Comment concevoir un PCB : guide pas à pas avec EasyEDA

La conception de PCB consiste à transformer un circuit monté avec des fils sur une breadboard en un circuit imprimé (Printed Circuit Board) permanent, où des pistes de cuivre relient les composants. Aujourd'hui, il ne faut ni logiciel coûteux ni usine : avec EasyEDA, gratuit, tu dessines le schéma dans ton navigateur, tu conçois la carte, tu génères les fichiers de fabrication et tu commandes en quelques clics ; une ou deux semaines plus tard, tu tiens des cartes d'aspect professionnel.

Dans ce guide, tu suivras tout le processus pas à pas avec pour exemple une petite carte capteurs à base d'Arduino Nano : dessiner le schéma, choisir la bonne empreinte (footprint) pour chaque composant, placer les composants, fixer la largeur de piste selon le courant, ajouter un plan de masse GND, chercher les erreurs avec le DRC, générer les fichiers Gerber, commander et tester la carte à son arrivée. Pour finir, nous passons en revue les erreurs de conception les plus fréquentes chez les débutants et comparons rapidement EasyEDA à son alternative puissante, KiCad.

Qu'est-ce qu'un PCB et pourquoi passer de la breadboard au PCB ?

Un PCB est constitué de fines couches de cuivre collées sur une plaque d'époxy renforcée de fibre de verre (FR-4). La plupart des cartes amateurs sont double face : il y a du cuivre dessus et dessous, et les deux couches sont reliées par de petits trous métallisés appelés vias. Le revêtement vert (ou d'une autre couleur) sur le cuivre est le vernis épargne (masque de soudure) ; il protège les pistes et fait que la soudure n'adhère qu'aux pastilles. Les inscriptions blanches au-dessus forment la couche de sérigraphie (silkscreen). La breadboard est idéale pour essayer, mais les fils se desserrent avec les vibrations, les longs straps captent du bruit et le circuit ne tient pas dans un boîtier. Un PCB donne un résultat solide, compact, reproductible et facile à dépanner.

Projet d'exemple : une carte capteurs à base d'Arduino Nano

Tout au long du guide, nous allons passer sur PCB un circuit souvent monté sur breadboard : un Arduino Nano, un capteur de température et d'humidité DHT22, un connecteur à quatre broches pour un écran OLED I2C, deux boutons, une LED et un buzzer passif. Au lieu de souder le Nano directement sur la carte, nous l'enficherons dans deux barrettes femelles de 15 broches ; tu pourras ainsi le retirer pour un autre projet ou le remplacer facilement en cas de panne. La carte sera alimentée en 7 à 12 V par un bornier à vis et protégée contre l'inversion de polarité par une diode. Pour les numéros de broches, vois Brochage de l'Arduino Nano.

Les étapes de conception d'un PCB : 7 étapes

1. Schéma : Dessine le circuit avec des symboles et vérifie chaque liaison.
2. Empreintes : Choisis la disposition de pastilles et de trous que chaque symbole occupera sur la carte.
3. Placement : Fixe la taille de la carte et place les composants par groupes logiques.
4. Pistes : Trace les liaisons en pistes de cuivre ; garde les pistes d'alimentation larges.
5. Plan de cuivre : Remplis les zones vides avec du cuivre relié à GND.
6. DRC : Vérifie les règles de conception et corrige les erreurs.
7. Gerber et commande : Génère les fichiers de fabrication, contrôle-les et envoie-les au fabricant.

1. Dessiner le schéma dans EasyEDA

EasyEDA existe en deux éditions : l'ancienne et simple Standard et la plus récente et plus puissante Pro. Les deux sont gratuites et fonctionnent dans le navigateur ou avec un client de bureau à télécharger. Si tu débutes, commence par Pro. Après avoir créé un compte gratuit, crée un nouveau projet ; une feuille de schéma vide s'ouvre. Cherche dans le panneau Library le nom du composant ou sa référence LCSC et place-le sur le schéma ; les composants de base comme les résistances, condensateurs et LED arrivent avec leur symbole et leur empreinte. Relie ensuite les broches avec l'outil Wire et utilise les symboles VCC et GND pour l'alimentation. Si tu n'as pas l'habitude de lire un schéma, Lire un schéma électronique explique les symboles un par un.

2. Choisir les empreintes : la contrepartie du symbole sur la carte

Le symbole montre dans le schéma ce que fait un composant ; l'empreinte (footprint) définit les pastilles et trous où ses pattes se logent sur la carte et la place qu'il occupe. La même résistance de 10 kΩ existe en des dizaines d'empreintes : résistance axiale traversante (THT) au pas de 7,62 mm ou 10,16 mm, ou boîtiers CMS (SMD) comme 0805 et 0603. Ne choisis jamais une empreinte sans vérifier à la règle ou au pied à coulisse les dimensions du composant que tu as en main. Pour ta première carte, le mieux est de commencer par des composants THT, faciles à souder à la main ; quand tu passeras au CMS, la taille 0805 est la plus confortable à souder à la main. Pour les codes imprimés sur les résistances CMS, utilise l'outil Décodeur de codes CMS.

3. Taille de la carte et placement

• D'abord le contour : Dessine le contour de la carte (board outline). Notre carte d'exemple mesure 60 × 50 mm ; beaucoup de fabricants produisent les cartes de moins de 100 × 100 mm dans leur tranche de prix la plus basse.
• Trous de fixation : Place des trous de 3,2 mm (M3) aux quatre coins, à environ 3,5 mm du bord ; visser la carte dans un boîtier sera bien plus simple ensuite.
• Connecteurs au bord : Tourne le bornier, le connecteur OLED et la prise USB du Nano vers le bord de la carte, pour qu'aucun composant ne gêne le branchement des câbles.
• Place par groupes : Regroupe l'alimentation (bornier, diode, condensateur) dans un coin et les boutons sur le bord où l'utilisateur appuiera.
• Capteur loin de la chaleur : Éloigne le DHT22 du régulateur du Nano et du buzzer ; la chaleur du régulateur peut fausser la mesure de température de quelques degrés.
• Laisse de la place pour souder : Garde entre les composants de quoi passer la panne du fer ; ne descends pas sous 1 mm entre deux pastilles voisines.
• Sérigraphie : Écris la référence de chaque composant (R1, D1), la polarité de la LED et du condensateur, le nom des broches et celui de la carte ; ne fais pas déborder le texte sur les pastilles.

4. Router les pistes et choisir leur largeur

Une fois le placement terminé, tu vois des lignes fines entre les composants ; ce chevelu (ratsnest) montre les liaisons qui existent dans le schéma mais pas encore en cuivre. Avec l'outil Track, tu transformes chacune en piste de cuivre. La largeur d'une piste détermine le courant qu'elle peut transporter : une piste étroite chauffe sous fort courant, provoque une chute de tension et, au pire, brûle. Pour les pistes de signal, 0,25 à 0,3 mm suffisent ; garde les pistes d'alimentation comme 5 V et VIN à au moins 0,6–1 mm, surtout si elles alimentent des servos, des moteurs ou des rubans de LED. Les valeurs ci-dessous sont des ordres de grandeur calculés avec l'approximation IPC-2221 pour une couche externe en cuivre de 1 oz (35 µm) et un échauffement d'environ 10 °C ; garder une marge de sécurité est toujours une bonne idée.

Garde un écart entre pistes (isolement, clearance) d'au moins 0,2–0,3 mm ; la plupart des fabricants savent faire plus serré, mais un écart généreux laisse une marge d'erreur à la fabrication comme à la soudure. Quand une piste doit passer sur l'autre couche, utilise un via ; un via percé à 0,3 mm avec un diamètre extérieur de 0,6 mm est un choix standard pour les cartes amateurs. Tourne les angles par segments à 45 degrés et évite les angles aigus (moins de 90 degrés). Sur une carte double face, tracer les pistes plutôt à l'horizontale sur le dessus et à la verticale sur le dessous facilite la résolution des croisements. Pour calculer la résistance de la LED, utilise l'outil Calculateur de résistance pour LED.

5. Plan de masse GND (copper pour)

Une fois toutes les pistes tracées, remplis la surface libre de la carte avec du cuivre relié au réseau GND ; dans EasyEDA, c'est l'outil Copper Area qui s'en charge. Ajoute ce plan sur les deux faces et relie-les avec quelques vias de masse répartis sur la carte. Cela apporte trois avantages : la liaison à la masse de chaque composant se fait au plus court sans piste dédiée, la résistance et le bruit de la masse diminuent, et le fabricant a moins de cuivre à graver. Les pastilles de masse des composants traversants sont reliées au plan par des freins thermiques (thermal relief, quatre fins rayons), pour que le fer puisse chauffer la pastille sans que la chaleur parte dans la grande surface de cuivre. Après avoir ajouté le plan, fais-le recalculer et supprime les petits îlots de cuivre reliés à rien.

6. Le contrôle DRC

Le DRC (Design Rule Check) est l'outil qui passe automatiquement ton dessin au crible des règles que tu as fixées : il liste les pistes trop proches, le cuivre trop près du bord, les pastilles qui se chevauchent, les composants qui dépassent de la carte et les réseaux encore non reliés. Clique sur une ligne de la liste d'erreurs et EasyEDA te montre l'endroit fautif. Lance le DRC jusqu'à ce qu'il ne reste plus d'erreur, mais ne te fie pas qu'à lui ; le DRC ne peut pas savoir qu'une empreinte a été mal choisie ou qu'une broche est reliée au mauvais réseau. Avant de commander, fais aussi ces vérifications à la main :

1. Assure-toi qu'il ne reste plus aucune ligne de chevelu à l'écran et que le DRC affiche zéro erreur.
2. Imprime la carte sur papier à l'échelle 100 % et pose les vrais composants dessus ; les écarts de trous et les barrettes du Nano doivent tomber pile.
3. Ouvre la vue 3D : vérifie que les composants ne se chevauchent pas et que la prise USB et le bornier sont tournés vers le bord.
4. Suis le chemin de l'alimentation : le bornier, la diode, le condensateur et la broche VIN du Nano sont-ils dans le bon ordre ?
5. Vérifie que la sérigraphie comporte les repères de polarité, le nom des broches, le nom de la carte et un numéro de version (par ex. v1.0).

7. Générer les fichiers Gerber et commander

Les fabricants ne travaillent pas avec ton fichier de conception, mais avec les fichiers Gerber, le standard du secteur. Le Gerber décrit chaque couche de la carte dans un fichier séparé ; les positions et diamètres des trous sont dans un fichier de perçage (drill) à part. Quand tu choisis la sortie Gerber dans le menu de fabrication d'EasyEDA, tous les fichiers sont réunis dans une seule archive ZIP ; l'option pour commander directement chez le fabricant associé à EasyEDA se trouve sur le même écran. Tu peux aussi envoyer le ZIP à n'importe quel autre fabricant. Quel que soit ton choix, après l'envoi, examine ta carte couche par couche dans la visionneuse Gerber en ligne ; c'est ta dernière occasion de vérifier que ce que tu as dessiné est bien ce qui sera fabriqué.

Les cartes sont en général fabriquées en quelques jours, alors que la livraison peut prendre une à deux semaines selon le mode d'envoi choisi. À leur arrivée, ne soude pas tout d'un coup : monte d'abord uniquement la diode, le condensateur et le bornier, vérifie au multimètre l'absence de court-circuit entre VIN et GND, puis mets sous tension et contrôle que tu as la bonne tension sur la barrette du Nano. Soude ensuite les composants du plus bas au plus haut : résistances, diode, boutons, barrettes et enfin les gros composants. Pour des soudures propres, vois Comment souder, et pour les mesures Utiliser un multimètre. Enfiche le Nano et téléverse le programme de test ci-dessous pour vérifier une à une toutes les liaisons de la carte.

1// Nano kartı ilk test: her bağlantıyı tek tek doğrula
2// Nano board first test: check every connection one by one
3#include <Wire.h>
4
5const int DHT_PIN  = 2;              // DHT22 veri hattı, 10 kΩ pull-up / DHT22 data line, 10 kΩ pull-up
6const int BUTON1   = 3;              // buton GND'ye / button to GND
7const int BUTON2   = 4;
8const int LED_PIN  = 6;              // LED + 330 Ω
9const int BUZZER   = 8;              // pasif buzzer / passive buzzer
10
11void i2cTara() {
12  byte bulunan = 0;
13  for (byte adres = 1; adres < 127; adres++) {
14    Wire.beginTransmission(adres);
15    if (Wire.endTransmission() == 0) {             // cihaz cevap verdi / a device answered
16      Serial.print(F("I2C cihaz / device: 0x"));
17      Serial.println(adres, HEX);                  // OLED genelde 0x3C / OLED is usually 0x3C
18      bulunan++;
19    }
20  }
21  if (bulunan == 0) Serial.println(F("I2C cihaz yok: A4/A5 yollarini kontrol et / no I2C device: check the A4/A5 tracks"));
22}
23
24void setup() {
25  Serial.begin(9600);
26  pinMode(BUTON1, INPUT_PULLUP);
27  pinMode(BUTON2, INPUT_PULLUP);
28  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
29  pinMode(DHT_PIN, INPUT);
30  Wire.begin();
31
32  Serial.println(F("--- Kart testi / board test ---"));
33  i2cTara();
34  // Pull-up direnci lehimliyse veri hattı boşta HIGH okunur
35  // If the pull-up resistor is soldered, the idle data line reads HIGH
36  Serial.print(F("DHT hatti / DHT line: "));
37  Serial.println(digitalRead(DHT_PIN) ? F("HIGH (pull-up tamam / OK)") : F("LOW (pull-up ya da kisa devre? / pull-up or short?)"));
38  tone(BUZZER, 2000, 150);                         // buzzer kısa bip / short beep
39}
40
41void loop() {
42  digitalWrite(LED_PIN, (millis() / 500) % 2);     // LED yarım saniyede bir / LED every half second
43
44  static bool once1 = HIGH, once2 = HIGH;
45  bool b1 = digitalRead(BUTON1);
46  bool b2 = digitalRead(BUTON2);
47  if (b1 == LOW && once1 == HIGH) { Serial.println(F("Buton 1 / button 1")); tone(BUZZER, 1000, 80); }
48  if (b2 == LOW && once2 == HIGH) { Serial.println(F("Buton 2 / button 2")); tone(BUZZER, 1500, 80); }
49  once1 = b1;
50  once2 = b2;
51  delay(20);                                       // basit debounce / simple debounce
52}

Au démarrage, le code scanne le bus I2C et, si l'OLED est branché, affiche son adresse (en général 0x3C) ; s'il ne trouve rien, il t'invite à vérifier les pistes de A4 et A5. Si la résistance de pull-up R1 est bien soudée, la ligne de données du DHT22 est lue à HIGH au repos ; si tu vois LOW, la résistance manque ou la ligne est en court-circuit avec GND. Le buzzer émet un bip court au démarrage, la LED clignote toutes les demi-secondes et chaque bouton écrit son nom dans le Moniteur série en jouant un son différent. Quand tous ces tests passent, tu peux ajouter les bibliothèques du capteur et de l'écran et passer à ton vrai projet.

Erreurs fréquentes en conception de PCB

Un coup d'œil à KiCad : EasyEDA ou KiCad ?

Dans KiCad, le déroulement est le même : tu dessines le circuit dans l'Éditeur de schématique, tu associes une empreinte à chaque symbole, tu places et routes dans l'Éditeur de PCB, tu lances le DRC et tu produis les fichiers Gerber et de perçage depuis le menu Tracer (Plot). Pour ta première carte, la bibliothèque prête d'EasyEDA et la commande en une étape font gagner du temps. Quand tes projets grandissent, passer à KiCad a du sens si tu veux travailler hors ligne, garder entièrement tes fichiers chez toi et profiter de fonctions avancées ; les notions d'empreinte, de largeur de piste, de plan de cuivre et de DRC apprises ici sont les mêmes dans les deux logiciels.

Dès que tu tiens ton premier PCB en main, tu vois une carte solide et reproductible remplacer le fouillis de fils de la breadboard ; même si tu fais une erreur, la deuxième version est toujours meilleure. Commence par une petite carte en composants THT, vérifie deux fois les empreintes et les pistes d'alimentation, et imprime-la sur papier pour essayer les composants avant de commander. Les schémas de câblage des projets LED, bouton, buzzer, DHT11, LCD et OLED de l'application BlueGrays sont un bon point de départ pour concevoir ta propre carte ; fais d'abord fonctionner le circuit sur breadboard avec les étapes de l'application, puis passe-le sur PCB.