S'auto-former à la fraiseuse MDX50 pour réaliser une carte électronique pour ses composants

KiCad est une suite logicielle libre de conception pour l'électronique pour le dessin de schémas électroniques et la conception de circuits imprimés.

Nous allons réaliser le schéma électronique de cette carte en intégrant les composants suivant :

• Une diode
• Une résistance
• Un bouton poussoir
• 2 connecteurs (pour brancher une alimentation, par exemple un boitier de pile)

Démarrer un nouveau projet

• Pour commencer un projet on va sélectionner dans le menu Fichier => Nouveau => Projet

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• Dans notre projet (ici nommé porte clé LED) cela va créer 2 documents :
  • Porte clé LED.kicadpcb sera l'espace de travail permettant de visualiser notre carte électronique
  • Porte clé LED_kicad.sch sera l'espace de travail permettant de visualiser notre schéma electrique

• Nous allons maintenant ouvrir notre schéma électrique
• On va sélectionner le fichier Porte clé LED_kicad.sch en double cliquant dessus

• Et une nouvelle fenetre va apparaître

• Nous allons maintenant ajouter les composants (led, resistance, switch, connecteur generique)
• Pour intégrer des composants et dessiner notre dessin électrique, nous allons nous servir du menu à droite de l'écran

• On va commencer par la diode. Pour placer un composant il faut cliquer sur le bouton du menu de droite appelé "Placer symbole"

  

  et ensuite on cliquera dans la zone de dessin du schém électrique, ce qui ouvrira les composants intégrés à notre logiciel

et dans la barre de recherche on tapera LED et on pourra sélectionner le modèle de LED choisi. Dans notre cas, on restera sur une LED toute simple

• Ce qui nous positionnera l'élément suivant sur notre schéma (attention j'ai zoomé sur mon élément, il peut etre beaucoup plus petit lorsque vous le ferez)

On peut faire une rotation d'un élément en sélectionnant un élément (menu de droite) en sélectionnant l'élément et en appuyant sur la lettre R de votre clavier.

On va répéter cette opération pour placer les éléments suivants :

• Une résistance (la plus simple de la bibliothèque appelée "R")
• Un bouton poussoir (appelé "SW-Push" dans la bibliothèque)
• Un connecteur générique (appelé "Conn_01x02" dans la bibliothèque)

Vous devriez obtenir ceci sur votre schéma

• Maintenant on va relier nos composants avec des fils avec le menu de droite "Placer un fil"

• On va relier les composants en cliquant sur le rond de départ et celui d'arrivée de notre fil électrique.

• On fait la même chose pour l'ensemble du circuit électrique

• Lorsqu'on a des circuits électriques plus complexes on peut insérer des "Power Flag" Pour avoir des tensions et des masses en référence. Cela permet de mettre en décaler l'alimentation

• Pour placer un Power Flag on utilise le bouton "Power" du menu de droite

• Je clique ensuite sur un fil, une fenetre s'ouvre et je selectionne la tension choisie (ici la masse)

Il faut reproduire la meme chose en installant un PWR FLAG (lorsqu'on n'a pas de composant alimentation, pour la masse comme pour le +5V )

• Maintenant on va attribuer les noms de nos composants (enfin c'est plutot des numéros en électronique, par exemple D1, R1, R2...). Pour cela on va utiliserle menu en haut avec la fonction "Annotation des composant de la schématique"

• Une nouvelle s'ouvre, on peut garder les réglages proposés et cliquer sur "numérotation"

• Ensuite, nous allons verifier les erreurs que nous aurions pu faire dans notre schéma. En cliquant sur le bouton du menu du haut "Execute le test des erreurs électriques"

• L'étape suivante est d'assigner les empreintes des composants. Ca permet de donner les dimensions de chaque composant.

• Une nouvelle fenềtre s'ouvre et je vais pouvoir aller chercher les éléments pour chacun de mes composants (en fonction des données constructeurs de mon composant ou des mesures effectuées sur celui-ci). Dans l'exemple on a une LED simple de 5mm. A gauche j'ai la bibliothèque de composants, au milieu les composants présents sur mon schéma et à droite les différents composants de la bibliothèque sélectionnées à droite

• Une fois que j'ai trouvé le composant approprié dans la colonne de droite, je valide mon choix en double cliquant dessus (cela va mettre les informations dans ma partie centrale de la fenêtre)

• Ce qui donnera au final pour l'ensemble des composants

• Enfin, on va générer la netliste (enveloppe) => cela va définir les liens des composants sur le schéma et leurs placements sur la carte PCB

Une nouvelle fenêtre va s'ouvrir et on reste sur le reglage PCBNew avec le format par défaut.
Cela va nous créer un nouveau fichier en .net (Porte clé LED.net)

Préparer son PCB

• On va commencer par ouvrir l'éditeur de PCB

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• Dans la nouvelle fenêtre, on va chargé le fichier "Porte clé LED.net" en cliquant sur l'icone "charger la netliste"

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• Et sélectionner son fichier

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• valider en cliquant sur le bouton "Mise à jour PCB" et fermer la fenêtre

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• Ensuite on repositionner les composants en fonction de nos besoins (forme de la carte, du boitier...)

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• On va ensuite créer nos pistes et choisir la dimension de la taille de nos pistes
• Dans notre exemple on créer un circuit avec des pistes sur une seule face, donc on va travailler sur la couche Bcu (en la sélectionnant dans le menu de droite). La couche Bcu est la couche de cuivre inférieure. Dans le cas d'un circuit en double couche on utiliserait aussi la couche Fcu qui correspond à la couche de cuivre supérieure. On va sélectionner des pistes qui auront une taille de 1mm (c'est le minimum, on peut les élargir un peu !)

• On va generer les piste en cliquant sur le bouton de droite "route piste en etant sur la couche Bcu

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• On va pouvoir dessiner nos pistes (par dessus les traits de liaisons fournis par le fichier netliste) en étant vigilant à ne pas faire d'angle droit ni de liaison de masse
• avant de les dessiner on va régler leur taille

Cela nous ouvre une nouvelle fenêtre, dans la colonne largeur, on va cliquer sur le bouton + en bas de la colonne et on va lui donner une taille de 1,25mm.
On peut dessiner nos pistes en allant d'une patte d'un composant à l'autre.
A reproduire pour toutes les pistes, ce qui donner a comme résultat

• On va utiliser une 3eme couche. La "Edge cut" pour définir les contours de la carte (en sélectionnant l'outil "rectangle" ou "addition de ligne graphique", en fonction de la version de KiCAD)

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• On va ensuite ajouter notre plan de masse. Pour cela on va se remettre sur la couche Bcu. Dans le menu de droite, on va se mettre sur le bouton "addition de zone remplie"

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Ensuite je clique sur un des angles de mon contour et je vais régler les paramètres suivant dans la nouvelle fenêtre

• sélectionner GND
• isolation + longueur des freins thermique + largeur des freins thermique à 0.8mm

Et on valide
On sélectionne ensuite les 4 angles du contour de notre carte ce qui donnera le résultat suivant(Dans la version 6, il faut faire le menu edit => fill all zone pour remplir le plan de masse)

Exporter son fichier PCB

On reste dans le même mode d'édition

• On va sélectionner dans le menu du haut la fonction "plot" (pour tracer en format gerber)

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• On va paramétrer le tracé Gerber
  • sélectionner Gerber
  • sélectionner les couches utilisées
  • et valider en cliquant sur le bouton tracer

• il va créer 2 fichiers en gbr (qui correspondent aux 2 couches de travail Bcu et edge cut)

• On va créer les perçages des trous avec la fonction Plot (ou en restant sur la dernière fenêtre). On clique sur le bouton "créer les fichiers de perçage" et on règle les parametres suivant :
  • unité de percage des trous : en millimetre
  • on coche trou metallisé ou non metalise en un seul fichier (pour la version 6 PTH ou NPTH...)
  • Et on valide en cliquant sur le bouton "créer un fichier de perçage" qui va généré un fichier en .drl (dans notre exemple Porte clé LED.drl)

• Cliquer su le bouton du menu opengerber et selectionner nos 2 fichiers en .gbr qui ouvre nos tracé
• Cliquer sur le bouton Open excellon pour mettre les trous de perçage en sélectionnant le fichier en .drl
• Attention a la vue dans le logiciel on voit de dessus et on va graver la face de dessous (penser à faire un flip en y dans menu edit en sélectionnant tous les éléments)
• on peut régler l'origine avec edit => set origine
• sélectionner le fichier BCU .gbr et allant dans propriété et chois des outils (en se referant aux parametres fournis dans la page wiki mdx50)
• sélectionner le fichier excellon en .drl pour parametrer les reglages wiki mdx50 pour les trous en 0.8mm ou en dessous
• sauvegarder gcode pour les trous de 0.8mm
• refaire pour les percages de trous de 10mm
• finir par le découpage de la carte prendre le fichier ech cute propriété et cutoutools
• recuperer le fichier cutout => propriete (wiki mdx50) => generer et enregistrer

• ALLUMER LA MACHINE et appuyer sur entrée

• Panneau de controle et affichage

• - Affichage machine G54 systeme de position de la machine
• NCcode => elle va gérer du gcode
• position X Y Z
• vitesse de deplacement jobgrade
• vitesse de rotation parametree (a 12000 avec spindle)
• overhide laissé à 100%
• bouton XYZ et A pour l'axe rotatif
• Origin pour définir l'origine a chaque coordonnée X et Y et Z fait avec le capteur

• Menu :

• deplacement des positions
• choisir l'outil
• parametrer la lumière et la soufflerie
• En ouverture de porte la fraise se déconnecte et descend (attention a ne pas ouvrir quand elle est sur le plateau risque d'endommager le matériel) -

• Outils

• 1 fraise de 2 mm pour decoupe
• 2 fraise javelot pour la gravure
• 3 foret de 0.8mm
• 4 foret de 1 mm
• 5 autre
• 6 test de hauteur
• fixer la plaque avec du double face
• se placer au milieu de sa zone de travail pour brancher le capteur Z attention a mettre le cable bien de coté
• on sélectionne l'outil 6
• on fait le Z zero sense
• on retire le capteur
• on referme le capot + entree

(installable uniquement sous windows)

gravure a faire en 1

• on selectionne l'outil 2
• on selectionne cut + on ajoute un fichier (le .nc)
• on clique sur output

perçage a faire en 2

percage en 0.8mm

• sélectionner l'outil 3 (parametre => machine => outil)
• enlever le fichier précédent
• lancer le fichier de percage pour les trous de diamètre 0.8mm

• percage en 1mm

• sélectionner l'outil 4
• enlever le fichier précédent
• lancer le fichier de percage pour les trous de diamètre 1mm

découpe exterieur en 3

- on selectionne l'outil 1

• on selectionne cut + on ajoute un fichier (le .nc)
• on clique sur output