L’assemblage manuel de minuscules composants CMS est l’une des étapes les plus difficiles de la fabrication de PCB. Certains composants, notamment les pièces de taille 0201, sont si petits que les placer avec précision avec une pince à épiler peut rapidement devenir une tâche fastidieuse et sujette aux erreurs. C’est pourquoi les usines s’appuient sur des machines de transfert hautement automatisées qui peuvent coûter des milliers, voire des millions de dollars. Cependant, le fabricant Magmabow a démontré qu’une alternative étonnamment précise peut être construite pour moins de 200 $. Le projet est une machine de sélection et de placement de bureau à commande manuelle, capable de placer avec précision de minuscules dispositifs à montage en surface (CMS) de taille 0201 et des circuits intégrés denses en utilisant une ingénierie mécanique intelligente au lieu de caméras coûteuses et d’une automatisation complète.
L’un des plus grands défis consistait à réaliser des mouvements extrêmement précis avec un budget serré. Au lieu d’utiliser des vis mères conventionnelles que l’on trouve dans de nombreuses imprimantes 3D, le créateur a opté pour des tiges filetées M3 standard avec un pas de filetage très fin de 0,5 mm. Combinée à 200 moteurs pas à pas, la configuration peut théoriquement se déplacer par incréments aussi petits que 2,5 microns et atteint une précision pratique d’environ 10 microns. Pour éliminer le jeu mécanique, un système anti-jeu utilisant deux écrous comprimés a été ajouté. La machine utilise également des engrenages à chevrons personnalisés imprimés en 3D, intentionnellement imprimés avec une tolérance zéro, puis polis avec un composé abrasif pour créer un maillage d’engrenage lisse. Un ressort d’extension a également été ajouté pour contrebalancer le poids de la tête de l’outil et éviter les sauts de pas du moteur lors du mouvement vertical.
Placer des composants plus petits qu’un grain de riz
La machine est entièrement contrôlée via deux joysticks, permettant aux utilisateurs de faire fonctionner indépendamment les axes X, Y, Z et de rotation avec un contrôle précis. Une carte de développement ESP32 génère les impulsions haute fréquence nécessaires à un micro-pas fluide, tandis qu’une carte mère Ultimaker open source pilote les moteurs. Une tête d’outil à vide à double buse permet à la machine de prélever à la fois de minuscules composants 0201 et des circuits intégrés plus grands à l’aide d’une pompe à vide électronique. Construit à partir d’extrusions d’aluminium 2020, de rails linéaires et d’une combinaison de pièces FDM et imprimées en résine, le système complet coûte environ 180 $ à 195 $. Le créateur a assemblé avec succès un PCB de test et a publié les fichiers 3D du projet en ligne, permettant à d’autres fabricants de recréer et de modifier la conception mécanique. Cependant, le firmware lui-même n’a pas été publié, car la version repose sur une configuration fortement personnalisée basée sur une carte mère Ultimaker réutilisée et un câblage GPIO direct. La machine étant entièrement manuelle, le logiciel de contrôle reste relativement simple, composé principalement d’entrées par joystick, de commande de moteur pas à pas et de logique de commutation de pompe à vide qui peut être recréée sur des microcontrôleurs courants tels qu’un ESP32 ou un Arduino.
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