "CNCTechnoDrill" : FlatCam est exécuté.

FlatCam

pour générer le GCode

Vérifier le résultat du GCode dans FlatCam :

• traits bleus fins : gravure
• traits jaunes : déplacement machine
• traits bleus épais : détourage

Vérifier les pistes pour voir si il n'y a pas de trous dans la gravure.

fichiers créés :

• dans "CNCTechnoDrill/GCode/*.nc"

AutoLeveler

modifie le GCode pour que la gravure respecte les différences de hauteur du PCB en procédant par palpage de différents points du PCB.

Ouvrir fichier de gravure :

"CNCTechnoDrill/GCode/gravure.nc"

Répondre Oui à la question changer les paramètres,

Choisir :

• XY Feed : 2000 (déplacement horizontal en mm/min)
• Z Feed : 50 (déplacement vertical)
• Probe Depth : -0.3 (Z auquel descendre si il n'y a pas de PCB sous l'outil, le Z d'origine étant le haut du PCB)
• Probe Clearence : 0.3 (Z lors du déplacement de l'outil entre les points de palpage)
• Point Spacing : 8 mm (espace entre chaque point de palpage : à changer suivant la taille du PCB)
• Probe Safe High : 40 mm (hauteur de l'outil à la fin du palpage)

Cliquer sur Autolevel puis Enregistrer.

John

combine tous les GCode dans un seul fichier.

Fichier créé :

"CNCTechnoDrill/GCode/ToutLeGCode.nc"

Mach 4 Mill

pour graver le circuit

Activer la machine pour pouvoir ouvrir le capôt.

Placer le PCB :

• avec le scotch double-face
• bien nettoyé
• contre la pince
• vérifier que sa taille est suffisante pour la gravure
• vérifier que toute la surface du PCB est bien à plat

Vérifier le contact électrique : stylet contre PCB et la lumière bleue doit s'allumer.

Refermer le capôt.

Cliquer sur Activer/Désactiver

Cliquer sur Référence, l'outil de la machine est retiré, et les origines XY sont réinitialisées.

Ouvrir fichier GCode "ToutLeGCode.nc" et l'éxécuter.

Utilisation de Kiri:Moto

Configuration de Kiri:Moto

Qu'est ce que Kiri:Moto

Simulation d'un circuit

Utilisation de l'outil de simulation intégré

Ressources:

• Chaîne YouTube présentant l'outil