一种智能PCB腐蚀装置*

EDA/PCB   作者:廖国富,林显明,李欣颖,黄新(桂林电子科技大学,桂林 541000) 时间:2021-11-25来源:电子产品世界

编者按:目前的环保型腐蚀液存在着效率低、耗时长、工序多等问题,基本上通过人工完成配比,并且人工配置环保腐蚀液的过程中极易存在配比不精确、材料浪费、腐蚀耗时长等问题,无形中增加了腐蚀铜板的成本,在一定程度上制约了环保型腐蚀液的发展。针对目前环保型腐蚀液存在的问题,制作一套提高使用环保腐蚀剂效率的装置,通过自动化的控制,达到精确配置腐蚀液的目的,提高使用效率,并提高产品的安全性。

*基金项目:国家级大学生创新训练计划项目(201910595002)

0   引言

传统的腐蚀液配置是将双氧水和盐酸分别按照一定的比例稀释之后,通过一定比例混合而成。盐酸具有强挥发性,能在空气中挥发出大量的盐酸气体,易对使用该腐蚀液的人员造成呼吸道损害。近年来,产品安全问题和环保问题突出,因此环保型的腐蚀液将成为传统腐蚀液的替代品。但目前的环保型腐蚀液存在着效率低、耗时长、工序多等问题,基本上是依靠人工去完成配比,在人工配置环保腐蚀液的过程中极易产生配比不精确、材料浪费等问题,无形中增加了腐蚀铜板的成本,并在一定程度上制约了环保型腐蚀液的发展。针对目前环保型腐蚀液存在的问题,制作一套提高使用环保腐蚀剂效率的装置,通过自动化的控制,达到精确配置腐蚀液的目的,提高使用效率,降低人工成本,同时提高产品的安全性。

1   实验原理

本文采用的环保型腐蚀液由蚀刻剂、加速剂和再生剂3 种药剂组成,蚀刻剂对PCB 腐蚀起主要作用,加速剂对PCB 腐蚀起到加速作用,而再生剂是当腐蚀液对电路板的腐蚀效果减弱时,加入再生剂可以恢复腐蚀液对电路板的腐蚀效果。腐蚀液通过蚀刻剂和加速剂3:1配置而成。当腐蚀液不能再腐蚀电路板时,腐蚀液会有颜色上的明显变化。装置可通过对腐蚀液颜色变化的采集,向腐蚀液中添加再生剂,实现腐蚀液的再生功能。

2   实验装置

本装置由人机交互装置、升降装置、腐蚀剂智能配比和再生装置、气泡发生装置、恒温装置这几个部分组成,如图1 所示。

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图1 智能PCB腐蚀装置系统

腐蚀剂智能配比和再生装置通过单片机对传感器采集的信息处理并反馈,实现腐蚀液按比例配比,并当腐蚀液不可再对电路板进行腐蚀处理时,可对腐蚀液进行再生处理。升降装置将电路板下放至腐蚀液里进行腐蚀处理。气泡发生装置通过在腐蚀液中打氧的方式,模拟对腐蚀液搅拌,从而加快腐蚀速率。恒温装置通过温度传感器将温度信息采集到单片机中,再通过PID 算法加热棒进行控制,从而实现腐蚀液的温度恒定50 ℃, 提高腐蚀液对电路板的腐蚀速率。人机交互装置在腐蚀装置的整个工作过程中实时显示芯片接收到的所有信息。

2.1 电路设计

本装置采用意法半导体公司的Cortex-M3系列微处理器STM32F1(如图2)和STM32H7(如图3)两款芯片,芯片具有主频高,拥有众多的外设和总线接口等特点,是高性能高性价比的Cortex-M3微处理器。

对腐蚀液的状态检测通过OV7725 摄像头和STM32H7 组成的OpenMV 摄像头模组[1]进行。由摄像头采集腐蚀液的图片信息,再通过STM32H7 处理器对图片中的液体进行颜色检测,当检测到腐蚀液需要再生时,通过串口通信将指令传输给STM32F1 控制开关阀进行腐蚀液再生。

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图2 STM32F1系统板

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2.2 腐蚀液智能配比和再生装置设计

该装置由腐蚀液智能配比和腐蚀液再生两个部分组成。为实现腐蚀液的智能配比,首先将蚀刻剂和加速剂用容器盛放。通过使用流量传感器对腐蚀剂和加速剂加入量进行检测,再通过控制开关阀的通断对腐蚀剂和加速剂量进行控制,从而实现腐蚀液的智能配比。

腐蚀液再生原理是,由于腐蚀液随着腐蚀电路板的数量逐渐增多,腐蚀液的颜色也会随着时间的推移由蓝色慢慢变成绿色。本装置通过OV7725 摄像头(图4)和STM32H7 组成的OpenMV 摄像头模块,对腐蚀液的状态进行实时颜色检测,当腐蚀液需要再生时,向主机发送控制信号从而控制开关阀的通断加入相应的再生剂,直到腐蚀液的颜色恢复到蓝色为止。

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2.3 升降装置设计

升降装置由2 个TB6600 电机驱动、2 个电机传送轴和1 个吊篮组成,电机传送轴垂直摆放在腐蚀箱的两侧,通过TB6600 驱动传送轴[2-3]的升降带动吊篮升降,从而带动电路板进出腐蚀液。

2.4 恒温装置设计

恒温装置采用XY-T01 数字温控器模块和2.4 kW加热棒组成,通过高功率加热棒实现腐蚀液快速升温,通过XY-T01 数字温控器的温度传感器探头测量温度,再通过PID 算法[4] 控制加热棒的通断,使腐蚀液温度恒定在预定温度。

3 实验装置

团队成员通过对装置的验证、测试,该装置实现将腐蚀液的温度恒定50 ℃。实现对腐蚀液智能配比和再生功能,可将腐蚀剂和加速剂按照比例配置成腐蚀液,还可通过对腐蚀液颜色状态的检测对腐蚀液添加再生剂。实现对电路板升降功能、实时显示腐蚀液状态。

4   结束语

该PCB 腐蚀装置采用可再生腐蚀液,无毒无害,相对于传统的双氧水和盐酸配置的腐蚀液更加安全、环保,可广泛适用于学校、家庭等地方。相对于市场上的腐蚀装置[5]更加智能和人性化,可为广大的电子爱好者提供一个智能、安全、环保的PCB 腐蚀装置。

参考文献:

[ 1 ] 陈青华, 左太虎, 徐一红.基于OpenMV的智能捡球机器人的设计与实现[ J ] .信息技术与信息化,2020(10):210-213.

[2]王琳,肖军,刘洲洲.基于Matlab的直流无刷电机IP控制的设计与仿真[J].舰船电子工程,2021,41(2):82-84,104.

[3]马文斌,杨延竹.基于TB6600HG的步进电机驱动控制设计[ J ] .中国农机化学报,2016,37(7):126-129.

[4] 刘董,李京慧,迟宗涛,等.基于模糊PID控制的控温箱设计[J].传感器与微系统,2021,40(3):73-76.

[5] 位磊,曾辉,朱国栋,等.基于AT89S52单片机控制的PCB板腐蚀装置设计与实现[J].工业控制计算机,2016(9):154-155.

(本文来源于《电子产品世界》杂志2021年10月期)

关键词: PCB腐蚀 环保腐蚀剂 202110

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