La phase de layout transforme le schéma de votre keyboard PCB design en une carte physique pouvant être fabriquée et assemblée. Le placement des composants détermine non seulement la fonctionnalité électrique, mais aussi la compatibilité mécanique avec les boîtiers, plates, switches et keycaps. La précision est cruciale : un trou de switch décalé de seulement 0,5mm peut provoquer un blocage ou empêcher l’insertion.
HILPCB fabrique des PCB de claviers avec la précision de registration nécessaire pour un alignement correct des switches et un fonctionnement fiable des sockets hot‑swap dans les tolérances de fabrication standard.
Dans ce guide
- Système d’espacement en unités (u)
- Spécifications des empreintes de switches
- Intégration des sockets hot‑swap
- Positionnement des stabilisateurs
- Placement MCU et composants
- Layout des LED RGB
- Organisation des couches et stratégie de routage
Système d’espacement en unités (u)
Avant de placer le moindre composant, il est essentiel de comprendre le système d’unités des claviers. Cet espacement standardisé définit la position des touches dans le monde entier et garantit la compatibilité entre PCB, plates, boîtiers et jeux de keycaps de différents fabricants.
L’espacement standard suit une grille de 19,05mm (0,75”) appelée « 1u ». Les centres des switches sont placés exactement sur cette grille et les keycaps débordent de façon symétrique. Ce standard remonte à l’ère des machines à écrire et reste absolu : toute déviation entraîne une incompatibilité avec l’écosystème de composants.
Largeurs de touches exprimées en unités :
- 1u (19,05mm) : touches alphanumériques standard
- 1,25u (23,81mm) : modificateurs de la bottom row (Ctrl, Alt, Win)
- 1,5u (28,58mm) : Tab, Backslash
- 1,75u (33,34mm) : Caps Lock
- 2u (38,1mm) : Numpad 0, Backspace optionnel
- 2,25u (42,86mm) : Left Shift, Enter
- 2,75u (52,39mm) : Right Shift
- 6,25u (119,06mm) : barre d’espace standard
- 7u (133,35mm) : barre d’espace alternative
Outils de conception de layout
Keyboard Layout Editor (KLE) sur keyboard-layout-editor.com propose une interface web pour concevoir et visualiser des layouts. Il exporte des données JSON compatibles avec divers outils PCB et inclut une bibliothèque communautaire de layouts existants.
ai03 Plate Generator convertit les données KLE en DXF pour la fabrication de plates et — plus utile pour les designers PCB — fournit des coordonnées exactes des positions de switches. Elles peuvent être importées dans KiCad, Altium Designer, Eagle ou d’autres outils EDA pour garantir un placement précis.
Bibliothèques clavier KiCad (ai03, foostan, keebio) fournissent des empreintes de switches préfaites aux dimensions correctes. Utiliser des bibliothèques établies évite des erreurs dimensionnelles qui imposeraient un redesign complet.
Spécifications des empreintes de switches
Les empreintes compatibles Cherry MX dominent les claviers custom et sont supportées par des switches de Cherry, Gateron, Kailh, Durock, JWK, Tecsee et des dizaines d’autres fabricants. Comprendre les spécifications exactes évite des erreurs coûteuses.
Dimensions critiques (non négociables)
- Trou central : diamètre 4,0mm pour aligner le corps du switch
- Trous des pins métalliques : diamètre 1,27mm, espacés horizontalement de 6,35mm par rapport au centre
- Positions des pins : exactement selon la datasheet Cherry MX — même 0,1mm d’écart peut empêcher l’insertion
Options
- Trous des pins PCB‑mount : diamètre 1,7mm pour les pattes plastiques des switches 5‑pins — permet des constructions plateless
- Fente LED : découpe 1mm × 4mm pour LED traversantes (approche traditionnelle)
- Pads LED CMS : au nord ou au sud du centre switch pour RGB adressable moderne
Stratégie d’empreinte universelle
Concevoir des empreintes compatibles avec plusieurs configurations maximise la flexibilité et l’attrait (notamment pour les projets group buy). Une empreinte universelle comprend : trous des pins MX (obligatoires), trous PCB‑mount (optionnels), fente LED traversante (compatibilité historique), pads LED CMS (RGB moderne), pads hot‑swap (changement sans soudure) et pads de diode (CMS et traversant).
Ainsi, un seul design PCB peut supporter des builds soudés, hot‑swap, différentes options LED et une construction plate‑mounted ou plateless.
Spécifications des sockets hot‑swap Kailh
Intégration des sockets hot‑swap
Les sockets hot‑swap permettent de remplacer les switches sans soudure — essentiel pour les claviers enthusiasts où l’on teste différents switches. La complexité et le coût supplémentaires sont justifiés par une expérience utilisateur nettement améliorée.
Sockets hot‑swap Kailh
Les sockets Kailh sont le choix dominant et se montent sur la face bottom via des pads CMS. Chaque socket mesure 7,4mm × 3,3mm et se situe à 1,8mm sous la surface du PCB une fois installé. Cette contrainte de dégagement est critique : vérifiez la profondeur du boîtier avant d’adopter le hot‑swap.
Spécification des pads : pads carrés 2,55mm × 2,55mm espacés de 6,35mm centre‑à‑centre, exactement sur la position des pins de switch. Des pads trop petits donnent des soudures fragiles qui cassent lors de l’insertion ; des pads trop grands gaspillent de la place sans avantage.
Considérations de layout : garder la zone sous le corps du socket libre (pas de pistes ni de vias), conserver une orientation uniforme des sockets, prévoir assez de cuivre pour la robustesse des joints — le cuivre 1oz suffit généralement, la conception des pads est plus déterminante que le poids de cuivre.
Alternative Mill‑Max
Les sockets Mill‑Max (séries 0305 et 7305) offrent le hot‑swap avec des empreintes de switch standard. Ces sockets cylindriques s’insèrent dans des trous traversants et pincent les pins via des contacts internes à ressort.
Avantage clé : compatibles avec des designs PCB non hot‑swap — permet du retrofit ou des cartes compatibles soudé/hot‑swap sans empreintes dédiées.
Exigences : trous de pins agrandis (3,30mm pour la série 0305 au lieu des 1,27mm standard). Les sockets étant dans l’épaisseur du PCB, il n’y a pas de contrainte de dégagement sous la carte.
Compromis : coût unitaire plus élevé que Kailh, mais flexibilité accrue, parfois justifiée selon l’application.
Positionnement des stabilisateurs
Les touches de 2u et plus nécessitent des stabilisateurs pour une action équilibrée : sans stabilisateur, appuyer sur le bord d’une grande touche provoque un basculement et une sensation irrégulière. Les stabilisateurs PCB‑mount Cherry‑style sont la norme en custom.
Dimensions des trous de boîtier
- Trous de boîtier : diamètre 3,0mm
- Fentes de dégagement du fil : dimensionnées pour un mouvement libre
Espacement selon la largeur de touche
La distance entre les centres des boîtiers de stabilisateur dépend de la largeur :
- Touches 2u à 2,75u : 23,8mm (11,9mm de chaque côté du centre switch)
- Barre d’espace 6,25u : 100mm (50mm de chaque côté)
- Barre d’espace 7u : 114,3mm (57,15mm de chaque côté)
Ces dimensions sont standardisées pour les stabilisateurs Cherry‑style de tous les fabricants. Les stabilisateurs Costar et autres types ont des exigences différentes et sont moins courants en custom.
Support des stabilisateurs screw‑in
Les stabilisateurs screw‑in offrent un montage plus sûr que les versions clip‑in, réduisant le rattle et améliorant la stabilité dans le temps. Ils nécessitent des trous supplémentaires pour vis M2 :
- Diamètre : 2,2mm, non métallisé (NPTH)
- Position : 0,5mm vers le centre de la touche depuis chaque trou de boîtier
- Note : vérifier que ces trous ne coupent pas des pistes du layer bottom
Beaucoup de claviers enthusiasts incluent le support screw‑in même s’ils sont livrés avec des clip‑in, afin de laisser une option d’upgrade.
Placement MCU et composants
Au‑delà des switches, un PCB clavier comprend le microcontrôleur, des passifs, le connecteur USB, des protections ESD et parfois des drivers RGB. Un placement réfléchi simplifie le routage et améliore la fabricabilité.
Positionnement de la MCU
Placement en bord près du connecteur USB minimise la longueur des pistes USB — l’approche la plus courante pour 60% et TKL. Des pistes USB courtes améliorent l’intégrité du signal et simplifient le routage à impédance contrôlée.
Placement central peut équilibrer les longueurs des pistes de matrice vers toutes les positions, utile pour la cohérence de timing sur de grands claviers. Mais il entre souvent en conflit avec les stabilisateurs de la barre d’espace.
Designs avec daughterboard offrent plus de flexibilité : l’USB est routé vers un connecteur JST plutôt que directement vers l’USB‑C.
Recommandations pour les passifs
- Condensateurs de découplage : à moins de 3mm des pins VCC de la MCU — plus c’est proche, mieux c’est
- Résistances série USB (22Ω) : proches de la MCU avec pistes courtes vers les pads USB
- Protection ESD : au niveau du connecteur USB, pas près de la MCU — elle doit intercepter les transitoires avant propagation
- Quartz/résonateur : à moins de 10mm des pins d’oscillateur, loin des signaux numériques rapides
Stratégies de placement des diodes
Chaque switch nécessite une diode. Approches courantes :
- À côté du switch : sur la couche top près du switch — facilite la soudure à la main et l’inspection
- Sous le switch : diode CMS sur la couche bottom sous le switch — invisible une fois assemblé, libère le top pour les LED
- Intégrée au footprint : petite diode CMS (SOD‑323) entre les pins du switch — efficacité maximale
Quel que soit l’approche, l’orientation doit être cohérente partout. Des orientations mixtes provoquent un dysfonctionnement de la matrice. Voir keyboard diode direction.
Règles de conception recommandées
Layout des LED RGB
Le RGB par touche nécessite un LED à chaque position, avec des lignes de données suivant la chaîne logique.
Options d’orientation des LED
LED south‑facing (sous le centre du switch) assurent la compatibilité avec tous les profils de keycaps, y compris Cherry : orientation préférée pour une compatibilité maximale. Certaines combinaisons switch/keycap peuvent interférer avec des LED north‑facing.
LED north‑facing (au‑dessus du centre switch) éclairent mieux les légendes sur des keycaps imprimées sur le dessus. À choisir si vous ciblez des combinaisons compatibles spécifiques.
LED underglow se montent sur le bottom autour du périmètre et illuminent sous le clavier. Les espacer régulièrement pour un halo uniforme et orienter les broches data‑in de manière cohérente pour simplifier le routage.
Routage de la chaîne de données
Les LED WS2812B/SK6812 utilisent un protocole série : les données se propagent le long de la chaîne. Le routage physique doit suivre la séquence : data‑out LED1 → data‑in LED2 → data‑out LED2 → data‑in LED3, etc.
Planifiez la chaîne avant le reste du routage. Un motif en serpentin est efficace : rangée 1 de gauche à droite, rangée 2 de droite à gauche, en alternance — minimise la longueur des pistes et rend l’adressage firmware plus intuitif.
Organisation des couches et stratégie de routage
La plupart des PCB de claviers sont en 2 couches : suffisant pour des designs typiques tout en restant économique et compatible avec la majorité des fabricants.
Stratégie d’affectation des couches
Couche top : pads et empreintes de switches, pistes de rangées (horizontales), MCU et connecteur USB, passifs
Couche bottom : pistes de colonnes (verticales), remplissage cuivre GND dans les zones libres, pads hot‑swap, diodes CMS (si placement sous switch)
Cette organisation minimise les vias en séparant le routage horizontal et vertical. Les rangées se routent horizontalement sans changement de couche ; les colonnes descendent par un via par position et se routent verticalement.
Règles de conception pour une fabrication économique
Les PCB de claviers n’exigent pas des règles agressives. Des règles conservatrices réduisent le coût et améliorent le rendement :
- Pistes/espaces : 6/6mil (0,15mm) est confortable et au prix standard ; 8/8mil offre une marge supplémentaire
- Perçage via : 0,3mm standard, adapté à la densité de routage clavier
- Pad via : 0,6mm minimum pour un anneau annulaire fiable
Note : HILPCB supporte 2/2mil (50μm) pour les applications très denses, mais pour un clavier standard, 6/6mil ou plus est préférable : des règles plus fines augmentent le coût sans bénéfice.
Stratégies de routage détaillées dans keyboard PCB trace routing.
Fabrication de layout HILPCB
HILPCB fournit une fabrication de précision pour les layouts de claviers, avec des capacités adaptées aux designs standard et avancés :
- Précision de registration : alignement couche‑à‑couche ±50μm pour un bon alignement des switches
- Positionnement des trous : constance pour une insertion correcte des switches
- Règles standard : 6/6mil au prix standard
- Capacité avancée : 2/2mil si nécessaire (HDI, breakout MCU dense)
- Finitions : ENIG pour la durabilité hot‑swap, plusieurs couleurs de masque
Les services SMT assembly couvrent diodes, MCU, passifs et installation de sockets hot‑swap avec orientation vérifiée.
Soumettez votre layout pour une revue de fabrication : notre équipe vérifie l’alignement et la fabricabilité avant production.